本發(fā)明設(shè)計(jì)工程管理及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及一種基于全域變頻定位與自識(shí)別技術(shù)的智慧工地管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

智慧工地是指運(yùn)用信息化手段，通過(guò)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和施工模擬，同時(shí)圍繞施工過(guò)程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理的施工項(xiàng)目信息化生態(tài)圈，實(shí)現(xiàn)工程施工可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平和實(shí)現(xiàn)綠色建造和生態(tài)建造。

現(xiàn)有的工地管理系統(tǒng)在人員和設(shè)備的管理、施工進(jìn)程的管理和環(huán)境的監(jiān)測(cè)等方面存在嚴(yán)重的技術(shù)缺陷，例如在人員和機(jī)械設(shè)備定位方面，由于施工隊(duì)伍和設(shè)備流動(dòng)性大，工人身份難以驗(yàn)證；工人出勤缺乏電子記錄，工資核算與支付證據(jù)鏈不清，勞資糾紛頻繁發(fā)生。目前的定位和識(shí)別方法主要依賴(lài)于電子標(biāo)簽和gps定位，由于gps易受到了遮蔽物的影響而產(chǎn)生較大的定位偏差，由此得到的定位難以用于構(gòu)建準(zhǔn)確的建筑信息模型；而應(yīng)用rfid、藍(lán)牙或wifi進(jìn)行室內(nèi)定位，由于定位距離短，難以應(yīng)用于大范圍的施工環(huán)境的人員與設(shè)備管理。另外，數(shù)據(jù)的傳輸依賴(lài)于手機(jī)基站或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在偏遠(yuǎn)山區(qū)或信號(hào)盲區(qū)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有效的信息傳輸。由此看來(lái)，缺乏實(shí)時(shí)有效的人員與設(shè)備定位措施是制約目前智慧工地管理的瓶頸問(wèn)題。例如中國(guó)專(zhuān)利cn201510628958和cn201610173074設(shè)計(jì)的智慧化工地管理系統(tǒng)中缺失關(guān)于施工人員和機(jī)械設(shè)備的定位信息和狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息，難以實(shí)施進(jìn)度的三維信息重構(gòu)；中國(guó)專(zhuān)利cn201220675601智慧工地管理系統(tǒng)中雖然引入了車(chē)輛gps定位系統(tǒng)，但缺少人員定位和狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)功能，難以實(shí)現(xiàn)人員考勤與施工過(guò)程的實(shí)時(shí)管理；中國(guó)專(zhuān)利cn201310324645一種工地?cái)?shù)字化管理系統(tǒng)及其應(yīng)用方法中對(duì)于人員或設(shè)備的定位采用了rfid無(wú)線射頻技術(shù)，并借助手持式rfid讀頭來(lái)獲取相關(guān)的人員或設(shè)備信息。由于該系統(tǒng)的探測(cè)范圍非常小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較大的施工現(xiàn)場(chǎng)的管理，另外需要進(jìn)行手持式rfid讀頭來(lái)巡回讀取，成本較高且無(wú)法獲得人員的健康狀態(tài)；專(zhuān)利cn201710032035.7引入gps和傳感器模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)定位和狀態(tài)感知功能，但僅能局限于室外有g(shù)ps信號(hào)的區(qū)域，難以實(shí)現(xiàn)遮擋區(qū)域的定位信息；中國(guó)專(zhuān)利cn201611254619.0引入記錄人員信息的rfid銘牌和室內(nèi)讀寫(xiě)器來(lái)定位和識(shí)別醫(yī)院病房?jī)?nèi)的人員，但該方案僅能用于室內(nèi)定位；中國(guó)專(zhuān)利cn201420497173.4采用基于bim的rfid工地人員自動(dòng)定位系統(tǒng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)施工建筑內(nèi)的定位，但難以實(shí)現(xiàn)大范圍的準(zhǔn)確定位。

綜上所述，大范圍復(fù)雜環(huán)境下工地施工人員與設(shè)備的有效監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)智慧工地的重要途徑。但現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有行之有效的方案來(lái)解決人員與設(shè)備的準(zhǔn)確定位和狀態(tài)監(jiān)測(cè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是要提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍復(fù)雜環(huán)境下工地施工人員與機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)確定位和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的工地管理系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種基于全域變頻定位與自識(shí)別技術(shù)的智慧工地管理系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括：

全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)，通過(guò)施工人員佩戴的可穿戴設(shè)備以及機(jī)械設(shè)備的內(nèi)嵌設(shè)備獲取施工人員以及機(jī)械設(shè)備的信息數(shù)據(jù)；

四維施工管理子系統(tǒng)，對(duì)工程進(jìn)度數(shù)據(jù)、由分布在施工現(xiàn)場(chǎng)的各攝像頭獲取的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、以及各施工人員及機(jī)械設(shè)備的三維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示；

綠色施工管理子系統(tǒng)，通過(guò)分布在施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境傳感器獲取環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和顯示；

工地巡檢子系統(tǒng)，利用施工人員及機(jī)械設(shè)備的三維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航；

所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)、四維施工管理子系統(tǒng)、綠色施工管理子系統(tǒng)和工地巡檢子系統(tǒng)均通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)與管理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

所述無(wú)線傳輸系統(tǒng)包括設(shè)置于各子系統(tǒng)終端設(shè)備的射頻定位通訊單元以及分布在施工現(xiàn)場(chǎng)的若干多頻率基站。

進(jìn)一步的，所述射頻定位通訊單元包括天線、多頻收發(fā)模塊、uwb模塊、頻率自適應(yīng)模塊以及與所在子系統(tǒng)功能相適應(yīng)的功能模塊；任意所述射頻定位通訊單元至少與三個(gè)基站建立通信。

進(jìn)一步的，所述多頻收發(fā)模塊的頻率范圍為315～915mhz。

進(jìn)一步的，所述多頻率基站包括315mhz基站、433mhz基站、866mhz基站、915mhz基站以及uwb基站。

進(jìn)一步的，所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)包括人員定位、軌跡和考勤單元、工地設(shè)備監(jiān)測(cè)單元和人員健康監(jiān)測(cè)單元；所述人員定位、軌跡和考勤單元根據(jù)施工人員佩戴的可穿戴設(shè)備獲取指定人員的位置和軌跡信息；所述工地設(shè)備監(jiān)測(cè)單元機(jī)械設(shè)備的內(nèi)嵌設(shè)備獲取指定設(shè)備的位置及運(yùn)行狀態(tài)信息；所述人員健康監(jiān)測(cè)單元根據(jù)施工人員佩戴的可穿戴設(shè)備獲取指定人員的健康狀態(tài)信息。

進(jìn)一步的，所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)包括至少一個(gè)設(shè)立在施工現(xiàn)場(chǎng)的門(mén)禁系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的施工人員發(fā)放可穿戴設(shè)備，并對(duì)施工人員的身份信息與可穿戴設(shè)備進(jìn)行綁定后錄入管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)；所述可穿戴設(shè)備搭載射頻定位通訊單元、心率傳感器，加速度傳感器和溫濕度傳感器。

進(jìn)一步的，所述四維施工管理子系統(tǒng)包括進(jìn)度與任務(wù)提醒單元、物料與運(yùn)輸管理單元；所述四維施工管理子系統(tǒng)將工程進(jìn)度信息、視頻圖像信息、三維位置信息經(jīng)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送至管理中心進(jìn)行存儲(chǔ)并以可視化方式顯示施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述綠色施工管理子系統(tǒng)包括環(huán)境傳感器、信息處理模塊，所述環(huán)境傳感器采集環(huán)境信息并送至信息處理模塊進(jìn)行快速處理，并通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送至管理中心。

進(jìn)一步的，所述的工地巡檢子系統(tǒng)包括三維引路單元、二維碼指示單元和設(shè)備自識(shí)別單元，所述三維引路單元包括工地地理信息模型。

進(jìn)一步的，所述管理中心還包括智能巡查系統(tǒng)，對(duì)所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)、四維施工管理子系統(tǒng)、綠色施工管理子系統(tǒng)和工地巡檢子系統(tǒng)各自相應(yīng)的終端設(shè)備異常信息進(jìn)行報(bào)警處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過(guò)全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)切換不同頻段的射頻信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確定位和識(shí)別施工人員和設(shè)備，并獲得其三維空間軌跡，并借助先進(jìn)的傳感器技術(shù)檢測(cè)人員的健康狀態(tài)和設(shè)備安全狀態(tài)，無(wú)需手機(jī)基站或網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，僅依靠自身的射頻通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效低能耗傳輸；并進(jìn)一步融合了實(shí)現(xiàn)人員與設(shè)備的定位和考勤、四維施工管理、綠色施工和工地巡檢等功能，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中普遍存在的數(shù)據(jù)傳輸依賴(lài)于手機(jī)基站、室內(nèi)定位不準(zhǔn)、三維位置信息殘缺、定位范圍受限和無(wú)軌跡信息等問(wèn)題，適用于大范圍野外無(wú)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下施工現(xiàn)場(chǎng)的智能化管理。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明智慧工地管理系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明無(wú)線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明可穿戴設(shè)備電路連接圖；

圖4為本發(fā)明多頻率基站電路連接圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種無(wú)需手機(jī)基站或網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，僅依靠自身的射頻通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效低能耗傳輸?shù)闹腔酃さ毓芾硐到y(tǒng)。

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案：

如圖1所示為一種基于全域變頻定位與自識(shí)別技術(shù)的智慧工地管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其特征在于，系統(tǒng)包括：

全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)，通過(guò)施工人員佩戴的可穿戴設(shè)備以及機(jī)械設(shè)備的內(nèi)嵌設(shè)備獲取施工人員以及機(jī)械設(shè)備的信息數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)包括人員定位、軌跡和考勤單元、工地設(shè)備監(jiān)測(cè)單元和人員健康監(jiān)測(cè)單元；所述人員定位、軌跡和考勤單元根據(jù)施工人員佩戴的可穿戴設(shè)備獲取指定人員的位置和軌跡信息；所述工地設(shè)備監(jiān)測(cè)單元機(jī)械設(shè)備的內(nèi)嵌設(shè)備獲取指定設(shè)備的位置及運(yùn)行狀態(tài)信息；所述人員健康監(jiān)測(cè)單元根據(jù)施工人員佩戴的可穿戴設(shè)備獲取指定人員的健康狀態(tài)信息。進(jìn)一步的，所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)包括至少一個(gè)設(shè)立在施工現(xiàn)場(chǎng)的門(mén)禁系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的施工人員發(fā)放可穿戴設(shè)備，并對(duì)施工人員的身份信息與可穿戴設(shè)備進(jìn)行綁定后錄入管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)；所述可穿戴設(shè)備搭載射頻定位通訊單元、心率傳感器，加速度傳感器和溫濕度傳感器等。作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述可穿戴設(shè)備可以選用頭盔、手環(huán)等，其至少由電源管理模塊、433mhz無(wú)線射頻模塊cc1310組成。電源管理模塊為鋰電池供電的3.3v電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)整體電源系統(tǒng)的監(jiān)管、鋰電池充電、可穿戴設(shè)備復(fù)位等；可穿戴設(shè)備由cc1310無(wú)線433mhz射頻模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送及接收，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)射頻濾波通過(guò)外置天線將數(shù)據(jù)發(fā)送與其通訊的終端設(shè)備進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)交互，接收數(shù)據(jù)同理。cc1310由豐富的接口監(jiān)控整體可穿戴設(shè)備的工作狀態(tài)及電量檢測(cè)等。如圖3所示為本發(fā)明可穿戴設(shè)備電路連接示意圖。

四維施工管理子系統(tǒng)，對(duì)工程進(jìn)度數(shù)據(jù)、由分布在施工現(xiàn)場(chǎng)的各攝像頭獲取的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、以及各施工人員及機(jī)械設(shè)備的三維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示。進(jìn)一步的，所述四維施工管理子系統(tǒng)包括進(jìn)度與任務(wù)提醒單元、物料與運(yùn)輸管理單元；所述四維施工管理子系統(tǒng)將工程進(jìn)度信息、視頻圖像信息、三維位置信息經(jīng)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送至管理中心進(jìn)行存儲(chǔ)并以可視化方式顯示施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

綠色施工管理子系統(tǒng)，通過(guò)分布在施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境傳感器獲取環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和顯示。進(jìn)一步的，所述綠色施工管理子系統(tǒng)包括環(huán)境傳感器、信息處理模塊，所述環(huán)境傳感器采集環(huán)境信息并送至信息處理模塊進(jìn)行快速處理，并通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送至管理中心。

工地巡檢子系統(tǒng)，利用施工人員及機(jī)械設(shè)備的三維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航。進(jìn)一步的，所述的工地巡檢子系統(tǒng)包括三維引路單元、二維碼指示單元和設(shè)備自識(shí)別單元，所述三維引路單元包括工地地理信息模型。

所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)、四維施工管理子系統(tǒng)、綠色施工管理子系統(tǒng)和工地巡檢子系統(tǒng)均通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)與管理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

所述無(wú)線傳輸系統(tǒng)包括設(shè)置于各子系統(tǒng)終端設(shè)備的射頻定位通訊單元以及分布在施工現(xiàn)場(chǎng)的若干多頻率基站。進(jìn)一步的，所述射頻定位通訊單元包括天線、多頻收發(fā)模塊、uwb模塊、頻率自適應(yīng)模塊以及與所在子系統(tǒng)功能相適應(yīng)的功能模塊；任意所述射頻定位通訊單元至少與三個(gè)基站建立通信。進(jìn)一步的，所述多頻收發(fā)模塊的頻率范圍為315～915mhz。作為本發(fā)明的優(yōu)選，多頻基站由stm32主控芯片、433mhz無(wú)線射頻芯片cc1310、usr-tcp232網(wǎng)口模塊三部分連接組成，由5v電源適配器或鋰電池供電，對(duì)外提供串口、gpio等接口。多頻基站主控stm32模塊通過(guò)與cc1310模塊通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互(采集、發(fā)送數(shù)據(jù))，數(shù)據(jù)射頻濾波通過(guò)外置天線將數(shù)據(jù)發(fā)送與其通訊的終端設(shè)備進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)交互，采集數(shù)據(jù)同理。stm32將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口有線傳輸與上位機(jī)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。多頻基站的主控stm32由豐富的接口監(jiān)控整個(gè)終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。如圖4所示為本發(fā)明多頻率基站電路連接圖示意圖。

進(jìn)一步的，所述多頻率基站包括315mhz基站、433mhz基站、866mhz基站、915mhz基站以及uwb基站。本發(fā)明中在使用時(shí)，也可根據(jù)使用領(lǐng)域的不同，使功能模塊連接不同的信息采集裝置，由頻率自適應(yīng)模塊識(shí)別可用的通訊頻率，并以該頻率向外發(fā)送數(shù)據(jù)，例如發(fā)送信息前，頻率自適應(yīng)模塊識(shí)別出315mhz為可用頻率，則多頻收發(fā)模塊即以該頻率向外發(fā)送信息。該射頻定位通訊單元附近的至少三個(gè)多頻率基站經(jīng)315mhz基站接收，并經(jīng)相應(yīng)的天線轉(zhuǎn)發(fā)至管理中心，進(jìn)行進(jìn)一步的存儲(chǔ)、分析和顯示。

進(jìn)一步的，所述管理中心還包括智能巡查系統(tǒng)，對(duì)所述全域變頻定位與自識(shí)別子系統(tǒng)、四維施工管理子系統(tǒng)、綠色施工管理子系統(tǒng)和工地巡檢子系統(tǒng)各自相應(yīng)的終端設(shè)備異常信息進(jìn)行報(bào)警處理。

本發(fā)明引入一種全域變頻定位與自識(shí)別技術(shù)，無(wú)需gps、wifi或藍(lán)牙定位技術(shù)，通過(guò)全新的全域變頻定位與自識(shí)別系統(tǒng)切換不同頻段的射頻信號(hào)(315mhz-915mhz，uwb)來(lái)準(zhǔn)確定位和識(shí)別施工人員和設(shè)備，并獲得其三維空間軌跡，并借助先進(jìn)的傳感器技術(shù)檢測(cè)人員的健康狀態(tài)和設(shè)備安全狀態(tài)，無(wú)需手機(jī)基站或網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，僅依靠自身的射頻通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效低能耗傳輸。同時(shí)依托該技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員與設(shè)備的定位和考勤、四維施工管理系統(tǒng)、綠色施工和工地巡檢等功能，有效避免了現(xiàn)有的智慧工地系統(tǒng)普遍存在的數(shù)據(jù)傳輸依賴(lài)于手機(jī)基站、室內(nèi)定位不準(zhǔn)、三維位置信息殘缺、定位范圍受限和無(wú)軌跡信息等問(wèn)題，適用于大范圍野外無(wú)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下施工現(xiàn)場(chǎng)的智能化管理。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。