【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工智能，更具体地说，本专利技术涉及基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统。
技术介绍
1、随着全球贸易的蓬勃发展，港口作为物流运输的重要枢纽，其承载的工作量和运营复杂度不断增加。然而，与此同时，港口内大型装备如起重机、堆高机等的频繁运作也带来了严峻的安全挑战。工作人员和设备之间的碰撞事故可能导致严重的人员伤害和设备损坏，不仅影响到生产效率，还可能带来经济损失和法律责任。
2、在这样的背景下，开发基于人工智能技术的港口大型装备空间防撞系统成为保障工作场所安全的一项重要举措。通过安装在大型装备上的传感器，实时感知装备的位置、速度和方向等关键信息，并将这些数据传输到中央控制系统进行处理和分析，根据实时环境变化和碰撞风险程度，自动调整装备的运动路径和速度，以最大程度地降低碰撞风险，并确保工作人员和设备的安全。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，包括数据采集模块、三维数字孪生模块、碰撞预警模块，以及通信监测模块；
3、数据采集模块：通过与系统内的“中控plc”和“单机plc”进行通讯连接，获取北斗定位数据，基于获取的北斗定位数据，计算得到堆料机和取料机在三维空间的运动状态数据，并将计算得到的运动状态数据输入至三维数字孪生模块；
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5、碰撞预警模块：在堆料机和取料机的大臂上安装摄像头，用于监测大臂下方的作业区域，基于plc技术，设计碰撞判断逻辑程序，判断是否存在碰撞风险；
6、通信监测模块：在三维数字孪生模块与碰撞预警模块之间进行通信，当堆料机、取料机和plc发生通信中断时，立即启动掉线检测流程，根据通信中断时刻的堆料机和取料机在三维空间的姿态数据，自动划定电子围栏。
7、在一个优选地实施方式中，所述数据采集模块，通过与系统内的“中控plc”和“单机plc”进行通讯连接，获取北斗定位数据，基于获取的北斗定位数据，计算得到堆料机和取料机在三维空间的运动状态数据，并将计算得到的运动状态数据输入至三维数字孪生模块，具体步骤如下：
8、步骤a1、数据采集：通过与系统内的“中控plc”和“单机plc”进行通讯连接，实时采集堆料机和取料机的运动状态数据，包括加速度和角速度数据，进一步包括以下步骤：
9、步骤a101、加速度数据采集：测量装备在三个轴(x,y,z)上的加速度，分别表示为ax、ay、az，具体计算公式如下：
10、
11、其中，am表示运动加速度，abx、aby、abz是静止状态下的读数，对应于重力加速度；
12、步骤a102、角速度数据采集：测量装备在三个轴上的角速度，分别表示为ωx、ωy、ωz，装备在每个轴上的角位移通过积分角速度得到，具体计算公式如下：
13、θ＝∫ωdt
14、其中，θ是角位移，ω是角速度，dt是时间间隔；
15、步骤a2、数据传输：建立通信连接，通过网线交换机将防碰撞plc、三维防碰撞数字平台、ai视觉算法服务器在同一有线网络中进行连接，将采集到的原始数据封装成数据包发送至三维数字孪生模块，确保数据传输的安全性和可靠性。
16、在一个优选地实施方式中，所述三维数字孪生模块，将输入至三维数字孪生模块的运动状态数据进行数据处理，获取堆料机和取料机在三维空间中的姿态信息，并通过三维模型展示堆料机和取料机在空间中的姿态，具体步骤如下：
17、步骤b1、姿态解算：基于运动状态数据进行姿态解算，确定堆料机和取料机在三维空间的姿态，包括位置、方向、角度信息，使用姿态解算算法来计算装备姿态，将装备的姿态以四元数形式表示为q，通过提供的角速度数据进行积分得到：
18、
19、其中，qk表示在时刻k的姿态，δqk表示在时间间隔dt内的姿态变化，符号表示四元数的乘法运算；
20、步骤b2、使用计算机图形学技术，在三维图形库中建立堆料机和取料机的三维模型，并将更新后的姿态信息应用于堆料机和取料机的三维模型，通过三维模型展示堆料机和取料机在空间中的姿态，帮助操作人员更直观地了解装备的状态。
21、在一个优选地实施方式中，所述碰撞预警模块，在堆料机和取料机的大臂上安装摄像头，用于监测大臂下方的作业区域，基于plc技术，设计碰撞判断逻辑程序，判断是否存在碰撞风险，具体步骤如下：
22、步骤c1、在堆料机和取料机的大臂根部两侧安装摄像头，摄像头用于监测大臂下方的作业区域的情况，包括斗轮机、工作人员，利用图像处理技术对摄像头获取的图像进行实时分析和处理，检测作业区域是否存在车辆和工作人员；
23、步骤c2、设计碰撞判断逻辑程序：设定安全距离阈值，所述设定安全阈值需要与工作人员在防碰撞plc和三维防碰撞数字平台中确认，基于plc技术，设计碰撞判断逻辑程序，判断是否存在碰撞风险，当触发碰撞预警程序，调整装备的运动轨迹和速度，以最大程度地降低碰撞风险；
24、其中，基于防碰撞plc和三维防碰撞数字平台的逻辑进行料堆碰撞检测和斗轮机间碰撞检测，所述料堆碰撞检测是根据斗轮机的实时位置和动态，以及料堆三维数据进行斗轮机与料堆防碰撞实时计算，判断碰撞风险；
25、斗轮机间碰撞检测根据斗轮机的实时位置和动态，进行斗轮机间防碰撞实时计算，判断碰撞风险；
26、所述当触发碰撞预警程序，调整装备的运动轨迹和速度，以最大程度地降低碰撞风险，具体步骤包括：根据碰撞预警程序的结果，发出声音警报，提醒操作人员存在碰撞风险，并降低堆料机和取料机的运动速度，以及调整设备的运动轨迹，以避开障碍物，确保安全通过作业区域，在无法消除碰撞风险的情况下，立即停止设备的运动，以防止碰撞事件发生。
27、在一个优选地实施方式中，所述通信监测模块，在三维数字孪生模块与碰撞预警模块之间进行通信，当堆料机、取料机和中控plc发生通信中断时，立即启动掉线检测流程，根据通信中断时刻的堆料机和取料机在三维空间的姿态数据，自动划定电子围栏，以避免其他正常作业的堆料机和取料机发生碰撞，具体步骤如下：
28、步骤d1、检测通信中断：在堆料机、取料机和中控plc之间建立心跳包的通信机制，每个设备定期向其他设备发送心跳包，以确认其在线状态，当设备在预定时间内未收到其他设备的心跳包，则判断通信中断，当出现通信中断，立即触发掉线检测流程；
29、步骤d2、启动掉线检测流程：当出现通信中断，启动掉线检测流程，立即向碰撞预警模块发送通知，以触发碰撞预警机制，并向其他正在作业的堆料机和取料机发送警报，告知当本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：包括数据采集模块、三维数字孪生模块、碰撞预警模块，以及通信监测模块；
2.根据权利要求1所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述数据采集模块，通过与系统内的“中控PLC”和“单机PLC”进行通讯连接，获取北斗定位数据，基于获取的北斗定位数据，计算得到堆料机和取料机在三维空间的运动状态数据，并将计算得到的运动状态数据输入至三维数字孪生模块，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述步骤A1数据采集中，实时采集堆料机和取料机的运动状态数据，包括加速度和角速度数据，进一步包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述三维数字孪生模块，所述三维数字孪生模块，将输入至三维数字孪生模块的运动状态数据进行数据处理，获取堆料机和取料机在三维空间中的姿态信息，并通过三维模型展示堆料机和取料机在空间中的姿态，具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的基于人工智能技术港
6.根据权利要求1所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述通信监测模块，在三维数字孪生模块与碰撞预警模块之间进行通信，当堆料机、取料机和中控PLC发生通信中断时，立即启动掉线检测流程，根据通信中断时刻的堆料机和取料机在三维空间的姿态数据，自动划定电子围栏，具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述自动划定电子围栏，具体步骤包括：基于通信中断时刻记录的姿态数据，通信监测模块计算堆料机和取料机的预期运动轨迹，并在其周围划定电子围栏，等待通信恢复。
...【技术特征摘要】
1.基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：包括数据采集模块、三维数字孪生模块、碰撞预警模块，以及通信监测模块；
2.根据权利要求1所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述数据采集模块，通过与系统内的“中控plc”和“单机plc”进行通讯连接，获取北斗定位数据，基于获取的北斗定位数据，计算得到堆料机和取料机在三维空间的运动状态数据，并将计算得到的运动状态数据输入至三维数字孪生模块，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述步骤a1数据采集中，实时采集堆料机和取料机的运动状态数据，包括加速度和角速度数据，进一步包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于人工智能技术港口大型装备空间防撞系统，其特征在于：所述三维数字孪生模块，所述三维数字孪生模块，将输入至三维数字孪生模块的运动状态数据进行数据处理，获取堆料机和取料机在三维空间中的姿态...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，陈健学，韩承铭，乔晓澍，王宪超，刘明昊，谷金彪，
申请(专利权)人：国能天津港务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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