【技术实现步骤摘要】
本申请涉及群塔控制领域，特别涉及一种可视化的工程监控方法。
技术介绍
1、在建筑工程领域，特别是在大型建筑和基础设施项目中，群塔（多塔吊）的协调使用对于提高施工效率和确保施工安全具有至关重要的作用。塔吊作为主要的垂直运输工具，在施工现场的物料搬运、设备吊装等方面发挥着核心作用。然而，随着建筑工程的规模不断扩大和复杂性增加，传统的塔吊操作和管理方法面临诸多挑战，尤其是在群塔协调性和控制精度方面。因此，研发更先进的群塔控制和监控技术，以提高施工效率和安全性，成为行业发展的重要需求。
2、传统的群塔操作依赖于操作人员的经验和现场管理人员的指挥，这种依赖人为操作的方法在控制精度和效率上存在明显的局限性。塔吊的运行轨迹、作业范围以及相互之间的干涉，常常只能靠现场指挥和经验判断来避免碰撞和事故，容易导致盲区过大、控制不精准等问题。此外，随着项目的规模扩大，单一塔吊的效率已难以满足施工需求，群塔系统的复杂度和协调难度也随之增加。
3、在相关技术中，比如中国专利文献cn115465784a中提供了一种基于项目控制的区域塔机监测控制方法和系统，方法包括：获取一个项目内多个塔机的任务进度清单，任务进度清单包括每天每个塔机的材料需求、安全监控需求、智能避障需求、优先级调度需求；根据各种需求，对运输车辆进行调度、利用实时视频对塔机的每个工作机构进行实时控制、根据多个塔机的空间位置关系在多个塔机之间执行避障规划、根据排序后的整体任务优先级排序列表执行多个塔机的任务。但是该方案中优先级调度需求涉及根据任务的重要性对多个塔机的作业任务
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的群塔控制精度低的问题，本申请提供了一种可视化的工程监控方法，通过建立三维模型，构建多目标优化等，提高了群塔控制精度。
2、本申请的目的通过以下技术方案实现。
3、本说明书提供一种可视化的工程监控方法，包括：获取塔吊属性参数，通过数字化测量或bim模型提取，获得塔吊的空间位置坐标（x，y，z）、塔高h和臂长l等几何参数。采用参数化建模方法，以塔吊属性参数为约束变量，通过参数化族文件调用和实例修改，在bim软件中快速生成塔吊三维实体模型。将塔吊三维模型导入物理引擎中，设置塔吊的材质属性、重力加速度等物理参数。采用基于牛顿-欧拉方程的刚体动力学算法，以塔吊的位置、速度、角速度等为初始条件，通过时间步长积分计算塔吊的运动轨迹。获取施工现场中地形、建筑等障碍物的三维几何模型，通过三维建模软件构建或点云数据重建。将障碍物三维模型导入物理引擎，设置其材质属性和碰撞层。采用层次包围盒树等加速算法，利用分离轴定理实现塔吊模型与障碍物模型的碰撞检测，判断塔吊运动过程中是否与障碍物发生干涉。利用三维激光扫描仪对施工现场进行多站点、多视角扫描，获得场地的高精度点云数据。通过点云配准、滤波等预处理，利用区域生长、ransac等分割算法提取地形、道路、建筑等场地要素，获得硬化区域边界、地形起伏和建筑外轮廓等约束条件。在bim软件平台中，将塔吊三维模型、障碍物模型和场地约束条件导入同一坐标系下。通过三维场景漫游和图形交互，在满足现场约束的前提下，人机交互设置塔吊初始位置，生成群塔三维布设方案。建立多目标优化模型，以塔吊覆盖盲区面积最小和场地覆盖率最大为优化目标，约束条件包括塔吊自身参数、场地地形、硬化区域、建筑边界和塔吊之间的安全距离等。将塔吊运动轨迹、碰撞检测结果和初始群塔布设方案输入优化模型，采用改进蚁群算法进行求解。以覆盖盲区和覆盖率为优化目标，以现场约束条件为搜索边界，通过信息素更新机制和概率选择规则，不断迭代优化，直至满足收敛条件，输出最优群塔布设坐标作为最终方案。将最优群塔布设方案导入三维可视化引擎，添加塔吊外观纹理、场地环境贴图等，设置光照材质，生成逼真的塔吊群三维可视化模型。通过漫游动画模拟塔吊运行过程，结合实时吊装参数显示，直观呈现塔吊群作业全局。
4、其中，物理引擎是一种模拟真实物理世界的计算机软件系统，通过数学模型和数值计算方法，近似模拟物体在物理作用下的运动行为和交互现象。物理引擎主要包含刚体动力学和碰撞检测两大模块，用于计算物体的运动轨迹、速度、加速度等运动学参数，以及检测物体之间的碰撞、接触和空间关系。
5、进一步的，建立塔吊三维模型，包括：将获取的塔吊属性参数定义为参数变量，包括塔吊的位置坐标（x，y，z）、塔高h、塔臂长度l、塔臂角度α等。在bim软件中预先创建不同类型塔吊的参数化族文件，如动臂式、内爬式等。族文件包含塔吊的主要构件，如塔身、塔臂、吊钩等，并将各构件尺寸定义为参数变量。在族文件中建立参数变量之间的几何约束关系，如塔身高度与塔高h相等，塔臂长度与l相等，塔臂角度与α对应等。通过参数关联实现族文件的灵活调整。将获取的塔吊属性参数赋值给族文件的参数变量，通过参数化建模引擎自动生成具有实际尺寸的塔吊三维实体模型。
6、进一步的，模拟求解塔吊的运动轨迹包括：获取塔吊的运动学参数，包括塔吊在物理引擎坐标系下的位置矢量、速度矢量、加速度矢量、角速度矢量和角加速度矢量。根据牛顿-欧拉方程，建立塔吊刚体动力学方程：，，其中，m为塔吊质量，i为塔吊转动惯量，和分别为塔吊所受合外力和合外力矩。采用隐式欧拉算法进行数值求解。设时间步长为δt，当前时刻为t，下一时刻为t+δt，则塔吊的位置、速度和角速度满足：，，，式中，和分别为时刻的加速度和角加速度。可获得塔吊在每个时间步长下的运动轨迹参数、和。
7、进一步的，判断塔吊的运动轨迹与障碍物三维模型之间的空间干涉包括：获取施工场地中障碍物（如地形、建筑等）的三维几何数据，通过三维激光扫描、倾斜摄影测量等方法获得。采用三角面片算法，将障碍物的三维点云数据或曲面模型转换为三角面片网格模型。三角面片法是一种常用的三维模型表示方法，通过平面三角形的组合来逼近物体表面。在物理引擎中导入转换后的障碍物三角面片模型，并根据实际尺寸和位置进行缩放和平移。在物理引擎中，基于塔吊运动轨迹参数，通过仿真计算得到塔吊三维模型在每个时间步长下的空间位置和姿态。对于每个时间步长，采用分层包围盒树算法，先计算塔吊三维模型和障碍物模型的轴对齐包围盒（aabb），通过比较两个包围盒是否相交，快速排除明显不相交的情况。如果两个包围盒相交，则采用三角面片相交检测算法，遍历塔吊三维模型和障碍物模型中的所有三角面片，通过判断三角形是否共面、是否存在共享顶点等条件，精确检测两个模型之间是否存在相交面片。如果存在相交的三角面片，则判断塔吊的运动轨迹与障碍物之间存在空间干涉，需要调整塔吊布设位置或优化运动路径。如果不存在相交面片，则认为塔吊与障碍物之间不存在干涉。重复遍历塔吊运动轨迹上的所有时间步长，实现对塔吊全周期运动过程的碰撞干涉检测。
8、进一步的，将建立的塔吊三维模型导入物理引擎中，并获取塔吊覆盖盲区，将建立的塔吊三维实体模型导入物理引擎场景中，设置塔吊的材质属性、碰撞层等物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可视化的工程监控方法，用于塔吊群控制，包括：
2.根据权利要求1所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
6.根据权利要求3所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
9.根据权利要求5所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种可视化的工程监控方法，用于塔吊群控制，包括：
2.根据权利要求1所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的可视化的工程监控方法，其特征在于：
【专利技术属性】
技术研发人员：张昆，储瑞兵，王鹏，马远方，胡伟波，
申请(专利权)人：中建国际城市建设有限公司，
类型：发明
国别省市：
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