CN112520607A - 基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，包括塔吊区分模块、图像采集模块、图像处理模块、图像分割模块、图像位置获取模块、图像位置分析模块、风速检测模块、风向角检测模块、分析服务器、存储数据库和云平台；本发明通过将采集的建筑工程的施工区域内各塔吊图像进行分割，分析各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值，计算各塔吊的自身安全影响系数，同时检测施工区域周围的风速和风向，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数，对比分析各塔吊是否处于安全阶段，对处于危险阶段的各塔吊进行预警和处理，从而提高塔吊的施工安全性，保障施工人员的生命安全。

Description

基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实 时监测云平台

技术领域

本发明涉及工程施工安全监测领域，涉及到基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台。

背景技术

塔吊是建筑施工工程必不可少的一种起重设备，主要用于建筑施工中物料的垂直和水平输送，具有使用范围广、起升高度高和施工效率高等特点。然而在实际应用中，塔吊的安全性非常重要，对保护生命和财产具有重要的作用，因此塔吊施工安全问题备受人们关注。

目前，现有的塔吊施工安全监测技术普遍存在一些不容忽视的问题，现有的塔吊施工安全监测主要通过人工监测，其人工目测的监测方法监测水平低，并凭借人工无法精确监测塔吊的塔身和塔臂位置偏移距离，从而降低监测数据的准确性和可靠性，导致塔吊失去维修的最佳时机，造成不必要的资金浪费，同时现有的塔吊施工安全监测无法精确考虑外界因素的影响，从而使得塔吊的施工安全性受到严重影响，增加了塔吊的侧倾发生率，给施工人员的生命安全造成极大的危害，为了解决以上问题，现设计基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台。

发明内容

本发明的目的在于提供基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，本发明通过采集建筑工程的施工区域内各塔吊图像，并分割成各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像，获取各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标，分析各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数，同时检测建筑工程的施工区域周围的风速和风向，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数，对比分析各塔吊是否处于安全阶段，统计处于危险阶段的各塔吊位置编号，并进行预警和处理，解决了背景技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，包括塔吊区分模块、图像采集模块、图像处理模块、图像分割模块、图像位置获取模块、图像位置分析模块、风速检测模块、风向角检测模块、分析服务器、存储数据库和云平台；

所述分析服务器分别与图像位置分析模块、风速检测模块、风向角检测模块、存储数据库和云平台连接，存储数据库分别与塔吊区分模块和图像位置分析模块连接，图像处理模块分别与图像采集模块和图像分割模块连接，图像位置获取模块分别与图像分割模块和图像位置分析模块连接；

所述塔吊区分模块用于对建筑工程的施工区域内塔吊进行区分，通过对建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置按照设定的顺序依次进行编号，若干塔吊的位置编号分别为1,2,...,i,...,n，将建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置编号发送至存储数据库；

所述图像采集模块用于对建筑工程的施工区域内塔吊进行图像采集，通过实时采集建筑工程的施工区域内各塔吊图像，统计建筑工程的施工区域内各塔吊图像，将统计的建筑工程的施工区域内各塔吊图像发送至图像处理模块；

所述图像处理模块用于接收图像采集模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊图像，对接收的建筑工程的施工区域内各塔吊图像进行多种不同的矩形筛选框进行筛选，提取包裹塔吊整体结构的最小矩形，并去除该矩形区域之外的图像，对保留的矩形区域图像进行归一化处理和图像增强处理，将处理的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像发送至图像分割模块；

所述图像分割模块用于接收图像处理模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像，对接收的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像进行分割，分别分割为建筑工程的施工区域内各塔吊的塔身增强图像和塔臂增强图像，按照塔身长度等数分割方式将建筑工程的施工区域内各塔吊的塔身增强图像分割成各塔身子图像，对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像按照从下往上的顺序依次进行编号，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的编号集合Aⁱ _m(aⁱ ₁,aⁱ ₂,...,aⁱ _j,...,aⁱ _m)，aⁱ _j表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的编号，同时按照塔臂长度等数分割方式将建筑工程的施工区域内各塔吊的塔臂增强图像分割成各塔臂子图像，并对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像按照从左往右的顺序依次进行编号，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的编号集合Bⁱ _m(bⁱ ₁,bⁱ ₂,...,bⁱ _r,...,bⁱ _k)，bⁱ _r表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的编号，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的编号集合发送至图像位置获取模块；

所述图像位置获取模块用于接收图像分割模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的编号集合，通过建立图像二维坐标系获取建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标，分别构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置坐标集合

和建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置坐标集合

其中p＝(px,py)，px,py分别表示为子图像在图像二维坐标系中离x轴的距离和离y轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置坐标，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔身子图像的位置坐标，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标集合发送至图像位置分析模块；

所述图像位置分析模块用于接收图像位置获取模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标集合，提取存储数据库中存储的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的标准位置坐标，分别计算建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置距离差值集合

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，同时构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置距离差值集合

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔身子图像的位置距离差值，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值集合发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收图像位置分析模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值集合，提取存储数据库中存储的塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数，同时对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值进行对比，若建筑工程的施工区域内某塔吊的某塔身子图像或某塔臂子图像的位置距离差值等于零，表明该塔吊的该塔身或该塔臂的安全性合格，若建筑工程的施工区域内某塔吊的某塔身子图像或某塔臂子图像的位置距离差值大于零，表明该塔吊的该塔身或该塔臂的安全性不合格，统计建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标，将建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标发送至云平台；

所述风速检测模块包括风速传感器，用于对建筑工程的施工区域周围的风速进行检测，通过风速传感器实时检测建筑工程的施工区域周围的风速值，记为v，将建筑工程的施工区域周围的风速值发送至分析服务器；

所述风向角检测模块用于对建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角进行检测，统计建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角，构成建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合θ(θ₁,θ₂,...,θ_i,...,θ_n)，θ_i表示为建筑工程的施工区域周围的风向与第i个塔吊受力面的风向角，将建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收风速检测模块发送的建筑工程的施工区域周围的风速值，同时接收风向角检测模块发送的建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合，提取存储数据库中存储的大气中标准空气密度、塔吊受到风力作用的安全影响系数、塔吊自身安全影响的权重比例系数和外界对塔吊安全影响的权重比例系数，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数，同时提取存储数据库中存储的建筑工程的施工区域内塔吊的标准综合安全影响系数，将计算的建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数与标准综合安全影响系数进行对比，若建筑工程的施工区域内某塔吊的综合安全影响系数小于标准综合安全影响系数，表明该塔吊处于安全阶段，若建筑工程的施工区域内某塔吊的综合安全影响系数大于或等于标准综合安全影响系数，表明该塔吊处于危险阶段，统计建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号，将建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号发送至云平台；

所述存储数据库用于接收塔吊区分模块发送的建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置编号，同时存储建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的标准位置坐标，并存储塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，分别记为λ_a,λ_b，同时存储大气中标准空气密度ρ、塔吊受到风力作用的安全影响系数μ、塔吊自身安全影响的权重比例系数γ和外界对塔吊安全影响的权重比例系数γ′，并存储建筑工程的施工区域内塔吊的标准综合安全影响系数；

所述云平台用于接收分析服务器发送的建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标，并进行显示，通知相关人员进行对应的检查与维修，同时接收分析服务器发送的建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号，并进行预警，提醒施工人员及时撤离对应的区域；

进一步地，所述图像采集模块包括若干高清摄像头，其中若干高清摄像头分别固定安装在可以采集各塔吊整体图像的位置，且若干高清摄像头与各塔吊一一对应，通过高清摄像头实时采集建筑工程的施工区域内各塔吊图像；

进一步地，所述建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置距离差值计算公式为

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的离x轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的标准位置坐标，p′＝(p′x,p′y)，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的离y轴的距离；

进一步地，所述建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置距离差值计算公式为

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的离x轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的标准位置坐标，p′＝(p′x,p′y)，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的离y轴的距离；

进一步地，所述建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数计算公式为

ξ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的自身安全影响系数，λ_a,λ_b分别表示为塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，e表示为自然数，等于2.718，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的位置距离差值；

进一步地，所述风向角检测模块包括若干风向角检测仪，其中若干风向角检测仪分别安装在各塔吊受力面上，且若干风向角检测仪与各塔吊一一对应，通过风向角检测仪实时检测建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角；

进一步地，所述建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数计算公式为

ψ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的综合安全影响系数，γ表示为塔吊自身安全影响的权重比例系数，ξ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的自身安全影响系数，γ′表示为外界对塔吊安全影响的权重比例系数，μ表示为塔吊受到风力作用的安全影响系数，ρ表示为大气中标准空气密度，v表示为建筑工程的施工区域周围的风速值，θ_i表示为建筑工程的施工区域周围的风向与第i个塔吊受力面的风向角。

有益效果：

(1)本发明提供的基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，通过采集建筑工程的施工区域内各塔吊图像，并分割成各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像，获取各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标，分析各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值，从而提高塔吊施工安全监测水平，增加监测数据的准确性和可靠性，确保塔吊能够及时进行维修，避免造成不必要的资金浪费的问题，同时计算建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数，并检测建筑工程的施工区域周围的风速和风向，为后期计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数提供可靠的参考数据。

(2)本发明通过分析服务器计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数，对比分析各塔吊是否处于安全阶段，统计处于危险阶段的各塔吊位置编号，并通过云平台进行预警和处理，确保施工人员及时撤离对应的区域，从而提高塔吊的施工安全性，降低了塔吊的侧倾发生率，保障了施工人员的生命安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，包括塔吊区分模块、图像采集模块、图像处理模块、图像分割模块、图像位置获取模块、图像位置分析模块、风速检测模块、风向角检测模块、分析服务器、存储数据库和云平台。

所述分析服务器分别与图像位置分析模块、风速检测模块、风向角检测模块、存储数据库和云平台连接，存储数据库分别与塔吊区分模块和图像位置分析模块连接，图像处理模块分别与图像采集模块和图像分割模块连接，图像位置获取模块分别与图像分割模块和图像位置分析模块连接。

所述塔吊区分模块用于对建筑工程的施工区域内塔吊进行区分，通过对建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置按照设定的顺序依次进行编号，若干塔吊的位置编号分别为1,2,...,i,...,n，将建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置编号发送至存储数据库。

所述图像采集模块包括若干高清摄像头，其中若干高清摄像头分别固定安装在可以采集各塔吊整体图像的位置，且若干高清摄像头与各塔吊一一对应，用于对建筑工程的施工区域内塔吊进行图像采集，通过高清摄像头实时采集建筑工程的施工区域内各塔吊图像，统计建筑工程的施工区域内各塔吊图像，将统计的建筑工程的施工区域内各塔吊图像发送至图像处理模块。

所述图像处理模块用于接收图像采集模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊图像，对接收的建筑工程的施工区域内各塔吊图像进行多种不同的矩形筛选框进行筛选，提取包裹塔吊整体结构的最小矩形，并去除该矩形区域之外的图像，对保留的矩形区域图像进行归一化处理和图像增强处理，将处理的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像发送至图像分割模块。

所述图像分割模块用于接收图像处理模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像，对接收的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像进行分割，分别分割为建筑工程的施工区域内各塔吊的塔身增强图像和塔臂增强图像，按照塔身长度等数分割方式将建筑工程的施工区域内各塔吊的塔身增强图像分割成各塔身子图像，对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像按照从下往上的顺序依次进行编号，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的编号集合Aⁱ _m(aⁱ ₁,aⁱ ₂,...,aⁱ _j,...,aⁱ _m)，aⁱ _j表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的编号，同时按照塔臂长度等数分割方式将建筑工程的施工区域内各塔吊的塔臂增强图像分割成各塔臂子图像，并对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像按照从左往右的顺序依次进行编号，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的编号集合Bⁱ _m(bⁱ ₁,bⁱ ₂,...,bⁱ _r,...,bⁱ _k)，bⁱ _r表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的编号，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的编号集合发送至图像位置获取模块。

所述图像位置获取模块用于接收图像分割模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的编号集合，通过建立图像二维坐标系获取建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标，分别构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置坐标集合

和建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置坐标集合

其中p＝(px,py)，px,py分别表示为子图像在图像二维坐标系中离x轴的距离和离y轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置坐标，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔身子图像的位置坐标，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标集合发送至图像位置分析模块。

所述图像位置分析模块用于接收图像位置获取模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标集合，提取存储数据库中存储的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的标准位置坐标，分别计算建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值，其中建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置距离差值计算公式为

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的离x轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的标准位置坐标，p′＝(p′x,p′y)，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的离y轴的距离；建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置距离差值计算公式为

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的离x轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的标准位置坐标，p′＝(p′x,p′y)，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的离y轴的距离，并构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置距离差值集合

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，同时构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置距离差值集合

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔身子图像的位置距离差值，从而提高塔吊施工安全监测水平，增加监测数据的准确性和可靠性，并将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值集合发送至分析服务器。

所述分析服务器用于接收图像位置分析模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值集合，提取存储数据库中存储的塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数，建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数计算公式为

ξ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的自身安全影响系数，λ_a,λ_b分别表示为塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，e表示为自然数，等于2.718，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的位置距离差值，为后期计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数提供可靠的参考数据，同时对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值进行对比，若建筑工程的施工区域内某塔吊的某塔身子图像或某塔臂子图像的位置距离差值等于零，表明该塔吊的该塔身或该塔臂的安全性合格，若建筑工程的施工区域内某塔吊的某塔身子图像或某塔臂子图像的位置距离差值大于零，表明该塔吊的该塔身或该塔臂的安全性不合格，统计建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标，将建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标发送至云平台，从而确保塔吊能够及时进行维修，避免造成不必要的资金浪费的问题。

所述风速检测模块包括风速传感器，用于对建筑工程的施工区域周围的风速进行检测，通过风速传感器实时检测建筑工程的施工区域周围的风速值，记为v，为后期计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数提供可靠的参考数据，并将建筑工程的施工区域周围的风速值发送至分析服务器。

所述风向角检测模块包括若干风向角检测仪，其中若干风向角检测仪分别安装在各塔吊受力面上，且若干风向角检测仪与各塔吊一一对应，用于对建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角进行检测，通过风向角检测仪实时检测建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角，统计建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角，构成建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合θ(θ₁,θ₂,...,θ_i,...,θ_n)，θ_i表示为建筑工程的施工区域周围的风向与第i个塔吊受力面的风向角，为后期计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数提供可靠的参考数据，并将建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合发送至分析服务器。

所述分析服务器用于接收风速检测模块发送的建筑工程的施工区域周围的风速值，同时接收风向角检测模块发送的建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合，提取存储数据库中存储的大气中标准空气密度、塔吊受到风力作用的安全影响系数、塔吊自身安全影响的权重比例系数和外界对塔吊安全影响的权重比例系数，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数，建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数计算公式为

ψ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的综合安全影响系数，γ表示为塔吊自身安全影响的权重比例系数，ξ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的自身安全影响系数，γ′表示为外界对塔吊安全影响的权重比例系数，μ表示为塔吊受到风力作用的安全影响系数，ρ表示为大气中标准空气密度，v表示为建筑工程的施工区域周围的风速值，θ_i表示为建筑工程的施工区域周围的风向与第i个塔吊受力面的风向角，同时提取存储数据库中存储的建筑工程的施工区域内塔吊的标准综合安全影响系数，将计算的建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数与标准综合安全影响系数进行对比，若建筑工程的施工区域内某塔吊的综合安全影响系数小于标准综合安全影响系数，表明该塔吊处于安全阶段，若建筑工程的施工区域内某塔吊的综合安全影响系数大于或等于标准综合安全影响系数，表明该塔吊处于危险阶段，统计建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号，将建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号发送至云平台。

所述存储数据库用于接收塔吊区分模块发送的建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置编号，同时存储建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的标准位置坐标，并存储塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，分别记为λ_a,λ_b，同时存储大气中标准空气密度ρ、塔吊受到风力作用的安全影响系数μ、塔吊自身安全影响的权重比例系数γ和外界对塔吊安全影响的权重比例系数γ′，并存储建筑工程的施工区域内塔吊的标准综合安全影响系数。

所述云平台用于接收分析服务器发送的建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标，并进行显示，通知相关人员进行对应的检查与维修，同时接收分析服务器发送的建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号，并进行预警，确保施工人员及时撤离对应的区域，从而提高塔吊的施工安全性，降低了塔吊的侧倾发生率，保障了施工人员的生命安全。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，其特征在于：包括塔吊区分模块、图像采集模块、图像处理模块、图像分割模块、图像位置获取模块、图像位置分析模块、风速检测模块、风向角检测模块、分析服务器、存储数据库和云平台；

所述分析服务器分别与图像位置分析模块、风速检测模块、风向角检测模块、存储数据库和云平台连接，存储数据库分别与塔吊区分模块和图像位置分析模块连接，图像处理模块分别与图像采集模块和图像分割模块连接，图像位置获取模块分别与图像分割模块和图像位置分析模块连接；

所述塔吊区分模块用于对建筑工程的施工区域内塔吊进行区分，通过对建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置按照设定的顺序依次进行编号，若干塔吊的位置编号分别为1,2,...,i,...,n，将建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置编号发送至存储数据库；

所述图像采集模块用于对建筑工程的施工区域内塔吊进行图像采集，通过实时采集建筑工程的施工区域内各塔吊图像，统计建筑工程的施工区域内各塔吊图像，将统计的建筑工程的施工区域内各塔吊图像发送至图像处理模块；

所述图像处理模块用于接收图像采集模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊图像，对接收的建筑工程的施工区域内各塔吊图像进行多种不同的矩形筛选框进行筛选，提取包裹塔吊整体结构的最小矩形，并去除该矩形区域之外的图像，对保留的矩形区域图像进行归一化处理和图像增强处理，将处理的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像发送至图像分割模块；

所述图像分割模块用于接收图像处理模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像，对接收的建筑工程的施工区域内各塔吊增强图像进行分割，分别分割为建筑工程的施工区域内各塔吊的塔身增强图像和塔臂增强图像，按照塔身长度等数分割方式将建筑工程的施工区域内各塔吊的塔身增强图像分割成各塔身子图像，对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像按照从下往上的顺序依次进行编号，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的编号集合Aⁱ _m(aⁱ ₁,aⁱ ₂,...,aⁱ _j,...,aⁱ _m)，aⁱ _j表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的编号，同时按照塔臂长度等数分割方式将建筑工程的施工区域内各塔吊的塔臂增强图像分割成各塔臂子图像，并对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像按照从左往右的顺序依次进行编号，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的编号集合Bⁱ _m(bⁱ ₁,bⁱ ₂,...,bⁱ _r,...,bⁱ _k)，bⁱ _r表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的编号，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的编号集合发送至图像位置获取模块；

所述图像位置获取模块用于接收图像分割模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的编号集合，通过建立图像二维坐标系获取建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标，分别构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置坐标集合

和建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置坐标集合

其中p＝(px,py)，px,py分别表示为子图像在图像二维坐标系中离x轴的距离和离y轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置坐标，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔身子图像的位置坐标，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标集合发送至图像位置分析模块；

所述图像位置分析模块用于接收图像位置获取模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置坐标集合，提取存储数据库中存储的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的标准位置坐标，分别计算建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值，构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置距离差值集合

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，同时构成建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置距离差值集合

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔身子图像的位置距离差值，将建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值集合发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收图像位置分析模块发送的建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值集合，提取存储数据库中存储的塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数，同时对建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的位置距离差值进行对比，若建筑工程的施工区域内某塔吊的某塔身子图像或某塔臂子图像的位置距离差值等于零，表明该塔吊的该塔身或该塔臂的安全性合格，若建筑工程的施工区域内某塔吊的某塔身子图像或某塔臂子图像的位置距离差值大于零，表明该塔吊的该塔身或该塔臂的安全性不合格，统计建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标，将建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标发送至云平台；

所述风速检测模块包括风速传感器，用于对建筑工程的施工区域周围的风速进行检测，通过风速传感器实时检测建筑工程的施工区域周围的风速值，记为v，将建筑工程的施工区域周围的风速值发送至分析服务器；

所述风向角检测模块用于对建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角进行检测，统计建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角，构成建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合θ(θ₁,θ₂,...,θ_i,...,θ_n)，θ_i表示为建筑工程的施工区域周围的风向与第i个塔吊受力面的风向角，将建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收风速检测模块发送的建筑工程的施工区域周围的风速值，同时接收风向角检测模块发送的建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角集合，提取存储数据库中存储的大气中标准空气密度、塔吊受到风力作用的安全影响系数、塔吊自身安全影响的权重比例系数和外界对塔吊安全影响的权重比例系数，计算建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数，同时提取存储数据库中存储的建筑工程的施工区域内塔吊的标准综合安全影响系数，将计算的建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数与标准综合安全影响系数进行对比，若建筑工程的施工区域内某塔吊的综合安全影响系数小于标准综合安全影响系数，表明该塔吊处于安全阶段，若建筑工程的施工区域内某塔吊的综合安全影响系数大于或等于标准综合安全影响系数，表明该塔吊处于危险阶段，统计建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号，将建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号发送至云平台；

所述存储数据库用于接收塔吊区分模块发送的建筑工程的施工区域内若干塔吊的位置编号，同时存储建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像和各塔臂子图像的标准位置坐标，并存储塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，分别记为λ_a,λ_b，同时存储大气中标准空气密度ρ、塔吊受到风力作用的安全影响系数μ、塔吊自身安全影响的权重比例系数γ和外界对塔吊安全影响的权重比例系数γ′，并存储建筑工程的施工区域内塔吊的标准综合安全影响系数；

所述云平台用于接收分析服务器发送的建筑工程的施工区域内安全性不合格的各塔吊的各塔身子图像或各塔臂子图像的位置坐标，并进行显示，通知相关人员进行对应的检查与维修，同时接收分析服务器发送的建筑工程的施工区域内处于危险阶段的各塔吊位置编号，并进行预警，提醒施工人员及时撤离对应的区域。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，其特征在于：所述图像采集模块包括若干高清摄像头，其中若干高清摄像头分别固定安装在可以采集各塔吊整体图像的位置，且若干高清摄像头与各塔吊一一对应，通过高清摄像头实时采集建筑工程的施工区域内各塔吊图像。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，其特征在于：所述建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔身子图像的位置距离差值计算公式为

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的离x轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的标准位置坐标，p′＝(p′x,p′y)，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的离y轴的距离。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，其特征在于：所述建筑工程的施工区域内各塔吊的各塔臂子图像的位置距离差值计算公式为

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的离x轴的距离，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的标准位置坐标，p′＝(p′x,p′y)，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的离y轴的距离。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，其特征在于：所述建筑工程的施工区域内各塔吊的自身安全影响系数计算公式为

ξ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的自身安全影响系数，λ_a,λ_b分别表示为塔吊的塔身和塔臂位置偏移的安全影响系数，e表示为自然数，等于2.718，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第j个塔身子图像的位置距离差值，

表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的第r个塔臂子图像的位置距离差值。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，其特征在于：所述风向角检测模块包括若干风向角检测仪，其中若干风向角检测仪分别安装在各塔吊受力面上，且若干风向角检测仪与各塔吊一一对应，通过风向角检测仪实时检测建筑工程的施工区域周围的风向与各塔吊受力面的风向角。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉和大数据分析的建筑施工工程机械姿态安全实时监测云平台，其特征在于：所述建筑工程的施工区域内各塔吊的综合安全影响系数计算公式为

ψ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的综合安全影响系数，γ表示为塔吊自身安全影响的权重比例系数，ξ_i表示为建筑工程的施工区域内第i个塔吊的自身安全影响系数，γ′表示为外界对塔吊安全影响的权重比例系数，μ表示为塔吊受到风力作用的安全影响系数，ρ表示为大气中标准空气密度，v表示为建筑工程的施工区域周围的风速值，θ_i表示为建筑工程的施工区域周围的风向与第i个塔吊受力面的风向角。

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