基坑挖掘监控方法及系统与流程

本发明涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种基坑挖掘监控方法及系统。

背景技术：

基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。开挖前应根据地质水文资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。基坑属于临时性工程，其作用是提供一个空间，使基础的砌筑作业得以按照设计所指定的位置进行。基坑开挖工程量按基坑容积计算，在工程施工过程中需要对基坑挖掘过程进行监控。

目前，常见的基坑开挖作业依赖先设计基坑作业图，根据基坑作业图人工放线设定基坑作业范围以及放坡作业要求。作业过程中深度、坡度以及挖掘区域依赖人工测量的手段确定基坑开挖作业是否合格，是否超挖。一般来说，作业过程需要额外监测人员监督基坑施工是否达标，效率较低，准确度差。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基坑挖掘监控方法及系统，用以解决现有技术中作业过程需要额外监测人员监督基坑施工是否达标，效率较低，准确度差的缺陷，实现提高基坑挖掘的效率和准确度。

本发明实施例提供一种基坑挖掘监控方法，该基坑挖掘监控方法包括：基于目标基坑参数，生成基坑仿真模型；获取目标作业区域的实时地形信息以及挖掘机的齿尖位置信息；基于所述基坑仿真模型、所述实时地形信息以及所述齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果。

根据本发明一个实施例的基坑挖掘监控方法，所述基于所述基坑仿真模型、所述实时地形信息以及所述齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果，包括：将所述实时地形信息与所述基坑仿真模型进行对比，确定基坑作业进度；基于所述基坑作业进度，输出挖掘完成区域和挖掘未完成区域。

根据本发明一个实施例的基坑挖掘监控方法，在所述将所述实时地形信息与所述基坑仿真模型进行对比，确定基坑作业进度之后，还包括：基于所述基坑作业进度，输出待挖掘的土方量。

根据本发明一个实施例的基坑挖掘监控方法，所述基于所述基坑仿真模型、所述实时地形信息以及所述齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果，包括：基于所述齿尖位置信息和所述基坑仿真模型，确认齿尖是否超出基坑挖掘范围；若所述齿尖超出基坑挖掘范围，则输出超挖报警指令。

根据本发明一个实施例的基坑挖掘监控方法，所述获取目标作业区域的实时地形信息，包括：基于激光雷达和rtk组合导航设备进行地理系作业区域实时地形重建，得到所述实时地形信息。

根据本发明一个实施例的基坑挖掘监控方法，所述挖掘机的齿尖位置信息为基于rtk组合导航设备和imu倾角传感器获取的。

根据本发明一个实施例的基坑挖掘监控方法，所述目标基坑参数包括：基坑控制点坐标、基坑深度和基坑放坡系数中的至少一个。

本发明实施例还提供一种基坑挖掘监控系统，该基坑挖掘监控系统包括：生成模块，用于基于目标基坑参数，生成基坑仿真模型；获取模块，用于目标作业区域的实时地形信息以及挖掘机的齿尖位置信息；确定模块，用于基于所述基坑仿真模型、所述实时地形信息以及所述齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果。

本发明提供的基坑挖掘监控方法及系统，通过生成基坑仿真模型，将实时地形信息以及齿尖位置信息与基坑仿真模型进行对比，得到基坑挖掘反馈结果，能够提高基坑挖掘的效率和准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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是本发明实施例提供的一种基坑挖掘监控方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基坑挖掘监控装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图3描述本发明实施例的基坑挖掘监控方法。

本发明实施例提供一种基坑挖掘监控方法，该基坑挖掘监控方法包括：如下步骤110至步骤130。

步骤110、基于目标基坑参数，生成基坑仿真模型。

可以理解的是，目标基坑参数可以为欲挖掘出的基坑的物理参数，可以根据基坑图纸来确定基坑的参数，目标基坑参数包括：基坑控制点坐标、基坑深度和基坑放坡系数中的至少一个。

其中，基坑控制点坐标为确定基坑的控制点在平面上的具体位置的一组数据。一般由x轴、y轴这两个数据组成。基坑放坡系数是指基坑的土壁边坡坡度的底宽b与基高h之比，即m＝b/h计算，放坡系数为一个数值。(例：b为0.3，h为0.6，则放坡系数为0.5)。计算放坡工程量时交接处的重复工程量不扣除，符合放坡深度规定时才能放坡，原槽、坑中做基础垫层时，放坡高度从垫层的上表面开始计算。当砼垫层做基础垫层时，放坡高度从垫层的下表面开始计算。

基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。开挖前应根据地质水文资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。开挖不深者可用放边坡的办法，使土坡稳定，其坡度大小按有关施工规定确定。

基坑土方开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖(无支护开挖)和在支护体系保护下开挖(有支护开挖)。前者既简单又经济，但需具备放坡开挖的条件，即基坑不太深而且基坑平面之外有足够的空间供放坡这用。因此，在空旷地区或周围环境允许放坡而又能保证边坡稳定条件下应优先选用。

可以将目标基坑参数输入到数字基坑生成系统中生成基坑仿真模型，数字基坑生成系统可以基于现有的三维建模或者三维仿真软件进行搭建，将目标基坑参数输入到数字基坑生成系统中，数字基坑生成系统就能够直接生成基坑仿真模型。基坑仿真模型可以为三维仿真模型，可以用三维线框图的形式进行呈现，也可以用三维实心立体图的形式进行呈现。

需要说明的是，三维模型经常用三维建模工具这种专门的软件生成，但是也可以用其它方法生成。作为点和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。尽管通常按照虚拟的方式存在于计算机或者计算机文件中，但是在纸上描述的类似模型也可以认为是三维模型。三维模型广泛用任何使用三维图形的地方。实际上，它们的应用早于个人电脑上三维图形的流行。许多计算机游戏使用预先渲染的三维模型图像作为sprite用于实时计算机渲染。

三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。三维模型本身是不可见的，可以根据简单的线框在不同细节层次渲染的或者用不同方法进行明暗描绘(shaded)。但是，许多三维模型使用纹理进行覆盖，将纹理排列放到三维模型上的过程称作纹理映射。纹理就是一个图像，但是它可以让模型更加细致并且看起来更加真实。

基坑仿真模型是一种虚拟模型，能够表示出基坑的虚拟轮廓。

此处可以使用挖掘机来挖掘基坑，挖掘机又称挖掘机械(excavatingmachinery)，又称挖土机，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。

挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。挖掘机最重要的三个参数：操作重量(质量)，发动机功率和铲斗斗容。

挖掘机在作业时，需要按照基坑仿真模型来在实际的目标作业区域挖掘出目标基坑，要确保目标基坑与基坑仿真模型的形状尺寸尽可能地一致。

步骤120、获取目标作业区域的实时地形信息以及挖掘机的齿尖位置信息。

可以理解的是，挖掘机上可以安装有传感器，传感器可以对目标作业区域以及挖掘机的齿尖进行实时监测，从而获取目标作业区域的实时地形信息，实时地形信息用于表示目标作业区域的物理状态，比如基坑的深度、宽度或者坡度，此处不具体限定。

挖掘机的齿尖位置信息可以包括挖掘机的齿尖相对于基坑的位置，还可以包括挖掘机的齿尖的姿态，挖掘机的齿尖位置能够用于表示挖掘机的齿尖所处的位置状态。

传感器可以为激光雷达、rtk(real-timekinematic，实时动态载波相位差分技术)设备、imu(惯性测量装置)或者双目视觉摄像头。

惯性测量装置imu属于捷联式惯导，该系统有三个加速度传感器与三个角速度传感器(陀螺)组成，加速度计用来感受物体相对于地垂线的加速度分量，角速度传感器用来感受物体的角度信息，该子部件主要有两个a/d转换器ad7716bs与64k的e/eprom存储器x25650构成，a/d转换器采用imu各传感器的模拟变量，转换为数字信息后经过cpu计算后最后输出物体的俯仰角度、倾斜角度与侧滑角度，e/eprom存储器主要存储了imu各传感器的线性曲线图与imu各传感器的件号与序号，部品在刚开机时，图像处理单元读取e/eprom内的线性曲线参数为后续角度计算提供初始信息。

步骤130、基于基坑仿真模型、实时地形信息以及齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果。

可以理解的是，基坑仿真模型相当于预设的目标基坑样态，目标作业区域的实时地形信息相当于基坑的实时样态，挖掘机的齿尖位置信息能够用于判断是否触碰到基坑的边界，此处可以对实时地形信息以及齿尖位置信息进行监测，并将实时地形信息以及齿尖位置信息与基坑仿真模型进行对比，对挖掘机的作业过程进行实时监控和反馈，基坑挖掘反馈结果可以为对挖掘完成区域和挖掘未完成区域进行标示区分，也可以为对挖掘机的齿尖超挖报警指令，还可以为基坑待挖掘土方量，也就是需要挖掘的剩余土方量。用户能够根据基坑挖掘反馈结果清楚直观地了解到基坑挖掘的动态，并且能够根据基坑挖掘反馈结果调整挖掘机的作业姿态或者作业速度，能够提高基坑挖掘的效率。

本发明提供的基坑挖掘监控方法，通过生成基坑仿真模型，将实时地形信息以及齿尖位置信息与基坑仿真模型进行对比，得到基坑挖掘反馈结果，能够提高基坑挖掘的效率和准确度。

在一些实施例中，上述步骤130、基于基坑仿真模型、实时地形信息以及齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果，包括：将实时地形信息与基坑仿真模型进行对比，确定基坑作业进度；基于基坑作业进度，输出挖掘完成区域和挖掘未完成区域。

可以理解的是，实时地形信息和基坑仿真模型都可以采用三维立体图形的方式进行呈现，可以将实时地形信息与基坑仿真模型进行对比，从而可以得到基坑作业进度，基坑作业进度可以用已完成的基坑形态占基坑仿真模型的比例来表示。

此处可以根据基坑作业进度来对挖掘已完成区域和挖掘未完成区域进行区分，比如可以以点云的形式将挖掘完成区域和挖掘未完成区域进行呈现。

可以将挖掘完成区域和挖掘未完成区域都利用三维立体模型进行显示，将挖掘完成区域对应的三维立体模型与挖掘未完成区域三维立体模型按照位置坐标进行拼接，这样可以使得用户直观地观察到基坑挖掘现场的施工状态。

在一些实施例中，在将实时地形信息与基坑仿真模型进行对比，确定基坑作业进度之后，还包括：基于基坑作业进度，输出待挖掘的土方量。

可以理解的是，待挖掘的土方量为需要挖掘的剩余土方量，可以根据基坑作业进度，判断需要继续挖掘的剩余土方量，可以根据剩余土方量来判断剩余工作量，从而合理分配施工时间，还可以根据剩余土方量预估油料消耗量以及运输车辆的运输次数。

在一些实施例中，上述步骤130、基于基坑仿真模型、实时地形信息以及齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果，包括：基于齿尖位置信息和基坑仿真模型，确认齿尖是否超出基坑挖掘范围；若齿尖超出基坑挖掘范围，则输出超挖报警指令。

可以理解的是，基坑仿真模型可以表示目标基坑的外轮廓线，可以结合挖掘机的齿尖位置信息判断挖掘机的齿尖是否超出了基坑挖掘范围，如果判断挖掘机的齿尖超出了基坑挖掘范围，则认定发生了超挖情况，如果继续挖掘则会破坏基坑的形态，此处可以输出超挖报警指令，可以通过扬声器或者显示屏进行超挖报警，提示用户及时做出反馈。

在一些实施例中，获取目标作业区域的实时地形信息，包括：基于激光雷达和rtk组合导航设备进行地理系作业区域实时地形重建，得到实时地形信息。

可以理解的是，此处是基于激光雷达和rtk组合导航设备进行地理系作业区域实时地形重建，从而得到实时地形信息，实时地形信息是按照预设的时段阈值实时更新的作业区域地形状态，实时地形信息可以为在上一时段的实时地形信息上进行调整得到的基坑样态。

激光雷达是在自动驾驶领域非常重要的传感器，激光雷达利用激光来进行对目标进行探测，通过每分钟600转或1200转的进行扫射，它能非常详细的获得一个实时的三维点云数据，包括目标的三维坐标、距离、方位角、反射激光的强度、激光编码、时间等等，常用的有单线、4线、16线、32线、64线和128线束的，是一个高精度的传感器，而且其稳定性好、鲁棒性高，然而激光雷达成本较高，另外，激光受大气及气象影响大，大气衰减和恶劣天气使作用距离降低，大气湍流会降低激光雷达的测量精度，激光束窄的情况难以搜索目标和捕获目标。一般先由其他设备实施大空域和快速粗捕目标，然后交由激光雷达对目标进行精密跟踪测量。

rtk(real-timekinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标，从而实现定位功能的技术。rtk组合导航设备是基于rtk载波相位差分技术搭建的设备，能够实现精准定位。

此处将激光雷达和rtk组合导航设备进行结合，来进行地理系作业区域实时地形重建，能够进一步提高实时地形信息获取的准确性。

当然，在一些实施例中，还可以通过双目视觉摄像头来进行地理系作业区域实时地形重建，得到实时地形信息。

在一些实施例中，挖掘机的齿尖位置信息为基于rtk组合导航设备和imu倾角传感器获取的。

可以理解的是，imu倾角传感器可以用于测量挖掘机的齿尖的倾角，此处可以将rtk组合导航设备和imu倾角传感器结合，能够使得获取到挖掘机的齿尖位置信息更加准确。

当然，在一些实施例中，还可以通过监测数字油缸的状态来获取到挖掘机的齿尖位置信息。与此同时，rtk组合导航设备可以用uwb无线电定位技术来替代。

下面对本发明实施例提供的基坑挖掘监控系统进行描述，下文描述的基坑挖掘监控系统与上文描述的基坑挖掘监控方法可相互对应参照。

如图2所示，本发明实施例还提供一种基坑挖掘监控系统，该基坑挖掘监控系统包括：生成模块210、获取模块220和确定模块230。

生成模块210，用于基于目标基坑参数，生成基坑仿真模型。

获取模块220，用于目标作业区域的实时地形信息以及挖掘机的齿尖位置信息。

确定模块230，用于基于所述基坑仿真模型、所述实时地形信息以及所述齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果。

在一些实施例中，确定模块230包括第一确定子模块和第二确定子模块。

其中，第一确定子模块用于将所述实时地形信息与所述基坑仿真模型进行对比，确定基坑作业进度。

第二确定子模块用于基于所述基坑作业进度，输出挖掘完成区域和挖掘未完成区域。

在一些实施例中，确定模块230还用于：基于所述基坑作业进度，输出待挖掘的土方量。

在一些实施例中，确定模块230还包括第三确定子模块和第四确定子模块。

第三确定子模块，用于基于所述齿尖位置信息和所述基坑仿真模型，确认齿尖是否超出基坑挖掘范围。

第四确定子模块，用于若所述齿尖超出基坑挖掘范围，则输出超挖报警指令。

在一些实施例中，获取模块220还用于基于激光雷达和rtk组合导航设备进行地理系作业区域实时地形重建，得到所述实时地形信息。

在一些实施例中，所述挖掘机的齿尖位置信息为基于rtk组合导航设备和imu倾角传感器获取的。

在一些实施例中，所述目标基坑参数包括：基坑控制点坐标、基坑深度和基坑放坡系数中的至少一个。

本申请实施例提供的基坑挖掘监控系统用于执行上述基坑挖掘监控方法，其具体的实施方式与方法的实施例中记载的实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。

图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(communicationsinterface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行基坑挖掘监控方法，该基坑挖掘监控方法包括：基于目标基坑参数，生成基坑仿真模型；获取目标作业区域的实时地形信息以及挖掘机的齿尖位置信息；基于基坑仿真模型、实时地形信息以及齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果。

此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的以执行基坑挖掘监控方法，该基坑挖掘监控方法包括：基于目标基坑参数，生成基坑仿真模型；获取目标作业区域的实时地形信息以及挖掘机的齿尖位置信息；基于基坑仿真模型、实时地形信息以及齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的以执行基坑挖掘监控方法，该基坑挖掘监控方法包括：基于目标基坑参数，生成基坑仿真模型；获取目标作业区域的实时地形信息以及挖掘机的齿尖位置信息；基于基坑仿真模型、实时地形信息以及齿尖位置信息，确定基坑挖掘反馈结果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。