一种安装在挖掘机上的主动防超挖控制系统及方法与流程

本发明涉及一种安装在挖掘机上的主动防超挖控制系统及方法，属于工程施工控制领域。

背景技术：

随着城市化进程加快，城市拆迁道路挖掘维修等施工场景越来越多，因施工过程中对地下管道布局不清楚造成挖断管道的情况时有发生，严重者发生爆炸，造成人员财产损失。对此就需要一种可以探测地下管道的方式，探地雷达可以有效的探测地下管道布局，但操作使用单一，不可和施工设备联合使用，造成施工机械施工时不方便核对图纸，施工位置不精确，同样会有对地下管道损坏的情况发生。

以往专利技术cn201910325449.8，通过安装在斗杆上的雷达发射器向地下发送电磁波，计算挖掘面与管道之间的距离δh=h1-h2，如图4所示：

此方案有以下几个问题：

1、雷达安装在斗杆上，距离地面距离大，电磁波在空气与地表介质不连续处有较强的反射，这使得雷达接收到的信号中含有较强的地表杂波，会影响h1的计算，造成h1误差较大。

2、雷达波向地下发射电磁波时，电磁波易被铲斗金属壳体阻挡，电磁波穿透不了金属壳体，同时又反射了一部分电磁波，造成h2计算错误。

3、挖掘过程中，挖掘面是不平整的，造成h1高度不准确或者有误差。

4、此技术控制的是挖掘面与管道之间的距离δh，当δh极限接近安全距离时，要求操作手非常细致且非常慢的挖掘动作，这就会限制挖掘机的工作效率。

综合以上，此专利方案不具有实际操作性。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种安装在挖掘机上的主动防超挖控制系统及方法，既可以有效的探测地下管道位置又可以指导施工方有效施工，当挖机铲斗齿尖离管道20cmm时自动断开液压系统，防止人为因素造成挖掘管道损坏。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种安装在挖掘机上的主动防超挖控制系统，包括探地雷达天线、雷达控制器、车辆控制器、显示器、倾角传感器；所述显示器与车辆控制器和雷达控制器相连；所述雷达天线固定在挖掘机的铲斗上，并且与雷达控制器相连，雷达天线用以全方位探测施工场地下的管道信息，且通过雷达控制器计算管道的位置及深度，并通过所述显示器显示地下管道的三维模型并与挖掘机三维模型集成到一个显示界面里，方便施工人员初步判断管道与挖掘机的相对位置；所述倾角传感器的数量为三个，别安装在挖掘机的大臂、斗杆、铲斗摇杆上，三个倾角传感器分别与车辆控制器相连，倾角传感器将测量的角度值实时的发送给车辆控制器，车辆控制器实时计算出铲斗齿尖相对于整车的位置，以便在显示器内实时显示挖掘机的工作状态及齿尖的位置状态。

进一步，所述挖掘机的铲斗外侧平面处设有一腔体，所述雷达天线安装在该腔体内，并通过耐磨且可穿透电磁波的材料进行封装。

进一步，还包括报警系统，该报警系统与车辆控制器相连，车辆控制器会根据采集到的倾角传感器的数据实时判断铲斗齿尖的位置与管道之间的距离；当铲斗齿尖与管道之间距离大于n距离时，施工人员可以继续施工；当检测距离介于m距离到n距离之间时报警系统提示报警信息，通知施工人员即将挖到管道，施工人员可以继续挖掘也可以操作提起工作装置。

进一步，还包括先导开关，该先导开关与车辆控制器相连，当铲斗齿尖与管道之间距离小于m距离时车辆控制器自动切断液压油路，工作装置停止工作，同时报警系统提示报警信息，需要施工人员手动关闭先导开关并再次打开先导开关启动液压系统。

进一步，n的取值为40cm，m的取值为20cm。

进一步，所述雷达控制器和车辆控制器安装在挖掘机驾驶室内；所述显示器安装在驾驶室内驾驶员前方。

一种安装在挖掘机上的主动防超挖控制方法，通过嵌入挖掘机的铲斗内雷达天线全方位探测施工场地下的管道信息；通过雷达控制器计算管道的位置及深度，并通过显示器显示地下管道的三维模型并与挖掘机三维模型集成到一个显示界面里，方便施工人员初步判断管道与挖掘机的相对位置；通过位于大臂、斗杆、铲斗摇杆上的倾角传感器实时的发送给车辆控制器，车辆控制器实时计算出铲斗齿尖相对于整车的位置，以便在显示器内实时显示挖掘机的工作状态及齿尖的位置状态。

当铲斗齿尖与管道之间距离大于n距离时，施工人员可以继续施工；当检测距离介于m距离到n距离之间时，报警系统提示报警信息，通知施工人员即将挖到管道，施工人员可以继续挖掘也可以操作提起工作装置。

当铲斗齿尖与管道之间距离小于m距离时车辆控制器自动切断液压油路，工作装置停止工作，同时报警系统提示报警信息，需要施工人员手动关闭先导开关并再次打开先导开关启动液压系统。

本发明有益效果：

本发明通过挖掘机自带的车载探地雷达系统在施工过程中实时检测地下管道的位置及高度并在显示器上显示，同时通过齿尖位置的定位功能，当铲斗齿尖离管道一定距离时控制器自动切断液压回路，防止铲斗挖掘过程中对管道破坏，减少了施工过程中的危险性，保证了人员和车辆的安全。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。

在附图中：

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的雷达天线安装图；

图3是本发明的系统流程图；

图4为现有的雷达安装图；

图1中：1、雷达天线，2、雷达控制器，3、车辆控制器，4、显示器，5、倾角传感器，6、铲斗，7、斗杆，8、大臂，9、腔体，10、过线管道。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2所示，一种安装在挖掘机上的主动防超挖控制系统，包括探地雷达天线1、雷达控制器2、车辆控制器3、显示器4和倾角传感器5。

以下给出上述器件的具体安装位置：

雷达天线1固定在挖掘机的铲斗6上，雷达控制器2和车辆控制器3安装在挖掘机驾驶室内，显示器4安装在驾驶室内驾驶员前方，倾角传感器5的数量为三个，别安装在挖掘机的大臂8、斗杆7、铲斗摇杆上。

具体的，挖掘机的铲斗6外侧平面处设有一腔体9，过线管道10沿着铲斗6的弧面布置，雷达天线1安装在该腔体9内，并用陶瓷等耐磨且可穿透电磁波的材料进行封装。

上述方案中：雷达天线1与雷达控制器2相连，雷达天线1用以全方位探测施工场地下的管道信息，且通过雷达控制器2计算管道的位置及深度，并通过显示器4显示地下管道的三维模型并与挖掘机三维模型集成到一个显示界面里，方便施工人员初步判断管道与挖掘机的相对位置；三个倾角传感器5分别与车辆控制器3相连，倾角传感器5将测量的角度值实时的发送给车辆控制器3，车辆控制器3实时计算出铲斗齿尖相对于整车的位置，以便在显示器4内实时显示挖掘机的工作状态及齿尖的位置状态。

作为本发明的优化方案：还包括报警系统，该报警系统与车辆控制器3相连，车辆控制器3会根据采集到的倾角传感器5的数据实时判断铲斗齿尖的位置与管道之间的距离；当铲斗齿尖与管道之间距离大于n距离时，施工人员可以继续施工；当检测距离介于m距离到n距离之间时报警系统提示报警信息，通知施工人员即将挖到管道，施工人员可以继续挖掘也可以操作提起工作装置。

具体的，报警系统为挖掘机驾驶室内的仪表。

作为本发明的优化方案：还包括先导开关，该先导开关与车辆控制器3相连，当铲斗齿尖与管道之间距离小于m距离时车辆控制器3自动切断液压油路，工作装置停止工作，同时报警系统提示报警信息，需要施工人员手动关闭先导开关并再次打开先导开关启动液压系统。

具体的，n的取值为40cm，m的取值为20cm。

如图3所示，一种安装在挖掘机上的主动防超挖控制方法，挖掘机在施工前将铲斗6在施工场地上紧贴地面以便安装在斗杆7上的雷达天线1可以全方位探测施工场地下的管道信息，雷达天线1实时向地下发射电磁波，根据电磁波在不同介质表面返回的电磁波时间差通过雷达控制器2计算管道的位置及深度。根据雷达天线1在斗杆7上的安装位置与铲斗齿尖的相对位置关系可以推算出雷达天线1探测的地下管道相对于整车的位置。通过显示器4显示地下管道的三维模型并与挖掘机三维模型集成到一个显示界面里，方便施工人员初步判断管道与挖掘机的相对位置。

挖掘机施工人员在操作工作装置挖掘过程中，车辆控制器3会根据采集到的倾角传感器5的数据通过算法计算实时判断铲斗齿尖的位置与管道之间的距离，当铲斗齿尖与管道之间距离大于40cm时，施工人员可以继续施工；当检测距离介于20cm到40cm之间时仪表提示报警信息，通知施工人员即将挖到管道，施工人员可以继续挖掘也可以操作提起工作装置；当铲斗齿尖与管道之间距离小于20cm时车辆控制器3自动切断液压油路，工作装置停止工作，同时仪表提示报警信息，需要施工人员手动关闭先导开关并再次打开先导开关启动液压系统。

综上，本发明通过挖掘机自带的车载探地雷达系统在施工过程中实时检测地下管道的位置及高度并在显示器上显示，同时通过齿尖位置的定位功能，当铲斗齿尖离管道一定距离时控制器自动切断液压回路，防止铲斗挖掘过程中对管道破坏，减少了施工过程中的危险性，保证了人员和车辆的安全。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。