一种工程造价进度监管系统的制作方法

1.本发明涉及人工智能及工程造价技术领域，具体涉及一种工程造价进度监管系统。


背景技术：

2.市政道路的施工工序通常为：修便道运送物料及设置发电机组、挖设排水沟并自检、布置路缘石及检查井、清扫基层及修整补整平、多次铺设铺料、多次碾压、道路养护和开放通行。
3.在市政道路施工过程中，需要对各项施工工序进行跟踪管理。施工工序管理不得当会导致工程施工造价不够准确，影响整体工程的经济效益和工作效率。
4.在现有技术中通过无人机进行施工现场的监控可以获得比较完全的施工现场图。可通过无人机监控获得施工现场中的施工区域，确定当前施工区域位置。但是无法在市政道路施工中对施工工序的进度进行具体的检测。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种工程造价进度监管系统，所采用的技术方案具体如下：
6.本发明提出了一种工程造价进度监管系统，其特征在于，所述系统包括：
7.图像采集模块，用于获取施工区域的初始图像；在所述初始图像中分割出第一施工感兴趣区域；
8.排水沟区域划分模块，用于检测所述第一施工感兴趣区域内的边缘并获得第一排水沟区域；获取所述第一排水沟区域的第一深度图像；在所述第一深度图像中识别并筛除地面区域，获得第二排水沟区域；
9.排水沟挖设进度检测模块，用于根据所述初始图像的人员分布信息获得人员分布热力图；获得所述人员分布热力图中的人员分布类别；获得所述人员分布类别间的往返轨迹；若所述往返轨迹规律性分布，则所述人员分布类别中存在物料区域，以靠近所述第二排水沟区域的所述人员分布类别作为人员分布区域；反之，则不存在所述物料区域，将所有所述人员分布类别合并作为所述人员分布区域；根据所述人员分布区域对所述第二排水沟区域进行划分，获得子区域边界；所述子区域边界与所述第二排水沟区域的边缘围成实时子区域；所述子区域边界过人员分布区域在排水沟延伸方向上的最外围极值点，使得所述实时子区域内与所述人员分布区域的交集的补集最小；通过所述实时子区域的深度信息获得排水沟挖设进度；
10.工程造价进度管理模块，用于通过实时信息预测工程的完成工期；所述实时信息包括所述排水沟挖设进度。
11.进一步地，所述工程造价进度管理模块还包括路缘石及检查井进度检测模块；
12.所述路缘石及检查井进度检测模块用于通过预先训练好的语义分割网络处理所
述初始图像，获得路缘石分割图和检查井分割图；以所述路缘石分割图的边缘与所述第一施工感兴趣区域边缘的比值作为路缘石进度；以所述检查井分割图中所述检查井的面积与所述第一施工感兴趣区域面积的比值作为检查井布置进度；以所述检查井布置进度作为所述实时信息。
13.进一步地，所述程造价进度管理模块还包括基层清扫及修整检测模块；
14.所述基层清扫及修整检测模块用于将所述初始图像中的所述第一排水沟区域舍去，获得基层状态检测区域图像；以及基层状态检测区域深度图像；将所述基层状态检测区域图像和所述基层状态检测区域深度图像送入预先训练好的神经网络中输出清扫等级；以所述清扫等级作为所述实时信息。
15.进一步地，所述程造价进度管理模块还包括铺料碾压进度检测模块；
16.所述铺料碾压进度检测模块用于以所述基层状态检测区域图像作为铺料检测区域图像；通过预先处理好的铺料分割网络处理所述铺料检测区域图像，获得铺料类别；以所述铺料像素点个数与所述铺料检测区域图像的像素点个数的比值作为铺料布置进度；获得所述第一施工感兴趣区域图像中压路车的移动轨迹；通过所述移动轨迹的往返次数与预设的标准次数的比值作为碾压进度；以所述铺料布置进度和所述碾压进度作为所述实时信息。
17.进一步地，所述排水沟区域划分模块还包括第一深度图像分析模块；
18.所述第一深度图像分析模块用于将所述第一深度图像以区间为单位进行直方图统计；从包含像素点最少的区间进行筛选：判断所述区间内像素点在所述第一排水沟区域的像素点占比是否大于预设比例阈值；若大于，则对所述区间内像素点进行连通域分析；若所述连通域数量小于等于二，则认为所述区间内像素点为所述地面区域的像素点；若所述区间没有通过两次筛选则从下一个包含像素点最少的区间继续进行筛选，直至完成筛选。
19.进一步地，所述排水沟挖设进度检测模块还包括往返轨迹获取模块；
20.所述往返轨迹获取模块用于选取所述人员分布类别作为起点和终点，以所述人员分布类别的代价划分节点；所述代价通过梯度设置；连接所述节点构成所述往返轨迹。
21.进一步地，所述排水沟挖设进度检测模块还包括子区域调整模块；
22.所述子区域调整模块用于获取多个时段所述实时子区域的面积，以多个面积的中位数或均值作为标准子区域面积；以所述第二排水沟区域边缘和边缘上像素点切线的垂线作为边界，通过所述标准子区域和所述边界在所述第二排水沟区域上划分子区域。
23.进一步地，所述排水沟挖设进度检测模块还包括挖设进度获取模块；
24.所述挖设进度获取模块用于获得所述深度信息的均方差；所述均方差与时间呈正相关关系；以所述均方差与时间的变化梯度趋近于零的时刻作为完成时刻；以当前时刻与完成时刻的比值作为所述挖设进度。
25.进一步地，所述排水沟挖设进度检测模块还包括排水沟自检模块；
26.所述排水沟自检模块用于当所述排水沟挖设进度满足挖设进度阈值时，利用预先训练好的自检分割网络处理所述第二排水沟区域，获得像素类别为水的像素点个数。若所述水的像素点个数与所述第二排水沟区域内像素点个数比值大于等于自检比值阈值，则确认已开启排水沟自检，结束排水沟挖设工序。
27.进一步地，所述排水沟挖设进度检测模块还包括往返轨迹分析模块；
28.所述往返轨迹分析模块用于对所述往返轨迹依照设定规则进行热力值赋值；将所述往返轨迹实际的热力值与所赋值的热力值进行逐点对比，若近似满足线性关系，则判断为存在所述物料区域；反之，则认为不存在所述物料区域。
29.本发明具有如下有益效果：
30.1.本发明实施例通过施工区域的图像依次获得道路施工流程中难以通过图像分析直接获得的排水沟挖设进度，通过实时获取的排水沟挖设进度，使造价人员能够清晰完整的获得当前施工进度，提高了整体施工进度获取的准确性。
31.2.本发明实施例根据实时信息预测完成工期，并将预测完成工期与预设的完成工期进行对比，可以使造价人员对施工流程做出合理的调整和分析。
32.3.本发明实施例通过对人员分布热力图进行分类，判断物料区域的存在，使人员分布区域的划分更加准确，避免了直接根据热力值分类造成的区域大小不准确。
附图说明
33.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和优点，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的介绍，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它附图。
34.图1为本发明一个实施例所提供的一种工程造价进度监管系统框图。
具体实施方式
35.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种工程造价进度监管系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
37.下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种工程造价进度监管系统具体方案。
38.本发明实施例实施场景为：在市政道路施工过程中的施工进度实时动态监管以及相应的造价预算实时更新。在本发明实施例中，因为考虑到修便道运送物料和设置发电机组为前期准备工作无需进行实时监管，所以默认这一工序已完成，对剩下的工序进行监管。
39.请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种工程造价进度监管系统框图，该系统包括图像采集模块101、排水沟区域划分模块102、排水沟挖设进度检测模块103和工程造价进度管理模块104。
40.图像采集模块101用于获取施工区域的初始图像。在初始图像中分割出第一施工感兴趣区域。在本发明实施例中通过无人机上部署的相机采集图像，无人机按照固定路线飞行，采集整个施工路段的图像后利用图像拼接方法获取整个施工路段的全景图像作为初始图像。且因为无人机飞行路线固定，可预先在初始图像上设置第一施工感兴趣区域，以便于减少无关因素对后续进度监管的影响。
41.排水沟区域划分模块102用于检测第一施工感兴趣区域内的边缘病获得第一排水沟区域。在本发明实施例中，利用sobel算子进行边缘检测，在检测出边缘后，保留长度最长的两条边缘作为第一排水沟边缘。利用膨胀算法处理第一排水沟边缘，将第一排水沟边缘进行多次膨胀后生成第一排水沟区域。膨胀次数需视情况而定，如无人机飞行高度越高，则第一排水沟边缘在图像上的占比就越小，膨胀次数也应越小。
42.排水沟区域划分模块102获得第一排水沟区域后，通过无人机上部署的相机采集第一排水沟区域的深度信息获得第一深度图像。在第一深度图像上根据深度信息筛选出地面区域，获得第二排水沟区域。
43.优选的，排水沟区域划分模块102还包括第一深度图像分析模块。第一深度图像分析模块用于将第一深度图像以区间为单位进行直方图统计。从包含像素点最少的区间进行筛选：判断区间内像素点在第一排水沟区域的像素点占比是否大于预设比例阈值；若大于，则对区间内像素点进行连通域分析。若连通域的数量小于等于二，则认为区间内像素点为所述地面区域的像素点。若区间没有通过两次筛选则从下一个包含像素点最少的区间继续进行筛选，直至完成筛选。
44.在本发明实施例中，直方图的区间长度4个像素值，例如[0,4)、[4,8)
…
等，共存在64个单位区间，并按顺序进行区间编号。
[0045]
因为在实际工程中，排水沟并非同时整体挖设，是在整体的排水沟区域上工作人员分区进行挖设。所以在进行排水沟挖设进度监管过程中，为了实时准确的获得排水沟挖设进度，需要对第二排水沟区域进行划分。考虑到实际工程中，路段的设计不同、施工人员数量不同等因素，排水沟挖设进度检测模块103利用初始图像中的人员分布信息获得人员分布区域对子区域进行划分，具体包括：
[0046]
1)获取初始图像中的人员分布信息，根据多帧初始图像中的人员分布信息获得人员分布热力图。在本发明实施例中，通过预先训练好的人员关键点检测网络获取初始图像中的人员分布信息；获得人员分布热力图后通过预设的热力值阈值去除噪声。
[0047]
2)人员分布热力图中的热力值可以表示在某个区域中人员分布情况，排水沟挖设进度检测模块103通过人员分布热力图获得人员分布类别。需要说明的是，人员分布类别中包含物料区域，物料区域会导致后续人员分布区域的划分出现误差，因为物料区域人员仅装卸物料，且物料区域中的人员分布信息并不能作为依据对第二排水沟区域进行子区域的划分。因此假设存在物料区域，以人员分布类别作为节点，获得移动区域中的往返轨迹。如果存在物料区域，则往返轨迹为顺序且有规律的；如果不存在物料区域，则往返轨迹为杂乱无序的。因此可通过往返轨迹判断是否存在物料区域，如果存在物料区域，则以靠近第二排水沟区域的人员分布类别作为人员分布区域；如果不存在物料区域，则将获得的三类区域合并后作为人员分布区域。在本发明实施例中，通过聚类算法将人员分布热力图中的热力值分为三个人员分布类别，并假设存在物料区域，三个人员分布类别分别代表工作区域、移动区域和物料区域。通过将人员热力图进行分类并判断，使得人员分布区域划分的更准确，避免了直接通过热力值分类造成的区域划分缺失等影响。
[0048]
3)根据人员分布区域对第二排水沟区域进行划分，获得子区域边界。子区域边界与第二排水沟区域边缘围成实时子区域。子区域边界过人员分布区域在排水沟延伸方向上的最外围极值点，使得实时子区域内与人员分布区域的交集的补集最小。
[0049]
排水沟挖设进度检测模块103获得实时子区域后，通过实时子区域的深度信息获得排水沟的挖设进度。
[0050]
优选的，排水沟挖设进度检测模块103还包括往返轨迹获取模块。往返轨迹获取模块用于以人员分布类别作为起点和终点，以人员分布类别的代价划分节点。代价通过梯度设置。以节点构成所述往返轨迹。节点的优先级设置用以下公式表示：
[0051]
f(n)＝g(n)+h(n)
[0052][0053][0054]
其中，f(n)为节点的优先级，g(n)为节点距离起点的代价，h(n)为起点距离终点的代价，grad
i
为第i个节点到第i+1个节点的梯度，δd为第i个节点到第i+1个节点的距离，n表示节点的数量。
[0055]
优选的，排水沟挖设进度检测模块还包括往返轨迹分析模块。往返轨迹分析模块用于对往返轨迹依照设定规则进行热力值赋值。将往返轨迹实际的热力值与所赋值的热力值进行逐点对比，若近似满足线性关系，则判断为存在物料区域；反之，则认为不存在物料区域。
[0056]
在本发明实施例中默认移动速度为1s从一个节点到下一个节点，基于遗忘算法对往返轨迹进行赋值。
[0057]
因为实时子区域是通过人员分布进行划分，所以不可避免会出现重复区域，导致评估精度下降。排水沟挖设进度检测模块还包括子区域调整模块。子区域调整模块用于获取多个时段实时子区域的面积，以多个面积的中位数或均值作为标准子区域面积。以第二排水沟区域边缘和边缘上像素点切线的垂线作为边界，通过标准子区域和边界在第二排水沟区域上划分子区域。
[0058]
需要说明的是，在一些道路施工过程中会同时挖设道路两侧的排水沟，会存在两个第二排水沟区域，因为两个第二排水沟区域处于平行关系，因此只需将所选取的垂线将另一部分的第二排水沟区域进行划分即可。
[0059]
优选的，排水沟挖设进度检测模块还包括挖设进度获取模块。挖设进度获取模块用于获得深度信息的均方差。均方差与时间呈正相关关系。以均方差与时间的变化梯度趋近于零的时刻作为完成时刻。以当前时刻与完成时刻的比值作为挖设进度。均方差与时间的关系可用公式表示为：
[0060][0061]
其中，mse为均方差，t为时间，max mse为最大均方差，a为拟合参数。在该式中max mse和a为未知数，可通过拟合获取。根据公式即可获取梯度趋近于零时的时刻。
[0062]
对于整体排水沟的挖设进度来说，每个子区域的挖设进度为挖设进度获取模块输出的挖设进度乘1/n，n为子区域数量。即当每个子区域的挖设进度相加后为1时，证明当前
排水沟挖设完毕。
[0063]
优选的，排水沟挖设进度检测模块103还包括排水沟自检模块。排水沟自检模块用于当排水沟的挖设进度满足挖设进度阈值时，利用预先训练好的自检分割网络处理第二排水沟区域，获得像素类别为水的像素点个数。若水的像素点个数与第二排水沟区域个数比值大于等于自检比值阈值，则确认已开启排水沟自检，结束排水沟挖设工序。在本发明实施例中，挖设进度阈值设置为0.9，自检比值阈值设置为0.3。
[0064]
工程造价进度管理模块104用于通过实时信息预测工程的完成工期。实时信息包括排水沟挖设进度。工程造价进度管理模块基于实时信息动态调整工程状态，有利于提高工程效率，可通过预测的完成工期与造价人员规划的完成工期进行对比，及时调整工程状态，
[0065]
工程造价进度管理模块104利用tcn网络对完成工期进行预测。tcn网络的输入为实时信息，形状为[b,t,2]，b表示批尺寸；t为进行预测所用的时间段数；2为单个时间段数所输入的数据维度，为采样时间和当前开启检测模块在采样时刻的进度评估结果。tcn网络的输出为对应工序的预测完成工期。tcn网络的训练集选择历史数据，标签数据为人为在历史数据中标注的采样时间对应工序的实际完成工期。采用均方差损失函数进行训练。
[0066]
在本发明实施例中，t设置为7，若采样时间的工序非当前检测模块的工序，该采样时间对应的进度设置为0。
[0067]
优选的，工程造价进度管理模块104还包括路缘石及检查井进度检测模块。路缘石及检查井进度检测模块在排水沟挖设进度检测模块103确认排水沟挖设工序结束后开启，通过预先训练好的语义分割网络处理初始图像，获得路缘石分割图和检查井分割图。以路缘石分割图的边缘与第一施工感兴趣区域边缘的比值作为路缘石进度。将检查井分割图进行连通域分析，获取多个检查井连通域，统计所有检查井连通域的质心，获得所有质心的最小外接矩形。以最小外接矩形与第一施工感兴趣区域相交的面积在第一施工感兴趣区域中的占比作为检查井布置进度，以检查井布置进度作为工程造价进度管理模块104的实时信息。
[0068]
需要说明的是，路缘石及检查井进度检测模块104所获取的为两个进度，为了表示整个工序的进度，单个进度的最高进度应为0.5。且该模块最后获得的进度可能最大值并不为1，可以自行设置阈值，当满足阈值时认为进度为1即可。
[0069]
优选的，工程造价进度管理模块104还包括基层清扫及修整检测模块。基层清扫及修整检测模块用于当路缘石及检查井布置工序完毕后开启。将初始图像中的第一排水沟区域舍去，获得基层状态检测区域图像以及基层状态检测区域深度图像。将基层状态检测区域图像和基层状态检测区域深度图像送入预先训练好的神经网络中输出清扫等级，以清扫等级作为工程造价进度管理模块104的实时信息。
[0070]
基层清扫及修整检测模块中的神经网络具体包括：编码器对输入数据进行特征提取，所获取的特征张量需保证尺寸一致，特征张量经过连接操作后获取新的特征张量。将新的特征张量松土编码器和全连接层中，输出基层状态。神经网络分类的损失函数采用交叉熵损失函数。
[0071]
基层状态通过模糊分级类别进行标注。神经网络在训练时通过基层状态检测区域图像人为标注清扫等级。在本发明实施例中清扫等级设置为4级，等级越高清扫越完全。通
过基层状态检测区域深度图像中的深度信息的均方差确定像素值的离散度，以离散度表征休整进度标签。在本发明实施例中修整等级设置为4级，等级越高修整越完全。
[0072]
优选的，工程造价进度管理模块104还包括铺料碾压进度检测模块。铺料碾压进度检测模块在基层清扫及修整检测模块确定基层清扫及修整工序完毕后开启。以基层状态检测区域图像作为铺料检测区域图像。通过预先处理好的铺料分割网络处理所述铺料检测区域图像，获得铺料类别。以铺料像素点个数与铺料检测区域图像的像素点个数的比值作为铺料布置进度，以铺料布置进度作为工程造价进度管理模块104的实时信息。
[0073]
常用的铺料为沥青和矿料。因此铺料分割网络的分割的像素点类别为：沥青、矿料、基层和其他。需要说明的是，当时序上沥青像素点个数增加，判断为沥青布置工序；当矿料像素点个数增加，判断为矿料布置工序。重复铺料布置工序直至达到预设的铺料铺设次数。
[0074]
铺料碾压进度检测模块获得第一施工感兴趣区域图像中压路车的移动轨迹。通过所述移动轨迹的往返次数与预设的标准次数的比值作为碾压进度，以碾压进度作为工程造价进度管理模块104的实时信息。
[0075]
在本发明实施例中，通过车辆关键点检测网络提取压路车顶部中心关键点，通过热力图叠加的方式确定压路车移动轨迹。当移动轨迹像素点与第一施工区域一侧边缘像素点个数之差满足预设个数阈值时认为压路车执行了一次碾压工序。
[0076]
需要说明的是，当判断碾压进度完成时，检测第一施工感兴趣区域是否还存在所述移动轨迹。若存在，则将标准次数增加一次，并反馈给造价人员。
[0077]
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0078]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0079]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。