一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统及方法技术方案

一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统，包括一个发射读写器和多个附加的接收读写器，数据处理装置,显示装置和报警装置。基于该系统的管控方法为，安全帽上的发射读写器发射信号至后台已知三维位置的多个接收读写器；由于其到达时间不同，而无线电波的传播速度在一定条件下为定值，数据处理装置可把时间差转化为距离差，之后利用DTOA算法计算出施工人员的准确三维位置；在后台管理系统上通过数据转换，实时传送到BIM模型中，在BIM模型中通过根据国家施工人员安全相关规范及施工管理人员多年施工经验预设的工地危险区域结合三维定位数据做出报警判断，并且通过安全帽的报警装置提醒施工人员,实现安全管控自动化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工人行为安全管控领域，更具体地，涉及一种基于三维定位和BIM的施工安全管控安全帽，主要用于工程项目的施工现场。
技术介绍
目前，工程项目的施工现场事故频发，虽然国家规范有许多相应的施工人员安全规范，且对施工行为有严格要求，但都是书面上的文件，没有相对完善的施工人员安全管控措施，只能依靠施工管理人员的人工提醒，但施工现场环境复杂，单单依靠管理人员的监督是不够的，且不同的管理人员因自身经验不同而对安全的理解程度不同，施工人员安全不能得到有效管控；而且当事故发生时我们因不知道施工人员的具体位置而不能及时对他们施救。综上所述，鉴于传统的施工人员安全管控的缺陷，亟需一种能够自动对施工人员进行定位、实时自动提醒施工人员所处位置的安全状态、判断客观稳定的安全管控系统。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术旨在提供一种施工安全管控系统及方法，其目的在于即使对工人进行定位，判别其域危险区域的关系并发出提醒，减少施工现场事故以及便于及时搜救，由此解决施工人员安全管控上的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统，包括：安全帽、一个发射读写器、已知位置的至少三个接收读写器、数据处理装置、BIM模型存储器、显示装置和报警装置；任意三个接收读写器不共线，发射读写器、报警装置设于安全帽上，发射读写器的输出端连接接收读写器的输入端，接收读写器的输出端连接数据处理装置的输入端，数据处理装置的输出端连接显示装置和报警装置，BIM模型存储器中存有包含危险区域划分的BIM模型；发射读写器用于向接收读写器发射无线信号，接收读写器用于接收上述无线信号并实时传递给数据处理装置，数据处理装置用于将接收到上述无线信号的时间差转化为距离差，并计算出发射读写器的三维位置，并将得到的位置输入到BIM模型中；显示装置用于显示BIM模型以及模拟显示发射读写器在BIM模型中的位置；报警装置用于根据发射读写器在BIM模型中的位置与BIM模型中划分的危险区域的关系判定发射读写器所处位置是否安全并根据判定结果实时报警。进一步地，报警装置包括语音报警器和震动提醒器。进一步地，报警装置包括AR眼镜，实时输出判定结果。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于上述施工安全管控系统的施工安全管控方法，包括以下步骤：(1)建立施工现场危险区域数据库以及工程项目的BIM模型，并将施工现场危险区域数据库与BIM模型关联，在BIM模型中划分出危险区域；(2)建立世界坐标系，发射读写器实时向预设的在世界坐标系中已知坐标的至少三个接收读写器发送无线信号；(3)数据处理装置根据接收读写器接收到信号的时间差，计算出发射读写器的三维位置坐标；(4)将发射读写器的位置坐标输入到BIM模型中，并与BIM模型中预设的危险区域进行对照，在判断出发射读写器进入危险区域后进行报警。进一步地，BIM模型中危险区域包括中心危险区和周边警示区，周边警示区包围在中心危险区外，周边警示区至少有一层；步骤(4)中，发射读写器的坐标位置落在不同的周边警示区，报警装置对应发出的报警信号不同。进一步地，报警装置设有语音报警和震动提醒，步骤(4)中，发射读写器的坐标位置所在的周边警示区越靠近中心危险区，语音的音量和震动的强度越大。进一步地，周边警示区预设有识别码，报警装置预设有对应该识别码的报警语音信息，步骤(4)中，报警装置读取发射读写器的坐标位置所在的周边警示区的识别码，发出对应的报警语音信息，以提醒使用者当前与中心危险区的距离。进一步地，报警装置包括AR眼镜，周边警示区预设有识别码，报警装置预设有对应该识别码的报警文字信息，步骤(4)中，报警装置读取发射读写器的坐标位置所在的周边警示区的识别码，在AR眼镜上显示对应的报警文字信息，以提醒使用者当前与中心危险区的距离。进一步地，步骤(3)中，获取发射读写器三维位置坐标的方法如下：设(x,y,z)为待测的发射读写器的三维位置坐标，(xi,yi,zi)为第i个接收读写器的已知位置坐标，i＝1、2、3，则有2(xi,1,yi,1,zi,1,ri,1)(x,y,z,r1)T＝Ki-K1-ri,12 (7)其中，Ki＝xi2+yi2+zi2；xi,1＝xi-x1；yi,1＝yi-y1；zi,1＝zi-z1；r1-发射读写器和第1个接收读写器之间的距离；ri,1-发射读写器至第i个接收读写器之间的距离和发射读写器至第1个接收读写器之间的距离的差值，直接由数据处理装置根据第i个接收读写器和第1个接收读写器接收到信号的时间差换算得到；式(7)中x,y,z,r1是未知数，求解式(7)即得到发射读写器的三维位置坐标(x,y,z)。进一步地，施工现场预设i个接收读写器，i>3，数据处理装置随机选择3个接收读写器接收到的信号进行计算，得出多组三维位置坐标(x,y,z)，取其均值作为最终结果输入BIM模型。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于能够实时管控施工人员的行为安全，能够取得下列有益效果：(1)管控方便：传统的施工人员安全管控一般都是人工现场管控，该方法需要项目管理人员到施工现场进行安全管控，而不同的管理人员因经验的不同而对安全规范的把控不同，而且施工现场环境复杂，施工人员较多，人工现场管控较困难。基于三维定位和BIM的安全管控系统，只需安装好相关设备后，项目管理人员无需再到施工现场，便可依靠该系统及方法进行自动管控。(2)实时管控：通过基于三维定位和BIM的安全管控系统，能够实现在复杂施工环境下对施工人员行为的实时管控，从而及时发现施工人员的不安全行为并报警提醒。(3)智能判断：本专利技术采用三维定位技术与BIM技术相结合的方法，在BIM模型中通过预设的工地危险区域及报警规则结合三维定位数据做出报警判断，并且通过安全帽的报警装置提醒施工人员，实现智能化安全管控。(4)高效报警：报警装置直接安装在安全帽上，不易被忽略。附图说明图1是本专利技术所述的一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统的基本功能结构图；图2是本专利技术实施例实时流程图；图3是TDOA算法示意图；图4是危险区域设置示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术的一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统，包括：安全帽、一个发射读写器、已知位置的至少三个接收读写器、数据处理装置、BIM模型存储器、显示装置和报警装置。任意三个接收读写器不共线，发射读写器、报警装置设于安全帽上，发射读写器的输出端连接接收读写器的输入端，接收读写器的输出端连接数据处理装置的输入端，数据处理装置的输出端连接显示装置和报警装置，BIM模型存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统，其特征在于，包括：安全帽、一个发射读写器、已知位置的至少三个接收读写器、数据处理装置、BIM模型存储器、显示装置和报警装置；任意三个接收读写器不共线，发射读写器、报警装置设于安全帽上，发射读写器的输出端连接接收读写器的输入端，接收读写器的输出端连接数据处理装置的输入端，数据处理装置的输出端连接显示装置和报警装置，BIM模型存储器中存有包含危险区域划分的BIM模型；发射读写器用于向接收读写器发射无线信号，接收读写器用于接收上述无线信号并实时传递给数据处理装置，数据处理装置用于将接收到上述无线信号的时间差转化为距离差，并计算出发射读写器的三维位置，并将得到的位置输入到BIM模型中；显示装置用于显示BIM模型以及模拟显示发射读写器在BIM模型中的位置；报警装置用于根据发射读写器在BIM模型中的位置与BIM模型中划分的危险区域的关系判定发射读写器所处位置是否安全并根据判定结果实时报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统，其特征在于，包括：安全帽、一个发射读写器、已知位置的至少三个接收读写器、数据处理装置、BIM模型存储器、显示装置和报警装置；任意三个接收读写器不共线，发射读写器、报警装置设于安全帽上，发射读写器的输出端连接接收读写器的输入端，接收读写器的输出端连接数据处理装置的输入端，数据处理装置的输出端连接显示装置和报警装置，BIM模型存储器中存有包含危险区域划分的BIM模型；发射读写器用于向接收读写器发射无线信号，接收读写器用于接收上述无线信号并实时传递给数据处理装置，数据处理装置用于将接收到上述无线信号的时间差转化为距离差，并计算出发射读写器的三维位置，并将得到的位置输入到BIM模型中；显示装置用于显示BIM模型以及模拟显示发射读写器在BIM模型中的位置；报警装置用于根据发射读写器在BIM模型中的位置与BIM模型中划分的危险区域的关系判定发射读写器所处位置是否安全并根据判定结果实时报警。2.如权利要求1所述的一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统，其特征在于，报警装置包括语音报警器和震动提醒器。3.如权利要求1或2所述的一种基于三维定位和BIM的施工安全管控系统，其特征在于，报警装置包括AR眼镜，实时输出判定结果。4.一种基于权利要求1所述的施工安全管控系统的施工安全管控方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立施工现场危险区域数据库以及工程项目的BIM模型，并将施工现场危险区域数据库与BIM模型关联，在BIM模型中划分出危险区域；(2)建立世界坐标系，发射读写器实时向预设的在世界坐标系中已知坐标的至少三个接收读写器发送无线信号；(3)数据处理装置根据接收读写器接收到信号的时间差，计算出发射读写器的三维位置坐标；(4)将发射读写器的位置坐标输入到BIM模型中，并与BIM模型中预设的危险区域进行对照，在判断出发射读写器进入危险区域后进行报警。5.如权利要求4所述的施工安全管控方法，其特征在于，BIM模型中危险区域包括中心危险区和周边警示区，周边警示区包围在中心危险区外，周边警示区至少有一层；步骤(4)中，发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：周迎，余群舟，骆汉宾，周诚，黄海英，魏然，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42