一种基于增强现实安全帽的施工管控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于增强现实安全帽的施工管控系统及方法，通过增强现实的方式，有效提升施工现场管理人员对工程项目各目标(进度、质量、成本、安全等)管控的质量和效率。本发明专利技术包括进行定位与增强现实信息显示的安全帽和基于BIM的施工信息管控单元。通过安全帽获取人员位姿信息，将其同步定位到后台BIM模型中，根据安全帽虚拟视觉范围生成以及范围内施工对象信息判定，确定后台推送的人员视觉范围内的施工对象的各类施工信息(包括进度信息、质量信息、安全信息、成本信息等)，并传送到安全帽的增强现实眼镜上显示，供现场管理人员进行虚拟与现实的对比。管理人员据此下达相应施工管控指令，完成施工现场的高效管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑工程现场管理领域，更具体地，涉及一种增强现实安全帽及基于该安全帽的施工管控方法。
技术介绍
长期以来，建筑工程项目的现场管理实行的是粗放式管理。由于现场管理人员无法实时掌握工程各个部位、构件的全部施工信息，导致对现场进度、质量、安全和成本等项目管理目标缺乏高效的管控手段，造成进度滞后、预算超支和施工安全事故发生等影响工程项目效益的事情发生。为此，专利技术一套科学有效的能帮助施工现场管理人员进行准确、快速、高效的现场施工管控方法具有重要的工程意义和现实价值。增强现实技术是一种可在真实世界同时展现虚拟世界的技术，其目的是将真实世界中蕴含的信息数据，与人们看到的真实世界的场景实时融合，以增强对真实世界的理解。现在该技术广泛应用于电影、游戏等娱乐行业、地图导航等领域，但是还未在建筑领域广泛应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的以上问题，本专利技术的一个目的在于提供一种基于增强现实安全帽的现场施工管控系统及方法，其目的在于为施工现场管理人员实时推送施工对象的施工信息(例如进度、质量、安全、成本)，供现场管理人员实时进行后台存储的虚拟数据与现实实际施工情况的对比，从而帮助其下达及时有效的施工管控指令，完成施工现场的高效管理。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于增强现实安全帽的施工管控系统，包括：增强现实安全帽和基于BIM的施工信息管控单元；增强现实安全帽包括安全帽本体以及装载于本体上的位姿测定仪、位姿信息发射器、施工信息接收器、增强现实眼镜；位姿测定仪用于安全帽本体的位置、水平方向朝向和竖直方向倾斜角度的测定，位姿测定仪测得的安全帽本体的位置、朝向和角度信息通过位姿测定仪的输出端发送到位姿信息发射器的输入端；增强现实眼镜的输入端与施工信息接收器的输出端连接，增强现实眼镜用于显示从施工信息接收器接收到的施工信息；基于BIM的施工信息管控单元包括处理器以及由该处理器连接的位姿信息接收器、施工信息发射器、工程BIM数据库存储器；位姿信息接收器的输入端连接位姿信息发射器的输出端，位姿信息接收器的输出端连接至处理器；施工信息发射器的输出端连接施工信息接收器的输入端，施工信息发射器的输入端连接工程BIM数据库存储器的输出端；工程BIM数据库存储器中存有工程项目BIM模型以及与该工程项目BIM模型中各施工对象相对应的施工信息；处理器将位姿信息接收器接收到的安全帽本体的位置、朝向和角度信息输入到工程项目BIM模型中，得到安全帽当前位置、朝向和角度所对应的施工对象，并读取工程BIM数据库存储器中存储的对应该施工对象的施工信息，通过施工信息发射器将该施工信息发射给施工信息接收器，施工信息接收器将该施工信息输送到增强现实眼镜上进行显示。进一步地，位姿测定仪包括：GPS传感器、电子罗盘、角加速度传感器；GPS传感器用于获取安全帽位置信息，电子罗盘用于获取安全帽在水平方向上的指向信息，角加速度传感器用于确定安全帽在垂直方向上的倾斜角度信息。进一步地，位姿测定仪包括用于测定安全帽位置的位置传感器，位置传感器包括：设于安全帽本体上的位置信号发射器、设于施工现场的三个不共线的位置信号接收器，以及位置计算器；位置信号发射器的输出端连接三个位置信号接收器的输入端；三个位置信号接收器的输出端均连接位置计算器的输入端；位置计算器用于根据三个位置信号接收器接收到位置信号的时间差计算出安全帽的位置；位置计算器设于安全帽本体上，位置计算器的输出端连接位姿信息发射器的输入端；或者，位置计算器由基于BIM的施工信息管控单元的处理器兼任。进一步地，增强现实安全帽还包括施工信息推送开关，用于控制施工信息推送的启动及停止；施工信息推送开关为手动开关，手动控制施工信息推送的启动及停止；或者，施工信息推送开关为安装在安全帽本体上的速度检测仪，检测到安全帽移动时停止推送，检测到安全帽静止时启动推送；或者，施工信息推送开关由基于BIM的施工信息管控单元的处理器兼任，当处理器检测到安全帽本体的位置、朝向和角度信息维持一定时间不变，则启动施工信息推送；当处理器检测到接收的安全帽本体的位置、朝向和角度信息中的任意一个发生变化，则停止施工信息推送。进一步地，增强现实眼镜枢接在安全帽本体上，以便折叠及展开，施工信息推送开关为手动开关，手动开关设置在增强现实眼镜上或者安全帽本体上，当增强现实眼镜折叠在安全帽本体上时，手动开关处于增强现实眼镜和安全帽本体之间，以通过增强现实眼镜的折叠和展开触发。进一步地，增强现实安全帽上设有画面定格开关，画面定格开关连接增强现实眼镜，用于将增强眼镜上显示的画面定格。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于增强现实安全帽的施工管控方法，包括如下步骤：(1)构建工程项目BIM模型，并存储工程项目BIM模型中各施工对象相对应的施工信息；(2)读取安全帽的位姿信息，包括安全帽本体的位置、水平方向朝向和竖直方向倾斜角度的测定；(3)将安全帽的位姿信息输入工程项目BIM模型中进行视线模拟，根据工程项目BIM模型中模拟的视线选定施工对象；(4)调取对应施工对象的施工信息；(5)将步骤(4)调取的施工信息推送至安全帽上的增强现实眼镜进行显示。进一步地，步骤(3)中选定施工对象的方法如下：根据读取的位姿信息，在BIM模型中模拟安全帽的位置A、水平偏移角度α和垂直倾斜角度β，根据A、α、β建立虚拟视觉射线AD，将BIM模型中与虚拟视觉射线AD干涉的第一个施工对象作为选定施工对象；或者，以虚拟视觉射线AD为中心、以角度为半径建立虚拟的视角范围，当该视角范围内仅有一个施工对象时，将该施工对象作为选定施工对象；当该视角范围内有多个施工对象时，将其中与位置A距离最近的施工对象作为选定施工对象。进一步地，还包括信息推送判断步骤，信息推送判断步骤设于步骤(1)～(5)中任意相邻两个步骤之间，所述信息推送判断步骤为：需要查看施工信息，则继续执行后续步骤；不需要查看施工信息，则暂停或终止后续步骤的执行。进一步地，当增强现实眼镜成功显示施工信息之后，将显示的内容定格。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，能够为施工现场管理人员实时推送工程构件全方位施工信息，并在安全帽的增强现实眼镜上进行显示，供现场管理人员进行虚拟与现实的对比，能够实时掌握施工现场情况并发现现场情况与预设进度或施工情况的差别，从而帮助其及时下达有效的施工管控指令，完成施工现场的高效管理。附图说明图1为本专利技术第一实施例的系统构成示意图；图2是本专利技术所述的基于增强现实安全帽的现场施工管控方法的主要流程图；图3是本专利技术所述的优化的基于增强现实安全帽的现场施工管控方法的流程图；图4是本专利技术所述的视觉范围内施工对象判定方法示意图。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。图1为本专利技术第一实施例的系统构成示意图，包括：增强现实安全帽和基于BIM的施工信息管控单元；增强现实安全帽包括安全帽本体以及装载于本体上的位姿测定仪、位姿信息发射器、施工信息接收器、增强现实眼镜。位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于增强现实安全帽的施工管控系统，其特征在于，包括：增强现实安全帽和基于BIM的施工信息管控单元；增强现实安全帽包括安全帽本体以及装载于本体上的位姿测定仪、位姿信息发射器、施工信息接收器、增强现实眼镜；位姿测定仪用于安全帽本体的位置、水平方向朝向和竖直方向倾斜角度的测定，位姿测定仪测得的安全帽本体的位置、朝向和角度信息通过位姿测定仪的输出端发送到位姿信息发射器的输入端；增强现实眼镜的输入端与施工信息接收器的输出端连接，增强现实眼镜用于显示从施工信息接收器接收到的施工信息；基于BIM的施工信息管控单元包括处理器以及由该处理器连接的位姿信息接收器、施工信息发射器、工程BIM数据库存储器；位姿信息接收器的输入端连接位姿信息发射器的输出端，位姿信息接收器的输出端连接至处理器；施工信息发射器的输出端连接施工信息接收器的输入端，施工信息发射器的输入端连接工程BIM数据库存储器的输出端；工程BIM数据库存储器中存有工程项目BIM模型以及与该工程项目BIM模型中各施工对象相对应的施工信息；处理器将位姿信息接收器接收到的安全帽本体的位置、朝向和角度信息输入到工程项目BIM模型中，得到安全帽当前位置、朝向和角度所对应的施工对象，并读取工程BIM数据库存储器中存储的对应该施工对象的施工信息，通过施工信息发射器将该施工信息发射给施工信息接收器，施工信息接收器将该施工信息输送到增强现实眼镜上进行显示。...

【技术特征摘要】
1.一种基于增强现实安全帽的施工管控系统，其特征在于，包括：增强现实安全帽和基于BIM的施工信息管控单元；增强现实安全帽包括安全帽本体以及装载于本体上的位姿测定仪、位姿信息发射器、施工信息接收器、增强现实眼镜；位姿测定仪用于安全帽本体的位置、水平方向朝向和竖直方向倾斜角度的测定，位姿测定仪测得的安全帽本体的位置、朝向和角度信息通过位姿测定仪的输出端发送到位姿信息发射器的输入端；增强现实眼镜的输入端与施工信息接收器的输出端连接，增强现实眼镜用于显示从施工信息接收器接收到的施工信息；基于BIM的施工信息管控单元包括处理器以及由该处理器连接的位姿信息接收器、施工信息发射器、工程BIM数据库存储器；位姿信息接收器的输入端连接位姿信息发射器的输出端，位姿信息接收器的输出端连接至处理器；施工信息发射器的输出端连接施工信息接收器的输入端，施工信息发射器的输入端连接工程BIM数据库存储器的输出端；工程BIM数据库存储器中存有工程项目BIM模型以及与该工程项目BIM模型中各施工对象相对应的施工信息；处理器将位姿信息接收器接收到的安全帽本体的位置、朝向和角度信息输入到工程项目BIM模型中，得到安全帽当前位置、朝向和角度所对应的施工对象，并读取工程BIM数据库存储器中存储的对应该施工对象的施工信息，通过施工信息发射器将该施工信息发射给施工信息接收器，施工信息接收器将该施工信息输送到增强现实眼镜上进行显示。2.如权利要求1所述的一种基于增强现实安全帽的施工管控系统，其特征在于，位姿测定仪包括：GPS传感器、电子罗盘、角加速度传感器；GPS传感器用于获取安全帽位置信息，电子罗盘用于获取安全帽在水平方向上的指向信息，角加速度传感器用于确定安全帽在垂直方向上的倾斜角度信息。3.如权利要求1所述的一种基于增强现实安全帽的施工管控系统，其特征在于，位姿测定仪包括用于测定安全帽位置的位置传感器，位置传感器包括：设于安全帽本体上的位置信号发射器、设于施工现场的三个不共线的位置信号接收器，以及位置计算器；位置信号发射器的输出端连接三个位置信号接收器的输入端；三个位置信号接收器的输出端均连接位置计算器的输入端；位置计算器用于根据三个位置信号接收器接收到位置信号的时间差计算出安全帽的位置；位置计算器设于安全帽本体上，位置计算器的输出端连接位姿信息发射器的输入端；或者，位置计算器由基于BIM的施工信息管控单元的处理器兼任。4.如权利要求1-3所述的一种基于增强现实安全帽的施工管控系统，其特征在于，增强现实安全帽还包括施工信息推送开关，用于控制施工信息推送的启动及停止；施工信息推送开关为手动开关，手动控制施工信息推送...

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