本發(fā)明涉及混凝土施工領(lǐng)域，具體地指一種無人化的混凝土智能振搗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、混凝土是工程建設(shè)的基本材料，其質(zhì)量是影響工程質(zhì)量的重要因素。混凝土在攪拌站生產(chǎn)完成后，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行澆筑時，必須要進(jìn)行振搗作業(yè)。

2、混凝土振搗的密實程度直接影響混凝土的強度、抗?jié)B及抗凍等性能，對工程施工質(zhì)量和使用產(chǎn)生很大的影響。人工背負(fù)振搗棒振搗是最普遍及應(yīng)用最廣泛的振搗方法，通過振搗棒的振動排出其中的氣泡，使?jié){體能夠更充分的包裹骨料，使得混凝土在模板中更為密實，避免蜂窩、麻面等缺陷，提高結(jié)構(gòu)的整體強度和耐久性。

3、但是，振搗作業(yè)自動化程度低，主要依賴人工進(jìn)行作業(yè)。同時，振搗棒重量通?？蛇_(dá)到十至二十公斤甚至更多，振搗作業(yè)人員身體負(fù)荷大。振搗作業(yè)時，還必須要求作業(yè)人員在剛澆筑的混凝土中進(jìn)行操作，工作環(huán)境惡劣。

4、另一方面，混凝土的振搗作業(yè)要求高，振搗質(zhì)量主要依賴作業(yè)人員的經(jīng)驗和責(zé)任心。振搗時，通常要求振搗棒快插慢拔、插點均勻、逐點移動，分層澆筑時，還需要在振動上層時插入下層約5cm，每一振點的振動需要持續(xù)一定的時間但又不能過振，確?；炷磷銐蛎軐?，振搗時間一般以混凝土表面泛漿且不再下沉、不再出現(xiàn)氣泡為止。同時，振搗時還要求振搗棒不觸及鋼筋、埋件和模板，振搗要求高。

5、近年來，無人機技術(shù)發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于航拍、農(nóng)業(yè)、植保、運輸、災(zāi)難救援、野外觀察、測繪、電力巡檢等領(lǐng)域。因此，為加強混凝土振搗作業(yè)的精細(xì)化水平提高混凝土的振搗效率和振搗效果，減少對人工的依賴程度，需要考慮無人機技術(shù)在混凝土振搗作業(yè)中的應(yīng)用，并在施工方法上面進(jìn)行更深入的研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明一方面提供了一種無人化的混凝土智能振搗系統(tǒng)，一方面提供了一種無人化的混凝土智能振搗方法，該系統(tǒng)和方法能夠在不依賴人工操作的情況下，實現(xiàn)混凝土振搗操作的精細(xì)化控制，提升混凝土的振搗質(zhì)量和效率。

2、為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種無人化的混凝土智能振搗方法，它包括：

3、通過攝像頭對待澆筑倉面進(jìn)行俯拍，根據(jù)俯拍圖進(jìn)行標(biāo)記得到禁止振搗區(qū)域，并得到待澆筑倉內(nèi)所有點的坐標(biāo)及高程信息；

4、根據(jù)俯拍圖以及待澆筑倉內(nèi)所有點的坐標(biāo)及高程信息規(guī)劃振搗作業(yè)路線；

5、利用無人機攜帶振搗棒根據(jù)振搗作業(yè)路線進(jìn)行振搗并根據(jù)混凝土的實際情況判斷振搗是否完成。

6、進(jìn)一步的，根據(jù)俯拍圖進(jìn)行標(biāo)記得到禁止振搗區(qū)域的方法包括：攝像頭對待澆筑倉面進(jìn)行俯拍后，在得到的俯拍圖中，用線條標(biāo)記待澆筑倉面中的模板、鋼筋、預(yù)埋件的位置，標(biāo)記線條范圍內(nèi)以及標(biāo)記線條周邊的設(shè)定范圍內(nèi)為禁止振搗區(qū)域。

7、進(jìn)一步的，得到禁止振搗區(qū)域后，采用劃分區(qū)域填充的方法對禁止振搗區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并對標(biāo)記進(jìn)行離散化處理。

8、進(jìn)一步的，采用劃分區(qū)域填充的方法對禁止振搗區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并對標(biāo)記進(jìn)行離散化處理的方法包括：將模板設(shè)定為振搗安全邊界；定義模板、鋼筋、預(yù)埋件及其周邊設(shè)定距離內(nèi)的區(qū)域為禁止振搗區(qū)域，并對禁止振搗區(qū)域進(jìn)行填充處理；對被填充的禁止振搗區(qū)域進(jìn)行離散處理，得到被填充的禁止振搗區(qū)域內(nèi)所有點的點坐標(biāo)，將被填充的禁止振搗區(qū)域內(nèi)所有點的點坐標(biāo)所組成的區(qū)域作為禁止振搗區(qū)域。

9、進(jìn)一步的，根據(jù)倉面內(nèi)所有點的坐標(biāo)及高程信息規(guī)劃振搗作業(yè)路線的方法包括：在振搗邊界內(nèi)的振搗作業(yè)區(qū)域，標(biāo)記振搗作業(yè)起點，并輸入振搗間距，采用以振搗間距為邊長的方格對振搗作業(yè)區(qū)域進(jìn)行自動劃分，以每個方格的中心點作為第一振搗點位，以方格四個頂點作為第二振搗點位，根據(jù)振搗點位得到振搗作業(yè)路線。

10、進(jìn)一步的，根據(jù)振搗點位得到振搗作業(yè)路線的方法包括：根據(jù)振搗點位得到振搗作業(yè)路線的方法包括：根據(jù)第一振搗點位設(shè)定的無人機振搗作業(yè)路線作為第一振搗路線，根據(jù)第二振搗點位設(shè)定的無人機振搗作業(yè)路線作為第二振搗路線。

11、進(jìn)一步的，混凝土進(jìn)行分層澆筑時，相鄰兩層混凝土采用不同的振搗點位及對應(yīng)的振搗路線進(jìn)行交錯振搗。

12、進(jìn)一步的，無人機攜帶振搗棒根據(jù)振搗作業(yè)路線進(jìn)行振搗的方法包括：無人機飛行到振搗點位置后，先以第一速度v1向下飛行將振搗棒插入混凝土，完成振搗后，以第二速度v2向上飛行提出振搗棒，進(jìn)行下一振搗點位的振搗作業(yè)，第二速度v2小于第一速度v1。

13、更進(jìn)一步的，基于所述無人化的混凝土智能振搗方法的無人化的混凝土智能振搗系統(tǒng)，它包括：無人機計算模塊、振搗模塊和感知模塊；

14、感知模塊用于通過攝像頭對待澆筑倉面進(jìn)行俯拍，根據(jù)俯拍圖進(jìn)行標(biāo)記得到禁止振搗區(qū)域，并得到待澆筑倉內(nèi)所有點的坐標(biāo)及高程信息；；

15、無人機計算模塊用于根據(jù)俯拍圖以及待澆筑倉內(nèi)所有點的坐標(biāo)及高程信息規(guī)劃振搗作業(yè)路線；

16、振搗模塊用于利用無人機攜帶振搗棒根據(jù)振搗作業(yè)路線進(jìn)行振搗并根據(jù)混凝土的實際情況判斷振搗是否完成。

17、本發(fā)明的有益效果：目前人工背負(fù)振搗棒振搗是最普遍及應(yīng)用最廣泛的振搗方法，通過振搗棒的振動排出其中的氣泡，使?jié){體能夠更充分的包裹骨料，使得混凝土在模板中更為密實，避免蜂窩、麻面等缺陷，提高結(jié)構(gòu)的整體強度和耐久性。

18、但是振搗作業(yè)自動化程度低，主要依賴人工進(jìn)行作業(yè)。同時，振搗棒重量通?？蛇_(dá)到十至二十公斤甚至更多，振搗作業(yè)人員身體負(fù)荷大。振搗作業(yè)時，還必須要求作業(yè)人員在剛澆筑的混凝土中進(jìn)行操作，工作環(huán)境惡劣。并且混凝土的振搗作業(yè)要求高，振搗質(zhì)量主要依賴作業(yè)人員的經(jīng)驗和責(zé)任心。振搗時，通常要求振搗棒快插慢拔、插點均勻、逐點移動，分層澆筑時，還需要在振動上層時插入下層約5cm，每一振點的振動需要持續(xù)一定的時間但又不能過振，確保混凝土足夠密實，振搗時間一般以混凝土表面泛漿且不再下沉、不再出現(xiàn)氣泡為止。同時，振搗時還要求振搗棒不觸及鋼筋、埋件和模板，振搗要求高。過度依賴人工會導(dǎo)致混凝土振搗質(zhì)量較低。

19、本發(fā)明充分利用無人機飛行穩(wěn)定易控、具備一定載重能力的優(yōu)勢，并結(jié)合gps空間定位系統(tǒng)、高清攝像頭、超聲傳感器和振搗系統(tǒng)電流監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)振搗路線設(shè)計、智能判斷振搗終點等功能，由無人機背負(fù)振搗系統(tǒng)進(jìn)行振搗作業(yè)，替代傳統(tǒng)人工作業(yè)，提升混凝土的振搗質(zhì)量和效率。

技術(shù)特征：

1.一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：它包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：根據(jù)俯拍圖進(jìn)行標(biāo)記得到禁止振搗區(qū)域的方法包括：攝像頭對待澆筑倉面進(jìn)行俯拍后，在得到的俯拍圖中，用線條標(biāo)記待澆筑倉面中的模板、鋼筋、預(yù)埋件的位置，標(biāo)記線條范圍內(nèi)以及標(biāo)記線條周邊的設(shè)定范圍內(nèi)為禁止振搗區(qū)域。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：得到禁止振搗區(qū)域后，采用劃分區(qū)域填充的方法對禁止振搗區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并對標(biāo)記進(jìn)行離散化處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：采用劃分區(qū)域填充的方法對禁止振搗區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并對標(biāo)記進(jìn)行離散化處理的方法包括：將模板設(shè)定為振搗安全邊界；定義模板、鋼筋、預(yù)埋件及其周邊設(shè)定距離內(nèi)的區(qū)域為禁止振搗區(qū)域，并對禁止振搗區(qū)域進(jìn)行填充處理；對被填充的禁止振搗區(qū)域進(jìn)行離散處理，得到被填充的禁止振搗區(qū)域內(nèi)所有點的點坐標(biāo)，將被填充的禁止振搗區(qū)域內(nèi)所有點的點坐標(biāo)所組成的區(qū)域作為禁止振搗區(qū)域。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：根據(jù)倉面內(nèi)所有點的坐標(biāo)及高程信息規(guī)劃振搗作業(yè)路線的方法包括：在振搗邊界內(nèi)的振搗作業(yè)區(qū)域，標(biāo)記振搗作業(yè)起點，并輸入振搗間距，采用以振搗間距為邊長的方格對振搗作業(yè)區(qū)域進(jìn)行自動劃分，以每個方格的中心點作為第一振搗點位，以方格四個頂點作為第二振搗點位，根據(jù)振搗點位得到振搗作業(yè)路線。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：根據(jù)振搗點位得到振搗作業(yè)路線的方法包括：根據(jù)第一振搗點位設(shè)定的無人機振搗作業(yè)路線作為第一振搗路線，根據(jù)第二振搗點位設(shè)定的無人機振搗作業(yè)路線作為第二振搗路線。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：混凝土進(jìn)行分層澆筑時，相鄰兩層混凝土采用不同的振搗點位及對應(yīng)的振搗路線進(jìn)行交錯振搗。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人化的混凝土智能振搗方法，其特征在于：無人機攜帶振搗棒根據(jù)振搗作業(yè)路線進(jìn)行振搗的方法包括：無人機飛行到振搗點位置后，先以第一速度v1向下飛行將振搗棒插入混凝土，完成振搗后，以第二速度v2向上飛行提出振搗棒，進(jìn)行下一振搗點位的振搗作業(yè)，第二速度v2小于第一速度v1。

9.一種無人化的混凝土智能振搗系統(tǒng)，其特征在于：它包括：無人機計算模塊、振搗模塊和感知模塊；

10.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1中所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種無人化的混凝土智能振搗系統(tǒng)及方法，它包括：通過攝像頭對待澆筑倉面進(jìn)行俯拍，根據(jù)俯拍圖進(jìn)行標(biāo)記得到禁止振搗區(qū)域，同時通過空間定位系統(tǒng)的測繪功能得到倉面各點坐標(biāo)及高程信息；利用計算機系統(tǒng)根據(jù)俯拍圖以及通過空間定位系統(tǒng)的測繪功能得到的倉面各點坐標(biāo)及高程信息規(guī)劃振搗作業(yè)路線；利用無人機攜帶振搗棒根據(jù)振搗作業(yè)路線進(jìn)行振搗并根據(jù)混凝土的實際情況判斷振搗是否完成。本發(fā)明能夠充分利用無人機飛行穩(wěn)定易控、具備一定載重能力的優(yōu)勢，結(jié)合振搗路線設(shè)計、智能判斷振搗終點等功能，由無人機背負(fù)振搗系統(tǒng)進(jìn)行振搗作業(yè)，替代傳統(tǒng)人工作業(yè)，提升混凝土的振搗質(zhì)量和效率。

技術(shù)研發(fā)人員：田唯,張國志,李旭,劉可心,王偉光,沈立龍,陳飛翔,張帆,姚平,胡駿,文青,金浪,魏凱,明鑫,甘鷺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中交第二航務(wù)工程局有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15