[发明专利]基于轨迹重建和动态时间规整的塔机驾驶员行为评价系统

说明书

本发明提供了基于轨迹重建和动态时间规整的塔机驾驶员行为评价系统，包括工控机、若干传感器、显示器、云服务器、无线通讯模块。主要软件部分包括基于轨迹重建的局部准确度判别系统和基于动态时间规整的整体相似度判别模型。行为评价模型由历史数据训练生成，并随着即时数据进行模型更新与优化，在驾驶室屏幕上和云端访问中显示空间三维轨迹和实时行为评价结果，能够及时预警异常操作行为，对操作行为进行量化评判，从而提高驾驶员培训和考核的效率，实现操作评价机制的客观和标准化。

技术领域

本发明属于起重机人因可靠性领域，尤其涉及基于轨迹重建和动态时间规整的塔机驾驶员行为评价系统。

背景技术

塔式起重机的安全性和可靠性一直是本领域的研究热点和重点。随着技术进步，直接由硬件原因导致事故的比例明显降低,塔机驾驶员的危险驾驶行为成为了塔机事故风险中首要环节。塔式起重机的驾驶属于特种作业行为，需要经过严格的培训才能进入生产环境。多数塔式起重机司机的传统培训方法是教练员指导学员，通过口传身教进行教学，这种培训方法人为影响因素多，考核评分不够客观，耗费大量人力成本；生产企业对于驾驶员的考核评价，大多基于有经验的驾驶员或主管领导进行主观打分、通过事故结果评价等方式进行，往往是一种事后评价(Post-Evaluation)方式，不能够对危险操作行为做出及时预警。驾驶员操作的智能化评价、危险行为预警是业界培训和生产中亟待解决的重要技术问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于实现驾驶员操作自动化评价和危险行为预警，通过输出整体相似度评价指标和局部准确性评价指标，对驾驶员操作情况进行自动化评价和分数预测，对驾驶员操作行为进行量化评判，从而提高驾驶员培训和考核的效率，实现操作评价机制的客观和标准化。通过轨迹重建，对驾驶员的行为进行分解，模拟驾驶员的操作轨迹，根据同现场环境所建立的虚拟模型进行交互，判断驾驶员操作轨迹是否越界，对驾驶员操作的局部准确度进行判别。根据历史数据训练标准操作模型，比较每个司机在同样的操作过程同标准操作模型的相似程度，通过时间序列的相似程度来给出驾驶员整体上操作的评价，对驾驶员行为总体相似度进行量化。

本发明具体提供基于轨迹重建和动态时间规整的塔机驾驶员行为评价系统，包括工控机、传感器、显示器、云服务器、行为评价算法模块；

其中，通过工控机实现三维轨迹重建，并同模拟环境交互，识别出驾驶员操作中的超限、超高驾驶阶段，通过显示器实时显示和异常操作提醒；

所述行为评价算法模块通过基于模拟三维模型建立的标准操作时间序列计算动态时间规整(Dynamic Time Warping，DTW)距离δ_π，输出整体相似度指标σ，输入对历史模型训练生成的线性模型，预测操作分数S，实现对驾驶员行为自动化评价。

所述传感器包括高度传感器、幅度传感器、回转角传感器；

所述传感器和显示器通过工业总线与工控机相连；

所述工控机接入网关，通过TCP/IP协议与云服务器相连接，实现数据存储和互联网访问。

所述传感器用于采集数据，经过预处理，存储于本地的MySQL服务器中，通过行为评价算法模块的训练和预测，在显示器中显示三维轨迹及标注操作段；

所述工控机包括无线通信模块，所述工控机通过无线通信模块，将传感器实时采集的数据和模型计算结果发送到云服务器中，实现数据存储和互联网访问，将三维轨迹重建图和操作段识别结果通过云服务器向用户分发和呈现，对驾驶员状态实行可控的管理和预警。

所述行为评价算法模块获取传感器采集的驾驶员实时操作数据，所述驾驶员实时操作数据包括塔机的起升高度、变幅距离、回转角度，根据驾驶员实时操作数据划分不同驾驶员和不同的驾驶阶段，具体包括：

步骤a1，通过滑动窗口算法识别出具有不同窗口统计属性的变化点作为分段点；