本技術(shù)屬于端云協(xié)同控制的，尤其涉及一種基于邊緣計算的盾構(gòu)機(jī)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)階段盾構(gòu)隧道信息化施工中，可以利用bim技術(shù)提高盾構(gòu)機(jī)控制的精度。示例性地，以申請?zhí)朿n202210524225.1公開的一種地鐵盾構(gòu)隧道的信息化施工方法為例，盾構(gòu)作業(yè)的施工進(jìn)度計劃是基于地質(zhì)條件而不是里程，通過進(jìn)度計劃關(guān)聯(lián)盾構(gòu)參數(shù)和安全仿真參數(shù)，精細(xì)化地統(tǒng)籌盾構(gòu)施工進(jìn)度管理和安全管理問題，提高了盾構(gòu)隧道的管理效率。但現(xiàn)場一般不會配備處理器性能較強(qiáng)的服務(wù)器，這種情況下，后續(xù)的施工計劃調(diào)整，由于算力限制，難以實現(xiàn)快速響應(yīng)和優(yōu)化。

2、基于此，本技術(shù)提供了一種基于邊緣計算的盾構(gòu)機(jī)控制方法及系統(tǒng)，以改進(jìn)相關(guān)技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)的目的在于提供一種基于邊緣計算的盾構(gòu)機(jī)控制方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)場算力限制，盾構(gòu)機(jī)控制方法難以實現(xiàn)快速響應(yīng)和優(yōu)化的問題。

2、本技術(shù)的第一方面提出了一種基于邊緣計算的盾構(gòu)機(jī)控制方法，所述方法用于盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)，所述盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)包括云服務(wù)器、邊緣服務(wù)器、用戶設(shè)備和邊緣網(wǎng)關(guān)；所述方法包括：

3、當(dāng)所述用戶設(shè)備和所述邊緣網(wǎng)關(guān)連接時，所述邊緣服務(wù)器通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)與所述云服務(wù)器連接并獲取施工計劃信息和盾構(gòu)機(jī)預(yù)測評分信息；所述施工計劃信息用于指示連續(xù)的多個第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)所述盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)作業(yè)的施工安排，包括所述盾構(gòu)機(jī)在每個第一預(yù)設(shè)周期的施工控制參數(shù)；

4、所述邊緣服務(wù)器根據(jù)所述施工計劃信息控制盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)作業(yè)，并實時獲取施工進(jìn)度信息；

5、所述邊緣服務(wù)器根據(jù)所述施工進(jìn)度信息獲取盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息，并根據(jù)所述盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息和所述盾構(gòu)機(jī)預(yù)測評分信息判斷是否滿足第一預(yù)警條件；

6、當(dāng)滿足所述第一預(yù)警條件且所述用戶設(shè)備和所述邊緣網(wǎng)關(guān)連接時，所述邊緣服務(wù)器將上一滿足第一預(yù)警條件的第一預(yù)設(shè)周期到當(dāng)前的第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)的所有施工進(jìn)度信息通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)發(fā)送至所述云服務(wù)器，并從所述云服務(wù)器獲取調(diào)整后的施工計劃信息；

7、當(dāng)滿足第一預(yù)警條件且所述用戶設(shè)備和所述邊緣網(wǎng)關(guān)沒有連接時，所述邊緣服務(wù)器通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)向所述用戶設(shè)備發(fā)送第一警示信息。

8、優(yōu)選地，每個所述第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)包括多個第二預(yù)設(shè)周期，所述盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息包括狀態(tài)評分曲線，所述盾構(gòu)機(jī)預(yù)測評分信息包括預(yù)測評分曲線；

9、所述邊緣服務(wù)器根據(jù)所述施工進(jìn)度信息獲取盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息，并根據(jù)所述盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息和所述盾構(gòu)機(jī)預(yù)測評分信息判斷是否滿足第一預(yù)警條件，包括：

10、s1，所述邊緣服務(wù)器獲取所述施工進(jìn)度信息在第二預(yù)設(shè)周期的狀態(tài)評分并作為當(dāng)前狀態(tài)評分，當(dāng)所述當(dāng)前狀態(tài)評分滿足第一評分條件時，獲取所述狀態(tài)評分曲線和所述預(yù)測評分曲線之間的相似度，當(dāng)?shù)玫降南嗨贫刃∮陬A(yù)設(shè)相似度時認(rèn)為滿足第一預(yù)警條件；

11、所述第一評分條件指所述當(dāng)前狀態(tài)評分大于預(yù)設(shè)評分值和第一系數(shù)的乘積，且小于預(yù)設(shè)評分值和第二系數(shù)的乘積，第二系數(shù)大于第一系數(shù)且均為正數(shù)。

12、優(yōu)選地，所述方法還包括：獲取所述施工進(jìn)度信息在第二預(yù)設(shè)周期的狀態(tài)評分的方式包括：

13、所述邊緣服務(wù)器根據(jù)狀態(tài)評分表獲取所述施工進(jìn)度信息在第二預(yù)設(shè)周期的狀態(tài)評分，所述狀態(tài)評分表以sql數(shù)據(jù)庫的形式存儲在所述邊緣服務(wù)器中，所述狀態(tài)評分表包括施工進(jìn)度信息與狀態(tài)評分的對應(yīng)關(guān)系。

14、優(yōu)選地，所述狀態(tài)評分曲線是刀具狀態(tài)評分曲線，所述預(yù)測評分曲線是刀具預(yù)測評分曲線，獲取所述狀態(tài)評分的方式包括：

15、利用設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)刀盤的每個電渦流傳感器分別獲取其對應(yīng)的刀具的電壓信息，得到刀具采集信息集并作為刀具數(shù)據(jù)；

16、根據(jù)所述狀態(tài)評分表獲取每個刀具的刀具磨損評分與輸出電壓之間的關(guān)系，根據(jù)每個刀具的刀具磨損評分與輸出電壓之間的關(guān)系和所述刀具數(shù)據(jù)獲取每個刀具的刀具磨損評分并作為健康度評分；將所有刀具的健康度評分的均值作為狀態(tài)評分。

17、優(yōu)選地，所述邊緣服務(wù)器根據(jù)所述施工進(jìn)度信息獲取盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息，所述方法還包括：

18、當(dāng)所述當(dāng)前狀態(tài)評分滿足第二評分條件或滿足第三評分條件，且與當(dāng)前的第二預(yù)設(shè)周期相鄰的下一第二預(yù)設(shè)周期在同一第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)時，所述邊緣服務(wù)器將所述狀態(tài)評分曲線中下一第二預(yù)設(shè)周期的狀態(tài)評分作為當(dāng)前狀態(tài)評分，并執(zhí)行s1；

19、當(dāng)所述當(dāng)前狀態(tài)評分滿足第三評分條件時，所述邊緣服務(wù)器獲取所述狀態(tài)評分曲線和所述預(yù)測評分曲線之間的相似度，當(dāng)?shù)玫降南嗨贫刃∮陬A(yù)設(shè)相似度時認(rèn)為滿足第一預(yù)警條件；

20、所述第二評分條件指所述當(dāng)前狀態(tài)評分不小于預(yù)設(shè)評分值和第二系數(shù)的乘積，所述第三評分條件是指所述當(dāng)前狀態(tài)評分不大于預(yù)設(shè)評分值和第一系數(shù)的乘積。

21、優(yōu)選地，所述方法還包括：當(dāng)所述當(dāng)前狀態(tài)評分滿足第二評分條件或滿足第三評分條件，且與當(dāng)前的第二預(yù)設(shè)周期相鄰的下一第二預(yù)設(shè)周期在同一第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)時，開始統(tǒng)計并將統(tǒng)計次數(shù)加一；檢測所述統(tǒng)計次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)統(tǒng)計次數(shù)，當(dāng)預(yù)設(shè)時長內(nèi)所述統(tǒng)計次數(shù)的增加量大于所述預(yù)設(shè)統(tǒng)計次數(shù)時則認(rèn)為滿足第二預(yù)警條件，對所述統(tǒng)計次數(shù)進(jìn)行清零處理，并利用所述邊緣服務(wù)器通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)向所述用戶設(shè)備發(fā)送第二警示信息。

22、優(yōu)選地，從所述云服務(wù)器獲取調(diào)整后的施工計劃信息的方式，包括：

23、所述云服務(wù)器獲取與所述施工計劃信息對應(yīng)的地質(zhì)預(yù)報信息；將通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)獲取的上一滿足第一預(yù)警條件的第一預(yù)設(shè)周期到當(dāng)前的第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)的所有施工進(jìn)度信息作為計劃修正信息；

24、通過所述云服務(wù)器將計劃修正信息和所述地質(zhì)預(yù)報信息輸入計劃生成模型，得到調(diào)整后的施工計劃信息，并通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)將調(diào)整后的施工計劃信息發(fā)送至所述邊緣服務(wù)器。

25、本技術(shù)的第二方面，提出了一種基于邊緣計算的盾構(gòu)機(jī)控制方法，所述方法用于盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)的邊緣服務(wù)器，所述盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)包括云服務(wù)器、邊緣服務(wù)器、用戶設(shè)備和邊緣網(wǎng)關(guān)；所述方法包括：

26、當(dāng)所述用戶設(shè)備和所述邊緣網(wǎng)關(guān)連接時，通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)與所述云服務(wù)器連接并獲取施工計劃信息；

27、根據(jù)所述施工計劃信息控制盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)作業(yè)，并實時獲取施工進(jìn)度信息，所述施工進(jìn)度信息用于指示盾構(gòu)機(jī)的當(dāng)前作業(yè)情況；

28、根據(jù)所述施工進(jìn)度信息獲取盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息，并根據(jù)所述盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息和所述盾構(gòu)機(jī)預(yù)測評分信息判斷是否滿足第一預(yù)警條件；

29、當(dāng)滿足所述第一預(yù)警條件且所述用戶設(shè)備和所述邊緣網(wǎng)關(guān)連接時，將上一滿足第一預(yù)警條件的第一預(yù)設(shè)周期到當(dāng)前的第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)的所有施工進(jìn)度信息通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)發(fā)送至所述云服務(wù)器，并從所述云服務(wù)器獲取調(diào)整后的施工計劃信息；

30、當(dāng)滿足第一預(yù)警條件且所述用戶設(shè)備和所述邊緣網(wǎng)關(guān)沒有連接時，通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)向所述用戶設(shè)備發(fā)送第一警示信息。

31、本技術(shù)的第三方面，提出了一種基于邊緣計算的盾構(gòu)機(jī)控制方法，所述方法用于盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)的云服務(wù)器，所述盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)包括云服務(wù)器、邊緣服務(wù)器、用戶設(shè)備和邊緣網(wǎng)關(guān)；當(dāng)所述用戶設(shè)備和所述邊緣網(wǎng)關(guān)連接時，所述方法包括：

32、通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)與所述邊緣服務(wù)器連接并發(fā)送施工計劃信息和盾構(gòu)機(jī)預(yù)測評分信息；所述施工計劃信息用于指示連續(xù)的多個第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)所述盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)作業(yè)的施工安排，所述施工計劃信息包括所述盾構(gòu)機(jī)在每個第一預(yù)設(shè)周期的施工控制參數(shù)；

33、在所述邊緣服務(wù)器根據(jù)盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)評分信息和盾構(gòu)機(jī)預(yù)測評分信息判斷滿足第一預(yù)警條件時，通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)獲取上一滿足第一預(yù)警條件的第一預(yù)設(shè)周期到當(dāng)前的第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)的所有施工進(jìn)度信息并作為計劃修正信息；根據(jù)所述計劃修正信息對施工計劃信息進(jìn)行調(diào)整并通過所述邊緣網(wǎng)關(guān)發(fā)送至所述邊緣服務(wù)器。

34、本技術(shù)的第四方面，提出了一種盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)，所述盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)包括云服務(wù)器、邊緣服務(wù)器、用戶設(shè)備和邊緣網(wǎng)關(guān)，所述云服務(wù)器與所述邊緣網(wǎng)關(guān)通過5g通信接口進(jìn)行通信，所述云服務(wù)器與所述用戶設(shè)備通過5g通信接口或近場通信接口進(jìn)行通信，所述邊緣網(wǎng)關(guān)與所述邊緣服務(wù)器通過有線連接進(jìn)行通信；所述盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)第一方面任一項所述的方法。

35、本技術(shù)實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：提供了一種基于邊緣計算的盾構(gòu)機(jī)控制方法及系統(tǒng)，在用戶設(shè)備與邊緣網(wǎng)關(guān)建立連接后，邊緣服務(wù)器通過邊緣網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器通信，獲取施工計劃信息和(每個周期的)預(yù)測評分信息。施工計劃信息包括盾構(gòu)機(jī)在多個預(yù)設(shè)周期內(nèi)的掘進(jìn)作業(yè)安排，具體為每個周期的施工控制參數(shù)。邊緣服務(wù)器根據(jù)獲取的施工計劃信息，控制盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。同時，邊緣服務(wù)器實時收集施工進(jìn)度信息。邊緣服務(wù)器根據(jù)收集的施工進(jìn)度信息，計算盾構(gòu)機(jī)的狀態(tài)評分信息。將狀態(tài)評分信息與云服務(wù)器提供的預(yù)測評分信息進(jìn)行比較，判斷是否滿足預(yù)設(shè)的第一預(yù)警條件。如果滿足第一預(yù)警條件且用戶設(shè)備與邊緣網(wǎng)關(guān)連接，邊緣服務(wù)器將施工進(jìn)度信息和狀態(tài)評分信息發(fā)送至云服務(wù)器，并請求調(diào)整后的施工計劃信息。云服務(wù)器處理施工進(jìn)度信息和狀態(tài)評分信息后，返回調(diào)整的施工計劃信息至邊緣服務(wù)器。如果滿足第一預(yù)警條件但用戶設(shè)備與邊緣網(wǎng)關(guān)未連接，邊緣服務(wù)器通過邊緣網(wǎng)關(guān)向用戶設(shè)備發(fā)送第一警示信息，提示施工計劃信息不更新可能的風(fēng)險。

36、由此，通過在邊緣服務(wù)器進(jìn)行部分實時數(shù)據(jù)處理和控制，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说难舆t的缺陷，同時通過每個第一預(yù)設(shè)周期內(nèi)第一預(yù)警條件的判斷，提高了系統(tǒng)對盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)的響應(yīng)速度。有選擇地邊緣計算，而不是考慮將所有的施工進(jìn)度信息傳送至云服務(wù)器，在一定程度上減輕了云端服務(wù)器的計算負(fù)擔(dān)，優(yōu)化了整體系統(tǒng)的資源利用，提高了系統(tǒng)性能和施工計劃信息優(yōu)化的針對性。用戶設(shè)備與邊緣網(wǎng)關(guān)的連接增加了安全控制環(huán)節(jié)，減少了未授權(quán)訪問的風(fēng)險，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。云服務(wù)器和邊緣服務(wù)器的分層處理和預(yù)警機(jī)制提高了系統(tǒng)的靈活性。綜上所述，通過邊緣計算與云計算的協(xié)同工作，有選擇地邊緣計算以及用戶設(shè)備的安全控制環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)的高效控制，提高了施工質(zhì)量和安全性，同時優(yōu)化了資源利用和系統(tǒng)響應(yīng)速度。