(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210185583.4 (22)申请日 2022.02.28 (71)申请人 中国土木工程集团有限公司 地址 100038 北京市海淀区北蜂窝 4号 (72)发明人 肖敏杰　杨裕元　李茂达　 (74)专利代理 机构 北京科石知识产权代理有限 公司 11595 专利代理师 李艳霞 (51)Int.Cl. H04Q 9/00(2006.01) H04L 67/12(2022.01) H04L 67/52(2022.01) H04N 5/232(2006.01) E21B 44/00(2006.01) G06V 40/10(2022.01)G08B 21/02(2006.01) G08C 17/02(2006.01) G08C 23/02(2006.01) (54)发明名称 基于5G通信技术的钻探实时监测系统及监 测方法 (57)摘要 本申请提供了一种基于5G通信技术的钻探 实时监测系统及监测方法， 钻探实时监测系统包 括监测设备、 5G通信模块、 云平台和监控终端； 监 测设备用于获取钻探现场的监测数据， 并通过5G 通信模块将监测数据发送至云平台， 云平台用于 对钻探现场的监测数据进行计算 分析， 并将计算 分析结果发送至监控终端， 由监控终端对钻探 现 场进行实时监控。 本申请能够对钻探现场进行远 程、 实时监控， 不受工地环境的影响， 且监控精度 高。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114630202 A 2022.06.14 CN 114630202 A 1.一种基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 包括监测设备、 5G通信模 块、 云平台和监控终端； 所述监测设备用于获取钻探现场的监测数据， 并通过所述5G通信模块将监测数据发送 至所述云平台， 所述云平台用于对钻探现场的监测数据进行计算分析， 并将计算分析结果 发送至所述 监控终端， 由所述 监控终端对 钻探现场进行实时监控。 2.根据权利要求1所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 所述监测 设备包括现场控制器以及与所述现场控制器连接的GPS 定位模块、 摄像机、 可移动云台和声 波传感器； 所述GPS定位模块用于获取现场钻孔的位置信息， 并将现场钻孔的位置信息和钻孔编 号发送给 所述现场控制器； 所述现场控制器将现场钻孔的位置信息与预存的相同钻孔编号的钻孔预设位置信息 进行比较， 并根据比较结果调节钻机钻孔的位置； 所述摄像机搭载在所述可移动云台上， 所述可移动云台与现场控制器连接； 所述现场 控制器用于根据所述云平台发送的监测指 令控制所述云台动作， 所述云台用于调节所述摄 像机的镜头水平 方向角度和俯仰角度； 所述摄像机用于对钻机钻探活动进 行图像采集和视 觉追踪， 并将采集的图像发送给 所述现场控制器； 所述声波传感器用于检测钻机工作时产生的声波数据， 并将检测到的声波数据发送给 所述现场控制器； 所述现场控制器将接收到的钻机钻探活动图像和钻机工作时产生的声波数据通所述 过5G通信模块发送至所述云平台， 所述云平台对图像数据和声波数据进行实时计算分析， 得到钻孔从开 孔到终孔的影 像、 钻孔信息和安全施工信息 。 3.根据权利要求2所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 所述监测 设备还包括扩音器和蜂鸣器， 所述扩音器和蜂鸣器均 与所述现场控制器连接 。 4.根据权利要求1或2或3所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 还 包括移动终端， 所述移动终端通过移动通信网络与所述云平台进行通信。 5.根据权利要求3所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 所述云平 台对图像数据和声 波数据进行实时计算分析， 得到安全施工信息的过程 为： 根据图像中像素坐标和颜色变化识别出 人体在每帧图像中的轮廓； 在图像中识别出 人体轮廓上方的安全帽； 根据连续预设时间段的视频图像中是否出现没有安全帽的情况， 判断钻机施工人员在 钻探施工过程中是否没有佩戴安全帽， 得到安全施工信息 。 6.根据权利要求3所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 所述云平 台对图像数据和声波数据进行实时计算分析， 得到钻孔从开孔到终孔的影像的具体过程 为： 根据冲击钻杆上标识的竖向运动规律以及冲击钻杆的回转和竖向运动规律确定钻机 在钻孔作业中的钻进方式； 其中， 钻进方式包括回转钻进、 冲击钻进和冲击回转钻进； 确定钻机的钻进深度； 判别开孔时间和终孔时间。 7.根据权利要求6所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 所述确定权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114630202 A 2钻机的钻进深度的具体过程 为： 假设第n根钻杆视觉算法的长度为Ln， 通过和每根标准钻杆长度尺寸进行差值计算， 获 取差值绝对值最小的标准钻杆尺寸 为Ls； 将Ls替换为第 n根钻杆的实际尺寸， 并对每根钻杆长度进行加法计算， 获取的累计长度 为S； 对最后一根钻杆在地表以上的尺寸进行计算， 获取其露出地表长度为Ld， 则钻孔的实 时实际深度H为： H＝S ‑Ld。 8.根据权利要求6所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 所述判别 开孔时间和终孔时间的过程 为： 利用GPS定位模块获取现场钻孔的实际位置信息， 并将现场钻孔的实 际位置信息发送 给现场控制器， 由现场控制 器判定钻孔实际偏移量是否在合理范围内， 现场控制器根据判 定结果控制云台调节摄 像机镜头的方位和角度， 以确保钻机在图像画面的中央位置； 控制打开摄像机和声波传感器， 对监测画面进行实施录制并通过5G通信模块传输到云 平台上； 云平台获取钻机施工人员搬运钻杆的图像时， 开始对视频图像进行云存储， 系统记录 此刻的时间为开孔时间； 当钻进深度达到 设定深度时， 钻机施工人员操纵钻机提升钻杆， 等 到所有钻杆被提出地下时再 经预设时间即为终孔时间。 9.根据权利要求2所述的基于5G通信技术的钻探实时监测系统， 其特征在于， 所述监控 终端中设置有监控软件， 所述监控软件中设置有权限认证模块， 所述权限认证模块用于对 所述监控终端 进行管理和安全认证。 10.一种基于5G通信技术的钻探实时监测方法， 其特征在于， 应用在如权利要求1 ‑9任 一项所述的基于 5G通信技 术的钻探实时监测系统中， 其包括以下步骤： 在监控终端人机交互界面的交互软件上输入监测账号和密码， 获取监测系统的管理权 限， 建立新的工程数据库并设置安全码； 对监测系统进行初始化设置， 给硬件设备配备满足工作需求的 电量储备， 导入本次勘 察作业提前设定好的工程数据库至云平台， 布置钻孔钻探作业顺序； 根据钻孔钻探作业顺 序设计监测顺序， 将现场所需要的监测硬件设备搬运至钻探现场， 选择合适位置布置移动 式监测设备； 钻探作业时， 现场控制器通过GPS定位模块获取钻孔编号以及现场 开钻的位置， 计算开 孔位置和钻孔设定坐标距离的偏差， 并根据计算结果进行钻机位置调节； 利用搭载在可移 动云台上的摄像机对钻探钻机进 行图像采集和视觉追踪， 并随时能够根据监控终端传来的 监测指令， 调节被监测目标画面的大小； 摄像机和声波传感器所采集的视频和声波数据通 过5G通信模块传输到 云平台上进 行数据存储， 云平台将现场监测视频和声波通过5 G通信模 块传递给监控终端； 通过在监控终端查看实时监测视频和声 波， 以对施工现场进行远程管理； 云平台对监测的视频和声波数据进行分析计算， 得到钻探信 息并通过5G通信模块和监 控终端传递到现场监测人员的移动终端上。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114630202 A 3