CN104003307B - 塔机视频监控控制设备、方法、系统及塔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔机视频监控控制设备、方法、系统及塔机，所述设备包括：接收装置，用于接收所述塔机的吊钩的高度及幅度；以及控制装置，用于根据所述塔机的吊钩的高度及幅度，计算所述塔机吊钩与摄像机之间的水平距离与竖直距离；以及以下至少一者：根据所述水平距离与竖直距离，计算摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度，并根据该角度调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；及根据所述水平距离与竖直距离，计算摄像机与所述吊钩之间的距离，根据该距离与吊物区域观测半径设定值，计算所述摄像机的视场角，并根据该视场角控制所述摄像机进行倍率调整。

Description

塔机视频监控控制设备、方法、系统及塔机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种塔机视频监控控制设备、方法、系统及塔机。

背景技术

普通塔机安全监控系统虽然能在超限保护上最大限度地实现对塔机操作的保护，但是塔机操作人员在高空作业时由于视力受限不能完全掌控施工现场的情况，从而影响施工进度和安全。

现有的塔机视频监控系统仅可提供某一现场施工区域的施工图像，然而在塔机运行过程中，吊钩是不断上下运动的，操作人员需要时刻关注吊钩附近的施工图像，以助于其进行操作判断，从而避免发生安全事故。因此，开发一套能够获取吊钩附近的现场施工图像、操作简易的塔机视频安全监控系统在未来的塔机安全应用领域将拥有良好的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种塔机视频监控控制设备、方法、系统及塔机，其可较好地获取吊钩附近的现场施工图像。

为了实现上述目的，本发明提供一种塔机视频监控控制设备，该设备包括：接收装置，用于接收所述塔机的吊钩的高度及幅度；以及控制装置，用于：根据所述塔机的吊钩的高度及幅度，计算所述塔机吊钩与摄像机之间的水平距离与竖直距离；以及执行以下至少一者：根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度，并根据该角度调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；及根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机与所述吊钩之间的距离，根据该距离与吊物区域观测半径设定值，计算所述摄像机的视场角，并根据该视场角控制所述摄像机进行倍率调整。

相应地，本发明还提供一种塔机视频监控系统，该系统包括：摄像机；高度传感器，用于检测所述吊钩的高度；幅度传感器，用于检测所述吊钩的幅度；转动机构，用于调节所述摄像机的观测方向；以及上述塔机视频监控控制设备。

相应地，本发明还提供一种塔机，该塔机包括上述塔机视频监控系统。

相应地，本发明还提供一种塔机视频监控控制方法，该方法包括：接收所述塔机的吊钩的高度及幅度；根据所述塔机的吊钩的高度及幅度，计算所述塔机吊钩与摄像机之间的水平距离与竖直距离；以及以下至少一者：根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度，并根据该角度调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；及根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机与所述吊钩之间的距离，根据该距离与吊物区域观测半径设定值，计算所述摄像机的视场角，并根据该视场角控制所述摄像机进行倍率调整。

通过上述技术方案，可实现以下至少一者，获得良好的施工现场画面：使得摄像机自动对准观察对象（即，吊钩），自动跟踪吊钩运动，获取吊钩附近施工现场画面；以及自动调节摄像机的焦距，使得摄像机具备较佳的视场角。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的塔机视频监控系统的结构示意图；

图2为摄像机的安装位置示意图；

图3为控制摄像机对准吊钩的原理图；

图4为控制摄像机的视场角的原理图；以及

图5为本发明提供的塔机视频监控控制方法流程图。

附图标记说明

10摄像机20显示装置

30高度传感器40幅度传感器

50转动机构60控制设备

61接收装置62控制装置

1驾驶室2吊臂

3吊钩

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为本发明提供的塔机视频监控系统的结构示意图，其中实线代表机械连接，虚线代表电连接或信号连接。如图1所示，本发明提供了一种塔机视频监控系统，该系统包括：摄像机10，该摄像机10朝向所述吊钩或吊绳；显示装置20，用于显示所述摄像机10所拍摄的图像；高度传感器30，用于检测所述吊钩的高度；幅度传感器40，用于检测所述吊钩的幅度；转动机构50，用于调节所述摄像机10的观测方向；以及塔机视频监控控制设备60，该设备60包括：接收装置61，用于接收所述塔机的吊钩的高度及幅度；以及控制装置62，用于根据所述塔机的吊钩的高度及幅度，计算所述塔机吊钩与摄像机之间的水平距离与竖直距离；以及执行以下至少一者：根据所述水平距离与竖直距离，计算摄像机10对准所述吊钩时的俯仰角度，并根据该角度调节所述摄像机10的转动机构50，以使得所述摄像机10对准所述吊钩；及根据所述水平距离与竖直距离，计算摄像机10与所述吊钩之间的距离，根据该距离与吊物区域观测半径设定值，计算所述摄像机10的视场角，并根据该视场角控制所述摄像机10进行倍率调整。藉此，可实现以下至少一者，获得良好的施工现场画面：使得摄像机自动对准观察对象（即，吊钩），自动跟踪吊钩运动，获取吊钩附近施工现场画面；以及自动调节摄像机的焦距，使得摄像机具备较佳的视场角。需要说明的是，上述自动调节摄像机焦距的功能仅适用于所述摄像机为变焦摄像机的情形。对于定焦摄像机而言，可仅实现上述自动跟踪吊钩运动的功能。

其中，所述高度传感器及幅度传感器可利用塔机上现有的安装于塔机起升机构及变幅机构的传感器来实现，其可通过检测塔机起升卷扬机构的转动角度并根据该角度及卷扬机构的半径来计算吊钩的起升高度（藉此，可结合摄像机所处于的位置，得出吊钩与摄像机之间的竖直距离，例如，在摄像机安装于吊臂之下一预定位置处的情况下，吊钩与摄像机之间的竖直距离可为所检测的起升高度减去摄像机与吊臂之间的竖直距离）及小车的幅度（藉此，可结合摄像机所处于的位置，得出吊钩与摄像机之间的水平距离，例如，在摄像机安装于回转中心一侧的一预定位置处的情况下，吊钩与摄像机之间的水平距离可为所检测的幅度加上或减去摄像机与回转中心之间的水平距离）。

就具体控制而言，所述接收装置还可接收所述摄像机的当前俯仰角度和/或所述摄像机的当前视场角；及所述控制装置可根据计算得到的俯仰角度与所述当前俯仰角度之间的差值调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；和/或可根据计算得到的视场角与所述当前视场角之间的差值控制所述摄像机进行倍率调整。当然，这只是提供一具体控制实施例，本发明并不限于此，控制装置可直接控制摄像机，使其俯仰角度或视场角满足所计算得到的俯仰角度或视场角。

图2为摄像机的安装位置示意图。如图2所示，摄像机10安装于塔机驾驶室1下方，其中摄像机前方箭头方向为摄像机10的观测方向，转动机构50的转动能够使摄像机10的观测方向从塔机吊臂2臂尖扫描至塔机底部基座，即观测范围可为以摄像机10、塔机吊臂2和塔身构成的扇面。当然摄像机10还可安装在吊臂2臂尖，该安装方式也能得到良好的视角。具体选择安装在塔机驾驶室1下方还是吊臂2臂尖可根据吊臂长度和安装难度而定。如果对成本约束不大，也可以在驾驶室1下方和塔机吊臂2臂尖各安装一摄像机，以增加系统的观测范围。不论采用何种安装方式，控制原理都一样。而且两种安装位置相对于塔机吊臂都是固定位置，信号和电源传输都可以使用有线方式实现。当然，本发明并不限于此，摄像机10可安装于塔机的任何位置（例如，可安装在吊臂除臂尖之外的位置），只要能够观测到吊钩即可。

如果所述摄像机10配备有转动机构50，则所述转动机构50安装于塔机驾驶室1下方或塔机吊臂2臂尖，所述摄像机10安装于所述转动机构50上。该转动机构50可具有一个转动自由度，亦可具备多个转动自由度。该转动机构50可由电机驱动或液压装置驱动。对于仅实施上述自动调节摄像机焦距的功能而言，可无需转动机构。

以下以所述摄像机10安装于塔机驾驶室1下方为例，对本发明的上述自动调节摄像机10对准吊钩3及自动调节摄像机焦距的功能进行详细介绍。

图3为控制摄像机对准吊钩的原理图。如图3所示，所述摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度Θ根据以下公式计算：

$\mathrm{\Θ}=\mathrm{arctg}\left(\frac{H}{L}\right),$

其中，H为所述吊钩3距离摄像机10在竖直方向的距离；L为所述吊钩3距离摄像机在水平方向的距离。

所述控制装置62可获取摄像机10的当前观测方向与水平方向之间的夹角（即，当前俯仰角度）Θ1，根据该夹角Θ1及上述计算的摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度Θ，控制转动机构50转动一角度，使得摄像机10的观测方向与水平方向之间的夹角满足角度Θ。

根据图3所示的原理，还可计算出所述摄像机10与所述吊钩3之间的距离S，具体计算公式如下：

$S=\sqrt{H^2+L^2},$

图4为控制摄像机的视场角的原理图。图4分别示出了在吊钩距离摄像机的竖直距离为S1且吊物区域观测半径设定值为R的情况下，摄像机的视场角为Φ1；在吊钩距离摄像机的竖直距离为S2且吊物区域观测半径设定值为R的情况下，摄像机的视场角为Φ2。所述摄像机的视场角Φ可根据以下公式计算：

$\mathrm{\Φ}=2\×\mathrm{arctg}\left(\frac{R}{S}\right),$

其中，R为吊物区域观测半径设定值，即吊钩附近需要观测范围的半径。该观测半径可根据施工现场吊装重物尺寸设定，如设定为吊重重物尺寸的1.5倍或2倍，就可以使得视频画面完全覆盖重物及重物周边的环境。在实际使用中，观测半径可由操作人员根据需要自行设定，以适应不同吊装现场环境需要。

所述控制装置可获取摄像机的当前视场角，同时根据上述公式计算较佳视场角，根据该两视场角之间的差值，发送控制指令至摄像机，以使得摄像机自行完成视场变倍操作。

本发明的上述塔机视频监控系统具有以下优点：1）可根据塔机工况中的高度信息与幅度信息来使摄像头自动跟踪吊钩运动及自动实现摄像机视场变倍；2）、技术原理简单易行、可靠性高、适用性强；3）、系统构成成本低，易推广；4）、自动化程度高，能最大降低操作人员操作的复杂度。

相应地，本发明还提供了一种塔机，该塔机包括上述塔机视频监控系统。

相应地，本发明还提供了一种塔机视频监控控制方法，该方法包括：接收所述塔机的吊钩的高度及幅度；根据所述塔机的吊钩的高度及幅度，计算所述塔机吊钩与摄像机之间的水平距离与竖直距离；以及以下至少一者：根据所述水平距离与竖直距离，计算摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度，并根据该角度调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；及根据所述水平距离与竖直距离，计算摄像机与所述吊钩之间的距离，根据该距离与吊物区域观测半径设定值，计算所述摄像机的视场角，并根据该视场角控制所述摄像机进行倍率调整。有关该方法的具体细节及益处与上述针对塔机视频监控控制设备的相同，于此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种塔机视频监控控制设备，其特征在于，该设备包括：

接收装置，用于接收所述塔机的吊钩的高度及幅度；以及控制装置，用于：

根据所述塔机的吊钩的高度及幅度，计算所述塔机吊钩与摄像机之间的水平距离与竖直距离；以及

以下至少一者：

根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度，并根据该角度调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；及

根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机与所述吊钩之间的距离，根据该距离与吊物区域观测半径设定值，计算所述摄像机的视场角，并根据该视场角控制所述摄像机进行倍率调整。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，

所述接收装置还用于接收所述摄像机的当前俯仰角度和/或所述摄像机的当前视场角；及

所述控制装置用于根据计算得到的俯仰角度与所述当前俯仰角度之间的差值调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；和/或用于根据计算得到的视场角与所述当前视场角之间的差值控制所述摄像机进行倍率调整。

3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，所述摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度Θ根据以下公式计算：

$\mathrm{\Θ}=\mathrm{arctg}\left(\frac{H}{L}\right),$

其中，H为所述吊钩与所述摄像机之间的竖直距离，L为所述吊钩与所述摄像机之间的水平距离。

4.根据权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，

所述摄像机与所述吊钩之间的距离S根据以下公式计算：

$S=\sqrt{H^2+L^2},$

其中，H为所述吊钩与所述摄像机之间的竖直距离，L为所述吊钩与所述摄像机之间的水平距离，

所述摄像机的视场角Φ根据以下公式计算：

$\mathrm{\Φ}=2\×\mathrm{arctg}\left(\frac{R}{S}\right),$

其中，R为吊物区域观测半径设定值。

5.一种塔机视频监控系统，其特征在于，该系统包括：

摄像机；

高度传感器，用于检测所述吊钩的高度；

幅度传感器，用于检测所述吊钩的幅度；

转动机构，用于调节所述摄像机的观测方向；以及

根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的塔机视频监控控制设备。

6.根据权利要求5所述的监控系统，其特征在于，所述转动机构安装于塔机驾驶室下方或塔机吊臂臂尖。

7.一种塔机，其特征在于，该塔机包括根据权利要求5或6所述的塔机视频监控系统。

8.一种塔机视频监控控制方法，其特征在于，该方法包括：

接收所述塔机的吊钩的高度及幅度；

根据所述塔机的吊钩的高度及幅度，计算所述塔机吊钩与摄像机之间的水平距离与竖直距离；以及

以下至少一者：

根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度，并根据该角度调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩；及

根据所述水平距离与竖直距离，计算所述摄像机与所述吊钩之间的距离，根据该距离与吊物区域观测半径设定值，计算所述摄像机的视场角，并根据该视场角控制所述摄像机进行倍率调整。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

该方法还包括：接收所述摄像机的当前俯仰角度或所述摄像机的当前视场角，

所述控制摄像机对准吊钩的步骤包括：根据计算得到的俯仰角度与所述当前俯仰角度之间的差值调节所述摄像机的转动机构，以使得所述摄像机对准所述吊钩，

所述控制摄像机进行倍率调整的步骤包括：根据计算得到的视场角与所述当前视场角之间的差值控制所述摄像机进行倍率调整。

10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，

所述摄像机对准所述吊钩时的俯仰角度Θ根据以下公式计算：

$\mathrm{\Θ}=\mathrm{arctg}\left(\frac{H}{L}\right),$

其中，H为所述吊钩与摄像机之间的竖直距离，L为所述吊钩与摄像机之间的水平距离。

11.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，

所述摄像机与所述吊钩之间的距离S根据以下公式计算：

$S=\sqrt{H^2+L^2},$

其中，H为所述吊钩与摄像机之间的竖直距离，L为所述吊钩与摄像机之间的水平距离，

所述摄像机的视场角Φ根据以下公式计算：

$\mathrm{\Φ}=2\×\mathrm{arctg}\left(\frac{R}{S}\right),$

其中，R为吊物区域观测半径设定值。