CN104058343A - 一种塔机安全监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种塔机安全监控系统及塔机安全监控方法，其中塔机安全监控系统包括单机监控子系统和多机远程管理平台，单机监控子系统包括塔吊信息采集单元和中控管理单元；塔吊信息采集单元包括控制模块Ⅰ，以及与控制模块Ⅰ相连接的GPS定位器和zigbee传输模块Ⅰ，以及与控制模块Ⅰ无线连接的GPS手持终端；中控管理单元包括控制模块Ⅱ，以及与控制模块Ⅱ相连接的zigbee传输模块Ⅱ、存储模块、显示模块和GPRS模块。中控管理单元还包括塔机司机身份采集模块，包括IC读卡器，与控制模块Ⅱ通过导线相连。本发明能够降低装卸的工作量，便于拆卸与安装，进而可缩短工作时耗，降低受环境的影响，使用方便且检测精度相对较高。

Description

一种塔机安全监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及一种监控领域，具体是一种塔机安全监控系统及监控方法。

背景技术

现有技术中的塔机安全监控系统往往使用1个重量传感器、2个幅度传感器、1个角度传感器和1个倾角传感器进行塔机吊钩工作状态的检测，且使用时往往将上述传感器安装在塔机高空平台上，不仅安装与拆卸不便、安装危险度高，且高空作业时工作量大、工作耗时长，同时易受环境影响，如在大风雨雪天气下不可安装。传感器检测时存在累计误差，需要定期消除误差，定期进行重新标定，使用不便且制约对塔机监控的安全系数。

此外，现有技术中往往通过测距仪对塔机进行定位，需要在屏幕上人工输数据，使用不便，精度低且工作效率低。

此外，现有塔机安全监控系统中，对当前塔机的司机身份无法监控，往往无法监控当前塔机上位司机是否是无证驾驶，从而制约当前塔机的监控的安全性。

此外，随着城市基础建设规模的不断扩大，大型工程和群体工程越来越多，多台塔机群体交叉工作司空见惯，且为保证施工中对作业工程的全面覆盖，必然会出现塔机作业平面的相互重叠显现，为此，具体施工时往往通过高低塔机相邻作业，但运行中仍旧存在着可能的碰撞关系，存在着高塔机的吊钩与低塔机的塔臂之间的碰撞隐患。此外，施工现场往往会设置用于放置杂物的空间，即保护区域，施工过程中存在塔机吊钩与该保护区的域碰现象。上述各碰撞现象一旦发生，都将造成不必要的损失，而目前尚无好的解决方案。

此为现有技术的不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种塔机安全监控系统及塔机安全监控方法的技术方案，该方案能够降低装卸的工作量，便于拆卸与安装，进而可缩短工作时耗，降低受环境的影响，使用方便且检测精度相对较高。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下一种塔机安全监控系统，包括单机监控子系统和多机远程管理平台，单机监控子系统包括塔吊信息采集单元和安装在驾驶室内的中控管理单元；塔吊信息采集单元包括：

GPS定位器，用于采集塔机吊钩位置参数，并将采集结果实时送入控制模块Ⅰ，与控制模块Ⅰ通过导线连接；

GPS手持终端，用于采集当前塔机回转中心的GPS坐标和当前塔机大臂末端的GPS坐 标，并将采集结果实时送入控制模块Ⅰ，与控制模块Ⅰ无线连接；

控制模块Ⅰ，用于控制GPS定位器与GPS手持终端所采集信息的传输，与zigbee传输模块Ⅰ通过导线连接；

zigbee传输模块Ⅰ，用于向中控管理单元实时传送上述塔吊信息采集单元采集的信息；中控管理单元包括：

控制模块Ⅱ，对单台塔机进行监控，与zigbee传输模块Ⅱ通过导线连接；

zigbee传输模块Ⅱ，用于接收上述塔吊信息采集单元采集的信息，以及用于与当前塔机与其工作范围内的塔机进行数据传输；

存储模块，用于单机监控子系统中的数据存储，与控制模块Ⅱ通过导线进行连接；

显示模块，与控制模块Ⅱ进行交互，对塔机现场进行监控，与控制模块Ⅱ通过导线相连；

GPRS模块，用于向多机远程管理平台发送单机监控信息，并用于传输多机远程管理平台下发的控制指令，与控制模块Ⅱ通过导线相连。

所述塔吊信息采集单元还包括用于采集塔机吊载重量的重量传感器，该重量传感器安装在塔机的吊钩上，所述重量传感器与控制模块Ⅰ相连。

所述中控管理单元还包括报警模块，该报警模块连接所述的控制模块Ⅱ。

所述的塔机吊钩位置参数包括塔机吊钩的高度和经纬度。

所述的多机远程管理平台采用监控服务器，用于实时监控各单机塔机的运行状态。

所述的中控管理单元还包括时钟模块，用于记录当前工作塔机的工作时间，与控制模块Ⅱ通过导线相连。

所述的中控管理单元还包括塔机司机身份采集模块，包括IC读卡器，IC读卡器与控制模块Ⅱ通过导线相连。这可对当前塔机的司机身份进行监控，在很大程度上避免无证驾驶现象的发生，从而增加当前塔机的施工的安全性。

本发明还提供了一种塔机安全监控方法，包括步骤：

1)系统初始化，中控管理单元读取并存储显示模块输入的当前塔机与周围塔机碰撞的预警距离阈值k₁和报警距离阈值k₂，以及读取并存储显示模块输入的当前塔机与其工作范围内保护区域碰撞的预警距离阈值k₃和报警距离阈值k₄，其中k₂>k₁>0，k₄>k₃>0；

2)塔吊信息采集单元通过GPS手持终端采集当前塔机与其工作范围内保护区域的边界的交点的GPS坐标和该塔机回转中心的GPS坐标、以及该塔机大臂末端的GPS坐标，并通 过GPS定位器实时采集塔机吊钩的实际GPS坐标，并通过zigbee传输模块Ⅰ将上述各GPS坐标发送至当前塔机的中控管理单元；

3)中控管理单元接收并存储上述塔吊信息采集单元发来的信息，并将当前塔机回转中心的GPS坐标、当前塔机大臂末端的GPS坐标以及当前塔机吊钩的实际GPS坐标通过zigbee传输模块Ⅱ发送至周围塔机，并通过zigbee传输模块Ⅱ分别实时接收并存储周围塔机的中控管理单元发来的周围塔机回转中心的GPS坐标、周围塔机大臂末端的GPS坐标以及周围塔机吊钩的实际GPS坐标；

4)中控管理单元将接收到的各GPS坐标分别转化为大地坐标，经运算处理，分别计算并存储当前塔机大臂的长度、周围塔机大臂的长度、以及当前塔机回转中心与周围塔机回转中心的距离，并将当前塔机大臂的长度逐一与周围塔机大臂的长度相加，判断是否有相加结果大于当前塔机回转中心与相关塔机回转中心的距离的情况，若是，执行步骤6)，且执行步骤5)，否则执行步骤5)；

5)中控管理单元逐一计算当前塔机吊钩与其工作范围内的保护区域边界上的点之间的最小距离d₂，若d₂<k₃，则执行步骤7)且继续执行步骤2)；若k₃≤d₂<k₄，中控管理单元通过报警模块进行保护区域防碰撞预警，并控制当前塔机降速，同时执行步骤7)，并继续执行步骤2)；若d₂≥k₄时，中控管理单元通过报警模块进行保护区域防碰撞报警，并控制当前塔机停机，同时执行步骤7)；

6)中控管理单元逐一计算当前塔机吊钩与周围各相关塔机大臂上的点之间的最小距离d₁或逐一计算周围各相关塔机吊钩与当前塔机大臂上的点之间的最小距离d₁，若d₁<k₁，则执行步骤7)且继续执行步骤2)；若k₁≤d₁<k₂，中控管理单元通过报警模块进行塔机防碰撞预警，并控制当前塔机降速，同时执行步骤7)，并继续执行步骤2)；若d₁≥k₂时，中控管理单元通过报警模块进行塔机防碰撞报警，并控制当前塔机停机，同时执行步骤7)；

7)中控管理单元通过显示模块对当前单机塔机的工作状态进行实时显示，并将当前塔机的工作状态信息通过GPRS传输模块向远程管理平台进行实时传输。

其中，所述步骤1)中，在系统初始化时，中控管理单元还读取通过显示模块预置的当前塔机的塔吊力矩阈值，以及还读取通过显示模块预置的当前塔机的超载预警距离阈值g，且有：

(1)塔吊信息采集单元通过重量传感器实时采集当前塔机实际吊载重量的重量电压信号， 并将上述重量电压信号通过zigbee传输模块Ⅰ发送给中控管理单元；

(2)中控管理单元接收并存储上述塔吊信息采集单元发来的实际的重量电压信号，经运算处理，计算出当前塔机载重的实际力矩，并将接收到的吊载重量与预设的超载预警距离阈值g进行比较、且将计算出的上述实际力矩与预设的塔吊力矩阈值进行比较，若实际力矩大于预设力矩和/或当接收到的当前塔机的实际吊载重量大于超载预警距离阈值g时，中控管理单元通过报警模块进行超载报警，同时控制当前塔机的吊钩停止上升，并执行所述的步骤7)，否则继续执行所述的步骤(1)。

上述步骤4)中所述中控管理单元将接收到的各GPS坐标分别转化为大地坐标的方法为：采用WGS-84椭球模型建模，之后通过高斯正算公式转化为大地坐标。

与现有技术方案相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的塔吊信息采集单元通过GPS定位器采集当前塔机吊钩位置参数，而GPS定位器，结构简单、装卸方便，能够降低装卸的工作量，进而缩短工作耗时，降低环境的影响，且使用方便；

(2)本发明通过GPS手持终端采集当前塔机回转中心的GPS坐标和当前塔机大臂末端的GPS坐标，其中GPS手持终端以及上述GPS定位器的使用，大大减少了传感器的使用量，能够克服现有技术中存在的传感器累计误差的不足，无需定期进行重新标定，这可在很大程度上提高检测精度；

(3)本发明通过zigbee无线传输模块实现塔机之间相关数据的传输，不仅具有低功耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠、安全等优点，且无需在机器屏幕上人工输数据，使用方便，可提高工作的效率；

(4)本发明实时采集塔机吊钩的GPS坐标、塔机大臂末端的GPS坐标以及塔机回转中心的GPS坐标，各坐标信息准确度高，且又将各GPS坐标分别转化为大地坐标，即将采集到的经纬度坐标转化为同一平面坐标下的坐标，并在该平面坐标下完成塔机与塔机之间的防碰撞、塔机与保护区域之间的防碰撞计算，计算方便且结果更为可靠，从而可提高本系统的监控精度，较为实用。

(5)本发明通过计算高塔机的吊钩到低塔机的大臂上的点的最小距离，并将该最小距离与预设的阈值进行比较，计算准确度高，便于判定相关塔机之间是否会发生碰撞，使用可靠；

(6)本发明通过计算当前塔机吊钩与其工作范围内的保护区域边界上的点之间的最小距离，并将该最小距离与预设的阈值进行比较，计算准确度高，便于判定相关塔机与保护区域之间是否会发生碰撞，使用可靠。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明所述塔机安全监控系统的结构框图示意图。

图2为本发明在当前塔机周围只有一台塔机时的当前塔吊吊钩及其相邻塔机大臂上的点的平面坐标图示意图。

具体实施方式

为便于说明，下面结合附图，对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的一种塔机安全监控系统，包括单机监控子系统和多机远程管理平台，单机监控子系统包括塔吊信息采集单元和安装在驾驶室内的中控管理单元；塔吊信息采集单元包括：GPS定位器，安装在塔机的吊钩上，用于采集塔机吊钩位置参数，并将采集结果实时送入控制模块Ⅰ，与控制模块Ⅰ通过导线连接；GPS手持终端，用于采集当前塔机回转中心的GPS坐标和当前塔机大臂末端的GPS坐标，并将采集结果实时送入控制模块Ⅰ，与控制模块Ⅰ无线连接，且通过zigbee传输模块Ⅰ实现数据的传输；控制模块Ⅰ，用于控制GPS定位器与GPS手持终端所采集信息的传输，与zigbee传输模块Ⅰ通过导线连接；zigbee传输模块Ⅰ，用于向中控管理单元实时传送上述塔吊信息采集单元采集的信息。中控管理单元包括：控制模块Ⅱ，对单台塔机进行监控，与zigbee传输模块Ⅱ通过导线连接；zigbee传输模块Ⅱ，用于接收上述塔吊信息采集单元采集的信息，以及用于与当前塔机与其工作范围内的塔机进行数据传输；存储模块，用于单机监控子系统中的数据存储，主要由铁磁EEPROM和大容量可擦写flash芯片构成，能够长时间进行大数据量的信息存储与读取，与控制模块Ⅱ通过导线进行连接；显示模块，采用8寸显示器，采用工业防尘硬屏，并且具有触摸功能，便于与控制模块Ⅱ进行交互、对塔机现场进行监控，与控制模块Ⅱ通过导线相连；GPRS模块，用于向多机远程管理平台发送单机监控信息，并用于传输多机远程管理平台下发的控制指令，与控制模块Ⅱ通过导线相连。

其中，上述控制模块Ⅰ和控制模块Ⅱ分别采用STM32F103主控芯片。STM32F103主控芯片主频最高到72Mhz，并且使用了ucosii操作系统，能够有效的执行多任务的复杂处理，并且可缩短开发时间。

其中，所述塔吊信息采集单元还包括用于采集塔机吊载重量的重量传感器，该重量传感器安装在塔机的吊钩上，所述重量传感器与控制模块Ⅰ相连。

其中，所述中控管理单元还包括报警模块，该报警模块连接所述的控制模块Ⅱ，主要由 蜂鸣器、语音模块和报警灯组成，从而便于采用多种途径进行报警，警示效果好。

其中，所述的塔机吊钩位置参数包括塔机吊钩的高度和经纬度。

其中，所述的多机远程管理平台采用监控服务器，用于实时监控并控制各单机塔机的运行状态。所述监控服务器采用PC机，由地方部门设立，专门做安全监控的服务器，能够监控地区塔机设备以及其他设备，可实时监控设备运行状态。

其中，所述的中控管理单元还包括时钟模块，用于记录当前工作塔机的工作时间，与控制模块Ⅱ通过导线相连，是有效记录当前塔机工作时间的模块，主要是由DS1302时钟芯片构成，系统上电后能够有效读取当前时间信息，从而与工作状态相匹配。

其中，所述的中控管理单元还包括塔机司机身份采集模块，包括IC读卡器，IC读卡器与控制模块Ⅱ通过导线相连。这可有效防止塔机的无证驾驶，并可对当前塔机司机的违规操作进行记录。

本发明的一种塔机安全监控方法，包括步骤：

1)系统初始化，中控管理单元读取并存储显示模块输入的当前塔机与周围塔机碰撞的预警距离阈值k₁和报警距离阈值k₂，以及读取并存储显示模块输入的当前塔机与其工作范围内保护区域碰撞的预警距离阈值k₃和报警距离阈值k₄，其中k₂>k₁>0，k₄>k₃>0；

2)塔吊信息采集单元通过GPS手持终端采集当前塔机与其工作范围内保护区域的边界的交点的GPS坐标和该塔机回转中心的GPS坐标、以及该塔机大臂末端的GPS坐标，并通过GPS定位器实时采集塔机吊钩的实际GPS坐标，并通过zigbee传输模块Ⅰ将上述各GPS坐标发送至当前塔机的中控管理单元；

3)中控管理单元接收并存储上述塔吊信息采集单元发来的信息，并将当前塔机回转中心的GPS坐标、大臂末端的GPS坐标通过zigbee传输模块Ⅱ发送至周围塔机，并通过zigbee传输模块Ⅱ分别实时接收并存储周围塔机的中控管理单元发来的周围塔机回转中心的GPS坐标和周围塔机大臂末端的GPS坐标；

4)中控管理单元将接收到的各GPS坐标分别转化为大地坐标，经运算处理，分别计算并存储当前塔机大臂的长度、周围塔机大臂的长度、以及当前塔机回转中心与周围塔机回转中心的距离，并将当前塔机大臂的长度逐一与周围塔机大臂的长度相加，判断是否有相加结果大于当前塔机回转中心与相关塔机回转中心的距离的情况，若是，则执行步骤6)，且执行步骤5)，否则执行步骤5)；

5)中控管理单元逐一计算当前塔机吊钩与其工作范围内的保护区域边界上的点之间的最小距离d₂，若d₂<k₃，则执行步骤7)且继续执行步骤2)；若k₃≤d₂<k₄，中控管理单元通过报警模块进行保护区域防碰撞预警，并控制当前塔机降速，同时执行步骤7)，并继续执行步骤2)；若d₂≥k₄时，中控管理单元通过报警模块进行保护区域防碰撞报警，并控制当前塔机停机，同时执行步骤7)；

6)中控管理单元逐一计算当前塔机吊钩与周围各相关塔机大臂上的点之间的最小距离d₁或逐一计算周围各相关塔机吊钩与当前塔机大臂上的点之间的最小距离d₁，若d₁<k₁，则执行步骤7)且继续执行步骤2)；若k₁≤d₁<k₂，中控管理单元通过报警模块进行塔机防碰撞预警，并控制当前塔机降速，同时执行步骤7)，并继续执行步骤2)；若d₁≥k₂时，中控管理单元通过报警模块进行塔机防碰撞报警，并控制当前塔机停机，同时执行步骤7)；

7)中控管理单元通过显示模块对当前单机塔机的工作状态进行实时显示，并将当前塔机的工作状态信息通过GPRS传输模块向远程管理平台进行实时传输。

其中，上述步骤4)中所述中控管理单元将接收到的各GPS坐标分别转化为大地坐标的方法为：采用WGS-84椭球模型建模，之后通过高斯正算公式转化为大地坐标。

其中，步骤6)中所述的周围各相关塔机是指有碰撞关系的塔机，其大臂长度之和大于其回转中心之间的距离。

其中，所述步骤1)中，在系统初始化时，中控管理单元还读取通过显示模块预置的当前塔机的塔吊力矩阈值，以及还读取通过显示模块预置的当前塔机的超载预警距离阈值g，且有：

(1)塔吊信息采集单元通过重量传感器实时采集当前塔机实际吊载重量的重量电压信号，并将上述重量电压信号通过zigbee传输模块Ⅰ发送给中控管理单元；

(2)中控管理单元接收并存储上述塔吊信息采集单元发来的实际的重量电压信号，经运算处理，计算出当前塔机载重的实际力矩，并将接收到的吊载重量与预设的超载预警距离阈值g进行比较、且将计算出的上述实际力矩与预设的塔吊力矩阈值进行比较，若实际力矩大于预设力矩和/或当接收到的当前塔机的实际吊载重量大于超载预警距离阈值g时，中控管理单元通过报警模块进行超载报警，同时控制当前塔机的吊钩停止上升，并执行所述的步骤7)，否则继续执行所述的步骤(1)。

其中，所述塔机的工作状态包括塔机吊钩的幅度、高度和塔机吊钩的吊载重量以及塔机 吊钩载重的力矩等。所述塔机吊钩的幅度为塔机吊钩到其塔身的距离，可通过坐标转化后的塔机吊钩坐标与塔机的回转中心坐标求得，或通过坐标转化后的塔机吊钩坐标与塔机大臂末端坐标求得。

本发明中所涉及的各GPS坐标均先通过WGS-84椭球模型建模，之后均高斯投影到同一平面坐标系中进行运算。且上述步骤(5)中计算各最小距离的方法是相同的，分别转化成点到线段上的点之间的距离进行计算。

为便于理解，并结合实际工作的需要，现设工地上有一高一低两相邻的塔机，且当前塔机为高塔机。以下为坐标转换之后，当前塔机吊钩及其相邻塔机大臂上的点之间的最小距离的计算原理，示意坐标系如图2所示：

(1)令当前塔机塔身的回转中心坐标为A(x₁,y₁)、当前塔机吊钩的位置坐标为P(x₂,y₂)，并令当前塔机的相邻塔机的回转中心坐标为B(x₃,y₃)、当前塔机的相邻塔机的大臂的末端坐标为C(x₄,y₄)，过P点向当前塔机的相邻塔机的大臂BC或BC延长线所在直线作垂线，垂足为D(x₅,y₅)，∠PCB＝α；

(2)当则α≠0⁰或α≠180⁰时，在ΔPCB中，设|PC|＝b，|PB|＝c，|BC|＝p，|PD|＝d，根据余弦定理有

$\cos \mathrm{\&alpha;}=\frac{b^2+p^2-c^2}{2\mathrm{bp}},$

故当b²+p²-c²<0时，α角为钝角，D点在线段BC的延长线上，则有P点到线段上的点的最小距离d＝|PC|，即依据两点间距离公式即可求得，即

当b²+p²-c²>0时，α角为锐角，D点在线段BC上，则点P到线段BC上的点的最小距离d＝|PD|，又根据海伦公式有ΔPCB的面积其中

$l=\frac{b+p+c}{2},$

且结合三角形面积公式：

$S=\frac{p*h}{2},$

从而可求得，d＝h＝|PD|；

(3)当α＝180⁰时，P、D两点重合，当前塔吊吊钩与周围相邻塔机塔臂上的点之间的最小距离为d＝|PC|；

(4)当α＝0⁰时，此时P点在线段BC上，此种情况下已经碰撞，通过本系统的使用，此况在实际生产中不存在。

同样地，可求得当前塔机与当前塔机与其工作范围内保护区域边界上的点的最小距离，计算方便。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式而已，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在未脱离本发明技术方案的内容、依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种塔机安全监控系统，包括单机监控子系统和多机远程管理平台，其特征在于，单机监控子系统包括塔吊信息采集单元和安装在驾驶室内的中控管理单元；塔吊信息采集单元包括：

GPS定位器，用于采集塔机吊钩位置参数，并将采集结果实时送入控制模块Ⅰ，与控制模块Ⅰ通过导线连接；

GPS手持终端，用于采集当前塔机回转中心的GPS坐标和当前塔机大臂末端的GPS坐标，并将采集结果实时送入控制模块Ⅰ，与控制模块Ⅰ无线连接；

控制模块Ⅰ，用于控制GPS定位器与GPS手持终端所采集信息的传输，与zigbee传输模块Ⅰ通过导线连接；

zigbee传输模块Ⅰ，用于向中控管理单元实时传送上述塔吊信息采集单元采集的信息；中控管理单元包括：

控制模块Ⅱ，对单台塔机进行监控，与zigbee传输模块Ⅱ通过导线连接；

zigbee传输模块Ⅱ，用于接收上述塔吊信息采集单元采集的信息，以及用于与当前塔机与其工作范围内的塔机进行数据传输；

存储模块，用于单机监控子系统中的数据存储，与控制模块Ⅱ通过导线进行连接；

显示模块，与控制模块Ⅱ进行交互，对塔机现场进行监控，与控制模块Ⅱ通过导线相连；

GPRS模块，用于向多机远程管理平台发送单机监控信息，并用于传输多机远程管理平台下发的控制指令，与控制模块Ⅱ通过导线相连。

2.根据权利要求1所述的塔机安全监控系统，其特征在于，所述塔吊信息采集单元还包括用于采集塔机吊载重量的重量传感器，该重量传感器安装在塔机的吊钩上，所述重量传感器与控制模块Ⅰ相连。

3.根据权利要求2所述的塔机安全监控系统，其特征在于，所述中控管理单元还包括报警模块，该报警模块连接所述的控制模块Ⅱ。

4.根据权利要求1或2或3所述的塔机安全监控系统，其特征在于，所述的塔机吊钩位置参数包括塔机吊钩的高度和经纬度。

5.根据权利要求1或2或3所述的塔机安全监控系统，其特征在于，所述的多机远程管理平台采用监控服务器，用于实时监控各单机塔机的运行状态。

6.根据权利要求1或2或3所述的塔机安全监控系统，其特征在于，所述的中控管理单元还包括时钟模块，用于记录当前工作塔机的工作时间，与控制模块Ⅱ通过导线相连。

7.根据权利要求1或2或3所述的塔机安全监控系统，其特征在于，所述的中控管理单元还包括塔机司机身份采集模块，包括IC读卡器，IC读卡器与控制模块Ⅱ通过导线相连。

8.一种使用权利要求3所述塔机安全监控系统的塔机安全监控方法，其特征在于，包括步骤：

1)系统初始化，中控管理单元读取并存储显示模块输入的当前塔机与周围塔机碰撞的预警距离阈值k₁和报警距离阈值k₂，以及读取并存储显示模块输入的当前塔机与其工作范围内保护区域碰撞的预警距离阈值k₃和报警距离阈值k₄，其中k₂>k₁>0，k₄>k₃>0；

2)塔吊信息采集单元通过GPS手持终端采集当前塔机与其工作范围内保护区域的边界的交点的GPS坐标和该塔机回转中心的GPS坐标、以及该塔机大臂末端的GPS坐标，并通过GPS定位器实时采集塔机吊钩的实际GPS坐标，并通过zigbee传输模块Ⅰ将上述各GPS坐标发送至当前塔机的中控管理单元；

3)中控管理单元接收并存储上述塔吊信息采集单元发来的信息，并将当前塔机回转中心的GPS坐标、大臂末端的GPS坐标通过zigbee传输模块Ⅱ发送至周围塔机，并通过zigbee传输模块Ⅱ分别实时接收并存储周围塔机的中控管理单元发来的周围塔机回转中心的GPS坐标和周围塔机大臂末端的GPS坐标；

4)中控管理单元将接收到的各GPS坐标分别转化为大地坐标，经运算处理，分别计算并存储当前塔机大臂的长度、周围塔机大臂的长度、以及当前塔机回转中心与周围塔机回转中心的距离，并将当前塔机大臂的长度逐一与周围塔机大臂的长度相加，判断是否有相加结果大于当前塔机回转中心与相关塔机回转中心的距离的情况，若是，执行步骤6)，且执行步骤5)，否则执行步骤5)；

5)中控管理单元逐一计算当前塔机吊钩与其工作范围内的保护区域边界上的点之间的最小距离d₂，若d₂<k₃，则执行步骤7)且继续执行步骤2)；若k₃≤d₂<k₄，中控管理单元通过报警模块进行保护区域防碰撞预警，并控制当前塔机降速，同时执行步骤7)，并继续执行步骤2)；若d₂≥k₄时，中控管理单元通过报警模块进行保护区域防碰撞报警，并控制当前塔机停机，同时执行步骤7)；

6)中控管理单元逐一计算当前塔机吊钩与周围各相关塔机大臂上的点之间的最小距离d₁或逐一计算周围各相关塔机吊钩与当前塔机大臂上的点之间的最小距离d₁，若d₁<k₁，则执行步骤7)且继续执行步骤2)；若k₁≤d₁<k₂，中控管理单元通过报警模块进行塔机防碰撞预警，并控制当前塔机降速，同时执行步骤7)，并继续执行步骤2)；若d₁≥k₂时，中控管理单元通过报警模块进行塔机防碰撞报警，并控制当前塔机停机，同时执行步骤7)；

7)中控管理单元通过显示模块对当前单机塔机的工作状态进行实时显示，并将当前塔机的工作状态信息通过GPRS传输模块向远程管理平台进行实时传输。

9.根据权利要求8所述的塔机安全监控方法，其特征在于：所述步骤1)中，在系统初始化时，中控管理单元还读取通过显示模块预置的当前塔机的塔吊力矩阈值，且还读取通过显示模块预置的当前塔机的超载预警距离阈值g，且有：

(1)塔吊信息采集单元通过重量传感器实时采集当前塔机实际吊载重量的重量电压信号，并将上述重量电压信号通过zigbee传输模块Ⅰ发送给中控管理单元；

(2)中控管理单元接收并存储上述塔吊信息采集单元发来的实际的重量电压信号，经运算处理，计算出当前塔机载重的实际力矩，并将接收到的吊载重量与预设的超载预警距离阈值g进行比较、且将计算出的上述实际力矩与预设的塔吊力矩阈值进行比较，若实际力矩大于预设力矩和/或当接收到的当前塔机的实际吊载重量大于超载预警距离阈值g时，中控管理单元通过报警模块进行超载报警，同时控制当前塔机的吊钩停止上升，并执行所述的步骤7)，否则继续执行所述的步骤(1)。

10.根据权利要求8所述的塔机安全监控方法，其特征在于，上述步骤4)中所述中控管理单元将接收到的各GPS坐标分别转化为大地坐标的方法为：采用WGS-84椭球模型建模，之后通过高斯正算公式转化为大地坐标。