CN104486801A - 通讯速率按需调整的塔机间无线信息交互方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法及系统，通过判断申请入网塔机与网内塔机间的交迭关系，将与网内塔机存在交迭关系的塔机节点加入网络；将塔机的实时回转角与自由区、缓冲区、交迭区的临界角进行对比，得出塔臂当前所在区域，根据区域属性自动调整通讯优先级；根据通讯优先级自动调整数据发送在线节点列表，使优先级最高的节点享有最快的数据发送频率，及时地将塔机的动态数据发送给交迭塔机。系统包括信息检测装置、无线射频模块、信息预处理装置、嵌入式平板电脑，系统间按照无线信息交互协议通讯。本发明能按需调整数据发送频率，使最有可能碰撞的塔机节点拥有最快的数据发送速度，及时地为防碰决策提供参数。

Description

通讯速率按需调整的塔机间无线信息交互方法及系统

技术领域

本发明涉及塔机信息交互方法和系统，特别涉及通讯速率按需调整的塔机间无线信息交互方法以及所采用的系统，属无线通讯领域。

背景技术

为了保障塔机安全运行，要求在塔机上安装电子防碰系统。塔机电子防碰系统需要通过塔机间的通讯，来明确各塔机间的实时位置关系。采取有线方式需铺设通讯电缆。由于现场施工环境复杂，铺设通讯电缆很不方便，成本也很高，铺好的电缆也容易被破坏。在一个工地上作业的塔机群，分布区域有限，在塔机间进行无线通讯，将塔机的实时位置及时地通知其它塔机，不仅可行，成本也较低，因此成了诸多电子防碰系统不约而同的选择。

然而，当前市场上大部分塔机电子防碰系统不管塔机间是否有可能发生碰撞，都参与塔机间通讯，而且不管塔机的具体运行位置、塔机间通讯速率都保持恒定。这就不管工地上的塔机是否会发生碰撞、临近碰撞的程度，都平等地分享了无线通讯资源，使碰撞可能性最高的塔机通讯效率低，造成防碰决策滞后，难以推广应用。

发明内容

针对现有塔机电子防碰系统不能按需调整塔机间通讯速率的缺陷，本发明公布了按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法及系统。其特征在于：根据塔机交迭情况加入网络、根据实时位置调整节点通讯速率，将不发生交迭的塔机排除在信息交互网络外，使碰撞可能性最高的塔机享有最高的通讯速率，及时地为塔机间防碰决策提供第一手参数。

为实现上述目的，所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，按照以下步骤实施：

步骤1、组建交迭塔机间的无线信息交互网络

根据申请入网塔机向网络提交的静态数据，判断和网内塔机间的交迭关系，只接受和网内塔机存在交迭的新塔机节点加入网络，最大程度地限制无线网络规模。按照预先设置在无线射频模块中的无线信息交互协议，在嵌入式平板电脑的协调下，在有交迭的塔机间组建无线信息交互网络，将信息检测装置获取的塔机动态数据发送给彼此间存在交迭的塔机。

步骤2、根据塔机运行区域属性自动调整塔机节点的通讯优先级

根据塔机在运行过程中临近碰撞的程度，将塔机的运行区域分为自由区、缓冲区、交迭区。将自由区的通讯优先级定为0级，缓冲区定为1级，交迭区定为2级。将塔机运行过程中的实时回转角和各区域的临界角进行对比，确定塔机的当前运行区域属性。根据其运行区域属性，自动调整该塔机节点的通讯优先级。

步骤3、根据通讯优先级自动调整塔机节点的数据发送频率

将网内所有在线节点列表作为数据发送节点列表的第1段，优先级为1以上的所有节点列表作为第2段，优先级为2以上的所有节点列表作为第3段，将这些段依次连接，形成一个数据发送节点列表，另加用于节点加入和临时主节点控制网络的2个预留时隙，构成一个完整的信息交互周期，网内节点就按这个信息交互周期发送数据。因而通讯优先级越高，发送频率越快，信息交互速率也就越大。

为实现上述目的，所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，包括信息检测装置、无线射频模块、信息预处理装置、嵌入式平板电脑。

其中，信息检测装置用于采集塔机的动态数据。包括检测起升高度的起升传感器、检测回转角度的回转传感器、检测小车变幅的变幅传感器、检测起吊重量的重量传感器、及检测联动台操作指令以获取起升、回转、变幅方向信息的开关量信号检测器，该检测器采用嵌入式平板电脑的I/O口。

无线射频模块用于组建交迭塔机间的无线信息交互网络，以获取交迭塔机的动态信息。

信息预处理装置用于处理传感器模块采集的模拟信号，并将其输送到嵌入式平板电脑中，包括信号调理模块、A/D转换模块、信号转换模块。

嵌入式平板电脑用于录入、收集、处理塔机的静、动态信息，确定塔机当前位置及运行趋势，并根据其调整塔机间的无线信息交互速率。同时将塔机动态数据、交迭塔机间的相对位置、分别以实时数据、实时图形、声光报警形式在显示屏上显示。

本发明有益效果是：1)通过判断申请入网的塔机节点和其它塔机节点间的交迭情况，只接受和网内塔机存在交迭的塔机节点加入网络，最大程度地限制网络规模，提高了通讯的实时性。2)塔机节点在申请加入网络时，就提交了自身的静态数据，在随后的信息交互周期中，各无线节点只发送本塔机的动态数据，减少了信息发送量，加快了信息发送速度。3)根据塔机实时位置调整通讯速率，使碰撞可能性最高的塔机节点拥有最快的发送速度，实现了塔机间无线通讯速率的按需调整，及时地为防碰决策提供了保障。

附图说明

图1为塔机间无线信息交互流程图；

图2为中心距较远塔机的交迭区域；

图3为中心距较近塔机的交迭区域；

图4为塔机无线信息交互系统功能模块图；

图5为塔机无线信息交互系统结构布置图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法及系统，其基本思路是：首先，设计根据塔机交迭情况加入网络的无线通讯协议，组建交迭塔机间的无线信息交互网络；然后，使碰撞可能性最高的塔机享有最高的通讯速率，实现塔机间通讯速率的按需调整。最后，设计一套按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统。

本发明的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，按照以下步骤实施：

步骤1、组建交迭塔机间的无线信息交互网络

组建塔机间的无线信息交互网络前，需要进行坐标系的选取，及无线信息交互系统的初始化。

所述的坐标系的选取，以工地的水平基准面与其中一台塔身中心线的交点作为坐标原点，以工地的正西方向为X轴正向，正北方向为Y轴正向，竖直向上为Z轴正向，建立直角坐标系。以塔机起重臂在正西方向时的回转角为基准零度。

所述的无线信息交互系统初始化在管理员模式下进行。首先，通过嵌入式平板电脑录入本塔机的静态数据，包括塔机编号、塔身高度、起重臂长度、平衡臂长度、塔机回转中心横坐标、塔机回转中心纵坐标，并保存在数据库中。然后，判断该塔机和工地上其它塔机是否存在交迭关系，如存在，则通过嵌入式平板电脑输入交迭塔机的静态数据，并保存在数据库中。当塔机静态数据变化时，则需重新判断塔机间的交迭关系，并对数据库中的静态数据进行相应修改。

塔机开始作业时，塔机无线信息交互系统上的无线射频模块按照如图1所示的塔机间无线信息交互流程，从低频率信道到高频率信道，依次进行信道扫描，检测当前信道中是否存在网络。如果射频模块的传输范围内不存在其它网络，则选择0号信道，通过随机退避竞争成为临时主节点，生成网络地址0x00。若此时在通信覆盖范围内没有其它节点上电，则这个主节点按照每隔两个时隙发送一次的模式，持续发送临时主节点存在的消息及自身节点的动态数据信息，发送目标为信道内所有节点。

未成功竞争成为临时主节点的节点和网络存在后新上电的节点，进行信道扫描，接收到临时主节点发出的消息后，判断该信道内存在网络活动。选择该信道，并进入等待加入状态。为了避免几个节点同时发送上线请求引起冲突，等待加入的节点在数据交互的预留时隙按照退避算法进行退避后，发送上线请求，该上线请求信息包括本塔机的静态信息及与其有交迭关系的塔机编号信息。网络中节点在接收到该塔机的上线请求信息后，将其中的塔机编号信息与该塔机编号信息进行比较，若相同，说明新塔机和该塔机存在交迭关系，将新塔机节点的静态信息保存在该塔机节点的数据库中。临时主节点接收到新塔机节点的上线请求信息后，将其中的塔机编号信息与当前在线节点列表信息进行比较，若当前在线节点列表中存在该塔机编号，说明新塔机和网络中的塔机存在交迭关系，将未使用的最小节点编号赋给新塔机节点，并在预留时隙回复一个带确认加入指令的网络控制帧，同时同步所有在线节点，并更新网络在线节点列表。待加入节点在收到允许加入信息后，加入网络，建立在线节点列表。新节点加入后，网络进入信息交互周期，临时主节点和新加入节点开始按照在线节点列表发送动态数据信息。动态数据信息包括塔机回转角度及回转方向、起升高度及起升方向、小车变幅及变幅方向。其它需要加入网络的节点以相同方式加入网络并进行数据交互。对不与网络中塔机存在交迭的塔机节点，临时主节点在预留时隙发送一个带拒绝加入指令的网络控制帧，收到该控制帧后，塔机节点继续扫描下一信道。若信道中存在网络，则重复上述过程，若存在网络的信道检测完后，塔机节点仍不能加入网络，则选择一个未被占用的信道，并自动编号为0x00，成为该信道内的临时主节点，并按上述模式，等待其它节点加入。

在发送塔机的静态或动态数据信息时，为了提高数据发送效率，将精确到小数点后2位的塔机参数乘以100，再转换成16进制数发送；在其它节点收到数据后，再转化成10进制数，并缩小100倍后使用。

为了保证网络中节点信息严格按照预先设定的逻辑进行交互，信道内的每个节点都维护了一份按从小到大顺序排列的在线节点列表，根据该表确定节点发送数据的先后顺序，每个节点按此顺序在各自的时隙发送数据。当最大编号的节点发送完数据信息后，进入2个预留时隙。当临时主节点在预留时隙发送完网络控制帧后，即开始进入下一轮信息交互周期。因此，当网内存在N个节点时，完成一轮信息交互周期所需的时间为N+2个时隙。

下面说明根据塔机的静态信息，判断塔机间交迭关系的具体算法：

塔机间交迭包括起重臂之间的交迭、起重臂和平衡臂之间的交迭、平衡臂间的交迭。起重臂间不发生交迭，其它两种交迭情况也不可能发生，所以只需判断塔机起重臂之间是否存在交迭。这可以通过对比塔机i和塔机j的回转中心在xy平面内投影点间的距离d_ij和两塔机起重臂的最大回转半径和R_ij得到。

塔机i和塔机j回转中心在xy平面内投影点间的距离d_ij通过下式计算：

$d_{\mathrm{ij}}=\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}---\left(\text{1}\right)$

式中，(x_i，y_i)，(x_j，y_j)分别为塔机i和塔机j的回转中心在xy平面内投影点O_i、O_j的坐标。

塔机i及塔机j起重臂的回转半径和R_ij通过下式计算；

R_cicj＝R_ci+R_cj   (2)

式中，R_ci、R_cj分别为塔机i和塔机j的起重臂长度。

若d_ij≤R_ij，则塔机i和塔机j间存在交迭区，有可能发生碰撞；若d_ij＞R_ij，则塔机i和塔机j间没有交迭区，不可能发生碰撞。

步骤2、根据塔机运行区域属性自动调整塔机节点的通讯优先级

在塔机回转过程中，将可以自由回转的区域定义为自由区、塔机间可能发生碰撞的区域定义为交迭区，考虑到塔机运动惯性，在自由区和交迭区间设置缓冲区。由于交迭区塔机的位置变化很有可能导致塔机碰撞，所以塔机在交迭区运行时，应具有最快的通讯速率，以将其位置变化及时通知给其它塔机，缓冲区次之，自由区则可以较慢。因此，将塔机自由区的通讯优先级定为0级，缓冲区定为1级，交迭区定为2级。

塔机节点的通讯优先级取决于塔机的三个运行区域，这就要求先对其进行精确确定。交迭区是在塔机的作业范围内，彼此交叉的区域。由于塔机的作业范围是以塔机回转中心为圆心、塔臂为半径的一个圆，所以交迭区可以用两圆在XY平面内投影的相交部分来表示。

将塔机i、塔机j交迭区所对应的圆心角的一半分别记为α_i、α_j。当两圆相距较远时，两塔机的圆形作业区域在XY平面内投影如图2所示，则：

${\mathrm{\α}}_i=\arccos \left(\frac{R_i^2+d_{\mathrm{ij}}^2-R_j^2}{2R_i{d}_{\mathrm{ij}}}\right)---\left(\text{3}\right)$

${\mathrm{\α}}_j=\arccos \left(\frac{R_j^2+d_{\mathrm{ij}}^2-R_i^2}{2R_j{d}_{\mathrm{ij}}}\right)---\left(\text{4}\right)$

当两圆相距较近时，两塔机的圆形作业区域在XY平面内投影如图3所示，图中线段O_iP_i切圆O_j于P_i点，则：

${\mathrm{\α}}_i=\arcsin \frac{R_j}{d_{\mathrm{ij}}}---\left(5\right)$

${\mathrm{\α}}_j=\arcsin \frac{R_i}{d_{\mathrm{ij}}}---\left(6\right)$

图2、图3中，两塔机中心连线O_iO_j与X轴正向的夹角α_ij为：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}=\arctan \left(\frac{y_j-y_i}{x_j-x_i}\right)---\left(7\right)$

当塔机i位于塔机j的右边，其横坐标x_i＜x_j。塔机i逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij-α_i(k＝-1，0，1.下同)，终止角为k×360°+α_ij+α_i，角度逐渐增加；当塔机i顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij+α_i，终止角为k×360°+α_ij-α_i，角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij-α_j，终止角为k×360°+180°+α_ij+α_j，角度逐渐增加；顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij+α_j，终止角为k×360°+180°+α_ij-α_j，角度逐渐减少。

当塔机j位于塔机i的左边，其横坐标x_i＞x_j。塔机i逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij-α_i，终止角为k×360°+180°+α_ij+α_i，角度逐渐增加；顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij+α_i，终止角为k×360°+180°+α_ij-α_i，角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij-α_j，终止角为k×360°+α_ij+α_j(k＝-1，0，1)，角度逐渐增加；当塔机i顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij+α_j，终止角为k×360°+α_ij-α_j，角度逐渐减少。

若式(3)～(6)中R_i、R_j分别表示塔机i、j的起重臂长度，意味着两塔机的起重臂存在交迭，依据上述步骤可求出两起重臂的交迭区；若R_i、R_j分别表示塔机i、j的平衡臂长度，意味着两塔机的平衡臂存在交迭，依据上述步骤可求出两平衡臂的交迭区；若R_i表示塔机i的起重臂长度、R_j表示塔机j的平衡臂长度，意味着塔机i的起重臂和j的平衡臂存在交迭，依据上述步骤可求出塔机i的起重臂和塔机j的平衡臂的交迭区；若R_i表示塔机i的平衡臂长度、R_j表示塔机j的起重臂长度，意味着塔机i的平衡臂和塔机j的起重臂存在交迭，依据上述步骤可求出塔机i的平衡臂和塔机j的起重臂的交迭区。

考虑到回转惯性作用，在进入塔机交迭区之前设置缓冲区，缓冲区所对应的圆心角根据塔机回转速度确定，系统默认的高速档缓冲角为90°、中速档缓冲角为60°、低速档缓冲角为30°，也可以依据现场经验或实测确定，实测时让塔机在不同速度回转时刹车，记录塔机停下来后所转过的角度，作为缓冲角。

塔机安装好后，其运行区域的属性也就确定了。将各区域所对应的临界角保存在塔机节点的数据库中，将其和塔机的实时回转角进行对比，就可确定塔机当前的运行区域。根据其所在区域的属性，自动确定该塔机节点的通讯优先级。

步骤3、根据通讯优先级自动调整塔机节点的数据发送频率

通讯优先级调整后，在当前信息交互周期，塔机节点利用发送自身数据的时隙，将带有优先级调整指令的数据帧发送出去，并由临时主节点在预留时隙更新数据发送节点列表。在下一个信息交互周期，就会按照新节点列表进行数据交互，使优先级最高的节点享有最快的数据发送频率，从而实现节点信息交互速率的按需调整。

下面给出根据通讯优先级确定数据发送频率的具体算法：

假设信道内节点数为N，各个节点的编号为i(i＝0～N-1)，各节点的通讯优先级为p(i)，单位时隙长度为Δt，单位时隙长度根据所采用的射频模块发送完一个16byte数据帧所需的时间，向上取整后确定。对CC2530射频模块，发送完一个16byte数据帧所需的时间为0.638ms，向上取整后，得其单位时隙长度为1ms。将所有在线节点列表作为数据发送节点列表的第1段，优先级为1以上的所有节点列表作为第2段，优先级为2以上的所有节点列表作为第3段，将这些段依次连接，成为一个数据发送节点列表，另加用于节点加入和临时主节点控制网络的2个预留时隙，构成一个完整的信息交互周期。在这样一个周期中，所包含的时隙单位数量N_t为：

$N_t=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)+2---\left(8\right)$

式中，p_i为通讯优先级。当节点在自由区、缓冲区、交迭区时，p_i分别为0、1、2。

在一个完整的信息交互周期内，将节点在自由区、缓冲区、交迭区的发送频率分别记为f₀、f₁、f₂为，则：

$f_0=\frac{1}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}---\left(9\right)$

$f_1=\frac{2}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}---\left(10\right)$

$f_2=\frac{3}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}---\left(11\right)$

这就为节点的数据发送频率和通讯优先级建立了一一对应关系，节点根据当前信道内节点总数N、其它各节点的通讯优先级，就可以求出本节点在该优先级下的发送频率。

假定一个工地上相互间有交迭关系的塔机最多为5台，塔机间采用CC2530射频模块通讯，其通讯节点所占用的无线信道编号为0x00，各节点地址分别为0x00～0x04，初始状态下各个塔机节点的优先级均为0，此时生成的在线节点列表为：

表1 在线节点列表

此时，各个节点的数据交互频率为：

$f=\frac{1}{(2+5)\×0.001}=142.857\mathrm{Hz}$

若某时刻0x01的节点处于缓冲区、0x02的节点处于交迭区，则生成的数据发送节点列表为：

表2 数据发送节点列表

此时，0x01节点的数据交互频率为：

$f_1=\frac{2}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}=\frac{2}{10*0.001}=200\mathrm{Hz}$

0x02节点的数据交互频率为：

$f_2=\frac{3}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}=\frac{2}{(2+8)*0.001}=300\mathrm{Hz}$

可以看出，通讯优先级越高，数据发送频率越快。

如图4～5所示，本发明所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统由信息检测装置、无线射频模块(5)、信号预处理装置(6)、嵌入式平板电脑(7)组成。

信息检测装置用于检测塔机运行过程中的动态信息，包括塔机起升高度及起升方向、回转角度及回转方向、小车变幅及变幅方向。其中起升高度采用安装在起升装置上的起升传感器(1)检测、回转角度采用安装在回转装置上的回转传感器(2)检测、变幅幅度采用安装在变幅装置上的变幅传感器(3)检测、吊重重量采用安装在测力轴上的重量传感器(4)检测，并将其转换成电压信号或电流信号，通过航空插头及屏蔽电缆连接信息预处理装置。

塔机的起升、回转、变幅方向跟联动台的操作杆位置存在一一对应关系，因此根据联动台的操作指令获取，并规定：塔臂逆时针方向回转为正转，顺时针方向回转为反转，正转时回转角度增加，反转时回转角度减少；塔机吊钩向上运动起升高度增加，向下运动起升高度减少；小车向外运动，变幅增加，向内运动，变幅减少。联动操作台指令为开关量信号，通过电缆直接输送到嵌入式平板电脑上的I/O口进行检测。

无线射频模块(5)安装在塔机驾驶室内，但其天线安装在驾驶室外，以避免无线信号遭到塔机驾驶室的屏蔽。该模块的发射功率可以根据塔机群的作业范围进行调整，以使其在保持良好通讯效果的同时，减少对周围环境的电磁污染。该模块内含可运行无线自组织高效信息交互程序的高性能单片机，通过航空插头及屏蔽电缆和嵌入式平板电脑相连，并在嵌入式平板电脑的协调下，组建交迭塔机间的无线信息交互网络。

信息预处理装置(6)安装在司机驾驶室的侧墙上，包括信号调理模块、A/D转换模块、信号转换模块。传感器采集的模拟信号经信号调理模块进行滤波、隔离、抗干扰处理后，输送到A/D转换模块，转换为数字量，并通过信号转换模块转化为RS485总线信号，连接到RS485总线上，然后输送到嵌入式平板电脑(7)中。

嵌入式平板电脑(7)安装在司机室前方的侧柱上，通过航空插头及屏蔽电缆和信息预处理装置相连，包括中央处理器、触摸屏、显示屏。触摸屏、显示屏分别通过TSC口、LCD口与中央处理器相连。显示屏的亮度可以通过其上的亮度调节旋钮进行调节，并配有遮光罩。嵌入式平板电脑用于收集、处理塔机的静、动态信息，确定塔机当前位置及运行趋势，并根据其调整塔机间的无线信息交互速率。同时将塔机动态数据、交迭塔机间的相对位置、分别以实时数据、实时图形、声光报警形式在显示屏上显示。通过嵌入式平板电脑可录入本塔机及交迭塔机的静态数据：包括塔机编号、回转中心坐标、起重臂长度、平衡臂长度、塔身高度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，凡是未脱离本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改或替换，均属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、组建交迭塔机间的无线信息交互网络

安装在塔机司机室中的塔机无线信息交互系统上电后，无线射频模块根据运行于其中无线信息交互程序，依次进行信道扫描，并通过随机退避竞争产生临时主节点。临时主节点周期性地发送消息，等待其它节点加入网络。

待加入节点在数据交互的预留时隙按照退避算法进行退避后，发送上线请求信息，其中包含待加入塔机的静态数据。网络中节点根据待加入节点的上线请求信息，判断彼此间的交迭关系，并将交迭塔机的静态数据保存在嵌入式平板电脑中。

临时主节点在预留时隙回复一个带确认加入指令的网络控制帧，确认交迭塔机节点的加入，同时同步所有在线节点，并更新网络在线节点列表。待加入节点在收到允许加入信息后，加入网络，建立在线节点列表，并进入信息交互周期，周期性地发送自身动态数据。

步骤2、根据塔机运行区域属性自动调整塔机节点的通讯优先级

将塔机自由区的通讯优先级定为0级，缓冲区定为1级，交迭区定为2级。对比塔机的实时回转角和塔机自由区、缓冲区、交迭区的临界值，确定塔机的当前运行区域属性。根据其运行区域的属性，自动调整该塔机节点的通讯优先级。

步骤3、根据通讯优先级自动调整塔机节点的数据发送频率

在当前信息交互周期，塔机节点利用发送自身数据的时隙，将带有优先级调整指令的数据帧发送出去，并由临时主节点在预留时隙更新数据发送在线节点列表。在下一个信息交互周期，就会按照新在线节点列表进行数据交互，使优先级最高的节点享有最快的数据发送频率，从而实现节点信息交互速率的按需调整。

2.根据权利要求1所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，其特征在于：所述的步骤1中，塔机间是否存在交迭关系的判断过程包括如下步骤：

步骤A、假设塔机i、塔机j的回转中心在xy平面内的投影点坐标分别为(x_i，y_i)、(x_j，y_j)，则塔机i、塔机j回转中心在xy平面内投影点间的距离d_ij可表达为

$d_{\mathrm{ij}}=\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}---\left(1\right)$

步骤B、假设塔机i、塔机j起重臂的最大回转半径分别为R_ci、R_cj，则塔机i及塔机j的最大回转半径和R_ij可表达为；

R_ij＝R_ci+R_cj   (2)

步骤C、若d_ij≤R_ij，则塔机i和塔机j间存在交迭关系，两塔机有可能发生碰撞；若d_ij＞R_ij，则塔机i和塔机j间不存在交迭关系，两塔机不可能发生碰撞。

3.根据权利要求1所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，其特征在于：所述的步骤2中，塔机当前运行区域属性的确定过程包括如下步骤：

步骤A、假设塔机i、塔机j的回转中心在xy平面内投影点为O_i、O_j，则O_iO_j与X轴正向的夹角α_ij可表达为

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}=\arctan \left(\frac{y_j-y_i}{x_j-x_i}\right)---\left(3\right)$

步骤B、将塔机i、塔机j交迭区所对应圆心角的一半分别记为α_i、α_j，则

当 $R_i^2+R_j^2\≤d_{\mathrm{ij}}^2$ 时，

${\mathrm{\α}}_i=\arccos \left(\frac{R_i^2+d_{\mathrm{ij}}^2-R_j^2}{2R_i{d}_{\mathrm{ij}}}\right)---\left(4\right)$

${\mathrm{\α}}_j=\arccos \left(\frac{R_j^2+d_{\mathrm{ij}}^2-R_i^2}{2R_j{d}_{\mathrm{ij}}}\right)---\left(5\right)$

当 $R_i^2+R_j^2>d_{\mathrm{ij}}^2$ 时，

${\mathrm{\α}}_i=\arcsin \frac{R_j}{d_{\mathrm{ij}}}---\left(6\right)$

${\mathrm{\α}}_j=\arcsin \frac{R_j}{d_{\mathrm{ij}}}---\left(7\right)$

若式(4)～(7)中R_i、R_j分别表示塔机i、塔机j的起重臂长度，意味着两塔机的起重臂存在交迭，依据上述步骤可求出两起重臂的交迭区；若R_i、R_j分别表示塔机i、塔机j的平衡臂长度，意味着两塔机的平衡臂存在交迭，依据上述步骤可求出两平衡臂的交迭区；若R_i表示塔机i的起重臂长度、R_j表示塔机j的平衡臂长度，意味着塔机i的起重臂和塔机j的平衡臂存在交迭，依据上述步骤可求出塔机i的起重臂和塔机j的平衡臂的交迭区；若R_i表示塔机i的平衡臂长度、R_j表示塔机j的起重臂长度，意味着塔机i的平衡臂和塔机j的起重臂存在交迭，依据上述步骤可求出塔机i的平衡臂和塔机j的起重臂的交迭区。

步骤C、确定塔机各运行区域属性的边界值

当塔机i位于塔机j的右边，其横坐标x_i＜x_j。塔机i逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij-α_i(k＝-1，0，1.下同)，终止角为k×360°+α_ij+α_i，角度逐渐增加；当塔机i顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij+α_i，终止角为k×360°+α_ij-α_i，角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij-α_j，终止角为k×360°+180°+α_ij+α_j，角度逐渐增加；顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij+α_j，终止角为k×360°+180°+α_ij-α_j，角度逐渐减少。

当塔机j位于塔机i的左边，其横坐标x_i＞x_j。塔机i逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij-α_i，终止角为k×360°+180°+α_ij+α_i，角度逐渐增加；顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+180°+α_ij+α_i，终止角为k×360°+180°+α_ij-α_i，角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij-α_j，终止角为k×360°+α_ij+α_j(k＝-1，0，1)，角度逐渐增加；当塔机i顺时针进入交迭区时，起始角为k×360°+α_ij+α_j，终止角为k×360°+α_ij-α_j，角度逐渐减少。

考虑到回转惯性作用，在进入塔机交迭区之前设置缓冲区，缓冲区所对应的圆心角根据现场经验或实测确定。依经验确定塔机高速档缓冲角为90°、中速档缓冲角为60°、低速档缓冲角为30°。实测时让塔机在不同速度回转时刹车，记录塔机停下来后所转过的角度，作为缓冲角。

塔机运行的自由区，为除缓冲区、交迭区之外的区域。

4.根据权利要求1所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，其特征在于：所述的步骤3中，根据节点通讯优先级自动调整节点数据发送频率的过程包括如下步骤：

步骤A、根据节点通讯优先级调整节点数据发送列表

将网内所有在线节点列表作为数据发送节点列表的第1段，优先级为1以上的所有在线节点列表作为第2段，优先级为2以上的所有在线节点列表作为第3段，将这些段依次连接，形成一个数据发送在线节点列表。当塔机的运行区域改变时，通讯优先级会进行自动调整，因而数据发送在线节点列表也会随之进行自动调整。

步骤B、根据数据发送在线节点列表确定节点数据发送频率

由网内节点构成的数据发送在线节点列表，加上2个用于节点加入和临时主节点控制网络的预留时隙，构成一个完整的信息交互周期。在这个周期中，所包含的时隙数量N_t为：

$N_t=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)+2---\left(8\right)$

其中，N为信道内的节点总数，p_i为节点i的通讯优先级。当节点i在自由区时，p_i＝0；当节点i在缓冲区时，p_i＝1；当节点i在交迭区时，p_i＝2.

塔机在自由区、缓冲区、交迭区运行时，其无线节点的发送频率f₀、f₁、f₂满足如下数学表达式：

$f_0=\frac{1}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}---\left(9\right)$

$f_1=\frac{2}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}---\left(10\right)$

$f_2=\frac{3}{[2+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(p_i+1)]\×\mathrm{\Δt}}---\left(11\right)$

其中，Δt为单位时隙长度，根据所采用的射频模块发送完一个16byte数据帧所需的时间，向上取整后确定。

5.按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在于：包括信息检测装置、无线射频模块、信息预处理装置、嵌入式平板电脑。其中，信息检测装置用于采集塔机的动态数据，无线射频模块用于交迭塔机间的无线信息交互，信息预处理装置用于处理信息检测装置采集的模拟信号，嵌入式平板电脑用于收集、处理塔机的静、动态信息，确定塔机当前位置及运行趋势，并根据其调整塔机间的无线信息交互速率，同时将塔机动态数据、交迭塔机间的相对位置、分别以数据、图形、声光报警形式在显示屏上显示。

6.根据权利要求5所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在于：所述的信息检测装置包括安装在起升装置上的起升传感器、安装在回转装置上回转传感器、安装在变幅装置上变幅传感器、安装在测力轴上的重量传感器，分别用于检测塔机的起升高度、回转角度、变幅幅度、吊重重量，并通过航空插头及屏蔽电缆与信息预处理装置相连。还包括嵌入式平板电脑上的I/O口，以检测塔机的起升、回转及变幅方向。

7.根据权利要求5所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在于：所述的无线射频模块，安装在塔机驾驶室内，但其天线安装在驾驶室外；该模块内含可运行无线信息交互程序的高性能单片机。该模块通过航空插头及屏蔽电缆和嵌入式平板电脑相连，并在嵌入式平板电脑的协调下，组建交迭塔机间的无线信息交互网络。

8.根据权利要求5所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在于：所述的信息预处理装置安装在司机驾驶室的侧墙上，通过航空插头及屏蔽电缆和嵌入式平板电脑相连，包括信号调理模块、A/D转换模块、信号转换模块。

9.根据权利要求5所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在于：所述的嵌入式平板电脑安装在司机室前方的侧柱上，包括中央处理器、触摸屏、显示屏，显示器的亮度可以通过其上的亮度调节旋钮进行调节，并配有遮光罩。