CN105776042B - 一种船坞平台上的起重机防撞监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船坞平台上的起重机防撞监测方法，其特点是该方法采用3D MAX和PROE软件对船坞平台起重机本体的实时空间姿态参数进行起重机实体和场景的3D 建模，借助Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的空间位姿和报警数据并建立实时数据库，通过Unity 3D显示软件实现起重机姿态和场景的实时展现，对船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断，当相邻起重机的距离达到设置的报警阈值时,报警系统发出报警与控制信号,实现船坞平台起重机的防撞监测。本发明与现有技术相比具有方法简单易操作，成本低，可靠度高，较好的解决了船厂起重机的防撞问题，尤其适用于起重机的安全监控和安全生产的保驾护航。

Description

一种船坞平台上的起重机防撞监测方法

技术领域

本发明涉及起重机安全监控及防撞技术领域，具体地说是一种船坞平台上的起重机防撞监测方法。

背景技术

随着我国造船业突飞猛进地发展，造船厂船坞平台的起重机愈来愈多。作为造船厂的分段搭载、总组、翻身的吊装、运输设备，为造船生产的正常、快速提升发挥着越来越重要的作用。近几年由于船厂业务繁忙，为提高生产效率，各起重机交叉作业非常频繁。目前，船坞平台起重机设备在安全防范方面，采取了在大车行走机构上装安全撞杆和缓冲器的方式，这仅对同轨起重机的大车之间的防撞有一定的缓冲作用，但由于门座式起重机的旋转、变幅等动作，由于船坞平台同轨和相近轨道上工作的起重机作业空间重重叠叠，存在极大的碰撞风险。驾驶员在吊装作业时，存在一定的盲区，极易发生安全事故。为确保船厂船坞平台起重机生产的运行完全，有必要来研究船坞平台起重机之间的防撞问题，提出必要的防范措施，确保起重设备的安全使用。

目前在船坞平台起重机位置的检测方法上，主要有机械式限位开关、红外线、雷达、超声波、激光。但是，国内外到目前为止对船坞平台起重机的碰撞检测只限于这几种检测方式，在船坞平台起重机的运行过程中，这几种检测方式均存在可靠性不高、不能全空间覆盖的问题，如位于同一轨道上的船坞采用机械式限位开关、红外、激光等，只能起沿轨道直线方向的防撞作用；雷达、超声波的检测距离很短，且检测性能受很多因素的影响,可靠性较差，这样的安全防撞检测方法具有很大的局限性。由于船坞平台起重机一般具有行走、变幅、回转和起升四大机构，这几个机构在运行动作时，处于一定空域的立体的运行空间内，船坞平台起重机构件的运行轨迹为非常复杂的空间曲线，需要全空域的检测。

现有技术不足以检测船坞平台起重机的三维空间位置，具有较大的监测盲区，也就做不到在可能发生碰撞的状况下能够发出预警、警示、警告的信息。另外，起重机防撞系统的报警基本都是通过指示灯或蜂鸣器来提示，没有人机交互功能，司机无法了解发生警报时的起重机间的相对空间状态。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种船坞平台上的起重机防撞监测方法，采用3D MAX和PROE软件对船坞平台上的起重机实体和场景进行3D 建模，利用Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的空间位姿数据、报警数据并建立实时数据库，对船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断，当距离达到设置的阈值时,发出报警与控制信号,实现船坞平台起重机的防撞功能，方法简单易操作，成本低，可靠度高，尤其适用于起重机的安全监控和安全生产的保驾护航。

本发明的目的是这样实现的：一种船坞平台上的起重机防撞监测方法，其特点是该方法基于实时采集船坞平台起重机上监测两基准点的三维坐标以及起重机本体构件的形体尺寸，利用三角函数公式和计算机软件编程,计算出船坞平台起重机本体的实时空间姿态参数，然后采用3D MAX和PROE软件对船坞平台起重机本体的实时空间姿态参数进行起重机实体和场景的3D 建模，借助Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的空间位姿和报警数据并建立实时数据库，通过Unity 3D显示软件实现起重机姿态和场景的实时展现，对船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断，当相邻起重机的距离达到设置的报警阈值时, 报警系统发出报警与控制信号,实现船坞平台起重机的防撞监测。

所述起重机实体和场景的3D 建模是在软件3D MAX和PROE的平台上，依据起重机的机械、结构设计图纸和现场场景图纸，将位置、俯仰角和旋转角换算到起重机的大拉杆、象鼻梁、臂架和对重平衡梁各构件的空间三维位置和角度坐标，控制各构件在场景中的实际位置，然后导入3D MAX,形成数字化的3D数学模型。

所述Unity3D 显示软件是将3D MAX和PROE平台上建立的3D模型和通过Visual C#开发软件编程计算出的起重机姿态数据、场景数据，通过Unity 3D软件实时完整的表现起重机所在船坞平台区域的位置与现场场景实物的相对位置。

所述船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断是利用Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的实时空间位姿数据、报警数据并建立实时数据库，在Unity3D软件平台上，利用计算出的起重机空间姿态和虚拟场景技术驱动三维模型，实现对起重机三维模型的快速空间定位与展现，利用Unity 3D软件在起重机各构件外包络了一层虚拟空间范围，该空间范围分别设置了对应近、较近和极近三个距离的报警阈值，当相邻起重机间距达到设定的报警阈值时，该相邻起重机对应构件的色彩会按照蓝、黄或红色进行显示，报警系统发出语音和文字提示为接近、较近或极近的提示，提示司机注意驾驶，当显示极近状态时报警系统会发出控制信号阻止起重机向危险方向继续运行。

所述空间位姿数据、报警数据并建立实时数据库是通过计算机开发软件VisualC#的软件编程，实时把采集的三维坐标数据、计算出的起重机位姿数据、报警数据按照日期与时间的坐标存储在服务器的数据库中，通过Visual C#设计的历史回放菜单，调用数据库的数据和Unity 3D软件，实现场景和报警状态的完整回放。

本发明与现有技术相比具有方法简单易操作，成本低，可靠度高，较好的解决了船厂起重机的防撞问题，尤其适用于起重机的安全监控和安全生产的保驾护航。

具体实施方式

本发明基于实时采集船坞平台起重机上监测两基准点的实时三维坐标以及起重机本体构件的形体尺寸，利用三角函数公式和计算机软件编程,计算出船坞平台起重机本体的实时空间姿态参数，即两基准点相对于起重机旋转中心与机房下平面交点的三维坐标以及臂架的回转角和臂架与水平夹角的空间姿态参数，然后采用3D MAX和PROE软件对船坞平台起重机本体的实时空间姿态参数进行起重机实体和场景的3D 建模，借助Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的空间位姿和报警数据并建立实时数据库，通过Unity 3D显示软件实现起重机姿态和场景的实时展现，对船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断，当相邻起重机的距离达到设置的报警阈值时, 报警系统发出报警与控制信号,实现船坞平台起重机的防撞监测。

所述起重机实体和场景的3D 建模是在软件3D MAX和PROE的平台上，依据起重机的机械、结构设计图纸和现场场景图纸，将位置、俯仰角和旋转角换算到起重机的大拉杆、象鼻梁、臂架和对重平衡梁各构件的空间三维位置和角度坐标，控制各构件在场景中的实际位置，然后导入3D MAX,形成数字化的3D数学模型。

所述Unity3D 显示软件是将3D MAX和PROE平台上建立的3D模型和通过Visual C#开发软件编程计算出的起重机姿态数据、场景数据，通过Unity 3D软件实时完整的表现起重机所在船坞平台区域的位置与现场场景实物的相对位置。

所述船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断是利用Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的实时空间位姿数据、报警数据并建立实时数据库，在Unity3D软件平台上，利用计算出的起重机空间姿态和虚拟场景技术驱动三维模型，实现对起重机三维模型的快速空间定位与展现，利用Unity 3D软件在起重机各构件外包络了一层虚拟空间范围，该空间范围分别设置了对应近、较近和极近三个距离的报警阈值，当相邻起重机间距达到设定的报警阈值时，该相邻起重机对应构件的色彩会按照蓝、黄或红色进行显示，报警系统发出语音和文字提示为接近、较近或极近的提示，提示司机注意驾驶，当显示极近状态时报警系统会发出控制信号阻止起重机向危险方向继续运行。本发明中人机互动的实现是基于软件3D MAX和PROE、Visual C#计算机语言软件编程、Unity 3D开发显示软件建立的大数据交互、实时3D场景技术、在高性能服务器平台上开发的起重机防撞实时检测系统的融合。借助于运算服务器、3D MAX和PROE建模软件对船坞平台起重机、现场场景进行三维实体建模；Visual C#计算机语言软件编程计算出的起重机姿态，报警阈值参数；再通过实时Unity 3D开发显示软件实现船坞平台起重机实时的空间运行姿态和起重机间、起重机与现场场景间相对位置的实时3D显示，做到操作人员所见画面犹如身临其境一般。司机可以根据需要通过鼠标或键盘选择菜单操作，在场景内进行全空间任意视角的场景实时缩放和浏览，有利于司机对设备状态进行全面有效的了解和掌控，通过设置起重机间距离远近的报警阈值，控制船坞平台起重机的安全运行，实现船坞平台起重机的防撞控制和船坞平台起重机的安全运行，同时记录采集的三维坐标数据、起重机位姿数据和报警信息的数据库，以供历史查询与调用。

所述空间位姿数据、报警数据并建立实时数据库是通过计算机开发软件VisualC#的软件编程，实时把采集的三维坐标数据、计算出的起重机位姿数据、报警数据建立在同一个时间轴的坐标上，按照日期与时间的坐标存储在服务器的数据库中，供历史数据的调用和实时3D场景的回放，回放时可通过Visual C#设计的历史回放菜单，调用数据库的数据和Unity 3D软件，实现场景和报警状态的完整回放。

本发明采用3D建模软件、实时3D显示软件和基于Visual C#开发语言综合集成的软件开发平台，实现船坞平台起重设备运行的3D实时姿态与场景显示，通过网络传输在服务器的显示器和司机室的显示终端上实现多台起重机任意点之间，近、较近、极近距离的三级图文和语音预警、警示和警告功能（如*号机接近，请注意、*号机较近，请谨慎驾驶、*号机极近，请立即停机的语音提示），较好的解决了船厂起重机的防撞问题。以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种船坞平台上的起重机防撞监测方法，其特征在于该方法基于实时采集船坞平台起重机上监测两基准点的三维坐标以及起重机本体构件的形体尺寸，利用三角函数公式和计算机软件编程,计算出船坞平台起重机本体的实时空间姿态参数，然后采用3D MAX和PROE软件对船坞平台起重机本体的实时空间姿态参数进行起重机实体和场景的3D 建模，借助Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的空间位姿和报警数据并建立实时数据库，通过Unity 3D显示软件实现起重机姿态和场景的实时展现，对船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断，当相邻起重机的距离达到设置的报警阈值时,由报警系统发出报警与控制信号,实现船坞平台起重机的防撞监测。

2.根据权利要求1所述船坞平台上的起重机防撞监测方法，其特征在于所述起重机实体和场景的3D 建模是在软件3D MAX和PROE的平台上，依据起重机的机械、结构设计图纸和现场场景图纸，将位置、俯仰角和旋转角换算到起重机的大拉杆、象鼻梁、臂架和对重平衡梁各构件的空间三维位置和角度坐标，控制各构件在场景中的实际位置，然后导入3D MAX,形成数字化的3D数学模型。

3.根据权利要求1所述船坞平台上的起重机防撞监测方法，其特征在于所述Unity3D显示软件是将3D MAX和PROE平台上建立的3D模型和通过Visual C#开发软件编程计算出的起重机姿态数据、场景数据，通过Unity 3D软件实时完整的表现起重机所在船坞平台区域的位置与现场场景实物的相对位置。

4.根据权利要求1所述船坞平台上的起重机防撞监测方法，其特征在于所述船坞平台区域相邻的起重机空间姿态距离进行判断是利用Visual C#计算机语言编程，计算出船坞平台起重机的实时空间位姿数据、报警数据并建立实时数据库，在Unity3D软件平台上，利用计算出的起重机空间姿态和虚拟场景技术驱动三维模型，实现对起重机三维模型的快速空间定位与展现，利用Unity 3D软件在起重机各构件外包络了一层虚拟空间范围，该空间范围分别设置了对应近、较近和极近三个距离的报警阈值，当相邻起重机间距达到设定的报警阈值时，该相邻起重机对应构件的色彩会按照蓝、黄或红色进行显示，报警系统发出语音和文字提示为接近、较近或极近的提示，提示司机注意驾驶，当显示极近状态时报警系统会发出控制信号阻止起重机向危险方向继续运行。

5.根据权利要求1或权利要求4所述船坞平台上的起重机防撞监测方法，其特征在于所述空间位姿数据、报警数据并建立实时数据库是通过计算机开发软件Visual C#的软件编程，实时把采集的三维坐标数据、计算出的起重机位姿数据、报警数据按照日期与时间的坐标存储在服务器的数据库中，通过Visual C#设计的历史回放菜单，调用数据库的数据和Unity 3D软件，实现场景和报警状态的完整回放。