CN107285206A - 一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，将塔式起重机的建筑施工现场虚拟成可控制操作的图像现场并集成在对应系统的防碰撞自动控制模块中以实现防碰撞，具体为：将建筑施工现场中包括相对障碍物、目标吊臂、相关环境的参数特征一一映射至图像现场；在建筑施工现场中发生的运动经过图像现场的防碰撞算法计算后，发出执行建筑施工现场运动的控制指令；本发明提出了将实体与虚拟两个空间一一映射后来解决空间防碰撞的方法，设置具有几何模型的防撞区，对实际参数进行几何虚拟化后进行算法研究，得出结果后进行指令操控，实现防碰撞的全方位可靠性，减小安全隐患，提高工作效率，降低生产成本，保证塔机独立作业的可靠性和灵活性。

Description

一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法

技术领域

本发明涉及塔式起重机领域，具体的说是一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法。

背景技术

塔吊避碰预警系统是通过传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术、数据融合处理、无线传感网络与远程数据通信技术等信息化手段进行塔吊安全备案管理、塔吊运行过程监控记录、塔吊运行过程避碰预警的一整套监控系统。该系统由植入式硬件设备(塔吊避碰预警装置)和专业分析管理软件共同组成，体现对塔吊一个生命周期的全过程监控，从而达到安全生产的根本目的。塔吊避碰预警装置是一种用于建筑塔式起重机(简称塔吊或塔机)，防止塔机与塔机、塔机与固定障碍物、塔机与高压线之间的碰撞，防止塔机吊物非法侵入禁行区域的集成电子系统。对所有碰撞可能和非法入侵提供实时预警、在线监控、地面管理、无线传输等多种媒介表现形式的智能测控系统装置，是现代建筑重型起重机的一种安全防护监控设备。对于系统而言，现场建筑施工现场环境复杂，导致塔吊的防撞问题也比较复杂，需要一种多方位全面防撞的算法与塔吊避碰预警系统结合使用，达到系统使用的灵活性、可靠性。

基于此，针对上述现状中存在的局限性，本发明提出了一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法。

发明内容

为了解决上述现有塔吊避碰预警系统存在的局限性的技术问题，本发明提供一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，将塔式起重机的建筑施工现场虚拟成可控制操作的图像现场并集成在对应系统的防碰撞自动控制模块中以实现防碰撞，具体为：将建筑施工现场中包括相对障碍物、目标吊臂、相关环境的参数特征一一映射至图像现场；在建筑施工现场中发生的运动经过图像现场的防碰撞算法计算后，发出执行建筑施工现场运动的控制指令；

所述方法主要步骤包括：

步骤1：通过摄像头扫描建筑施工现场中的参数特征，并将扫描信息传输至控制模块中；

步骤2：在控制模块中预制图像现场，在图像现场中建立相对障碍物、目标吊臂、相关环境的初步几何模型；

步骤3：根据步骤1的参数特征一一映射至步骤2中的初步几何模型，生成详细几何模型；

步骤4：由控制模块根据施工情况结合相对障碍物、相关环境的详细几何模型进行检测，确定出目标吊臂的详细几何模型在图像现场的运动轨迹；

步骤5：根据防撞区的详细几何参数信息和步骤4中所确定的运动轨迹通过防碰撞算法计算出目标吊臂通过防撞区的计算结果，计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令。

进一步地，防碰撞为防止目标吊臂与作业范围内的相对障碍物的碰撞，具体为小车幅值与作业范围内的相对障碍物的防撞，目标吊臂上的吊钩与吊臂高度范围内的相对障碍物防撞，设有如下参数，A1、A2点为小车端点幅值，O点为塔吊中心点，区域A1-O-A2为防撞区域，h为目标吊臂距离相对障碍物顶端的距离，l为相对障碍物距离塔吊中心点O的最短距离，所述步骤5中的防碰撞算法具体如下：

目标吊臂进入O-A1或O-A2，防碰撞自动控制模块检测目标吊臂上的吊钩距离目标吊臂的高度小于h或者小车距O点小于l时，计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令；否则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令。

进一步地，防碰撞为防止多台塔吊的吊臂交叉作业时平面内的相互干涉，设有如下参数，A3、A4点为小车端点幅值，O1点为第一塔吊中心点，O2点为第二塔吊中心点，区域O1-A3-O2-A4为防撞区域，所述步骤5中的防碰撞算法具体为如下：

第一塔吊吊臂进入O1-A3区域之前，防碰撞自动控制模块检测第二塔吊吊臂是否进入区域O1-A3-O2-A4，检测结果为否，则计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第一目标吊臂右旋通过区域O1-A3-O2-A4，同时发出预警信号；检测结果为是，则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令，第一目标吊臂停止进入区域O1-A3-O2-A4。

进一步地，防碰撞为防止多台塔吊的吊臂处于不同平面内进入平面防撞区域，设有如下参数，O3点为第一塔吊中心点，O4点为第二塔吊中心点，O3-A5为防撞区第一目标吊臂运动区域，O4-A6为防撞区第二目标吊臂运动区域，H为O3-A5与O4-A6竖直方向之间的距离，L为O3-A5的端点A5至O4的水平距离，h1为H的临界距离，l1为L的水平临界距离，所述步骤4中的防碰撞算法具体为：

a)当第二目标吊臂进入O4-A6区域之前，发出预警信号，防碰撞自动控制模块接受信号，并检测第一目标吊臂是否进入O3-A5区域，检测结果为否，则计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂通过O4-A6防撞区；检测结果为是，则进入步骤b)；

b)防碰撞自动控制模块检测L和H，若L≥L1且H≥h1，则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂停止通过O4-A6区域；否则结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂通过O4-A6区域。

进一步地，对应的目标吊臂上设置有无线通讯模块，所述无线通讯模块与对应系统内的防碰撞自动控制模块连接，用于实现对应的目标吊臂之间的无线通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了将实体与虚拟两个空间一一映射后来解决空间防碰撞的方法，实现了系统全方位全空间防碰撞保护；

2、本发明在产品中集成防撞自动控制模块，设置对应无线通讯模块，在单机作业时也能实现对固定障碍物的防碰撞自动控制，保证了塔机独立作业的可靠性和灵活性；

3、本发明提出了具有几何模型的防撞区，对实际参数进行几何虚拟化后进行算法研究，得出结果后再进行指令操控，实现了防碰撞的可靠性；

4、本发明利用虚拟空间模拟实体空间，在事件发生前预先进行演练，减小了安全隐患，提高工作效率，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的流程图；

图2是本发明第一个实施例的防撞区域原理图；

图3是本发明第一个实施例的防撞临界距离原理图；

图4是本发明第二个实施例的防撞区域原理图；

图5是本发明第三个实施例的防撞区域原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图5所示，本发明所述的一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，将塔式起重机的建筑施工现场虚拟成可控制操作的图像现场并集成在对应系统的防碰撞自动控制模块中以实现防碰撞，具体为：将建筑施工现场中包括相对障碍物、目标吊臂、相关环境的参数特征一一映射至图像现场；在建筑施工现场中发生的运动经过图像现场的防碰撞算法计算后，发出执行建筑施工现场运动的控制指令；

所述方法主要步骤包括：

步骤1：通过摄像头扫描建筑施工现场中的参数特征，并将扫描信息传输至控制模块中；

步骤2：在控制模块中预制图像现场，在图像现场中建立相对障碍物、目标吊臂、相关环境的初步几何模型；

步骤3：根据步骤1的参数特征一一映射至步骤2中的初步几何模型，生成详细几何模型；

步骤4：由控制模块根据施工情况结合相对障碍物、相关环境的详细几何模型进行检测，确定出目标吊臂的详细几何模型在图像现场的运动轨迹；

步骤5：根据防撞区的详细几何参数信息和步骤4中所确定的运动轨迹通过防碰撞算法计算出目标吊臂通过防撞区的计算结果，计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令。

作为本发明第一个实施例，如图2和图3所示，防碰撞为防止目标吊臂与作业范围内的相对障碍物的碰撞，具体为小车幅值与作业范围内的相对障碍物的防撞，目标吊臂上的吊钩与吊臂高度范围内的相对障碍物防撞，设有如下参数，A1、A2点为小车端点幅值，O点为塔吊中心点，区域A1-O-A2为防撞区域，h为目标吊臂距离相对障碍物顶端的距离，l为相对障碍物距离塔吊中心点O的最短距离，所述步骤5中的防碰撞算法具体如下：

目标吊臂进入O-A1或O-A2，防碰撞自动控制模块检测目标吊臂上的吊钩距离目标吊臂的高度小于h或者小车距O点小于l时，计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令；否则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令。

作为本发明第二个实施例，如图4所示，防碰撞为防止多台塔吊的吊臂交叉作业时平面内的相互干涉，设有如下参数，A3、A4点为小车端点幅值，O1点为第一塔吊中心点，O2点为第二塔吊中心点，区域O1-A3-O2-A4为防撞区域，所述步骤5中的防碰撞算法具体为如下：

第一塔吊吊臂进入O1-A3区域之前，防碰撞自动控制模块检测第二塔吊吊臂是否进入区域O1-A3-O2-A4，检测结果为否，则计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第一目标吊臂右旋通过区域O1-A3-O2-A4，同时发出预警信号；检测结果为是，则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令，第一目标吊臂停止进入区域O1-A3-O2-A4。

作为本发明第三个实施例，如图5所示，防碰撞为防止多台塔吊的吊臂处于不同平面内进入平面防撞区域，设有如下参数，O3点为第一塔吊中心点，O4点为第二塔吊中心点，O3-A5为防撞区第一目标吊臂运动区域，O4-A6为防撞区第二目标吊臂运动区域，H为O3-A5与O4-A6竖直方向之间的距离，L为O3-A5的端点A5至O4的水平距离，h1为H的临界距离，l1为L的水平临界距离，所述步骤4中的防碰撞算法具体为：

a)当第二目标吊臂进入O4-A6区域之前，发出预警信号，防碰撞自动控制模块接受信号，并检测第一目标吊臂是否进入O3-A5区域，检测结果为否，则计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂通过O4-A6防撞区；检测结果为是，则进入步骤b)；

b)防碰撞自动控制模块检测L和H，若L≥L1且H≥h1，则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂停止通过O4-A6区域；否则结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂通过O4-A6区域。

在上述实施例中，对应的目标吊臂上设置有无线通讯模块，所述无线通讯模块与对应系统内的防碰撞自动控制模块连接，用于实现对应的目标吊臂之间的无线通信。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，其特征在于，将塔式起重机的建筑施工现场虚拟成可控制操作的图像现场并集成在对应系统的防碰撞自动控制模块中以实现防碰撞，具体为：将建筑施工现场中包括相对障碍物、目标吊臂、相关环境的参数特征一一映射至图像现场；在建筑施工现场中发生的运动经过图像现场的防碰撞算法计算后，发出执行建筑施工现场运动的控制指令；

所述方法主要步骤包括：

步骤1：通过摄像头扫描建筑施工现场中的参数特征，并将扫描信息传输至控制模块中；

步骤2：在控制模块中预制图像现场，在图像现场中建立相对障碍物、目标吊臂、相关环境的初步几何模型；

步骤3：根据步骤1的参数特征一一映射至步骤2中的初步几何模型，生成详细几何模型；

步骤4：由控制模块根据施工情况结合相对障碍物、相关环境的详细几何模型进行检测，确定出目标吊臂的详细几何模型在图像现场的运动轨迹；

步骤5：根据防撞区的详细几何参数信息和步骤4中所确定的运动轨迹通过防碰撞算法计算出目标吊臂通过防撞区的计算结果，计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，其特征在于，防碰撞为防止目标吊臂与作业范围内的相对障碍物的碰撞，具体为小车幅值与作业范围内的相对障碍物的防撞，目标吊臂上的吊钩与吊臂高度范围内的相对障碍物防撞，设有如下参数，A1、A2点为小车端点幅值，O点为塔吊中心点，区域A1-O-A2为防撞区域，h为目标吊臂距离相对障碍物顶端的距离，l为相对障碍物距离塔吊中心点O的最短距离，所述步骤5中的防碰撞算法具体如下：

目标吊臂进入O-A1或O-A2，防碰撞自动控制模块检测目标吊臂上的吊钩距离目标吊臂的高度小于h或者小车距O点小于l时，计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令；否则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令。

3.根据权利要求1所述的一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，其特征在于，防碰撞为防止多台塔吊的吊臂交叉作业时平面内的相互干涉，设有如下参数，A3、A4点为小车端点幅值，O1点为第一塔吊中心点，O2点为第二塔吊中心点，区域O1-A3-O2-A4为防撞区域，所述步骤5中的防碰撞算法具体为如下：

第一塔吊吊臂进入O1-A3区域之前，防碰撞自动控制模块检测第二塔吊吊臂是否进入区域O1-A3-O2-A4，检测结果为否，则计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第一目标吊臂右旋通过区域O1-A3-O2-A4，同时发出预警信号；检测结果为是，则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出禁止通过指令，第一目标吊臂停止进入区域O1-A3-O2-A4。

4.根据权利要求1所述的一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，其特征在于，防碰撞为防止多台塔吊的吊臂处于不同平面内进入平面防撞区域，设有如下参数，O3点为第一塔吊中心点，O4点为第二塔吊中心点，O3-A5为防撞区第一目标吊臂运动区域，O4-A6为防撞区第二目标吊臂运动区域，H为O3-A5与O4-A6竖直方向之间的距离，L为O3-A5的端点A5至O4的水平距离，h1为H的临界距离，l1为L的水平临界距离，所述步骤4中的防碰撞算法具体为：

a)当第二目标吊臂进入O4-A6区域之前，发出预警信号，防碰撞自动控制模块接受信号，并检测第一目标吊臂是否进入O3-A5区域，检测结果为否，则计算结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂通过O4-A6防撞区；检测结果为是，则进入步骤b)；

b)防碰撞自动控制模块检测L和H，若L≥L1且H≥h1，则计算结果为否，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂停止通过O4-A6区域；否则结果为是，防碰撞自动控制模块发出通过指令，第二目标吊臂通过O4-A6区域。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，其特征在于：对应的目标吊臂上设置有无线通讯模块，所述无线通讯模块与对应系统内的防碰撞自动控制模块连接，用于实现对应的目标吊臂之间的无线通信。