CN108196286A - 一种基于gps/rfid组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，由信息系统、中央控制系统和碰撞预警系统组成。信息系统包括RFID射频标签和GPS信号发射器组成的组合位置发射装置、GPS基准站和RFID信号接收器组成的组合位置信息接收装置；中央控制系统包括高速计算机、负责对信息系统传递来的定位信号处理的程序和进行动态仿真模拟和实时计算相对位置关系并判断是否会发生碰撞的仿真模拟分析程序；碰撞预警系统包括接收中央控制系统指令的通信模块、控制作出预警反应的控制模块及与之联动的信号灯、音响装置。利用本发明系统实现了对缆机塔机运行情况的实时追踪模拟，及时判断施工设备发生碰撞的可能及距离并作出三级有效预警，极大的避免了设备碰撞事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电施工机械碰撞预警领域，特别涉及一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统。
背景技术
在水利水电建设过程中，一般会较多的使用塔机、缆机等大型施工设备，它们具有覆盖范围广和运行灵活的特点，但是这些设备通常在空间上是交错布置的，工作区域很容易产生重叠，尤其是夜间、阴雨天以及雾霾天等能见度不高的天气条件下，设备操控者受到距离、角度、现场光线以及人员疲劳等因素的影响，难以准确估计可能发生碰撞的设备之间的距离，从而很容易造成施工设备之间的碰撞。为了防止设备碰撞事故的发生，需要采取施工设备防碰撞措施来对施工设备的安全运行进行有效控制。
目前对于防碰撞系统及装置的研究有采用超声波回波测距技术来测量运动物体与周围障碍物之间的距离，首先通过发射机发射信号波，然后利用接收机收到目标发射波检测是否有碰撞物或者其他运动物体及其距离，如果检测到距离小于预设的安全距离就会报警，但是这一技术仅适用于位于同一平面且无旋转运动的设备；除超声波技术之外，还有将施工设备置于同一个坐标系内采用GPS定位技术来获取各运动设备与其它运动设备或者障碍物之间的距离。该技术虽然弥补了超声波技术的缺点但是GPS卫星信号容易受到气象、环境等干扰，现场设备上的GPS装置也易被遮挡造成信号弱、无信号的情况下将导致定位不准确甚至失效。
因此，进一步研究防碰撞预警系统，运用计算机仿真模拟技术对缆机塔机优化防碰撞预警装置的不足具有重要的实用意义。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，应用于水利水电施工现场，以实现缆机和塔机在运行过程中，及时对可能要发生的碰撞进行预警，避免碰撞事故发生。
本发明采取的技术方案为：
一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，其特征在包括信息系统、中央控制系统、防碰撞预警系统；
所述信息系统包括用于定位的RFID射频标签和GPS信号发射器组成的组合位置发射装置，以及由GPS基准站和RFID信号接收器组成的组合位置信息接收装置。
所述中央控制系统包括计算机、用于对信息系统传递来的定位信号处理的程序、进行动态仿真模拟和实时计算相对位置关系并判断是否会发生碰撞的仿真模拟分析程序。
所述对定位信号处理的程序基于Matlab软件平台和C++语言编程，可实现读取GPS和RFID接收器输入计算机的定位信号并过滤异常信号后优选并计算出更精确的定位信号然后输出到计算机指定位置。
所述仿真模拟分析程序基于Vaga Prime软件平台和C++语言编程，可实现三维动画动态仿真，实时计算缆机、塔机相对位置关系，判断其运行状态并输出预警指令，在该程序进行动态仿真前，首先用CATIA软件建立施工环境和缆机、塔机的三维模型，再用3D Max软件导入三维模型并对施工环境和施工机械模型渲染，增加其沉浸感，再将渲染后的模型导入Vaga Prime提供的Lynx图形界面，最后通过编程开发的插件导入定位信号一边驱动缆机、塔机三维模型实现动态仿真。
所述防碰撞预警系统包括接收中央控制系统指令的通信模块、控制作出预警反应的控制模块、以及连接控制模块的信号灯、音响。
所述RFID射频标签、所述GPS信号发射器设置在保护箱内，构成三个组合位置发射装置，分别安装固定在塔机旋转吊臂前端和末端、缆机吊钩上，用于将缆机起吊物、塔机旋转吊臂的位置信息传输出去；
所述GPS基准站、所述RFID信号接收器构成的组合位置信息接收装置安放在施工现场开阔地带便于天线接收位置信息；所述组合位置信息接收装置通过通信模块与所述计算机连接，将接收到的缆机塔机位置信息传输给中央控制系统；
所述由计算机、所述定位信号处理的程序和所述仿真模拟分析程序组成的中央控制系统在接收到位置信息后动态仿真和实时计算分析，将预警信号传输给防碰撞预警系统；
所述防碰撞预警系统与中央控制系统通过通信模块连接，在接到中央控制系统传来的碰撞预警信号后，及时通过控制模块控制信号灯和音响作出预警反应，提醒施工设备操作人员。
本发明一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，有益效果为：
1：缆机和塔机在运行过程中可以通过GPS/RFID组合定位模块实时传输位置信息给中央控制系统，由中央控制系统的计算机软件动态仿真模拟和实时计算分析，判断缆机塔机的运动状态、相对距离及是否有发生碰撞的可能。在分析判断之后，中央控制系统将预警指令传输给碰撞预警系统，接到指令后，碰撞预警系统的控制模块控制关联的信号灯和音响即使作出三级预警反应提醒机械操控人员达到有效避免施工设备碰撞的目的。
2：利用本发明系统，实现了对缆机塔机运行情况的实时追踪模拟，及时判断施工设备发生碰撞的可能及距离并作出三级有效预警，极大的避免了设备碰撞事故的发生。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明系统的整体安装示意图。
图2为本发明系统的GPS/RFID组合位置发射装置安装示意图一。
图3为本发明系统的GPS/RFID组合位置发射装置安装示意图二。
图4为本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1-图4所示，一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，其特征在包括信息系统A、中央控制系统B、防碰撞预警系统C；
所述信息系统A包括用于定位的RFID射频标签1和GPS信号发射器2组成的组合位置发射装置a，以及由GPS基准站3和RFID信号接收器4组成的组合位置信息接收装置b；
所述中央控制系统B包括计算机5、用于对信息系统A传递来的定位信号处理的程序、进行实时计算相对位置关系并判断是否会发生碰撞的仿真模拟分析程序。
所述防碰撞预警系统C包括接收中央控制系统B指令的通信模块10、控制作出预警反应的控制模块12、以及连接控制模块12的信号灯6、音响7；
所述RFID射频标签1、所述GPS信号发射器2设置在同一个保护箱内，构成三个组合位置发射装置a，通过螺栓分别安装固定在塔机旋转吊臂9前端和末端、缆机吊钩8上，用于将缆机起吊物、塔机旋转吊臂9的位置信息传输出去；随施工设备运动位移。
所述GPS基准站3、所述RFID信号接收器4构成的组合位置信息接收装置b安放在施工现场开阔地带便于天线接收位置信息；所述组合位置信息接收装置b通过通信模块10与所述计算机5连接，将接收到的缆机塔机位置信息传输给中央控制系统B；
所述由计算机5、所述定位信号处理的程序和所述仿真模拟分析程序组成的中央控制系统B在接收到位置信息后动态仿真模拟和实时计算分析，并将预警指令传输给防碰撞预警系统C。
所述防碰撞预警系统C与中央控制系统B通过通信模块10连接，在接到中央控制系统B传来的碰撞预警指令后，及时通过控制模块12控制信号灯6和音响7作出预警反应，提醒施工设备操作人员。
所述组合位置发射装置a包括第一电力驱动模块，所述组合位置信息接收装置b包括第二电力驱动模块，所述电力驱动模块采用蓄电池模块11。设备及防碰撞系统启动后，RFID射频标签1和GPS信号发射器2由配备的电力模块驱动将施工设备的位置信息传输出去。
本发明有线传输即数据传输线由光纤构成，无线传输为Zigbee无线通信模块。
所述控制模块12为PLC控制器模块。
一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警方法，作出的预警指令分为三个等级：
一级对应缆机和塔机之间距离比较安全，采用绿灯示意机械操控者可以正常工作；
二级对应缆机和塔机之前的距离比较靠近，采用黄灯并伴有急促的声响提醒操控者需要随时准备采取制动措施；
三级指令对应；缆机和塔机距离十分靠近，采用红灯闪烁并配合尖锐的声响来警告机械操控者必须立刻采取制动措施使设备停止运动。
一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，包括以下步骤：
第一步，利用CATIA软件对施工环境和实际使用的施工设备构建三维模型并导入三维模型到3D Max软件中进行环境和材质的渲染，增加其沉浸感，紧接着将渲染后的模型导入Vaga Prime软件的Lynx图形界面，在基于该软件二次开发的插件中输入施工设备运行的三级距离阈值及预警系统对应的三级预警状态；
第二步，按照前述说明将各个装置安装固定好，并启动防碰撞预警系统C，待信号发射、接收正常，基于Matlab软件的定位信号处理程序和基于Vaga Prime软件的仿真模拟分析程序运行后，施工人员开始操作施工设备作业；
第三步，操作者操纵设备开始作业后，缆机吊钩8上和塔机旋转吊臂9两端的RFID射频标签1和GPS信号发射器2将位置信息以每秒10次的频率传送并被相应的GPS基准站3和RFID信号接收器4实时接收，传入中央控制系统B的计算机5，所述定位信号处理的程序和仿真模拟分析程序动态仿真模拟并实时计算缆机塔机的相对位置关系和运行参数，判断二者的相对距离是否在三级预警距离内，假如进入三级预警距离，则进入下一步，假如未进入范围，则缆机塔机继续作业；
第四步，中央控制系统B通过通信模块10向防碰撞预警系统C发出指令，防碰撞预警系统C通过控制模块12让信号灯6和音响7配合，作出三级预警相关反应；
第五步，自施工设备开始运行起，第三步到第四步过程循环不间断运行，直到施工作业结束，施工设备停止运行。
Claims (5)
1.一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，其特征在于：包括信息系统（A）、中央控制系统（B）、防碰撞预警系统（C）；
所述信息系统（A）包括用于定位的RFID射频标签（1）和GPS信号发射器（2）组成的组合位置发射装置（a），以及由GPS基准站（3）和RFID信号接收器（4）组成的组合位置信息接收装置（b）；
所述中央控制系统（B）包括计算机（5）、用于对信息系统（A）传递来的定位信号处理的程序、进行动态仿真和实时计算相对位置关系并判断是否会发生碰撞的仿真模拟分析程序；
所述防碰撞预警系统（C）包括接收中央控制系统（B）指令的通信模块（10）、控制作出预警反应的控制模块（12）、以及连接控制模块（12）的信号灯（6）、音响（7）；
所述RFID射频标签（1）、所述GPS信号发射器（2）设置在保护箱内，构成三个组合位置发射装置（a），分别安装固定在塔机旋转吊臂（9）前端和末端、缆机吊钩（8）上，用于将缆机起吊物、塔机旋转吊臂（9）的位置信息传输出去；
所述GPS基准站（3）、所述RFID信号接收器（4）构成的组合位置信息接收装置（b）安放在施工现场开阔地带便于天线接收位置信息；所述组合位置信息接收装置（b）通过通信模块（10）与所述计算机（5）连接，将接收到的缆机塔机位置信息传输给中央控制系统（B）；
所述计算机（5）、所述定位信号处理的程序和所述仿真模拟分析程序组成的中央控制系统（B）在接收到定位信息后实时处理定位信号并动态仿真模拟和计算分析，判断预警级别后将预警信号传输给防碰撞预警系统（C）；
所述防碰撞预警系统（C）与中央控制系统（B）通过通信模块（10）连接，在接到中央控制系统（B）传来的碰撞预警信号后，及时通过控制模块（12）控制信号灯（6）和音响（7）作出预警反应，提醒施工设备操作人员。
2.根据权利要求1所述一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，其特征在于：所述组合位置发射装置（a）连接第一电力驱动模块。
3.根据权利要求1所述一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，其特征在于：所述组合位置信息接收装置（b）连接第二电力驱动模块。
4.采用如权利要求1-3所述的一种防碰撞预警系统的缆机塔机防碰撞预警系统，其特征在于：
作出的预警指令分为三个等级：
一级对应缆机和塔机之间距离比较安全，采用绿灯示意机械操控者可以正常工作；
二级对应缆机和塔机之前的距离比较靠近，采用黄灯并伴有急促的声响提醒操控者需要随时准备采取制动措施；
三级指令对应；缆机和塔机距离十分靠近，采用红灯闪烁并配合尖锐的声响来警告机械操控者必须立刻采取制动措施使设备停止运动。
5.根据权利要求4所述一种基于GPS/RFID组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统，其特征在于包括以下步骤：
第一步，利用CATIA软件对施工环境和实际使用的施工设备构建三维模型并导入三维模型到3D Max软件中进行环境和材质的渲染，增加其沉浸感，紧接着将渲染后的模型导入Vaga Prime软件的Lynx图形界面，在基于该软件二次开发的插件中输入施工设备运行的三级距离阈值及预警系统对应的三级预警状态；
第二步，按照前述说明将各个装置安装固定好，并启动防碰撞预警系统（C），待信号发射、接收正常，基于Matlab软件的定位信号处理程序和基于Vaga Prime软件的仿真模拟分析程序运行后，施工人员开始操作施工设备作业；
第三步，操作者操纵设备开始作业后，缆机吊钩（8）上和塔机旋转吊臂（9）两端的RFID射频标签（1）和GPS信号发射器（2）将位置信息以每秒10次的频率传送并被相应的GPS基准站（3）和RFID信号接收器（4）实时接收，传入中央控制系统（B）的计算机（5），所述定位信号处理的程序和仿真模拟分析程序动态仿真模拟并实时计算缆机塔机的相对位置关系和运行参数，判断二者的相对距离是否在三级预警距离内，假如进入三级预警距离，则进入下一步，假如未进入范围，则缆机塔机继续作业；
第四步，中央控制系统（B）通过通信模块（10）向防碰撞预警系统（C）发出指令，防碰撞预警系统（C）通过控制模块（12）让信号灯（6）和音响（7）配合，作出三级预警相关反应；
第五步，自施工设备开始运行起，第三步到第四步过程循环不间断运行，直到施工作业结束，施工设备停止运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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