CN109231016B - 一种建筑施工塔吊机避碰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑施工塔吊机避碰方法，所述方法包括：第一横臂高度确定步骤，确定第一建筑施工塔吊机的横臂高度H1；第二横臂高度确定步骤，确定第二建筑施工塔吊机的横臂高度H2；横臂高度比较步骤，比较H1和H2，将横臂高度较低的建筑施工塔吊机确定为低高度塔吊机，将横臂高度较高的建筑施工塔吊机确定为高高度塔吊机；吊绳位置确定步骤，确定所述高高度塔吊机的吊绳的位置；横臂位置确定步骤，确定所述低高度塔吊机的横臂的位置；空间距离确定步骤，确定所述吊绳与所述横臂的空间距离；预警步骤，当所述空间距离小于预警距离时，进行报警。

Description

一种建筑施工塔吊机避碰方法

本申请是2017年8月11日提交的申请号为201710683912.7、发明名称为“建筑施工塔吊机群吊装作业防碰撞预警方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及建筑施工塔吊机避碰预警。

背景技术

目前城市建筑楼宇的密集型施工使得塔吊机作业环境变得复杂。建筑施工塔吊机群吊装作业时存在两台及以上塔吊机交叉重叠作业，而指挥塔吊机群吊装作业现有方法是采用“操作员+吊装员”组合方式来实现的。这种方法，对人的综合素质要求严格，需要操作员与吊装员建立统一关系、密切配合才可完成吊装作业，操控流程复杂，智能化程度低且不经济；另外，人为操作或指挥失误容易引发安全事故，比如塔吊机之间碰撞或塔吊机与周围建筑物之间的碰撞等。为避免塔吊机群在交叉重叠区域进行吊装作业中发生碰撞事故，急需一类能够实时监控塔吊机吊装运行且能发出预警信号的建筑施工塔吊机避碰预警系统。

发明内容

本发明鉴于以上情况，提出用于缓解或消除现有技术中存在的一项或更多的缺点，至少提供一种有益的选择。

为实现以上目的，本发明公开了一种建筑施工塔吊机避碰方法，所述方法包括：第一横臂高度确定步骤，确定第一建筑施工塔吊机的横臂高度H1；第二横臂高度确定步骤，确定第二建筑施工塔吊机的横臂高度H2；横臂高度比较步骤，比较H1和H2，将横臂高度较低的建筑施工塔吊机确定为低高度塔吊机，将横臂高度较高的建筑施工塔吊机确定为高高度塔吊机；吊绳位置确定步骤，确定所述高高度塔吊机的吊绳的位置；横臂位置确定步骤，确定所述低高度塔吊机的横臂的位置；空间距离确定步骤，确定所述吊绳与所述横臂的空间距离；预警步骤，当所述空间距离小于预警距离时，进行报警。

依据本发明的技术方案，能够减少人工值守方法的过程环节，提高建筑施工塔吊机群吊装作业的安全性。

附图说明

结合附图，可以更好地理解本发明。但是附图仅仅是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制。

图1示出了一种建筑施工塔吊机群的示意图；

图2示出了依据本发明一种实施方式的建筑施工塔吊机避碰预警方法的示意性流程图；

图3示出了交叠预判断的原理示意图；

图4示出了依据本发明又一种实施方式的建筑施工塔吊机避碰预警方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详述，但不构成对本发明的任何限制。

图1示出了一种建筑施工塔吊机群的示意图。尽管图1仅示出了两台建筑施工塔吊机，但本领域技术人员应该理解，本发明的建筑施工塔吊机群可以包括更多的建筑施工塔吊机。

经过发明人的观察和走访，发明人发现，如图1所示，建筑施工塔吊机群中各塔吊机出现相互碰撞的重要情况是一台塔吊机的吊绳与另一台塔吊机的横臂发生碰撞和纠缠。

图2示出了依据本发明一种实施方式的建筑施工塔吊机避碰预警方法的示意性流程图。

如图2所示，依据本发明一种实施方式的建筑施工塔吊机避碰预警方法首先在步骤201确定第一建筑施工塔吊机的横臂高度H1；然后在，步骤202，确定第二建筑施工塔吊机的横臂高度H2；然后在步骤203，比较H1和H2，将横臂高度较低的建筑施工塔吊机确定为低高度塔吊机，将横臂高度较高的建筑施工塔吊机确定为高高度塔吊机；接着，在吊绳位置确定步骤204，确定所述高高度塔吊机的吊绳的位置；同时或先后地，在横臂位置确定步骤205，确定所述低高度塔吊机的横臂的位置；然后，在空间距离确定步骤206，确定所述吊绳与所述横臂的空间距离；最后，如果所述空间距离小于预警距离，则在步骤207进行报警。报警包括指示各塔吊机中安装的报警装置进行报警。这些报警装置例如是能够发出音频、视频、或光或声的任何报警装置。

根据一种实施方式，本发明的方法还包括交叠预判断步骤208，判断第一建筑施工塔吊机和第二建筑施工塔吊机的工作范围是否交叠，该交叠预判断可以是由实现该判断步骤的处理器自行进行判断，也可以是从外部接收判断结果。

在进行自行判断时，根据一种实施方式，该交叠预判断步骤208包括分别以所述第一建筑施工塔吊机的塔身和第二建筑施工塔吊机的塔身为圆心，分别以所述第一建筑施工塔吊机的横臂长度和第二建筑施工塔吊机的横臂长度为半径画圆，如果这两个圆在塔身所在的地平面上相交，则判断第一建筑施工塔吊机和第二建筑施工塔吊机的工作范围交叠。

图3示意性示出了这种交叠预判断的原理。建筑施工塔吊机在进行作业时，塔身基本上长时间不动，而横臂围绕塔身旋转，其活动范围在地面的投影形成了圆形。受到转动范围的限制，也可能是半圆或弧形。因而本发明的画圆应该理解为包括画弧。吊绳不一定总是在横臂的端部，可能随着横臂上的小车沿横臂运动，但是作为预判断则将横臂的端部作为具有交叠风险的度量点。横臂经常会支在塔身上，即横臂作为一个整体通常并不以塔身为起点，但是为了陈述的方便，根据上下文，横臂可能指代从塔身到横臂的端部这一段，该段上具有吊绳悬垂处，用于下放和收起吊绳。如果所画的两个圆没有交集，则这两个建筑施工塔吊机没有工作交叠区域，不会发生碰撞，此时可以结束判断。如果有交叠区域，则进行步骤201以及其后的各步骤。

图4示出了依据本发明又一种实施方式的建筑施工塔吊机避碰预警方法的示意性流程图。如图4所示，与图2所示的实施方式相对照，依据图4所示的实施方式，增加了交叠判断步骤，该交叠判断步骤根据所述低高度塔吊机的横臂的位置和所述高高度塔吊机的吊绳的位置，确定所述低高度塔吊机的工作范围是否与所述高高度塔吊机的吊绳相交叠。例如，在获得了所述高高度塔吊机的吊绳的位置和所述低高度塔吊机的横臂的位置之后，可以判断横臂与吊绳在地平面上的投影是否会相交，如果不相交，则可判断出工作区域不相交，不会发生碰撞。则可以结束该方法。当所述交叠判断步骤判断为所述低高度塔吊机的工作范围与所述高高度塔吊机的吊绳相交叠时，所述空间距离确定步骤确定所述吊绳与所述横臂的空间距离。

根据一种实施方式，交叠判断步骤包括分别以所述第一建筑施工塔吊机的塔身和第二建筑施工塔吊机的塔身为圆心，分别以所述第一建筑施工塔吊机的横臂长度与第一预定系数的乘积，和第二建筑施工塔吊机的横臂长度为半径画圆；如果这两个圆在塔身所在的地平面上相交，则判断第一建筑施工塔吊机和第二建筑施工塔吊机的工作范围交叠。这种实施方式和之前描述的实施方式的不同是将某个横臂的长度利用大于1的预定系数进行了延长，以延长后的长度作为半径进行画圆。这是考虑到由于惯性或者由于风的影响，吊绳有时候不会带着吊钩垂直地位于横臂的正下方，而可能向外飘出一段距离，因而为了更为安全、更为稳妥地进行交叠判断，将某个横臂的长度利用大于1的系数进行了延长。本领域的技术人员应该清楚，这里所说的画圆可以是虚拟画圆，并不要求一定是实地的画圆，而可以是电子的模拟或者电子的运算。

依据一种实施方式，该预定系数的计算公式如下：

式中：L_绳为高高度塔吊机的吊绳长；V₁、a₁分别为高高度塔吊机的运动速度和正常制动加速度；V_风、a_风分别为风的运动速度与加速度，m为大于1的预定系数；l为高高度塔吊机的横臂沿线至吊绳悬垂处的长度。

根据另一种实施方式，该交叠判断步骤包括分别以所述第一建筑施工塔吊机的塔身和第二建筑施工塔吊机的塔身为圆心，分别以所述第一建筑施工塔吊机的横臂长度与外延长度的和，与第二建筑施工塔吊机的横臂长度为半径画圆；如果这两个圆在塔身所在的地平面上相交，则判断第一建筑施工塔吊机和第二建筑施工塔吊机的工作范围交叠，所述外延长度的计算公式如下：

式中：L_K为外延长度；L_绳为高高度塔吊机的吊绳长；V₁、a₁分别为高高度塔吊机的运动速度和正常制动加速度；V_风、a_风分别为风的运动速度与加速度。

另一方面，如图4所示，本发明的该实施方式的方法还增加高高度塔吊机吊钩变化判断步骤210，检测所述高高度塔吊机吊钩的位置的变化，在所述高高度塔吊机吊钩的位置的变化符合预定条件时，所述交叠判断步骤进行所述低高度塔吊机的工作范围是否与所述高高度塔吊机的吊绳相交叠的判断。例如如果高高度塔吊机吊钩的位置快速变化，其变化率超过了预定阈值，则原来不相交叠的工作范围可能变得交叠，吊绳和横臂之间的原来未到预定阈值的距离可能变化得短于预警距离，因而此时交叠判断步骤应立刻进行所述低高度塔吊机的工作范围是否与所述高高度塔吊机的吊绳相交叠的判断。另外，如果所述高高度塔吊机吊钩的位置的变化显示吊钩出现了特殊的轨迹，这可能预示出现了特别的情况，例如吊绳飞出、塔吊机坍塌等。这时可以计算吊钩和横臂的距离来取代，对吊绳和横臂的距离的计算。即此时所述空间距离确定步骤确定所述吊钩与所述横臂的垂线距离；当所述垂线距离小于预警距离时，所述预警步骤进行报警。

依据一种实施方式，所述横臂位置确定步骤可包括：

方位角确定步骤，确定所述横臂的方位角，横臂围绕塔身转动，因而可以根据横臂绕塔身相对正北基准方向顺时针转动的角度确定方位角；

横臂端点坐标确定步骤，根据所述方位角、所述低高度塔吊机的塔身位置及所述低高度塔吊机的塔身与所述横臂端点之间的垂直距离确定所述横臂端点的坐标；计算公式可以为

其中α_i为方位角，(x_Ti,y_Ti,H_Ri)为塔身位置坐标，S_i为横臂长，即塔身与所述横臂端点之间的垂直距离，与图中的R2对应；(x_Bi,y_Bi,H_Bi)是所述横臂端点的坐标；

以及横臂勾画步骤，利用所述横臂端点的坐标和所述低高度塔吊机的塔身的坐标确定所述横臂的位置。很显然这两个坐标已经能够勾画出一条线段或直线。

根据另一种实施方式，所述低高度塔吊机的横臂上安装GNSS流动站，所述横臂位置确定步骤包括：流动站坐标获取步骤，获得所述GNSS流动站的坐标；横臂表达确定步骤，利用所述GNSS流动站的坐标和所述低高度塔吊机的塔身的坐标确定所述横臂的直线表达；横臂勾画步骤，根据所述横臂的直线表达和所述低高度塔吊机的塔身与所述横臂端点之间的垂直距离确定所述横臂的位置。

对于确定吊绳的位置，可以确定吊绳在横臂上开始悬垂的位置和吊钩的位置。根据一种实施方式，可以在吊钩上以及横臂的与吊绳开始悬垂的位置对应处设置GNSS流动站，从而可以获得吊钩的坐标以及吊绳开始从横臂上悬垂的位置的坐标，实现对该吊绳的限定。

根据本发明的另一种实施方式，可以在塔吊机上安装高精度里程计，里程计可以安装在进行吊绳收放的某一静滑轮上。该高精度里程计可用于高精度地测量出吊绳收、放长度量(称为吊绳的里程数据)，从而可以计算出吊钩升降量。可以简单地根据高精度里程计的里程与GNSS流动站的高程进行加减计算确定塔吊机吊钩的高程位置。塔吊机吊钩的平面位置可以用GNSS流动站的坐标来代替。根据这种实施方式，可以不用在吊钩上安装GNSS流动站等，降低了吊钩的复杂度，避免吊钩碰撞对GNSS流动站设备的损害。因而，依据本发明的一种实施方式，高高度塔吊机的横臂与所述吊绳交叉处安装有GNSS流动站，所述高高度塔吊机具有里程计，所述里程计确定所述吊绳下放的距离，所述吊绳位置确定步骤包括：流动站坐标获取步骤，获得所述GNSS流动站的坐标；吊绳表达确定步骤，利用所述GNSS流动站的坐标和所述高高度塔吊机的塔身的坐标、吊绳下放的距离确定所述吊绳的直线表达；吊绳勾画步骤，根据所述吊绳的直线表达和所述高高度塔吊机的横臂上GNSS流动站位置与所述吊绳长度的垂直距离确定所述吊绳的位置。

在空间距离确定步骤206，可以采用多种办法来确定吊绳与横臂的空间距离。由于吊绳和横臂的位置的数学表达都是可以通过在前的步骤201-205获得，因而可以计算出该距离。

另一方面，在步骤207，所述的预警距离可以是事先确定的。根据本发明的一种实施方式，可以如下地计算该预警距离：

式中：L_XD、L_ZG分别为两台塔吊机之间处于相对运动或追赶运动情况下的预警距离；V₁、a₁分别为第一塔吊机的运动速度和正常制动加速度；V₂、a₂分别为第二塔吊机的运动速度与正常制动加速度；V₃、a₃分别为被追赶塔吊机的运动速度与加速度；t₀为驾驶员反应时间；t₁为追赶塔吊机正常制动过程总时间，包括驾驶员反应时间和设备正常制动时间，V_风、a_风分别为风的运动速度与加速度。

根据另一实施方式，在所述预警步骤，如下地确定所述预警距离：

式中：B为低高度塔吊机的横臂长度；L_XD、L_ZG分别为两台塔吊机之间处于相对运动或追赶运动情况下的预警距离；ω₁、a₁分别为高高度塔吊机的运动角速度和正常制动加速度；ω₂、a₂分别为低高度塔吊机的运动角速度与正常制动加速度；ω₃、a₃分别为被追赶塔吊机的运动角速度与加速度；t₀为驾驶员反应时间；t₁为追赶塔吊机正常制动过程总时间，包括驾驶员反应时间和设备正常制动时间，V_风、a_风分别为风的运动速度与加速度。

根据这种实施方式，吊绳与横臂的空间距离小于该预警距离就进行报警，因为考虑了人的反应时间和风速的影响等因素，因而可以更有效地避免碰撞。

根据本发明的这一实施方式，可以提高建筑施工塔吊机群吊装作业时，能够实时监控每台塔吊机的吊钩及横臂的空间位置，避免建筑施工塔吊机群因密集重叠交叉吊装作业而发生碰撞事故，智能化确保建筑施工塔吊机群安全运行。

本发明系统地提供了一种科学、简便、高精度、全天候、无通视、智能化的建筑施工塔吊机避碰预警系统，适用于安装在两台及以上的各品牌塔吊机设备上且吊装作业存在交叉重叠的建筑施工现场，为辅助塔吊机之间在吊装作业时快速、精准、高效完成吊装任务的同时，提高设备使用及技术工人在作业过程中的安全性。

本发明的上述详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容，以用于实施本发明的优选方面，并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此，在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。

Claims (7)

1.一种建筑施工塔吊机避碰方法，所述方法包括：

第一横臂高度确定步骤，确定第一建筑施工塔吊机的横臂高度H1；

第二横臂高度确定步骤，确定第二建筑施工塔吊机的横臂高度H2；

横臂高度比较步骤，比较H1和H2，将横臂高度较低的建筑施工塔吊机确定为低高度塔吊机，将横臂高度较高的建筑施工塔吊机确定为高高度塔吊机；

吊绳位置确定步骤，确定所述高高度塔吊机的吊绳的位置；

横臂位置确定步骤，确定所述低高度塔吊机的横臂的位置；

空间距离确定步骤，确定所述吊绳与所述横臂的空间距离；

预警步骤，当所述空间距离小于预警距离时，进行报警，

其中，所述方法还包括交叠判断步骤，

所述交叠判断步骤根据所述低高度塔吊机的横臂端部的位置和所述高高度塔吊机的吊绳的位置，确定所述低高度塔吊机的工作范围是否与所述高高度塔吊机的吊绳相交叠，

当所述交叠判断步骤判断为所述低高度塔吊机的工作范围与所述高高度塔吊机的吊绳相交叠时，所述空间距离确定步骤确定所述吊绳与所述横臂的空间距离，

所述交叠判断步骤包括分别以所述高高度塔吊机的塔身和低高度塔吊机的塔身为圆心，分别以所述高高度塔吊机的横臂沿线至吊绳悬垂处的长度与一大于1的预定系数的乘积，和所述低高度塔吊机的横臂长度为半径画圆；如果这两个圆在塔身所在的地平面上相交，则判断高高度塔吊机和低高度塔吊机的工作范围交叠，所述预定系数的计算公式如下：

式中：L_绳为高高度塔吊机的吊绳长；V₁、a₁分别为高高度塔吊机的运动速度和正常制动加速度；V_风、a_风分别为风的运动速度与加速度，m为大于1的预定系数；l为高高度塔吊机的横臂沿线至吊绳悬垂处的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括交叠预判断步骤，判断第一建筑施工塔吊机和第二建筑施工塔吊机的工作范围是否交叠，所述交叠预判断步骤为自行判断或从外部接收判断结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述交叠预判断步骤包括分别以所述第一建筑施工塔吊机的塔身和第二建筑施工塔吊机的塔身为圆心，分别以所述第一建筑施工塔吊机的横臂长度和第二建筑施工塔吊机的横臂长度为半径画圆，如果这两个圆在塔身所在的地平面上相交，则判断第一建筑施工塔吊机和第二建筑施工塔吊机的工作范围交叠。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括高高度塔吊机吊钩变化判断步骤，检测所述高高度塔吊机吊钩的位置的变化，在所述高高度塔吊机吊钩的位置的变化符合预定条件时，所述空间距离确定步骤确定所述吊钩与所述横臂的垂线距离；当所述垂线距离小于预警距离时，所述预警步骤进行报警。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横臂位置确定步骤包括：

方位角确定步骤，确定所述横臂的方位角；

横臂端点坐标确定步骤，根据所述方位角、所述低高度塔吊机的塔身坐标及所述低高度塔吊机的塔身与所述横臂端点之间的垂直距离确定所述横臂端点的坐标；

横臂勾画步骤，利用所述横臂端点的坐标和所述低高度塔吊机的塔身的坐标确定所述横臂的位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低高度塔吊机的横臂与其吊绳交叉处安装GNSS流动站，所述横臂位置确定步骤包括：

流动站坐标获取步骤，获得所述GNSS流动站的坐标；

横臂表达确定步骤，利用所述GNSS流动站的坐标和所述低高度塔吊机的塔身的坐标确定所述横臂的直线表达；

横臂勾画步骤，根据所述横臂的直线表达和所述低高度塔吊机的塔身与所述横臂端点之间的垂直距离确定所述横臂的位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高高度塔吊机的横臂与所述吊绳交叉处安装GNSS流动站，所述吊绳位置确定步骤包括：

流动站坐标获取步骤，获得所述GNSS流动站的坐标；

吊绳表达确定步骤，利用所述GNSS流动站的坐标联立所述高高度塔吊机的塔身的坐标正交且沿铅垂线方向确定所述吊绳的直线表达；

吊绳勾画步骤，根据所述吊绳的直线表达和所述高高度塔吊机的横臂上GNSS流动站位置与所述吊绳长度的垂直距离确定所述吊绳的位置。

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