CN111847258A - 一种塔式起重机远程监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种塔式起重机远程监控系统，通过将现场的信息都收集到操作室，然后利用管理和展示系统对现场信息进行合理的自动展示，辅助操作人员在操作室快速、有效、充分地感知塔机及其周边环境的状态，然后通过控制指令处理系统远程控制塔机完成吊装作业，彻底改变塔机的操作方式。本发明通过对管理和展示系统进行逐步细化，根据吊钩的工况，自动提炼当时最有效的信息展示给操作人员，使操作人员只需要聚焦主画面，避免由于信息过多难于聚焦当时最需要的信息，从而提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于工程机械综合监控技术，具体涉及一种塔式起重机远程监控系统。
背景技术
塔式起重机是施工领域重要的运输设备。目前，塔机一般是就地操控方式，需要专业司机在塔机上面的驾驶室内进行高空操作。一方面操作人员攀爬塔吊，既浪费时间，又有严重的安全隐患，时有坠落事故发生。另一方面操作人员在高空工作难免会产生视觉偏差和视觉盲区，容易造成事故；同时工作环境恶劣，会影响操作人员身体健康，而塔吊发生折断等事故还会造成人员伤亡。
针对以上不足，有研究人员开发了遥控方式，操作人员利用便携式的遥控器直接在现场的地面端进行操作。由于操作人员能够根据实际情况选定理想的位置进行操作，容易进行精确就位操作。但是，现场有多处需要吊装，同时塔机需要大范围的移动，就地遥控的方式就会有很多问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种塔式起重机远程监控系统，使得操作人员能够在操作室远程控制塔机完成吊装作业。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种塔式起重机远程监控系统，其特征在于：本监控系统包括传感器数据采集系统、视频采集系统、管理和展示系统、以及控制指令处理系统；其中，
传感器数据采集系统，用于设置在现场采集塔式起重机的参数，参数包括吊钩的位置、吊钩的速度、起吊重量、塔身的倾角、塔机所处环境的风速、吊钩下方障碍物到吊钩的距离；
视频采集系统，包括全景视频模块和吊钩视频模块；全景视频模块用于获取现场的全景视频信号；吊钩视频模块用于获取针对吊钩的视频信号，包括安装在塔机大臂最前端、大臂根部、变幅小车上和安装在吊钩上的4个吊钩视频子模块；每个吊钩视频子模块均包括网络摄像机，安装在塔机大臂最前端、大臂根部的吊钩视频子模块还包括视频控制器，视频控制器根据吊钩的起升高度和变幅小车的位置，发送控制指令给网络摄像机，使得网络摄像机实时对准吊钩；
管理和展示系统，设置在操作室，包括管理模块、识别模块和视觉显示模块；管理模块用于接收传感器数据采集系统和视频采集系统获取的信息以及控制指令处理系统的控制命令，将所述的信息处理后通过视觉显示模块显示；识别模块用于根据所述的信息和控制命令来判断吊钩的工况；
控制指令处理系统，设置在操作室，包括操作装置和控制指令控制器；控制指令控制器用于接收操作人员用操作装置发出的操作指令和选择模式，根据管理模块提供的信息判断相应的联锁条件和故障报警，并将最终得到的控制命令发给现场的塔式起重机。
按上述系统，所述的视觉显示模块包括一台主画面显示器和多台分画面显示器；主画面显示器用来显示主画面，主画面集成了塔式起重机的参数、视频监控信号和故障报警信号；每台分画面显示器用于全屏显示某一方面的信息。
按上述系统，所述的视觉显示模块包括以下展示模式：
全景模式，所述全景视频模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；
前向跟踪模式，大臂根部的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；
反向跟踪模式，大臂最前端的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；
吊钩模式，包括小车跟踪吊钩模式和直接吊钩模式；当测量得到吊钩下方障碍物到吊钩的距离大于等于阈值Ls时，采用小车跟踪吊钩模式，由变幅小车上的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置；吊钩下方障碍物到吊钩的距离L小于阈值Ls时，采用直接吊钩模式，由安装在吊钩上的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置；
传感器数据模式，起升限位故障时，将起升数据放大显示在画面主导位置；回转限位故障时，将回转数据放大显示在画面主导位置；变幅小车限位故障时，将变幅小车数据放大显示在画面主导位置；起吊重量故障时，将起吊重量放大显示在画面主导位置；塔身倾角故障时，将塔身倾角数据放大显示在画面主导位置；风速故障的时候，将风速的数据放大显示在画面主导位置；
所述的画面主导位置为预设的占超过整体画面的一半大的位置。
按上述系统，主画面视角显示方式包括正向视角方式和反向视角方式，当在操作装置上选中反向视角方式的瞬间，记录下此刻的吊钩高度Hs1和变幅小车与大臂根部的距离Ps1；操作装置上保持选择反向视角方式，当变幅小车与大臂根部的距离大于Ps1且吊钩高度小于Hs1时，主画面的反向视角方式激活，反之正向视角方式激活；当操作装置上保持选择正向视角方式，正向视角方式激活。
按上述系统，所述的管理模块按以下步骤自动调整展示模式：
S1、当在S2-S6中满足1.1-1.4的条件时，直接跳转到S1：
1.1、正向视角方式激活，当吊钩的起升位置距离上极限位小于阈值Ds时，主画面展示模式设置为全景模式；
1.2、反向视角方式激活，当吊钩的起升位置距离上极限位小于阈值Ds时，主画面的展示模式设置为反向跟踪模式；
1.3、正向视角方式激活，当吊钩完全静止超过一定时间Ts以后，主画面的展示模式设置为全景模式；
1.4、反向视角方式激活，当吊钩完全静止超过一定时间Ts以后，主画面的展示模式设置为反向跟踪模式；
1.5、当吊钩起升位置距离上极限位大于等于阈值Ds且吊钩开始动作以后，则跳转到S2；
1.6、当S7中的条件满足时，则跳转到S7；
S2、正向视角方式激活，则主画面展示模式设置为全景模式，反向视角方式激活，则主画面展示模式设为反向跟踪模式，模式设置生效之后：
2.1、变幅小车的速度小于等于阈值Pvt21且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt21，当回转旋转的速度从较大值减小到阈值Rvt21及以下，主画面展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.2、回转旋转的速度小于等于阈值Rvt22且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt22，当变幅小车的速度从较大值减小到阈值Pvt22及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.3、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的下降速度从较大值减小到阈值Hvt23及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.4、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的下降速度从不为0减小到0时，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
S3、测量得到的吊钩下方障碍物到吊钩的距离L大于等于阈值Ls，主画面的展示模式设置为小车跟踪吊钩模式，则跳转到S4，测量得到的吊钩下方障碍物到吊钩的距离L小于阈值Ls，主画面的展示模式设置为直接吊钩模式，则跳转到S5：
S4、主画面展示模式设置为小车跟踪吊钩模式之后：
4.1、当吊钩下降速度大于等于阈值Hvt41，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.2、当吊钩上升的速度大于0时，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.3、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt41，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.4、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt41，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
S5、主画面展示模式设置成直接吊钩模式之后：
5.1、当吊钩上升速度大于等于阈值Hvt51，则跳转到S6；
5.2、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt51，则跳转到S6；
5.3、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt51，则跳转到S6；
S6、正向视角方式激活时，主画面展示模式设置为前向跟踪模式，反向视角方式激活时，主画面展示模式设置为反向跟踪模式，模式设置生效之后：
6.1、变幅小车的速度小于等于阈值Pvt61且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt61，当回转旋转的速度从较大值减小到阈值Rvt61及以下，主画面展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.2、回转旋转的速度小于等于阈值Rvt62且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt62，当变幅小车的速度从较大值减小到阈值Pvt62及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.3、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的升降速度从较大值减小到阈值Hvt63及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.4、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的升降速度从不为0减小到0时，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.5、当吊钩下降速度大于等于阈值Hvt64，则跳转到S2；
6.6、当吊钩上升速度大于等于阈值Hvt65，则跳转到S2；
6.7、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt63，则跳转到S2；
6.8、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt63，则跳转到S2；
S7、当传感器故障从无到有时，无论之前处在何种模式，主画面展示模式设置为传感器数据模式，该模式设置生效以后，无论故障是否恢复，延时一定时间以后，恢复到之前的模式。
按上述系统，Pvt21设为1档，Hvt21设为2档，Rvt21设为1档，Rvt22设为1档，Hvt21设为2档，Pvt22设为1档，Hvt23设为1档。
按上述系统，Hvt41设为3档，Rvt41设为2档，Pvt41设为2档。
按上述系统，Hvt51设为2档，Rvt51设为2档，Pvt51设为2档。
按上述系统，Pvt61设为1档，Hvt61设为2档，Rvt61设为1档，Rvt62设为1档，Hvt61设为2档，Pvt62设为1档，Hvt63设为1档，Hvt64设为3档，Hvt65设为3档，Rvt63设为3档，Pvt63设为3档。
按上述系统，所述的管理和展示系统还包括体感座椅模块，用于供操作人员作业时就坐，将管理模块的相关信息通过体感的方式反馈给操作人员；具体的，
当检测到吊钩的吊重从一个较小值变大超过一定阈值时，体感座椅快速前倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直大于该阈值，体感座椅不再前倾；当检测到吊钩的吊重从一个较大值减小后低于一定的阈值时，体感座椅快速后仰，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直小于该阈值，体感座椅不再后仰；
当检测到塔机回转向左旋转的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速左倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向左旋转的速度一直大于该阈值，体感座椅不再左倾；当检测到塔机回转向右旋转的速度从一个较小值增大到超过一定阈值，体感座椅快速右倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向右旋转的速度一直大于该阈值，体感座椅不再右倾；
当检测到吊钩上升的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速上升，然后缓慢恢复到原位，之后如果上升的速度一直大于该阈值，体感座椅不再上升；当检测到吊钩下降的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速下降，然后缓慢恢复到原位，之后如果下降的速度一直大于该阈值，体感座椅不再下降；
当检测到塔身倾角大于一定阈值时，体感座椅开始震动，当倾角值低于一定阈值时，体感座椅停止震动；
所述的快速和缓慢为相对概念。
本发明的有益效果为：
1、通过将现场的信息都收集到操作室，然后利用管理和展示系统对现场信息进行合理的自动展示，辅助操作人员在操作室快速、有效、充分地感知塔机及其周边环境的状态，然后通过控制指令处理系统远程控制塔机完成吊装作业，彻底改变塔机的操作方式。
2、通过对管理和展示系统进行逐步细化，根据吊钩的工况，自动提炼当时最有效的信息展示给操作人员，使操作人员只需要聚焦主画面，避免由于信息过多难于聚焦当时最需要的信息，从而提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的系统框图。
图2为本发明一实施例的塔机现场示意图。
图3为本发明一实施例的主画面示意图。
图中：1-大臂根部，2-大臂最前端，3-变幅小车，4-吊钩。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种塔式起重机远程监控系统，如图1所示，包括传感器数据采集系统、视频采集系统、管理和展示系统、以及控制指令处理系统。
传感器数据采集系统，用于设置在现场采集塔式起重机的参数，参数包括吊钩的位置、吊钩的速度、起吊重量、塔身的倾角、塔机所处环境的风速、吊钩下方障碍物到吊钩的距离。本实施例中通过激光测距仪测量吊钩下方障碍物到吊钩的距离。
如图2所示，视频采集系统，包括全景视频模块和吊钩视频模块。全景视频模块用于获取现场的全景视频信号，采用全景摄像机，安装在大臂根部1。吊钩视频模块用于获取针对吊钩的视频信号，包括安装在塔机大臂最前端2、大臂根部1、变幅小车3上和安装在吊钩4上的4个吊钩视频子模块。每个吊钩视频子模块均包括网络摄像机，安装在塔机大臂最前端、大臂根部的吊钩视频子模块还包括视频控制器，视频控制器根据吊钩的起升高度和变幅小车的位置，发送控制指令给网络摄像机，使得网络摄像机实时对准吊钩。
本实施例中，激光测距仪也设置在吊钩4的底部。
本实施例中，大臂最前端2的吊钩视频子模块采用可变焦距、可变角度的球型网路摄像机。大臂根部1的吊钩子模块采用可变焦距、可变角度的球型网络摄像机。大臂最前端吊钩视频子模块和大臂根部吊钩视频子模块都包括视频控制器，视频控制器根据吊钩的起升高度和变幅小车的位置，发送控制指令给球型网络摄像机，调整球型网络摄像机的焦距和角度，使得球型网络摄像机实时对准吊钩。变幅小车3上的吊钩视频子模块采用可变焦距筒型网络摄像机，随变幅小车移动、垂直拍摄下方的吊钩及环境；视频控制器根据吊钩的起升高度，发送控制指令给筒型网络摄像机，调整筒型网络摄像机的焦距。吊钩4上的吊钩视频子模块采用固定焦距、固定角度的网络摄像机，垂直拍摄吊钩下方的环境。
管理和展示系统，设置在操作室，包括管理模块、识别模块和视觉显示模块；管理模块用于接收传感器数据采集系统和视频采集系统获取的信息以及控制指令处理系统的控制命令，将所述的信息处理后通过视觉显示模块显示；识别模块用于根据所述的信息和控制命令来判断吊钩的工况。
本实施例中，管理和展示系统还包括声音模块和体感座椅模块。声音模块用于将管理系统的相关信息通过声音的方式反馈给操作人员。体感座椅模块供操作人员作业时就坐，用于将管理系统的相关信息通过体感的方式反馈给操作人员。具体的，当检测到吊钩的吊重从一个较小值变大超过一定阈值时，体感座椅快速前倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直大于该阈值，体感座椅不再前倾；当检测到吊钩的吊重从一个较大值减小后低于一定的阈值时，体感座椅快速后仰，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直小于该阈值，体感座椅不再后仰。当检测到塔机回转向左旋转的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速左倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向左旋转的速度一直大于该阈值，体感座椅不再左倾；当检测到塔机回转向右旋转的速度从一个较小值增大到超过一定阈值，体感座椅快速右倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向右旋转的速度一直大于该阈值，体感座椅不再右倾。当检测到吊钩上升的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速上升，然后缓慢恢复到原位，之后如果上升的速度一直大于该阈值，体感座椅不再上升；当检测到吊钩下降的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速下降，然后缓慢恢复到原位，之后如果下降的速度一直大于该阈值，体感座椅不再下降。当检测到塔身倾角大于一定阈值时，体感座椅开始震动，当倾角值低于一定阈值时，体感座椅停止震动。此处，所述的快速和缓慢为相对概念。
举例说明：当吊钩的实际吊重从10kg以下增大到10kg以上时，体感座椅快速前倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直大于10kg，体感座椅不再前倾；当吊钩的实际吊重从5kg以上减小到5kg以下时，体感座椅快速后仰，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直小于5kg，体感座椅不再后仰；
当塔机回转向左旋转的实际速度从0变化到大于等于1档时，体感座椅快速左倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向左旋转的速度一直大于等于0，体感座椅不再左倾；当塔机回转向右旋转的实际速度从0变化到大于等于1档时，体感座椅快速右倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向右旋转的速度一直大于等于0，体感座椅不再右倾；
当吊钩上升的实际速度从0变化到大于等于1档时，体感座椅快速上升，然后缓慢恢复到原位，之后如果上升的速度一直大于等于0，体感座椅不再上升；当吊钩下降的实际速度从0变化到大于等于1档时，体感座椅快速下降，然后缓慢恢复到原位，之后如果下降的速度一直大于等于0，体感座椅不再下降；
当塔身倾角的实际值率超过报警值(可设为0.7o)，体感座椅开始震动，当倾角值低于报警值(可设为0.6o)，体感座椅停止震动。
本实施例中，体感座椅采用三自由度模拟平台，即下方由三根电动杆支撑。电动杆由伺服电机驱动，实现伸出缩回动作。体感座椅整体可以完成震动、前倾后仰、上升下降、左倾右倾动作，由此模拟现场的状态。通过三根电动杆的组合运动实现体感座椅整体的上述动作是常规技术，在此不再详述。
本实施例中，声音模块包括蜂鸣器和语音播报模块。蜂鸣器安装在操作台上，当出现起升力矩报警、起升限位报警、变幅小车限位报警、回转限位报警时，相对应的蜂鸣器开始报警提示。当重要的状态需要提示时，通过语音播报模块进行提示。
进一步的，视觉显示模块包括指示灯和显示器。显示器包括一台主画面显示器和多台分画面显示器。主画面显示器用来显示主画面，主画面集成了传感器数据信息、视频监控信号、故障报警信号。每台分画面显示器用于全屏显示某一方面的信息。指示灯安装在操作装置和操作台上，用于指示操作方式、重要的设备状态、重要的故障状态、通讯状态。
优选的，使用2台分画面显示器。分画面显示器1用于全屏显示故障报警和操作信息列表，将会展示所有的故障报警和操作信息。分画面显示器2用于全屏显示现场视频信号，具体显示方式由操作人员手动选择。
控制指令处理系统，设置在操作室，包括操作装置和控制指令控制器；控制指令控制器用于接收操作人员用操作装置发出的操作指令和选择模式，根据管理模块提供的信息判断相应的联锁条件和故障报警，并将最终得到的控制命令发给现场的塔式起重机。
所述的视觉显示模块包括以下展示模式：全景模式，所述全景视频模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；前向跟踪模式，大臂根部的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；反向跟踪模式，大臂最前端的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；吊钩模式，包括小车跟踪吊钩模式和直接吊钩模式；当测量得到吊钩下方障碍物到吊钩的距离大于等于阈值Ls时，采用小车跟踪吊钩模式，由变幅小车上的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置；吊钩下方障碍物到吊钩的距离L小于阈值Ls时，采用直接吊钩模式，由安装在吊钩上的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置；传感器数据模式，起升限位故障时，将起升数据放大显示在画面主导位置；回转限位故障时，将回转数据放大显示在画面主导位置；变幅小车限位故障时，将变幅小车数据放大显示在画面主导位置；起吊重量故障时，将起吊重量放大显示在画面主导位置；塔身倾角故障时，将塔身倾角数据放大显示在画面主导位置；风速故障的时候，将风速的数据放大显示在画面主导位置。
所述的画面主导位置为预设的占超过整体画面的一半大的位置。举例说明：如图3所示，所述传感器数据的显示固定在图3中的位置11，故障报警信号的显示固定在图3中的位置12；
全景模式，图3所示位置13用于显示全景视频信号，图3所示位置14-17分别用于显示、吊钩直接视频信号、变幅小车吊钩视频信号、大臂根部吊钩视频信号、大臂最前端吊钩视频信号、；
前向跟踪模式，图3所示位置13用于显示大臂根部吊钩视频信号，图3所示位置14-17分别用于显示吊钩直接视频信号、变幅小车吊钩视频信号、全景视频信号、大臂最前端吊钩视频信号；
反向跟踪模式，图3所示位置13用于显示大臂最前端吊钩视频信号，图3所示位置14-17分别用于显示吊钩直接视频信号、变幅小车吊钩视频信号、全景视频信号、大臂根部吊钩视频信号；
吊钩模式，包括小车跟踪吊钩模式和直接吊钩模式；当所述激光测距测量得到的数值大于等于10m时，小车跟踪吊钩模式有效，图3所示位置13用于显示变幅小车吊钩视频信号，图3所示位置14-17分别用于显示吊钩直接视频信号、全景视频信号、大臂根部吊钩视频信号、大臂最前端吊钩视频信号；所述激光测距测量得到的数值L小于该阈值10m时，图3所示位置13用于显示吊钩直接视频信号，图3所示位置14-17分别用于显示变幅小车吊钩视频信号、全景视频信号、大臂根部吊钩视频信号、大臂最前端吊钩视频信号；
传感器数据模式，起升限位故障时，起升数据显示在图3所示位置21；回转限位故障时，回转数据显示在图3所示位置22；变幅小车限位故障时，变幅小车数据显示在图3所示位置23；起吊重量故障时，起吊重量显示在图3所示位置24；塔身倾角故障时，塔身倾角数据显示在图3所示位置25；风速故障的时候，风速的数据显示在图3所示位置26；图3所示位置18用于显示全景视频信号，图3所示位置14-17分别用于显示、吊钩直接视频信号、变幅小车吊钩视频信号、大臂根部吊钩视频信号、大臂最前端吊钩视频信号。
主画面视角显示方式包括正向视角方式和反向视角方式，配置选择开关用于选择主画面视角显示方式。当在操作装置上选中反向视角方式的瞬间，记录下此刻的吊钩高度Hs1和变幅小车与大臂根部的距离Ps1；操作装置上保持选择反向视角方式，当变幅小车与大臂根部的距离大于Ps1且吊钩高度小于Hs1时，主画面的反向视角方式激活，反之正向视角方式激活；当操作装置上保持选择正向视角方式，正向视角方式激活。
所述的管理模块按以下步骤自动调整展示模式：
S1、当在S2-S6中满足1.1-1.4的条件时，直接跳转到S1：
1.1、正向视角方式激活，当吊钩的起升位置距离上极限位小于阈值Ds（例如1.5m）时，主画面展示模式设置为全景模式；
1.2、反向视角方式激活，当吊钩的起升位置距离上极限位小于阈值Ds时，主画面的展示模式设置为反向跟踪模式；
1.3、正向视角方式激活，当吊钩完全静止超过一定时间Ts（例如10min）以后，主画面的展示模式设置为全景模式；
1.4、反向视角方式激活，当吊钩完全静止超过一定时间Ts以后，主画面的展示模式设置为反向跟踪模式；
1.5、当吊钩起升位置距离上极限位大于等于阈值Ds且吊钩开始动作以后，则跳转到S2；
1.6、当S7中的条件满足时，则跳转到S7；
S2、正向视角方式激活，则主画面展示模式设置为全景模式，反向视角方式激活，则主画面展示模式设为反向跟踪模式，模式设置生效之后：
2.1、变幅小车的速度小于等于阈值Pvt21（优选1档）且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt21（优选2档），当回转旋转的速度从较大值（1档以上）减小到阈值Rvt21（优选1档）及以下，主画面展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.2、回转旋转的速度小于等于阈值Rvt22（优选1档）且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt22（2档），当变幅小车的速度从较大值（1档以上）减小到阈值Pvt22（1档）及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.3、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的下降速度从较大值（1档以上）减小到阈值Hvt23（1档）及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.4、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的下降速度从不为0减小到0时，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
S3、测量得到的吊钩下方障碍物到吊钩的距离L大于等于阈值Ls（优选8m），主画面的展示模式设置为小车跟踪吊钩模式，则跳转到S4，测量得到的吊钩下方障碍物到吊钩的距离L小于阈值Ls，主画面的展示模式设置为直接吊钩模式，则跳转到S5；
S4、主画面展示模式设置为小车跟踪吊钩模式之后：
4.1、当吊钩下降速度大于等于阈值Hvt41（3档），主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.2、当吊钩上升的速度大于0时，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.3、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt41（2档），主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.4、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt41（2档），主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
S5、主画面展示模式设置成直接吊钩模式之后：
5.1、当吊钩上升速度大于等于阈值Hvt51（2档），则跳转到S6；
5.2、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt51（2档），则跳转到S6；
5.3、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt51（2档），则跳转到S6；
S6、正向视角方式激活时，主画面展示模式设置为前向跟踪模式，反向视角方式激活时，主画面展示模式设置为反向跟踪模式，模式设置生效之后：
6.1、变幅小车的速度小于等于阈值Pvt61（1档）且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt61（2档），当回转旋转的速度从较大值（1档以上）减小到阈值Rvt61（1档）及以下，主画面展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.2、回转旋转的速度小于等于阈值Rvt62（1档）且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt62（2档），当变幅小车的速度从较大值（1档以上）减小到阈值Pvt62及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.3、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的升降速度从较大值（1档以上）减小到阈值Hvt63（1档）及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.4、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的升降速度从不为0减小到0时，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.5、当吊钩下降速度大于等于阈值Hvt64（3档），则跳转到S2；
6.6、当吊钩上升速度大于等于阈值Hvt65（3档），则跳转到S2；
6.7、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt63（3档），则跳转到S2；
6.8、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt63（3档），则跳转到S2；
S7、当传感器故障从无到有时，无论之前处在何种模式，主画面展示模式设置为传感器数据模式，该模式设置生效以后，无论故障是否恢复，延时一定时间（5s）以后，恢复到之前的模式。
本发明在操作室中，监控系统通过视觉、声音、体感的方式将现场获取的信息全方位地展示给操作人员，使操作人员能够全面感知塔机及其周边环境的状态，从而远程控制塔机完成吊装作业；同时监控系统根据吊钩的工况，提炼当时最有效的信息展示给操作人员，使操作人员只需要聚焦主画面，避免由于信息过多难于聚焦当时最需要的信息，从而提高了工作效率。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种塔式起重机远程监控系统，其特征在于：本监控系统包括传感器数据采集系统、视频采集系统、管理和展示系统、以及控制指令处理系统；其中，
传感器数据采集系统，用于设置在现场采集塔式起重机的参数，参数包括吊钩的位置、吊钩的速度、起吊重量、塔身的倾角、塔机所处环境的风速、吊钩下方障碍物到吊钩的距离；
视频采集系统，包括全景视频模块和吊钩视频模块；全景视频模块用于获取现场的全景视频信号；吊钩视频模块用于获取针对吊钩的视频信号，包括安装在塔机大臂最前端、大臂根部、变幅小车上和安装在吊钩上的4个吊钩视频子模块；每个吊钩视频子模块均包括网络摄像机，安装在塔机大臂最前端、大臂根部的吊钩视频子模块还包括视频控制器，视频控制器根据吊钩的起升高度和变幅小车的位置，发送控制指令给网络摄像机，使得网络摄像机实时对准吊钩；
管理和展示系统，设置在操作室，包括管理模块、识别模块和视觉显示模块；管理模块用于接收传感器数据采集系统和视频采集系统获取的信息以及控制指令处理系统的控制命令，将所述的信息处理后通过视觉显示模块显示；识别模块用于根据所述的信息和控制命令来判断吊钩的工况；
控制指令处理系统，设置在操作室，包括操作装置和控制指令控制器；控制指令控制器用于接收操作人员用操作装置发出的操作指令和选择模式，根据管理模块提供的信息判断相应的联锁条件和故障报警，并将最终得到的控制命令发给现场的塔式起重机。
2.根据权利要求1所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：所述的视觉显示模块包括一台主画面显示器和多台分画面显示器；主画面显示器用来显示主画面，主画面集成了塔式起重机的参数、视频监控信号和故障报警信号；每台分画面显示器用于全屏显示某一方面的信息。
3.根据权利要求2所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：所述的视觉显示模块包括以下展示模式：
全景模式，所述全景视频模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；
前向跟踪模式，大臂根部的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；
反向跟踪模式，大臂最前端的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置，画面剩余位置用于展示其他视频信号；
吊钩模式，包括小车跟踪吊钩模式和直接吊钩模式；当测量得到吊钩下方障碍物到吊钩的距离大于等于阈值Ls时，采用小车跟踪吊钩模式，由变幅小车上的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置；吊钩下方障碍物到吊钩的距离L小于阈值Ls时，采用直接吊钩模式，由安装在吊钩上的吊钩视频子模块获取的视频信号占画面主导位置；
传感器数据模式，起升限位故障时，将起升数据放大显示在画面主导位置；回转限位故障时，将回转数据放大显示在画面主导位置；变幅小车限位故障时，将变幅小车数据放大显示在画面主导位置；起吊重量故障时，将起吊重量放大显示在画面主导位置；塔身倾角故障时，将塔身倾角数据放大显示在画面主导位置；风速故障的时候，将风速的数据放大显示在画面主导位置；
所述的画面主导位置为预设的占超过整体画面的一半大的位置。
4.根据权利要求3所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：主画面视角显示方式包括正向视角方式和反向视角方式，当在操作装置上选中反向视角方式的瞬间，记录下此刻的吊钩高度Hs1和变幅小车与大臂根部的距离Ps1；操作装置上保持选择反向视角方式，当变幅小车与大臂根部的距离大于Ps1且吊钩高度小于Hs1时，主画面的反向视角方式激活，反之正向视角方式激活；当操作装置上保持选择正向视角方式，正向视角方式激活。
5.根据权利要求4所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：所述的管理模块按以下步骤自动调整展示模式：
S1、当在S2-S6中满足1.1-1.4的条件时，直接跳转到S1：
1.1、正向视角方式激活，当吊钩的起升位置距离上极限位小于阈值Ds时，主画面展示模式设置为全景模式；
1.2、反向视角方式激活，当吊钩的起升位置距离上极限位小于阈值Ds时，主画面的展示模式设置为反向跟踪模式；
1.3、正向视角方式激活，当吊钩完全静止超过一定时间Ts以后，主画面的展示模式设置为全景模式；
1.4、反向视角方式激活，当吊钩完全静止超过一定时间Ts以后，主画面的展示模式设置为反向跟踪模式；
1.5、当吊钩起升位置距离上极限位大于等于阈值Ds且吊钩开始动作以后，则跳转到S2；
1.6、当S7中的条件满足时，则跳转到S7；
S2、正向视角方式激活，则主画面展示模式设置为全景模式，反向视角方式激活，则主画面展示模式设为反向跟踪模式，模式设置生效之后：
2.1、变幅小车的速度小于等于阈值Pvt21且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt21，当回转旋转的速度从较大值减小到阈值Rvt21及以下，主画面展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.2、回转旋转的速度小于等于阈值Rvt22且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt22，当变幅小车的速度从较大值减小到阈值Pvt22及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.3、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的下降速度从较大值减小到阈值Hvt23及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
2.4、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的下降速度从不为0减小到0时，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
S3、测量得到的吊钩下方障碍物到吊钩的距离L大于等于阈值Ls，主画面的展示模式设置为小车跟踪吊钩模式，则跳转到S4，测量得到的吊钩下方障碍物到吊钩的距离L小于阈值Ls，主画面的展示模式设置为直接吊钩模式，则跳转到S5；
S4、主画面展示模式设置为小车跟踪吊钩模式之后：
4.1、当吊钩下降速度大于等于阈值Hvt41，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.2、当吊钩上升的速度大于0时，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.3、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt41，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
4.4、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt41，主画面设置为全景模式，则跳转到S2；
S5、主画面展示模式设置成直接吊钩模式之后：
5.1、当吊钩上升速度大于等于阈值Hvt51，则跳转到S6；
5.2、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt51，则跳转到S6；
5.3、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt51，则跳转到S6；
S6、正向视角方式激活时，主画面展示模式设置为前向跟踪模式，反向视角方式激活时，主画面展示模式设置为反向跟踪模式，模式设置生效之后：
6.1、变幅小车的速度小于等于阈值Pvt61且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt61，当回转旋转的速度从较大值减小到阈值Rvt61及以下，主画面展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.2、回转旋转的速度小于等于阈值Rvt62且吊钩升降的速度小于等于阈值Hvt62，当变幅小车的速度从较大值减小到阈值Pvt62及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.3、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的升降速度从较大值减小到阈值Hvt63及以下，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.4、回转旋转和变幅小车都停止动作时，当吊钩的升降速度从不为0减小到0时，主画面的展示模式设置为吊钩模式，则跳转到S3；
6.5、当吊钩下降速度大于等于阈值Hvt64，则跳转到S2；
6.6、当吊钩上升速度大于等于阈值Hvt65，则跳转到S2；
6.7、当回转旋转的速度大于等于阈值Rvt63，则跳转到S2；
6.8、当变幅小车的速度大于等于阈值Pvt63，则跳转到S2；
S7、当传感器故障从无到有时，无论之前处在何种模式，主画面展示模式设置为传感器数据模式，该模式设置生效以后，无论故障是否恢复，延时一定时间以后，恢复到之前的模式。
6.根据权利要求5所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：Pvt21设为1档，Hvt21设为2档，Rvt21设为1档，Rvt22设为1档，Hvt21设为2档，Pvt22设为1档，Hvt23设为1档。
7.根据权利要求5所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：Hvt41设为3档，Rvt41设为2档，Pvt41设为2档。
8.根据权利要求5所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：Hvt51设为2档，Rvt51设为2档，Pvt51设为2档。
9.根据权利要求5所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：Pvt61设为1档，Hvt61设为2档，Rvt61设为1档，Rvt62设为1档，Hvt61设为2档，Pvt62设为1档，Hvt63设为1档，Hvt64设为3档，Hvt65设为3档，Rvt63设为3档，Pvt63设为3档。
10.根据权利要求1所述的塔式起重机远程监控系统，其特征在于：所述的管理和展示系统还包括体感座椅模块，用于供操作人员作业时就坐，将管理模块的相关信息通过体感的方式反馈给操作人员；具体的，
当检测到吊钩的吊重从一个较小值变大超过一定阈值时，体感座椅快速前倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直大于该阈值，体感座椅不再前倾；当检测到吊钩的吊重从一个较大值减小后低于一定的阈值时，体感座椅快速后仰，然后缓慢恢复到原位，之后如果吊重一直小于该阈值，体感座椅不再后仰；
当检测到塔机回转向左旋转的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速左倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向左旋转的速度一直大于该阈值，体感座椅不再左倾；当检测到塔机回转向右旋转的速度从一个较小值增大到超过一定阈值，体感座椅快速右倾，然后缓慢恢复到原位，之后如果向右旋转的速度一直大于该阈值，体感座椅不再右倾；
当检测到吊钩上升的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速上升，然后缓慢恢复到原位，之后如果上升的速度一直大于该阈值，体感座椅不再上升；当检测到吊钩下降的速度从一个较小值增大到超过一定阈值时，体感座椅快速下降，然后缓慢恢复到原位，之后如果下降的速度一直大于该阈值，体感座椅不再下降；
当检测到塔身倾角大于一定阈值时，体感座椅开始震动，当倾角值低于一定阈值时，体感座椅停止震动；
所述的快速和缓慢为相对概念。
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