CN115557384A - 一种智慧工地塔吊监测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种智慧工地塔吊监测系统：安全监测模块、控制主机、示警模块和多机防撞模块；其中，安全检测模块用于获取塔吊的运行参数，并发送至控制主机；所述控制主机用于接收运行参数，分析各项运行参数是否处于正常范围，并生成塔吊状态信息，发送至示警模块；多机防撞模块用于实时检塔机与塔机之间的定位距离，并在定位距离超过预设安全运行阈值时，产生预警信息发送给示警模块；示警模块用于接收塔吊状态信息和预警信息，并展示塔吊状态信息和发布预警信息。本申请基于物联网技术，通过塔吊上布置传感器设备，实现对塔吊全面监控与分析，可以充分规避人为因素和环境因素对塔吊作业的影响，最大程度上降低安全隐患，避免事故的发生。
Description
技术领域
本申请涉及塔吊监测技术领域，更具体地，涉及一种智慧工地塔吊监测系统。
背景技术
塔吊是工程建设中最常用的一种起重设备，又名“塔式起重机”，具备作业范围大、升降幅度大、承载能力强等优势，极大地提升了工程建设的工作效率。据统计2020年我国在用塔吊数量达到46万台。但塔吊给施工带来方便的同时也蕴含着危险，有数据显示2016-2020年间塔吊共发生605起事故，平均每年121起。目前塔吊的安全管理主要包括三个阶段，分别是安装阶段、使用阶段和拆卸阶段。其中，使用阶段在整个工程施工期间持续时间最长，也是最容易发生事故的阶段，据有关数据统计，其中塔吊运行阶段事故占比达54.2％，因此，如何降低塔吊在使用过程中的故障率，保证塔吊设备持续平稳运行，保障工程建设安全，是一个至关重要的问题。
调查研究表明，塔吊发生的安全事故与人的不安全行为、设备的不安全状态、环境的不安全因素和日常管理缺陷等因素紧密相关。目前相关研究多聚焦在组织层面和个人层面，具体如加强企业安全文化建设，建立健全企业安全管理制度，增强个人安全意识，加强培训等等。将研究重点聚集在解决人的不安全行为，而对设备的关注还停留在加强维护、保养的层面上。而涉及机器视觉、物联网等技术在塔吊设备上的应用还处于起步探索阶段。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种智慧工地塔吊监测系统，基于物联网技术，在塔吊上布置各种传感器设备，实现对塔吊全面监控与分析，可以充分规避人为因素、安全因素和环境因素的影响，最大程度上降低安全隐患，避免事故的发生。
为实现上述目的，一种智慧工地塔吊监测系统，其特征在于，包括：安全监测模块、控制主机、示警模块和多机防撞模块；其中，
所述安全检测模块用于获取塔吊的运行参数，并发送至所述控制主机；
所述控制主机用于接收所述运行参数，分析各项运行参数是否处于正常范围，并生成塔吊状态信息，发送至所述示警模块；
所述多机防撞模块用于实时检测塔机的定位信息，以监测塔机与塔机之间的定位距离，并在所述定位距离超过预设安全运行阈值时，产生预警信息发送给所述示警模块；
所述示警模块用于接收塔吊状态信息和所述预警信息，并展示所述塔吊状态信息和发布所述预警信息。
进一步的，所述安全检测模块包括高度传感器、风速仪、幅度传感器、重量传感器、回转传感器和力矩传感器的一种或多种；其中，
所述高度传感器用于实时监测塔吊的高度数据；所述风速仪用于实时监测塔吊的环境风速；所述幅度传感器用于实时监测塔吊的振动幅度和/或运动幅度；所述重量传感器用于实时监测塔吊的起吊重量；所述回转传感器用于实时监测塔吊的回转角度；所述力矩传感器用于实时监测塔吊的力矩数据；
相应地，所述的塔吊的运行参数包括高度数据、环境风速、振动幅度和/或运动幅度、起吊重量、回转角度和力矩数据中的一种或多种。
进一步的，所述控制主机包括塔机参数分析模块，其用于接收塔吊运行参数信息，并与预设阈值比较，生成塔吊状态信息，并发送至所述示警模块。
进一步的，所述控制主机还包括：吊钩可视化模块、司机身份识别模块和驾驶行为分析模块中的一个或多个，其中，
所述吊钩可视化模块用于监控吊钩所吊目标物体的相对位置，获取目标物体的可视化数据；
所述塔机司机识别模块用于识别塔吊司机的身份信息；
所述驾驶行为分析模块用于统计塔吊实时工作动作和历史工作记录，并基于所述记录分析获取驾驶员工作状态信息。
进一步的，所述示警模块包括远程监控中心和塔吊显示屏；其中，
所述远程监控中心用于展示所述状态信息，以及在收到预警信息时，发布所述预警信息；
所述塔吊显示屏用于接收并显示控制主机发送的所述塔吊状态信息和所述预警信息。
进一步的，所述多机防撞模块包括可视化参数获取单元、定位单元和视频数据分析单元，其中，
所述可视化参数获取单元用于通过建立塔吊群的BIM模型获取各塔吊的可视化参数；
所述视频数据分析单元用于通过安装在塔吊的起重臂和/或吊钩处的摄像头，获取吊钩视频数据，并分析吊钩与周围物体之间的距离，生成塔机距离数据并发送至所述定位分析单元；
所述定位分析单元用于获取群塔中各塔吊的定位信息，并以各塔身为原点设定圆形防撞区，根据接收的所述距离数据生成相邻塔机防撞区的交互数据，并在满足触发预警条件时发送预警信息至所述示警模块。
进一步的，所述塔机司机识别模块包括人脸识别单元、指纹识别单元、IC卡识别单元和虹膜识别单元；其中，
所述人脸识别单元用于获取面部图像识别结果，其中所述面部图像识别结果包括属于在库人脸和不属于在库人脸；
所述指纹识别单元用于获取指纹识别结果，其中所述指纹识别结果包括属于在库指纹和不属于在库指纹；
所述IC卡识别单元用于获取IC卡识别结果；
所述虹膜识别单元用于获取虹膜识别结果，其中所述指纹识别结果包括属于在库虹膜和不属于在库虹膜。
进一步的，所述驾驶行为分析模块包括统计单元和分析单元；其中，
所述统计单元用于统计塔吊司机历史工作记录各项标准参数建立塔机规范操作指标范围；
所述分析单元用于采集塔吊司机操作塔机时各项标准参数，生成驾驶员行为数据，分析参数是否符合规范操作指标范围，并用于生成违规行为数据，发送至所述示警模块。
进一步的，所述统计单元包括黑匣子单元，其与塔机上的传感器相连，通过传感器采集并储存塔机运行参数与驾驶员身份信息。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)通过塔吊各处传感器实时采集塔吊数据，通过控制主机汇总至塔吊显示屏和远程监控中心，实现塔吊运行状态在线监控，并对危险工作状态及时预警。不仅能够保证塔吊的安全运行，还可以提高在线监控时效性。
(2)基于机器视觉技术和BIM模型，通过塔机传感器对载重和幅度，风速，倾角和每次吊装载重等数据的实时监测，实现多机防碰撞功能。
(3)吊钩可视化功能基于机器视觉技术，采用了基于机器视觉学习的自动追踪摄像机，通过定位技术计算目标物体的相对位置、相机畸变的校正，实现吊钩的可视化，辅助塔司工作，避免由于塔司视野不清盲吊产生安全事故。
(4)基于物联网技术和智慧工地硬件数据，实现塔吊驾驶行为分析，统计塔吊现在工作动作和历史工作记录，记录塔吊各项数据指标分析塔司工作习惯和工作倾向，并结合塔吊各项数据，判定塔司工作状态以及塔司是否存在违规操作。
(5)通过黑匣子模块间歇性的采集并储存塔机的运行参数信息，响应于塔机启动，并标注塔机运行信息中的违规信息，方便故障溯源，同时也可追溯到驾驶者。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种智慧工地塔吊监测系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的本申请实施例提供的控制主机的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的本申请实施例提供的多机防撞模块的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的本申请实施例提供的驾驶行为分析模块的结构示意图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
塔吊是工程建设中最常用的一种起重设备，又名“塔式起重机”，具备作业范围大、升降幅度大、承载能力强等优势，使用阶段在整个工程施工期间持续时间最长，也是最容易发生事故的阶段，如何降低塔吊在使用过程中的故障率，保证塔吊设备持续平稳运行，保障工程建设安全，是一个至关重要的问题。由此，为了克服现有传统监测手段技术的缺陷，同时为满足对智慧工地管理对智能化的要求，本发明提出一种智慧工地塔吊监测方法，基于物联网技术，机器视觉技术和大数据分析，在塔吊上布置各种传感器设备，实现对塔吊全面监控与分析，充分规避人为因素、安全因素和环境因素的影响。
本申请实施例提供了一种智慧工地塔吊监测系统，图1为本申请实施例提供的一种智慧工地塔吊监测系统的结构示意图。请参阅图1，包括安全监测模块、控制主机、示警模块和多机防撞模块；其中，安全检测模块用于获取塔吊的运行参数，并发送至所述控制主机；控制主机用于接收所述运行参数，分析各项运行参数是否处于正常范围，并生成塔吊状态信息，发送至所述示警模块；多机防撞模块用于实时检测塔机的定位信息，以监测塔机与塔机之间的定位距离，并在所述定位距离超过预设安全运行阈值时，产生预警信息发送给所述示警模块；示警模块用于接收塔吊状态信息和所述预警信息，并展示所述塔吊状态信息和发布所述预警信息。
具体的，安全检测模块包括高度传感器、风速仪、幅度传感器、重量传感器、回转传感器和力矩传感器的一种或多种；其中，
高度传感器布设于塔吊悬挂臂的第一预设位置，实时监测塔吊的高度数据，并上传至控制主机；风速仪布设于塔吊悬挂臂或塔吊塔顶的第二预设位置实时监测塔吊的环境风速并上传至控制主机；幅度传感器实时监测塔吊的振动幅度和/或运动幅度；重量传感器实时监测塔吊的起吊重量；回转传感器实时监测塔吊的回转角度；力矩传感器实时监测塔吊的力矩数据；相应地，塔吊的运行参数包括高度数据、环境风速、振动幅度和/或运动幅度、起吊重量、回转角度和力矩数据中的一种或多种。
优选的，图2为本申请实施例提供的控制主机的结构示意图。请参阅图2，控制主机包括塔机参数分析模块，其用于接收安装在塔吊各处的传感器发送的的运行参数信息，并分别与预设安全阈值比较，若符合预设安全阈值则生成运行状态数据发送至示警模块中的塔吊显示屏，进行实时更新显示塔吊当前工作状态各运行参数数据，若出现超出预设安全阈值的参数，则生成预警信息发送至示警模块。
优选的，控制主机还包括：吊钩可视化模块、司机身份识别模块和驾驶行为分析模块中的一个或多个，其中，吊钩可视化模块基于机器视觉技术，通过布设单摄像头或双摄像头监控在吊钩预设位置，获取视频数据分析生成所吊目标物体的相对位置数据，并上传至控制主机；塔机司机识别模块用于识别塔吊司机的身份信息；驾驶行为分析模块基于所述记录分析获取驾驶员行为数据，与塔机规范操作指标范围比较，监测到违规行为生成违规行为信息发送至示警模块。
具体的，示警模块包括远程监控中心和塔吊显示屏；其中，远程监控中心由网关远程传输监控数据，其中包括塔吊状态信息以及预警信息，在收到预警信息时，发出预警警告；塔吊显示屏接收控制主机生成的塔吊状态信息，并显示控制主机发送的所述塔吊状态信息和所述预警信息。
具体的，图3为本申请实施例提供的多机防撞模块的结构示意图。请参阅图3，多机防撞模块包括可视化参数获取单元、定位单元和视频数据分析单元，其中，可视化参数获取单元用通过建立塔吊群的BIM模型获取各塔吊的可视化参数；视频数据分析单元通过安装在塔吊的起重臂和/或吊钩处的摄像头，获取吊钩视频数据，分析吊钩与周围物体之间的距离，生成塔机距离数据并发送至所述定位分析单元；定位分析单元用于获取群塔中各塔吊的定位信息，并以各塔身为原点设定圆形防撞区，根据接收的所述距离数据生成相邻塔机防撞区的交互数据，并在满足触发预警条件时发送预警信息至所述示警模块。
优选的，塔吊司机识别模块包括人脸识别单元、指纹识别单元、IC卡识别单元和虹膜识别单元中的一个或多个，人脸识别单元获取塔机司机的面部图像，通过面部识别结果实现人脸识别开机；指纹识别单元获取塔机司机的指纹实现指纹身份认证识别；IC卡识别单元由塔吊司机刷卡识别身份信息；虹膜识别单元获取塔吊司机的虹膜信息获取虹膜识别结果，其中指纹识别结果包括属于在库虹膜和不属于在库虹膜，此外，可根据实际需求包括上述一个或多个完成识别功能。
优选的，图4为本申请实施例提供的驾驶行为分析模块的结构示意图。请参阅图4，驾驶行为分析模块，包括统计单元和分析单元，统计单元用于通过统计塔吊司机历史工作记录各项标准参数，例如速度、倾角、重量等参数信息，生成规范操作指标范围，分析单元通过获取塔吊状态数据分析获取各项参数并与标准参数对比，判断其是否正常，并结合塔司历史违规操作行为的统计对塔司的驾驶行为进行分析并判断其工作状态是否正常，若检测到违规行为数据，发送至示警模块。
优选的，统计单元还包括黑匣子单元，其用于采集并储存所述塔吊状态信息与所述驾驶员身份信息。黑匣子单元响应于塔机启动，间歇性采集并存储一时段塔吊状态信息，并标注塔吊状态信息中的违规信息。该黑匣子模块可以安装在塔机上，塔吊状态信息，黑匣子模块采集信息为间歇性采集，如每隔2分钟采集一次，当采集的信息中有违规数据，则进行特殊标记，被标记的数据不能删除当存储信息超过其额定容量时，新的信息会覆盖可以删除的最早的信息。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种智慧工地塔吊监测系统，其特征在于，包括：安全监测模块、控制主机、示警模块和多机防撞模块；其中，
所述安全检测模块用于获取塔吊的运行参数，并发送至所述控制主机；
所述控制主机用于接收所述运行参数，分析各项运行参数是否处于正常范围，并生成塔吊状态信息，发送至所述示警模块；
所述多机防撞模块用于实时检测塔机的定位信息，以监测塔机与塔机之间的定位距离，并在所述定位距离超过预设安全运行阈值时，产生预警信息发送给所述示警模块；
所述示警模块用于接收塔吊状态信息和所述预警信息，并展示所述塔吊状态信息和发布所述预警信息。
2.如权利要求1所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述安全检测模块包括高度传感器、风速仪、幅度传感器、重量传感器、回转传感器和力矩传感器的一种或多种；其中，
所述高度传感器用于实时监测塔吊的高度数据；所述风速仪用于实时监测塔吊的环境风速；所述幅度传感器用于实时监测塔吊的振动幅度和/或运动幅度；所述重量传感器用于实时监测塔吊的起吊重量；所述回转传感器用于实时监测塔吊的回转角度；所述力矩传感器用于实时监测塔吊的力矩数据；
相应地，所述的塔吊的运行参数包括高度数据、环境风速、振动幅度和/或运动幅度、起吊重量、回转角度和力矩数据中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述控制主机包括塔机参数分析模块，其用于接收塔吊运行参数信息，并与预设阈值比较，生成塔吊状态信息，并发送至所述示警模块。
4.如权利要求3所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述控制主机还包括：吊钩可视化模块、司机身份识别模块和驾驶行为分析模块中的一个或多个，其中，
所述吊钩可视化模块用于监控吊钩所吊目标物体的相对位置，获取目标物体的可视化数据；
所述塔机司机识别模块用于识别塔吊司机的身份信息；
所述驾驶行为分析模块用于统计塔吊实时工作动作和历史工作记录，并基于所述记录分析获取驾驶员行为数据，与塔机规范操作指标范围比较，监测到违规行为生成违规行为信息发送至示警模块。
5.如权利要求1所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述示警模块包括远程监控中心和塔吊显示屏；其中，
所述远程监控中心用于展示所述状态信息，以及在收到预警信息时，发布所述预警信息；
所述塔吊显示屏用于接收并显示控制主机发送的所述塔吊状态信息和所述预警信息。
6.如权利要求1所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述多机防撞模块包括可视化参数获取单元、定位单元和视频数据分析单元，其中，
所述可视化参数获取单元用于通过建立塔吊群的BIM模型获取各塔吊的可视化参数；
所述视频数据分析单元用于通过安装在塔吊的起重臂和/或吊钩处的摄像头，获取吊钩视频数据，并分析吊钩与周围物体之间的距离，生成塔机距离数据并发送至所述定位分析单元；
所述定位分析单元用于获取群塔中各塔吊的定位信息，并以各塔身为原点设定圆形防撞区，根据接收的所述距离数据生成相邻塔机防撞区的交互数据，并在满足触发预警条件时发送预警信息至所述示警模块。
7.如权利要求4所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述塔吊司机识别模块包括人脸识别单元、指纹识别单元、IC卡识别单元和虹膜识别单元中的一个或多个；其中，
所述人脸识别单元用于获取面部图像识别结果，其中所述面部图像识别结果包括属于在库人脸和不属于在库人脸；
所述指纹识别单元用于获取指纹识别结果，其中所述指纹识别结果包括属于在库指纹和不属于在库指纹；
所述IC卡识别单元用于获取IC卡识别结果；
所述虹膜识别单元用于获取虹膜识别结果，其中所述指纹识别结果包括属于在库虹膜和不属于在库虹膜。
8.如权利要求4所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述驾驶行为分析模块包括统计单元和分析单元；其中，
所述统计单元用于统计塔吊司机历史工作记录各项标准参数，建立塔机规范操作指标范围；
所述分析单元用于采集塔吊司机操作塔机时各项标准参数，生成驾驶员行为数据，分析参数是否符合规范操作指标范围，并用于生成违规行为信息，发送至所述示警模块。
9.如权利要求8所述的一种智慧工地塔吊监测系统，其中，所述统计单元包括黑匣子单元，用于采集并储存所述塔吊状态信息与所述驾驶员身份信息。
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