CN115662057A - 一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，包括固定站、移动站和控制台；固定站靠近指定作业现场设置并有一定距离，其接收北斗卫星的定位信息，以形成定位矫正信息；移动站安装于吊车挂钩上，其在作业工况下，实时接收北斗卫星对挂钩运动所至位置的定位信息，并结合定位矫正信息进行矫正，得到挂钩矫正后的位置信息；控制台远离指定作业现场设置，其根据挂钩矫正后的位置信息，确定挂钩的实时运动信息，以构建出挂钩的移动轨迹，进一步在虚拟电子围栏上进行越限判断，实现警示或报警。本发明还提供一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测方法。实施本发明，能够克服现有人力监测手段所带来的成本高且安全隐患大的问题，不仅省时省力，还提高了安全性。

Description

一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统及方法

技术领域

本发明涉及吊装作业技术领域，尤其涉及一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统及方法。

背景技术

随着吊车应用的日益普及，吊车安全问题变得日益突出。由于吊车本身特性(如吊臂长、活动空间大)，极易引起刮碰等安全事故，尤其在变电站这种应用场景，导致严重的安全事故。

然而，当前主要依靠布置人力警戒、设置警戒线等人工监测手段。但是，该监测手段不仅成本高，而且由于人员素质不同且长时间工作易疲劳，使得存在很大的安全隐患。因此，急需要新的技术手段，实现有效防护。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统及方法，能够克服现有人力监测手段所带来的成本高且安全隐患大的问题，不仅省时省力，还提高了安全性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，包括固定站、移动站和控制台；其中，

所述固定站靠近指定作业现场设置并位于所述指定作业现场一定距离内的某一地面固定位置处，其与天空的至少四颗北斗卫星以及所述移动站均建立通信；所述固定站，用于接收与其通信的所有北斗卫星的定位信息，并基于所有的定位信息进行位置矫正计算，以形成定位矫正信息，且将所述定位矫正信息发送给所述移动站；

所述移动站安装于所述指定作业现场中吊车的挂钩上，其与所述固定站通信的所有北斗卫星以及所述控制台均建立通信；所述移动站，用于作业工况下，实时接收与其通信的所有北斗卫星对所述挂钩运动所至位置的定位信息，并结合所述固定站发送的定位矫正信息进行矫正，得到所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，进一步发送给所述控制站；

所述控制台远离所述指定作业现场设置；所述控制台，用于根据所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，确定所述挂钩的实时运动信息，并基于所述挂钩的实时运动信息，构建出所述挂钩的移动轨迹，进一步在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警。

其中，所述控制台中，所述挂钩的实时运动信息包括经纬度信息、高度信息和移动速度。

其中，所述控制台中，所述挂钩的移动轨迹包括已发生的移动轨迹和未来预估的移动轨迹。

其中，所述控制台若判断出已发生的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高分贝声光进行报警；或，

所述控制台若判断出未来预估的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高亮度显示所述虚拟电子围栏进行警示。

其中，所述固定站与所述指定作业现场的一定距离位于0～500米之间。

其中，所述固定站通过卫星接收天线与所对应的北斗卫星建立通信，并通过本侧的固定站发射电台互连所述移动台侧的移动台接收电台后与所述移动台建立通信；所述移动台通过本侧的移动台发射电台互连所述控制台侧的控制台接收电台后与所述控制台建立通信。

本发明实施例还提供了一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测方法，其在前述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统上实现，所述方法包括以下步骤：

固定站接收与其通信的所有北斗卫星的定位信息，并基于所有的定位信息进行位置矫正计算，以形成定位矫正信息，且将所述定位矫正信息发送给移动站；

所述移动站在作业工况下，实时接收与其通信的所有北斗卫星对吊车上挂钩运动所至位置的定位信息，并结合所述固定站发送的定位矫正信息进行矫正，得到所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，进一步发送给控制站；

所述控制台根据所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，确定所述挂钩的实时运动信息，并基于所述挂钩的实时运动信息，构建出所述挂钩的移动轨迹，进一步在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警。

其中，所述挂钩的实时运动信息包括经纬度信息、高度信息和移动速度。

其中，所述挂钩的移动轨迹包括已发生的移动轨迹和未来预估的移动轨迹。

其中，所述在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警的步骤具体包括：

若判断出已发生的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高分贝声光进行报警；或，

若判断出未来预估的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高亮度显示所述虚拟电子围栏进行警示。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明中固定站接收北斗卫星的定位信息，以形成定位矫正信息后，在移动站上对作业工况下的挂钩运动所至位置的定位信息进行矫正，使得控制台能够根据挂钩矫正后的位置信息，确定挂钩的实时运动信息，以构建出挂钩的移动轨迹，进一步在虚拟电子围栏上进行越限判断，实现警示或报警，从而可以在线智能对吊车安全作业情况进行实时监测，从而能够克服现有人力监测手段所带来的成本高且安全隐患大的问题，不仅省时省力，还提高了安全性；

2、相对于常规的卫星定位技术，定位精度在5到10米以上，本发明中移动站的位置信息的定位精度约2厘米，计算速度优于1次/秒。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统的拓扑结构图；

图2为本发明实施例提供的一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提出的一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，包括固定站1、移动站3和控制台7；其中，

固定站1靠近指定作业现场(如图1中所示的虚框所在范围)设置并位于指定作业现场一定距离(如0～500米)内的某一地面固定位置处，其通过卫星接收天线与天空的至少四颗北斗卫星(如图1中所示的最上方区域四个卫星)建立通信，以及通过本侧的固定站发射电台2互连移动台3侧的移动台接收电台4后与移动台3建立通信。此时，该固定站1用于接收与其通信的所有北斗卫星的定位信息，并基于所有的定位信息进行位置矫正计算，以形成定位矫正信息，且将定位矫正信息发送给移动站3；

移动站3安装于指定作业现场中吊车的挂钩(如图1中所示的中部实线箭头所指)上，其通过相应的卫星接收天线与固定站1所通信的所有北斗卫星均建立通信，以及通过本侧的移动台发射电台5互连控制台7侧的控制台接收电台6后与控制台6建立通信。此时，该移动站3用于作业工况下，实时接收与其通信的所有北斗卫星对挂钩运动所至位置的定位信息，并结合固定站1发送的定位矫正信息进行矫正，得到挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，进一步发送给控制站7；应当说明的是，移动站3采用RTK载波相位差分技术，实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，进行求差矫正位置信息；

控制台7远离指定作业现场设置。此时，该控制台7用于根据挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，确定挂钩的实时运动信息，并基于挂钩的实时运动信息，构建出挂钩的移动轨迹，进一步在基于指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警。

应当说明的是，虚拟电子围栏是预先通过输入指定作业现场的实际环境的相关信息建立的3D作业现场模型，并结合吊车到各一次设备及二次设备的安全操作距离规程，在该3D作业现场模型对应形成的安全操作区域，即为3D电子围栏。

同时，鉴于挂钩的实时运动信息包括但不限于经纬度信息、高度信息和移动速度，因此周期性计算出挂钩的运动方向及距离，从而可以构建出挂钩的移动轨迹。其中，挂钩的移动轨迹包括已发生的移动轨迹和未来预估的移动轨迹。

控制台7一旦判断出已发生的移动轨迹与虚拟电子围栏有交集(即碰触或越过虚拟电子围栏)，则通过高分贝声光进行报警；或，控制台7一旦判断出未来预估的移动轨迹与虚拟电子围栏有交集(即可能碰触虚拟电子围栏)，则通过高亮度显示虚拟电子围栏进行警示。

在本发明实施例中，固定站1和固定站发射电台2安装在作业现场500米范围内，要求天空180°尽量无遮挡，卫星接收天线可以安装在高处且固定稳定。移动站3、移动台接收电台4和移动台发射电台5安装在吊车挂钩，通过强磁固定，且注意选择位置不易刮碰，卫星接收接收天线向上。控制台接收电台6和控制台7安装在远离作业现场的办公室、现场办公桌或驾驶室，注意避免屏幕反光，注意避雨水等。

固定站1同时接收大于4颗北斗卫星的定位信息，设置为工作在地面站模式，开机10分钟后稳定输出的定位矫正信息，并通过固定站发射电台2向外发送。

移动站3一方面其同时接收大于4颗北斗卫星的定位信息，另一方面通过移动台接收电台4接收固定站1发送过来的定位矫正信息。在进行数据融合处理后，获取到其高精度经纬度信息，包括水平精度由于1厘米，高度精度优于2厘米，并通过移动台发射电台5向外发送。

控制台7通过控制台接收电台6实时接收移动站3发过来的挂钩高精度经纬度信息，对挂钩的实时运动信息进行计算，构建出挂钩的移动轨迹并显示。例如，在其终端显示挂钩实时运动位置、近期已发生的移动轨迹、未来预估的移动轨迹等。

同时，控制台7显示虚拟电子围栏的3D围栏边界，当挂钩未来预估的移动轨迹有可能碰触3D围栏边界，则发出警示且高亮显示预触发3D围栏。或，当挂钩近期已发生的移动轨迹碰触或越过3D围栏边界，则发出严正告警信息，并以高分贝声光报警。

如图2所示，为本发明实施例中，提供的一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测方法，其在本发明实施例中的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统上实现，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、固定站接收与其通信的所有北斗卫星的定位信息，并基于所有的定位信息进行位置矫正计算，以形成定位矫正信息，且将所述定位矫正信息发送给移动站；

步骤S2、所述移动站在作业工况下，实时接收与其通信的所有北斗卫星对吊车上挂钩运动所至位置的定位信息，并结合所述固定站发送的定位矫正信息进行矫正，得到所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，进一步发送给控制站；

步骤S3、所述控制台根据所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，确定所述挂钩的实时运动信息，并基于所述挂钩的实时运动信息，构建出所述挂钩的移动轨迹，进一步在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警。

其中，所述挂钩的实时运动信息包括经纬度信息、高度信息和移动速度。

其中，所述挂钩的移动轨迹包括已发生的移动轨迹和未来预估的移动轨迹。

其中，所述在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警的步骤具体包括：

若判断出已发生的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高分贝声光进行报警；或，

若判断出未来预估的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高亮度显示所述虚拟电子围栏进行警示。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明中固定站接收北斗卫星的定位信息，以形成定位矫正信息后，在移动站上对作业工况下的挂钩运动所至位置的定位信息进行矫正，使得控制台能够根据挂钩矫正后的位置信息，确定挂钩的实时运动信息，以构建出挂钩的移动轨迹，进一步在虚拟电子围栏上进行越限判断，实现警示或报警，从而可以在线智能对吊车安全作业情况进行实时监测，从而能够克服现有人力监测手段所带来的成本高且安全隐患大的问题，不仅省时省力，还提高了安全性；

2、相对于常规的卫星定位技术，定位精度在5到10米以上，本发明中移动站的位置信息的定位精度约2厘米，计算速度优于1次/秒。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，包括固定站、移动站和控制台；其中，

所述固定站靠近指定作业现场设置并位于所述指定作业现场一定距离内的某一地面固定位置处，其与天空的至少四颗北斗卫星以及所述移动站均建立通信；所述固定站，用于接收与其通信的所有北斗卫星的定位信息，并基于所有的定位信息进行位置矫正计算，以形成定位矫正信息，且将所述定位矫正信息发送给所述移动站；

所述移动站安装于所述指定作业现场中吊车的挂钩上，其与所述固定站通信的所有北斗卫星以及所述控制台均建立通信；所述移动站，用于作业工况下，实时接收与其通信的所有北斗卫星对所述挂钩运动所至位置的定位信息，并结合所述固定站发送的定位矫正信息进行矫正，得到所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，进一步发送给所述控制站；

所述控制台远离所述指定作业现场设置；所述控制台，用于根据所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，确定所述挂钩的实时运动信息，并基于所述挂钩的实时运动信息，构建出所述挂钩的移动轨迹，进一步在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警。

2.如权利要求1所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，所述控制台中，所述挂钩的实时运动信息包括经纬度信息、高度信息和移动速度。

3.如权利要求2所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，所述控制台中，所述挂钩的移动轨迹包括已发生的移动轨迹和未来预估的移动轨迹。

4.如权利要求3所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，所述控制台若判断出已发生的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高分贝声光进行报警；或，

所述控制台若判断出未来预估的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高亮度显示所述虚拟电子围栏进行警示。

5.如权利要求4所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，所述固定站与所述指定作业现场的一定距离位于0～500米之间。

6.如权利要求1所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，所述固定站通过卫星接收天线与所对应的北斗卫星建立通信，并通过本侧的固定站发射电台互连所述移动台侧的移动台接收电台后与所述移动台建立通信；所述移动台通过本侧的移动台发射电台互连所述控制台侧的控制台接收电台后与所述控制台建立通信。

7.一种基于虚拟电子围栏的吊车作业监测方法，其特征在于，其在如权利要求1-6中任一项所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统上实现，所述方法包括以下步骤：

固定站接收与其通信的所有北斗卫星的定位信息，并基于所有的定位信息进行位置矫正，以形成定位矫正信息，且将所述定位矫正信息发送给移动站；

所述移动站在作业工况下，实时接收与其通信的所有北斗卫星对吊车上挂钩运动所至位置的定位信息，并结合所述固定站发送的定位矫正信息进行矫正计算，得到所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，进一步发送给控制站；

所述控制台根据所述挂钩实时运动所至位置进行矫正后的位置信息，确定所述挂钩的实时运动信息，并基于所述挂钩的实时运动信息，构建出所述挂钩的移动轨迹，进一步在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警。

8.如权利要求7所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测方法，其特征在于，所述挂钩的实时运动信息包括经纬度信息、高度信息和移动速度。

9.如权利要求8所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，所述挂钩的移动轨迹包括已发生的移动轨迹和未来预估的移动轨迹。

10.如权利要求9所述的基于虚拟电子围栏的吊车作业监测系统，其特征在于，所述在基于所述指定作业现场的实际环境所预先定义的虚拟电子围栏上进行越限判断，且根据判断结果，进行警示或报警的步骤具体包括：

若判断出已发生的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高分贝声光进行报警；或，

若判断出未来预估的移动轨迹与所述虚拟电子围栏有交集，则通过高亮度显示所述虚拟电子围栏进行警示。

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