CN116161569A - 塔吊安全状态智能监测与预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种塔吊安全状态智能监测与预警系统，包括：监测系统原理模块、监测系统安装模块、监测系统运行模块与监测系统处理模块。本发明可以实现无接触式监测，灵活性强、稳定性高。本发明采用无接触式监测方法，对塔吊进行监测，避免在塔吊表面设置安装应变或位移传感器，灵活性强，且在监测系统出现问题时易于修复，稳定性高。本发明监测指标全面，实时更新，监测过程可更加精确。本发明利用阈值、频率、时序信息、人工智能等手段，设置多重预警指标，实现塔吊监测安全状态的全面智能监测；同时可以根据实时监测数据，不断更新模型，在监测过程中模型自我完善能力强。

Description

塔吊安全状态智能监测与预警系统

技术领域

本发明涉及一种塔吊安全状态智能监测与预警系统。

背景技术

塔吊是建筑施工过程中大量使用的起吊搬运机械，其安全、稳定的服役是施工过程安全有序完成的重要基础，而其服役过程中承受载荷具有载重量大、重复循环、暴晒雨淋直接侵蚀、工作环境复杂等特点。

目前，对塔吊的施工安全监测方法局限于在表面放置传感器等接触式测量方法，或者利用全站仪等仪器进行无接触式监测。但是，已有的监测方法中，全站仪等方法对塔吊的监测频率很低，而且大量依靠人工监测、费时费力；而在塔吊表面布置传感器虽然可以获得塔吊的实时应变情况，但是考虑到塔吊作业现场的复杂性，监测系统的稳定性与安全性无法得到保障，损坏后检修也复杂困难。

另外，目前已有的监测方法对监测数据的处理仍然以设置阈值为主，这种方法只能给出粗略的监测预警，无法精细化发现塔吊服役过程中的异常情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塔吊安全状态智能监测与预警系统。

为解决上述问题，本发明提供一种塔吊安全状态智能监测与预警系统，包括：

设置于塔吊上的待测点位的靶点，

与所述靶点配合的传感器，用于将采集的靶点的光学信号转化为包含靶点的图像；

追踪与计算系统，用于对包含靶点的图像中的靶点位置进行实时追踪，并结合追踪系统，根据不同时间里靶点在传感器获取图像中的相对位置，计算出靶点实际位移；

监测系统处理模块，用于基于靶点实际位移，进行塔吊安全状态的实时预警。

进一步的，在上述系统中，所述靶点为设置于塔吊上的光源或塔吊上具有大于预设对比度阈值的部位。

进一步的，在上述系统中，所述光源包括：光源或红外光源。

进一步的，在上述系统中，所述靶点设置在塔吊的垂直段附近。

进一步的，在上述系统中，所述监测系统处理模块，用于当塔吊运行过程中指定位置处的位移超过预设阈值时发出警告。

进一步的，在上述系统中，所述监测系统处理模块，用于结合塔吊安全服役过程中的历史平均位移以及各位移的出现次数，建立塔吊位移出现概率模型，当塔吊运行过程中的实际位移对应概率模型中的概率值小于指定概率时发出预警。

进一步的，在上述系统中，所述监测系统处理模块，用于参考塔吊实时监测位移序列，预测接下来时刻塔吊位移的预测值，若预测值与实际值差距过大，发出预警。

进一步的，在上述系统中，所述监测系统处理模块，用于若布置多个测点，结合有限元动态分析，获得塔吊实际服役过程中振动频率与形态，若实际靶点处的位移的频率与多个靶点展现的振动形态与有限元计算结果不符，则发出相应预警。

与现有技术相比，本发明包括：监测系统原理模块、监测系统安装模块、监测系统运行模块与监测系统处理模块。本发明可以实现无接触式监测，灵活性强、稳定性高。本发明采用无接触式监测方法，对塔吊进行监测，避免在塔吊表面设置安装应变或位移传感器，灵活性强，且在监测系统出现问题时易于修复，稳定性高。本发明监测指标全面，实时更新，监测过程可更加精确。本发明利用阈值、频率、时序信息、人工智能等手段，设置多重预警指标，实现塔吊监测安全状态的全面智能监测；同时可以根据实时监测数据，不断更新模型，在监测过程中模型自我完善能力强。

附图说明

图1是本发明一实施例的塔吊安全状态智能监测与预警系统的示意图；

图2是本发明一实施例的监测系统原理模块的示意图；

图3是本发明一实施例的位移计算示意图；

图4是本发明一实施例的监测预警指标示意图；

图5是本发明一实施例的塔吊安全状态智能监测的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至5所示，本发明提供一种塔吊安全状态智能监测与预警系统，包括：

设置于塔吊上的待测点位的靶点；

与所述靶点配合的传感器，用于将采集的靶点的光学信号转化为包含靶点的图像；

追踪与计算系统，用于对包含靶点的图像中的靶点位置进行实时追踪，并结合追踪系统，根据不同时间里靶点在传感器获取图像中的相对位置，计算出靶点实际位移；

监测系统处理模块，用于基于靶点实际位移，进行塔吊安全状态的实时预警。

本发明的塔吊安全状态智能监测与预警系统一实施例中，所述靶点为设置于塔吊上的光源或塔吊上具有大于预设对比度阈值的部位。

本发明的塔吊安全状态智能监测与预警系统一实施例中，所述光源包括：光源或红外光源。

本发明的塔吊安全状态智能监测与预警系统一实施例中，所述靶点设置在塔吊的垂直段附近。

本发明的塔吊安全状态智能监测与预警系统一实施例中，所述监测系统处理模块，用于当塔吊运行过程中指定位置处的位移超过预设阈值时发出警告。

本发明的塔吊安全状态智能监测与预警系统一实施例中，所述监测系统处理模块，用于结合塔吊安全服役过程中的历史平均位移以及各位移的出现次数，建立塔吊位移出现概率模型，当塔吊运行过程中的实际位移对应概率模型中的概率值小于指定概率时发出预警。

本发明的塔吊安全状态智能监测与预警系统一实施例中，所述监测系统处理模块，用于参考塔吊实时监测位移序列，预测接下来时刻塔吊位移的预测值，若预测值与实际值差距过大，发出预警。

本发明的塔吊安全状态智能监测与预警系统一实施例中，所述监测系统处理模块，用于若布置多个测点，结合有限元动态分析，获得塔吊实际服役过程中振动频率与形态，若实际靶点处的位移的频率与多个靶点展现的振动形态与有限元计算结果不符，则发出相应预警。

综上所述，为解决采用接触式监测或其他低频率监测中存在的监测方法稳定性差、不易维修、监测频率低以及数据分析不充分的问题，本发明提出一种新的基于光电图像方法的塔吊监测系统，并配套提出相应的智能监测方法，其主要组成技术方案为：监测系统原理模块、监测系统安装模块、监测系统运行模块与监测系统处理模块，如图1所示。

首先，监测系统的原理为利用自身固定的摄像机或者光学传感器，拍摄待监测塔吊结构的特征点，并结合不同帧之间的差异，确定特征点的位移，作为该段时间内监测点的位移的方法。之后，在监测系统组成原理的前提下，分别布置监测系统的光学传感器、靶点以及追踪与计算单元。之后，开展监测过程，光学传感器记录靶点不同时间在图中位置，结合靶点与光学传感器距离，利用计算模块，获得靶点位移。最后，根据已有的监测数据，实时分析塔吊监测过程，根据有限元分析阈值、历史平均值与出现概率、时间序列值对应的出现概率、振动频率与振动形态等信息，实时对塔吊进行施工安全智能监测。

监测系统原理模块为塔吊监测系统工作的依据，主要组成为三个部分，传感器部分、靶点部分以及追踪与计算系统，如图2所示。靶点即为待测点位，利用有限元等方法，选择合适的具有代表性的点位，作为监测的目标点，此处尽可能以最少的靶点数量，反映更多的结构变形特征；靶点可以是光源(包括可见光源、红外光源)，也可以是塔吊本身具有较强对比度的部位。传感器部分为工业摄像头图像采集系统，适应工业复杂环境的要求，能长时间稳定的工作，传感器部分将光学信号转化为图像信息。追踪与计算系统是采用相关算法，对传感器部分获得的靶点在图像中的位置进行实时追踪，并结合追踪系统，根据不同时间里靶点在传感器获取图像中的相对位置，计算出靶点实际位移。监测系统的原理模块是塔吊监测系统工作的依据，为监测系统的顺利工作提供理论支撑。

监测系统安装模块，是根据监测原理，在合适的位置妥善安置靶点、传感器以及追踪与计算系统。安装靶点部分时，当靶点选择为塔吊本身具有较强对比度的部位时，应考虑现场光照对靶点的影响，自然光直射会影响传感器采集的精准度、人工光源的频率会影响监测频率；当靶点选择为自发光可见光源或红外光源时，应确保靶点固定且不在塔吊表面移动，此外需要合理设置靶点电力来源，避免靶点处拉线对塔吊运行的影响；另外，塔吊的监测靶点应当选择在塔吊垂直段附近，以便于在塔吊运行过程中的关键部位监测。安装传感器部分时，需要传感器本身放置位置固定且固定位置处无大幅度振动等情况，固定位置也不应随监测过程移动。安装追踪与计算系统需要考虑其与传感器部分信息传输流畅度，保障传感器获得信息能够实时、完整、精确传至追踪与计算部分，实时获得靶点位移。

监测系统运行模块实时动态输出塔吊靶点位移监测。塔吊运行服役过程中，靶点位移不应超出传感器获取范围，靶点不能被长期遮挡。传感器实时记录图像信息，传输至追踪与计算系统，追踪与计算系统依据实时记录的图像信息，实时输出靶点位移情况至智能监测处理模块。

监测系统处理模块将监测系统运行模块中的位移进行实时处理，作为塔吊安全状态监测的核心模块之一。对塔吊监测的进行实时预警，是塔吊施工安全监测的重要环节，当出现以下特定情况时可以发出预警信号：结合有限元分析确定塔吊移阈值，当塔吊运行过程中指定位置处位移超过预设阈值时可发出警告；结合塔吊安全服役过程中的历史平均位移以及各位移的出现次数，建立塔吊位移出现概率模型，当塔吊运行过程中位移对应概率模型中的概率值小于指定概率时可发出预警；参考塔吊实时监测位移序列，预测接下来时刻塔吊位移，若预测值与实际值差距过大，将发出预警；若布置多个测点，结合有限元动态分析，获得塔吊实际服役过程中振动频率与形态，若实际靶点处的位移的频率与多个靶点展现的振动形态与有限元计算结果不符，则发出相应预警。

本发明针对上述提出的采用接触式监测或其他低频率监测中存在的监测方法稳定性差、不易维修、监测频率低以及数据分析不充分的问题，提出一种新的基于无接触式监测的塔吊监测系统，本发明能够实现在塔吊作业复杂的工作环境中，完成对塔吊进行稳定性强、维护简单、测量精准且较高频率的监测，同时实现对塔吊的智能精细化监测，实时发现塔吊存在的安全风险。

本发明提出的一种新的基于光电图像方法的塔吊监测系统的工作流程如图5所示。基于并配套提出相应的智能监测方法，其主要组成技术方案为：监测系统原理模块、监测系统安装模块、监测系统运行模块与智能监测处理模块。首先，选择合适的位置安装传感器与靶点；在监测系统运行过程中，利用追踪到的靶点在传感器获取的光电图像中不同时刻的位置，计算相应的实时位移；之后，结合极限位移阈值、历史出现概率、位移序列预测范围以及振动频率与形态，实时计算预警指标，决定是否发出塔吊安全预警信息，并继续完成监测过程。

相比于现阶段的塔吊安全状态监测方法，本发明的有益效果主要有以下几点：

(1)无接触式监测，灵活性强、稳定性高。本发明采用无接触式监测方法，对塔吊进行监测，避免在塔吊表面设置安装应变或位移传感器，灵活性强，且在监测系统出现问题时易于修复，稳定性高。

(2)监测指标全面，实时更新，监测过程可更加精确。本发明利用阈值、频率、时序信息、人工智能等手段，设置多重预警指标，实现塔吊监测安全状态的全面智能监测；同时可以根据实时监测数据，不断更新模型，在监测过程中模型自我完善能力强。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，包括：

设置于塔吊上的待测点位的靶点；

与所述靶点配合的传感器，用于将采集的靶点的光学信号转化为包含靶点的图像；

追踪与计算系统，用于对包含靶点的图像中的靶点位置进行实时追踪，并结合追踪系统，根据不同时间里靶点在传感器获取图像中的相对位置，计算出靶点实际位移；

监测系统处理模块，用于基于靶点实际位移，进行塔吊安全状态的实时预警。

2.如权利要求1所述的塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，所述靶点为设置于塔吊上的光源或塔吊上具有大于预设对比度阈值的部位。

3.如权利要求2所述的塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，所述光源包括：光源或红外光源。

4.如权利要求1所述的塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，所述靶点设置在塔吊的垂直段附近。

5.如权利要求1所述的塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，所述监测系统处理模块，用于当塔吊运行过程中指定位置处的位移超过预设阈值时发出警告。

6.如权利要求1所述的塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，所述监测系统处理模块，用于结合塔吊安全服役过程中的历史平均位移以及各位移的出现次数，建立塔吊位移出现概率模型，当塔吊运行过程中的实际位移对应概率模型中的概率值小于指定概率时发出预警。

7.如权利要求1所述的塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，所述监测系统处理模块，用于参考塔吊实时监测位移序列，预测接下来时刻塔吊位移的预测值，若预测值与实际值差距过大，发出预警。

8.如权利要求1所述的塔吊安全状态智能监测与预警系统，其特征在于，所述监测系统处理模块，用于若布置多个测点，结合有限元动态分析，获得塔吊实际服役过程中振动频率与形态，若实际靶点处的位移的频率与多个靶点展现的振动形态与有限元计算结果不符，则发出相应预警。

Images