CN203373016U - 一种起重机的吊钩监测跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种起重机的吊钩监测跟踪系统，该系统设置有至少两台优先级不同的摄像机（21）。对第一优先级的摄像机采集到的原始图像进行图像处理后发现图像中吊钩被遮挡时，逐个启动其余各优先级的摄像机直到其中一台摄像机采集的原始图像数据经处理后能够定位到吊钩，如果启动所有各台摄像机后每台摄像机采集的图像数据经处理后都发现吊钩被遮挡，则利用预测跟踪算法依据当前的吊钩距地高度值推断下一时刻吊钩的位置。设置至少两台摄像机并配置预测跟踪算法，对吊钩运行轨迹的检测更加精准可靠，针对跟踪目标被遮挡的情况从多个方面保证目标不会丢失，使跟踪图像记录完整、实时性强。

Description

一种起重机的吊钩监测跟踪系统

技术领域

本实用新型涉及一种起重机的吊钩监测跟踪系统，尤其涉及一种桥式起重机的吊钩监测跟踪系统。 

背景技术

钢铁企业生产车间内，大型吊车被大量使用，由于吊车司机位置往往离地面较高，吊车跨度大，车间内吊装环境复杂，司机的视线受到遮挡因而很难判断出吊钩的准确位置，只能完全依靠地面人员的指挥，这样效率低下，而且生产安全完全由地面指挥人员负责，发生事故的概率较高。 

一般的桥式起重机包括横梁、位于横梁两端将横梁支架在地面上的两根支柱、沿着横梁的延伸方向平移的天车、从天车上垂挂下来的吊钩、以及位于横梁一端与一个支柱的连接处的起重机操作室。天车上设有吊绳滚筒，吊绳一端缠绕在吊绳滚筒上，另一端连接到吊钩上，使吊钩垂挂在天车下方。 

为了使吊车司机知道吊钩的实时准确位置以及吊件与吊钩的实时钩挂状态，提高生产率，降低事故的发生率，当前需要一种装置将吊钩的实时距地高度值及以吊钩为识别目标的动态视频跟踪画面精准可靠地显示在显示器上，帮助起重机操作员掌握吊钩的实时准确位置及吊件钩挂状况，从而有效地提高生产率，降低事故发生率。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够精准可靠地监测追踪吊钩的起重机的吊钩监测跟踪系统。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种起重机的吊钩监测跟踪系统，包括吊钩高度测量模块、吊钩视频采集模块、通过传输线路与吊钩高度测量模块和吊钩视频采集模块相连的图像处理及吊钩定位模块、通过传输线路与图像处理及吊钩定位模块（3）相连的摄像机控制模块和显示模块、管理传输线路上信号传输的网络交换机、以及系统电源，其中： 

吊钩视频采集模块包括至少两台优先级不同的摄像机以及分别支撑各台摄像机并能够带动所支撑的摄像机运动的各个支撑驱动机构，图像处理及吊钩定位模块包括图像处理单元、与图像处理单元相连的数据存储器和摄像机控制指令生成单元。 

对于上述起重机的吊钩监测跟踪系统，该起重机是桥式起重机。 

对于上述起重机的吊钩监测跟踪系统，吊钩视频采集模块包括优先级不同的两台摄像机，其中，第一优先级的摄像机设在起重机操作室顶部，第二优先级的摄像机设在起重机操作室对侧横梁上。 

对于上述起重机的吊钩监测跟踪系统，吊钩高度测量模块包括安装在天车滚筒轴心的增量旋转编码器、以及与增量旋转编码器相连的高度计算单元，其中，增量旋转编码器用于测量滚筒的实际转速并将测得的实际转速转换成计数脉冲输出，高度计算单元用于对增量旋转编码器输出的计数脉冲进行滤波以消除干扰信号，然后算出吊钩当前的距地高度值。 

对于上述起重机的吊钩监测跟踪系统，数据存储器用于对采集到的原始图像及图像处理单元处理原始图像得到的吊钩跟踪图像分别存储。 

对于上述起重机的吊钩监测跟踪系统，所述系统中配置数量介于两台至五台的任一数量的摄像机。 

上述起重机的吊钩监测跟踪系统能够由操作员设置为自动或手动跟踪模式。 

对于上述的起重机的吊钩监测跟踪系统，传输线路上的信号以串行通讯方式传输。 

对于上述起重机的吊钩监测跟踪系统，系统电源优选采用不间断电源。 

对于上述的起重机的吊钩监测跟踪系统，摄像机是红外防尘的网络高清 摄像机。 

与现有技术相比，本实用新型技术方案主要的优点如下： 

（1）设置至少两台摄像机并配置预测跟踪算法，对吊钩运行轨迹的检测更加精准可靠，针对跟踪目标被遮挡的情况从多个方面保证目标不会丢失，使跟踪图像记录完整、实时性强； 

（2）本实用新型具有识别精度高、跟踪可靠、记录完整的优点，操作简易、便捷、直观，为操作员准确定位吊钩提供有力帮助，大大提高了起重机的作业效率及安全可靠度； 

（3）为操作员提供了一个准确的吊钩高度值，大大提高了起重机的吊装效率； 

（4）可以提供丰富的吊钩运行视频数据库，为起重机事故的分析、总结、追溯提供充分翔实的依据； 

附图说明

图1示出本实用新型一个实施例所述的起重机吊钩监测跟踪系统的组成结构示意图。 

具体实施方式

下面，以桥式起重机为例描述本实用新型的起重机的吊钩监测跟踪系统。 

如图1所示，本实用新型的起重机的吊钩监测跟踪系统包括吊钩高度测量模块1、吊钩视频采集模块2、通过传输线路与吊钩高度测量模块1和吊钩视频采集模块2相连的图像处理及吊钩定位模块3、通过传输线路与图像处理及吊钩定位模块3相连的摄像机控制模块4和显示模块5、管理传输线路上信号传输的网络交换机6、以及系统电源。 

吊钩高度测量模块1用于确定吊钩的实时距地高度值，包括安装在天车滚筒轴心的增量旋转编码器11、以及与增量旋转编码器11相连的高度计算单元12。增量旋转编码器11用于测量滚筒的实际转速并将测得的实际转速 转换成计数脉冲输出。增量旋转编码器11输出的计数脉冲传输至高度计算单元12，高度计算单元12结合滚筒直径、天车和吊钩之间的动滑轮组数、以及吊钩上升位置的上极限到地面的距离等参数，计算得出吊钩对于地平面的垂直距离。优选地，高度计算单元12还对增量旋转编码器11输出的计数脉冲进行滤波以消除干扰信号。吊钩高度测量模块1将吊钩的距地高度值输送至图像处理及吊钩定位模块3中的图像处理单元31，并通过图像处理单元31输送至显示模块4，实时显示在显示模块4上。 

吊钩视频采集模块2包括至少两台优先级不同的摄像机21以及支撑摄像机21并能够带动所支撑的摄像机21运动的各个支撑驱动机构22，比如云台。摄像机21优选为焦距可调的摄像机，并且安装的位置取决于现场实际环境以保证能够获取需要的画面，优选为分别在起重机操作室顶部和起重机操作室对侧横梁上设置第一优先级和第二优先级的两台摄像机，尽可能地减少因吊钩被遮挡而造成的目标丢失，当主摄像机被遮挡导致目标跟踪丢失时启用次摄像机。优选地，摄像机21采用红外防尘的网络高清摄像机，红外距离50米。 

图像处理及吊钩定位模块3可以设置在起重机操作室内的工控机上，包括图像处理单元31、与图像处理单元31相连的数据存储器32和摄像机控制指令生成单元33。 

图像处理单元31，主要用于对吊钩视频采集模块2采集到的原始图像进行预处理、以及吊钩的目标识别和目标跟踪处理，而且当吊钩被遮挡时结合收到的吊钩距地高度值来预测吊钩位置。 

在本实用新型的起重机的吊钩监测跟踪系统实际运行之前需要获得吊钩的图像特征，因此图像处理单元31首先必须对吊钩视频采集模块2采集到的原始图像信号进行预处理以滤除噪声，增强图像中的有用信号，改善图像的质量，提高后续处理的有效性和可靠性。图像预处理后就进入图像分割阶段，在此阶段主要目的就是从原始图像中提取待跟踪的目标。将彩色图像转换成灰度图像，对图像进行采样，采用经过优化的基于均值的背景提取算法对图像进行处理。完成目标图像的分割后，要计算目标的特征向量，即通过提取吊钩的轮廓、纹理等图像信息生成吊钩的图像特征，最后将提取出来 的吊钩图像特征存储在数据存储器32中。 

在本实用新型的起重机的吊钩监测跟踪系统实际运行时，图像处理单元31对于吊钩视频采集模块2采集到的原始图像首先根据设定方案确定跟踪窗口，在跟踪窗口内对图像信号进行预处理以滤除噪声，增强图像中的有用信号，改善图像的质量，提高后续处理的有效性和可靠性。图像处理单元31从数据存储器32中取出吊钩的图像特征，通过比对吊钩的图像特征采用边缘提取算法从背景中辨认出吊钩或者从众多目标中辨认出待跟踪的吊钩，辨认出待跟踪的吊钩后即可转入跟踪状态，即目标定位。将吊钩跟踪图像和吊钩距地高度值发送至显示模块和数据存储器，将目标定位数据发送至摄像机控制指令生成单元33。 

数据存储器32用于存储预先确定的吊钩的图像特征，存储吊钩跟踪图像，并存储上一时刻吊钩的目标定位数据。可以对采集到的原始图像及吊钩跟踪图像分别存储，为事故分析提供可靠资料。原始图像可以反映出事故发生前及发生时事故现场的情况，而吊钩跟踪图像可以反映出事故发生时吊装物在吊钩上的钩挂情况。通过事后调取这两种视频图像，能重现事故发生过程，如吊装物脱钩、倾翻、与周围设施碰撞等情形，为事故分析提供可靠的证物资料。 

摄像机控制指令生成单元33用于根据图像处理单元31发来的目标定位数据确定吊钩位置偏移值以及吊钩图像的大小与整个图像大小的比例值，从而生成摄像机21的位置控制信号和/或焦距控制指令，还用于生成摄像机21开关指令。通过图像处理单元31发来的目标定位数据确定吊钩当前相对于参照点的位置，将吊钩当前所处位置与预设位置或者与上一时刻获得的吊钩所处位置进行比较，当吊钩当前所处位置相对于预设位置或上一时刻获得的吊钩所处位置的偏移量大于预定偏移值时，生成支撑驱动机构控制指令；通过图像处理单元31发来的目标定位数据确定当前吊钩图像大小占整个图像大小的比例数值，将吊钩图像大小与整个图像大小的比例值与预定比例值比如25%进行比较，当当前比例值小于预定比例值时，生成焦距控制指令，将支撑驱动机构控制指令和/或焦距控制指令通过传输线路传输至摄像机控制模块4。 

摄像机控制模块4用于接收摄像机控制指令生成单元33发来的控制指令并根据控制指令控制摄像机的支撑驱动机构22和/或摄像机21的焦距，还用于控制摄像机21的启动和关闭。如果收到了支撑驱动机构控制指令，则控制摄像机的支撑驱动机构22带动摄像机21跟踪吊钩，使吊钩图像始终位于摄像屏幕的中心附近；如果收到了焦距控制指令，则控制摄像机镜头的焦距，使吊钩图像大小与整个摄像屏幕大小比例符合预定要求。摄像机控制模块4还可以控制摄像机21随着吊钩的运动轨迹实时调整镜头和/或光圈，以获取准确、完整、清晰的视频画面。 

当图像处理单元31发现吊钩视频采集模块2发来的视频信号中吊钩被遮挡时，摄像机控制指令生成单元33向摄像机控制模块4发送指令启动下一个优先级的摄像机进行视频采集跟踪，如果分别来自所有各台摄像机21的各路视频信号中吊钩均被遮挡，则可以利用预测跟踪算法依据当前的吊钩距地高度值推断下一时刻吊钩的位置和速度。因此，摄像机控制模块4仍然能够按照吊钩的运动轨迹继续运行，直到图像处理单元31发现目标重新出现后，再次捕获目标并跟踪目标，从而实现对目标的连续跟踪，并且摄像机控制指令生成单元33指示摄像机控制模块4关闭比捕获到目标的摄像机优先级低的各台摄像机。 

显示模块5安装在起重机操作室内，用于接收图像处理单元31发来的目标定位图像和吊钩到地面距离的数据，实时显示吊钩的跟踪视频画面及高度测量值。显示模块5优选采用7”LCD触摸屏，安装于起重机操作室内，安装高度应便于操作员观察。 

网络交换机6用于判断经传输线路传输过来的数据的目的地并向相应的模块以及单元发送，网络交换机优选采用工业以太网交换机，百兆带宽。 

系统电源优选采用不间断电源，简称为UPS电源（Uninterrupted Power Supply），为上述各模块和交换机提供稳定、可靠的电源，并采取抗干扰措施，容量优选为300VA。 

优选地，传输线路上的信号以串行通讯方式传输。优选地，图像处理及吊钩定位模块3、摄像机控制模块4、网络交换机6以及系统电源都与显示模块5一同安装在起重机操作室内。 

优选地，本实用新型的吊钩监测跟踪系统能够同时解析和处理多达5路的定位视频信号，即系统中可以配置数量介于两台至五台的任一数量的摄像机21。 

本实用新型的吊钩监测跟踪系统可以由操作员设置跟踪模式，包括自动和手动跟踪模式，在自动跟踪模式下，摄像机21受系统控制自动调整，在手动跟踪模式下，操作员通过触摸屏来操作摄像机21。另外，可以设置成只有操作员或经授权的用户可以查询吊钩跟踪录像。 

下面，描述本实用新型的起重机的吊钩监测跟踪系统的工作原理。其中，原始图像由至少两台具有不同优先级的摄像机21采集。 

一方面，吊钩视频采集模块2中一台或多台摄像机21采集吊钩及其周围的实时画面，获取原始图像，将获取的原始图像传输到图像处理及吊钩定位模块3中的图像处理单元31。另一方面，吊钩高度测量模块1中增量旋转编码器11输出的计数脉冲传输至高度计算单元12，由高度计算单元12计算得出吊钩距地高度值，将算出的吊钩高度值传输至图像处理与吊钩定位模块3中的图像处理单元31。图像处理单元31对于当前时刻收到的原始图像根据设定方案确定跟踪窗口，在跟踪窗口内进行图像信号预处理以滤除噪声，图像处理单元31取出事先得到的吊钩的图像特征，通过比对吊钩的图像特征采用边缘提取算法从背景中辨认出吊钩或者从众多目标中辨认出待跟踪的吊钩，辨认出待跟踪的吊钩后即可转入跟踪状态，即目标定位。将吊钩跟踪图像和吊钩距地高度值发送至显示模块5和数据存储器32，将目标定位数据发送至摄像机控制指令生成单元33，摄像机控制指令生成单元33据图像处理后得到的吊钩目标定位数据确定吊钩在整个图像中的位置偏移和/或吊钩图像大小占整个图像大小的比例值形成摄像机控制信号，将生成的摄像机控制信号向摄像机控制模块4发送，由摄像机控制模块4控制摄像机的支撑驱动机构22的运动和/或摄像机21的焦距调整，实现摄像机21跟随吊钩运动，还可以控制摄像机21的开关，同时显示模块5显示吊钩的清晰准确的画面并突出显示吊钩对地垂直距离，为起重机操作员提供直观、准确、完整的视觉判断依据。 

其中，当图像处理单元31发现吊钩视频采集模块2发来的视频信号中 吊钩被遮挡时，摄像机控制指令生成单元33向摄像机控制模块4发送指令启动下一个优先级的摄像机，如果分别来自所有各台摄像机21的各路视频信号中吊钩均被遮挡，则可以利用预测跟踪算法依据当前的吊钩距地高度值推断下一时刻吊钩的位置和速度。因此，摄像机控制模块4仍然能够按照吊钩的运动轨迹继续运行，直到图像处理单元31发现目标重新出现后，再次捕获目标并跟踪目标，从而实现对目标的连续跟踪，并且摄像机控制指令生成单元33指示摄像机控制模块4关闭比捕获到目标的摄像机优先级低的各台摄像机。 

Claims (10)

1.一种起重机的吊钩监测跟踪系统，包括吊钩高度测量模块（1）、吊钩视频采集模块（2）、通过传输线路与吊钩高度测量模块（1）和吊钩视频采集模块（2）相连的图像处理及吊钩定位模块（3）、通过传输线路与图像处理及吊钩定位模块（3）相连的摄像机控制模块（4）和显示模块（5）、管理传输线路上信号传输的网络交换机（6）、以及系统电源，其特征在于， 

吊钩视频采集模块（2）包括至少两台优先级不同的摄像机（21）以及分别支撑各台摄像机（21）并能够带动所支撑的摄像机（21）运动的各个支撑驱动机构（22），图像处理及吊钩定位模块（3）包括图像处理单元（31）、与图像处理单元（31）相连的数据存储器（32）和摄像机控制指令生成单元（33）。 

2.如权利要求1所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，所述起重机是桥式起重机。 

3.如权利要求2所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，吊钩视频采集模块（2）包括优先级不同的两台摄像机（21），其中，第一优先级的摄像机设在起重机操作室顶部，第二优先级的摄像机设在起重机操作室对侧横梁上。 

4.如权利要求2所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，吊钩高度测量模块（1）包括安装在天车滚筒轴心的增量旋转编码器（11）、以及与增量旋转编码器（11）相连的高度计算单元（12），增量旋转编码器（11）用于测量滚筒的实际转速并将测得的实际转速转换成计数脉冲输出，高度计算单元（12）用于对增量旋转编码器（11）输出的计数脉冲进行滤波以消除干扰信号，然后算出吊钩当前的距地高度值。 

5.如权利要求1所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，数据存储器（32）用于对采集到的原始图像及图像处理单元（31）处理原始图像得到的吊钩跟踪图像分别存储。 

6.如权利要求1所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，所述系统中配置数量介于两台至五台的任一数量的摄像机（21）。 

7.如权利要求1所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，所述系统能够由操作员设置为自动或手动跟踪模式。 

8.如权利要求1所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，传输线路上的信号以串行通讯方式传输。 

9.如权利要求1所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，系统电源采用不间断电源。 

10.如权利要求1所述的起重机的吊钩监测跟踪系统，其特征在于，摄像机（21）是红外防尘的网络高清摄像机。 

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