CN205662264U - 一种基于机器视觉的远程监控塔吊 - Google Patents

Abstract

一种基于机器视觉的远程监控塔吊，包括吊架顶梁、拉杆、塔顶立杆、平衡架、吊臂、支撑杆及无线视频监控系统；行走机构上安装支撑杆和平衡架；支撑杆上设有回转结构和吊臂；吊臂靠铰链和吊架拉杆一、吊架拉杆二来支撑，吊架拉杆一和吊架拉杆二的一端铰接吊臂，另一端分别由铰链二、铰链一将其和吊架顶梁链接；吊架顶梁支撑在塔顶立杆上，吊架顶梁与平衡架链接；吊架拉杆三通过铰链四与吊架顶梁链接，通过铰链五与平衡架链接；摄像机实时采集现场情况，将数据信号发送到上位机；上位机实时得到被监控点的视频信息，后端设备对图像进行显示、记录和处理；通过遥控系统，远距离控制前端设备、监视跟踪目标；具有降低成本、工作效率高和安全的特点。

Description

一种基于机器视觉的远程监控塔吊

技术领域

本实用新型涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的远程监控塔吊。

背景技术

塔吊以其塔身高、吊臂长、抬吊重量大、覆盖范围广、工作效率高等结构技术特点，在建筑领域中占有重要地位，得到了极其广泛的应用。但是由塔机引起的人员伤亡和设备损毁事故屡屡发生，塔机的安全问题引起了社会的广泛重视。对起重机、塔吊等的使用过程和行为及时进行有效的监管成为控制安全隐患，预防和减少塔吊安全生产事故发生的。

我国现有的塔机安全装置可靠性较差，司机在操作时可能存在盲区，不能全面及时的了解地面的工作情况，进口的塔机安全系统可靠性虽好，但价格过于昂贵。随着社会的不断发展,人力成本也在不断提高.第三次工业革命的思潮已逐渐被人所接受,用机器设备代替人工,将人类从高危行业中解放出来,是未来发展的大趋势,因此需要设计一种减少用工成本，通过摄像头远程传输塔吊工况数据，提高塔吊安全性，实时监控周围环境的智能化塔吊，避免因操作者的疏忽或判断失误而造成的安全事故。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于机器视觉的远程监控塔吊；解决了现有技术中一个塔吊需要两名司机，一名在高空控制室,一名在地面配合，处于高空控制室的塔吊司机操作时不能及时全面了解整个地面及周围环境状况，以及目前塔吊吊臂回旋角度由人边看边控制，容易出现控制失误的不足；代替塔吊司机在高空控制室的工作，只需一人在地面监控室根据摄像头传输过来的信息控制塔吊，减少人力成本，提高工作效率；可检测各塔吊是否在发送自身位置数据；控制主要是指对塔吊的静态数据的添加修改发送接收，对系统参数的修改发送，对吊重高度回转的标定；为塔机安全监测和数据传输提供了一种可行的解决方案。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于机器视觉的远程监控塔吊，包括有吊架顶梁、拉杆、塔顶立杆、平衡架、吊臂、支撑杆及无线视频监控系统；在行走机构上安装支撑杆和平衡架；支撑杆上设有回转结构和吊臂，带有起重吊钩和重物的起重小车在吊臂上运行；吊臂靠回转部件的铰链和吊架拉杆一、吊架拉杆二来支撑，吊架拉杆一和吊架拉杆二的一端铰接吊臂，另一端分别由铰链二、铰链一将其和吊架顶梁链接；吊架顶梁靠铰链三支撑在塔顶立杆上，吊架顶梁通过吊架拉杆三与平衡架链接；吊架拉杆三通过铰链四与吊架顶梁链接，通过铰链五与平衡架链接。

所述的无线视频监控系统包括有前端设备、传输设备、后端控制存储显示设备，前端设备和图像发射天线、图像发射器设在无线监控点上；图像接收天线、图像接收设备设在工程监理中心或工程指挥部；图像发射天线、图像接收天线设在建筑物上并相互对准。

所述的系统前端设备包括摄像机一、摄像机二、云台及防护罩；吊臂的末端处设有一高清变焦的摄像机一，在吊钩上方安装定焦的摄像机二。

所述的摄像机一采用360度旋转、红外夜视、高分辨率、防尘防水的摄像头。

所述的摄像机一、摄像机二通过图像发射天线和图像接收天线与遥控器相连；遥控器通过交换机分别与上位机、解码器相连，解码器通过硬盘录像机与显示器相连；通常使用摄像机一和摄像机二对现场情况进行实时采集，摄像机一和摄像机二通过无线视频传输设备相连，并通过无线电波将数据信号发送到监控中心的上位机；上位机实时得到被监控点连续、清晰的视频信息，后端图像采集显示器对图像进行显示、记录和处理。

所述的上位机使用Visual Studio 2012开发平台，采用Visual Basic语言设计了人性化的人机交互界面。

所述的监控中心里的上位机通过交换机与遥控器相连。

所述的平衡架7相对于水平面的倾角为±10°；吊臂4与水平面夹角为±10°。

本塔吊包括起升、变幅、回转、大车运行、顶升机构等基本结构，还有无线视频监控系统。起升机构实现重物的上升和下降；变幅机构改变吊钩的幅度位置；回转机构能使得吊臂进行360度转动；大车运行机构使得整个塔吊运行，改变它的作业地点；顶升机构使得回转部分升降，从而改变塔吊的工作高度。本塔吊在原有基础上增加了一些装置：吊臂末端处安装一能进行360度旋转、具有红外夜视功能的高清变焦摄像头，在吊钩上方安装定焦摄像头，从而对塔吊吊臂所处的环境进行监视控制，保证作业的安全。充分运用无线监控系统的优势，结合最先进的计算机技术，实现监控图像传输高效可行而且价格低廉的解决方案。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

在原有塔吊基本结构上增加两处摄像头，节约人力成本，去掉高空控制室，只需一人进行监控完成操作。节约设备成本，系统前端设备(包括摄像机、镜头、云台及防护罩)和图像发射天线、图像发射器等设备安装在监控点（塔吊上）。

该塔吊无线视频监控安装施工工法可随意组合，便于安装，用于所有的监理公司，该系统的重复性高；并且采用无线视频监控，无线视频监控成本低，性能更稳定，只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合。在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，如山地、港口和开阔地等特殊地理环境对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线视频可以摆脱线缆的束缚，省去了中间的传统线路辅设环节，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。

本实用新型是综合应用信息传感技术，远程通讯技术，视频传输技术，微电子技术的高科技智能产品, 实现对其工作状况的实时安全保护监测，使其有较强的自控能力及自动错误诊断能力，能够在塔机将要脱离安全状态时，通过显示、声音等多种手段报警，使得操作人员避免错误操作，避免被动停机；而自诊断能力，则是根据塔机的运行状态信息，自动判断塔机所发生的故障，自动排除或为塔机使用人员提供问题查找依据，降低维护难度。地面远程控制人员能够对塔机的实时运行状况进行监视，对塔吊下达控制命令、操作塔吊完成任务，并对塔机运行过程中的重要参数进行记录，不仅可以让工程监管人员了解该塔吊运行状况，促进提高操作人员的安全意识，而且该终端记录信息可作为塔机事故发生后，事故责任的认定依据；并且，中国倡导并建立的亚洲基础设施投资银行（简称亚投行）的重点支持对象是基础设施的建设，资金的涌入带来科技的发展，可以预见未来建筑行业的发展趋势是高层、密集、高速，这必然导致塔吊的市场越来越大，应用越来越广泛，多塔机联合作业的场合越来越多，此时协调多塔机同时工作既保障安全又兼顾效率，将成为塔机研究的重要课题和研究趋势。综上，开发智能化、小型化、通用化、无线化、网络化的塔机状态远程监测系统对于塔机安全、对于国家基础设施建设和经济建设而言，都具有十分重大的现实意义。

该塔吊还具有自诊断能力，以塔机安全工作标准为依据，根据塔机运行状态，自动判断是否发生故障，操作人员通过遥控系统对故障点进行简单操作，降低维护难度，自诊断还可对违规操作提出报警，避免因操作者的疏忽或判断失误而造成的安全事故，可极大的保证塔机的安全使用。同时还可查询塔机以往工作记录，通过动画仿真的直观方式模拟重现塔机工作过程，该记录也可作为塔机事故责任认定的重要依据。监控点的摄像头可代替塔吊司机在高空控制室的工作，只需一人在地面监控室根据摄像头传输过来的信息控制塔吊，减少人力成本，提高工作效率。该塔吊可广泛应用于各类起重机械,实现对其工作状况的实时安全保护监测。

附图说明

图1是本实用新型的塔吊结构示意图。

图2为本实用新型的监控系统原理框图。

图中：1-行走机构；2-支撑杆；3-回转结构；4-吊臂；5-起重小车；6-重物；7-平衡架；8铰链；9-吊架拉杆一；10-吊架拉杆二；11-吊架顶梁；12-铰链一；13-铰链二；14-铰链三；15-塔顶立杆；16-吊架拉杆三；17-铰链四；18-铰链五；19-补偿装置；20-摄像机一；21-摄像机二；22-图像发射天线；23-遥控器；24-交换机；25-上位机；26-解码器；27-硬盘录像机；28-后端图像采集显示器；29-图像接收天线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，一种基于机器视觉的远程监控塔吊，包括有吊架顶梁11、拉杆16、塔顶立杆15、平衡架7、吊臂4、支撑杆2以及无线视频监控系统；在行走机构1上安装支撑杆2和平衡架7；支撑杆2上设有回转结构3和吊臂4，带有起重吊钩和重物6的起重小车5在吊臂4上运行；吊臂4靠回转部件的铰链8和吊架拉杆一9、吊架拉杆二10来支撑，吊架拉杆一9和吊架拉杆二10的一端铰接吊臂4，另一端分别由铰链二13、铰链一12将其和吊架顶梁11链接；吊架顶梁11靠铰链三14支撑在塔顶立杆15上，吊架顶梁11通过吊架拉杆三16与平衡架7链接；吊架拉杆三16通过铰链四17与吊架顶梁11链接，通过铰链五18与平衡架7链接；平衡架7相对于水平面的倾角用补偿装置19来调节；平衡架7相对于水平面的倾角为±10°；吊臂4与水平面夹角为±10°；吊臂4与水平面夹角由拉杆9、10之一的长度决定。无线视频监控系统是通过无线网络，将摄像机一和二采集的视频信息传送至存储显示设备。

参见图2，图2是一个无线视频监控系统的结构原理图，所述的无线视频监控系统包括有前端设备、传输设备、后端控制存储显示设备。前端设备和图像发射天线、图像发射器设在无线监控点上，无线监控点设置在塔吊上或者建筑物上，摄像机一20、摄像机二21都安装在塔吊上，图像接收天线、图像接收设备设在工程监理中心或工程指挥部；图像发射天线、图像接收天线设在建筑物上并相互对准。

所述的前端设备包括摄像机一20、摄像机二21、云台及防护罩；吊臂4的末端处设有一高清变焦的摄像机一20，在吊钩上方安装定焦的摄像机二21，从而对塔吊吊臂所处的环境进行监视控制，保证作业的安全；代替塔吊司机在高空控制室的工作，只需一人在地面监控室根据摄像头传输过来的信息控制塔吊，减少人力成本，提高工作效率。

所述的摄像机一20采用360度旋转、红外夜视、高分辨率、防尘防水的摄像头，安装此摄像机一20为了实时监控吊臂末端所在的当前具体位置和回旋角度，确保操作员能根据图像信息使吊臂安全运行到指定位置，避免吊臂撞到其他建筑物，且减少时间（例如黑夜）和环境（例如雨天）对该监控系统的影响，扩大塔吊的使用场合，施工方可根据自己的需求选择合适的施工时间；所述的摄像机二21是为了实时监控吊钩所掉的重物所在的当前具体高度、位置，确保操作员能根据图像信息准确将重物提起或释放到指定位置。

所述的摄像机一20、摄像机二21通过图像发射天线22和图像接收天线29与遥控器23相连；遥控器23通过交换机24分别与上位机25、解码器26相连，解码器26通过硬盘录像机27与显示器相连；通常使用摄像机一20和摄像机二21对现场情况进行实时采集，摄像机一20和摄像机二21通过无线视频传输设备相连，并通过无线电波将数据信号发送到监控中心的上位机25；无线监控中心的上位机实时得到被监控点连续、清晰的视频信息，监控中心可以通过后端图像采集显示器28对图像进行显示、记录和处理。

所述的上位机使用Visual Studio 2012开发平台，采用Visual Basic语言设计了人性化的人机交互界面，结合SQL数据库构建完备的信息记录查询体系，用户可通过软件实时了解塔机的运行状态、工作环境及地理位置信息等。

所述的监控中心里的上位机通过交换机24与遥控器23相连；远距离控制前端设备监视跟踪目标，在发出控制指令时，变焦摄像头可以把被监视目标拉近(特写)或推远(全景)；电动云台可拖动摄像机在垂直和水平范围内旋转以搜索目标。

所述的监控中心是以塔机安全工作标准为依据，对违规操作提出报警，查询塔机以往工作记录，并可通过动画仿真的直观方式模拟重现塔机工作过程；同时，该记录也可作为塔机事故责任认定的重要依据。

本塔吊包括起升、变幅、回转、大车运行、顶升机构等基本结构，还有无线视频监控系统。起升机构实现重物的上升和下降；变幅机构改变吊钩的幅度位置；回转机构能使得吊臂进行360度转动；大车运行机构使得整个塔吊运行，改变它的作业地点；顶升机构使得回转部分升降，从而改变塔吊的工作高度。本塔吊在原有基础上增加了一些装置：吊臂末端处安装一能进行360度旋转、具有红外夜视功能的高清变焦摄像头，在吊钩上方安装定焦摄像头，从而对塔吊吊臂所处的环境进行监视控制，保证作业的安全。充分运用无线监控系统的优势，结合最先进的计算机技术，实现监控图像传输高效可行而且价格低廉的解决方案。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的远程监控塔吊，包括有吊架顶梁（11）、吊架拉杆三（16）、塔顶立杆（15）、平衡架（7）、吊臂（4）、支撑杆（2）及无线视频监控系统；在行走机构（1）上安装支撑杆（2）和平衡架（7）；其特征在于，支撑杆(2)上设有回转结构(3)和吊臂(4)，带有起重吊钩和重物(6)的起重小车(5)在吊臂(4)上运行；吊臂(4)靠回转部件的铰链8和吊架拉杆一(9)、吊架拉杆二(10)支撑，吊架拉杆一(9)和吊架拉杆二(10)的一端铰接吊臂(4)，另一端分别由铰链二(13)、铰链一(12)将其和吊架顶梁（11）链接；吊架顶梁（11）靠铰链三（14）支撑在塔顶立杆（15）上，吊架顶梁（11）通过吊架拉杆三（16）与平衡架（7）链接；吊架拉杆三（16）通过铰链四（17）与吊架顶梁（11）链接，通过铰链五（18）与平衡架（7）链接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的远程监控塔吊，其特征在于，所述的无线视频监控系统包括有前端设备、传输设备、后端控制存储显示设备，前端设备和图像发射天线、图像发射器设在无线监控点上；图像接收天线、图像接收设备设在工程监理中心或工程指挥部；图像发射天线、图像接收天线设在建筑物上并相互对准。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的远程监控塔吊，其特征在于，所述的系统前端设备包括摄像机一（20）、摄像机二（21）、云台及防护罩；吊臂（4）的末端设有一高清变焦的摄像机一（20），在吊钩上方安装定焦的摄像机二（21）。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的远程监控塔吊，其特征在于，所述的摄像机一（20）采用360度旋转、红外夜视、高分辨率、防尘防水的摄像头。

5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的远程监控塔吊，其特征在于， 所述的摄像机一（20）、摄像机二（21）通过图像发射天线（22）和图像接收天线（29）与遥控器（23）相连；遥控器（23）通过交换机（24）分别与上位机（25）、解码器（26）相连，解码器（26）通过硬盘录像机（27）与显示器相连；通常使用摄像机一（20）和摄像机二（21）对现场情况进行实时采集，摄像机一（20）和摄像机二（21）通过无线视频传输设备相连，并通过无线电波将数据信号发送到监控中心的上位机（25）；上位机实时得到被监控点连续、清晰的视频信息，后端图像采集显示器（28）对图像进行显示、记录和处理。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的远程监控塔吊，其特征在于，所述的上位机使用Visual Studio 2012开发平台，采用Visual Basic语言设计了人性化的人机交互界面。

7.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的远程监控塔吊，其特征在于，所述的上位机通过交换机（24）与遥控器（23）相连。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的远程监控塔吊，其特征在于，所述的平衡架7相对于水平面的倾角为±10°；吊臂4与水平面夹角为±10°。