KR20230140778A - 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템 및 그 방법 - Google Patents

타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20230140778A
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Abstract

본 발명은 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 충돌 방지 모니터링 시스템을 이용한 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법에 있어서, 모니터링 대상이 되는 제1 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 단계, 제1 타워크레인 인근에 위치한 제2 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 단계, 제1 타워크레인 및 제2 타워크레인 각각의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출하는 단계, 그리고 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 전복 위험 여부를 예측하고, 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 학습모델에 적용하여 제1 타워크레인과 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, IMU 센서를 포함하는 GNSS 수신을 이용하여 메인지브의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.

Description

타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR MONITORING TO PREVENT OVERTURNING AND COLLISION OF TOWER CRANES AND METHOD THEREOF}
본 발명은 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서를 이용하여 타워크레인의 전복 위험 여부 및 다른 타워크레인과의 충돌 위험 여부를 예측하는 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
건설현장에서 자재를 인양하는 타워크레인은 선회, 트롤리의 전진 및 후진, 러핑의 상승, 하강 동작, 호이스트의 상승 및 하강 동작을 하는 상부와, 상부를 지지하는 마스트로 구성된다.
일반적으로, 타워크레인은 지브의 동작 형태에 따라 T형 타워크레인과 러핑형 타워크레인으로 구분되며, 러핑형 타워크레인은 선회 반경 내 건물 등이 있을 경우 지브(러핑)을 들어 올려 360도 선회가 가능하다.
그리고, 타워크레인은 건설, 산업 현장에 단독 또는 여러 대가 설치되어 사용되는데, 타워크레인 단독으로 운행될 경우, 외부에 의한 힘으로 인해 전복되는 위험이 존재하며, 특정 타워크레인의 작업 반경과 다른 타워크레인의 작업 반경이 겹쳐는 구역에서 조종을 할 경우에는 타워크레인간에 충돌할 위험이 있다.
예를 들어, 날씨의 영향으로 타워크레인이 전복 위험이 있거나, 높은 타워크레인의 호이스트 와이어와 낮은 타워크레인의 지브 또는 카운터지브와 충돌할 수 있으며, 동일 높이의 타워크레인이 설치된 경우 또는 T형 타워크레인과 러핑형 타워크레인이 혼재되어 설치된 경우에는 지브와 지브, 지브와 카운터지브 간 충돌 위험이 있다.
이때, 현장 작업자의 수신호 및 타워크레인 운전자와 현장 관리자 상호 간의 전용 통신장치 등을 운용하여 건설현장에서 사용하고 있는 타워크레인 충돌 방지 위해 모니터링하고 있다.
다만, 작업자와 운전자가 상호 시계를 벗어나거나, 장애물로 인하여 시야를 가리는 사각지대에 위치하거나, 장애물 또는 타 작업자들의 무선 송출로 인한 무선통화의 혼선 및 수신 감도 불량으로 인한 상호 통신 불가 등의 작업환경으로 인해서, 충돌사고 예방에는 제한적이라는 문제점이 있다.
또한, 타워크레인이 전복되거나 다른 타워크레인과의 충돌로 인해 붕괴될 경우, 인명 피해가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 타워크레인이 전복 위험이 있거나 다른 타워크레인과의 충돌 위험이 있는 경우에 이를 미리 알고 예방할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국공개특허공보 제10-2022-0003747호 (2022.01.11 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서를 이용하여 타워크레인의 전복 위험 여부 및 다른 타워크레인과의 충돌 위험 여부를 예측하는 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 충돌 방지 모니터링 시스템을 이용한 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법에 있어서, 모니터링 대상이 되는 제1 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 단계, 상기 제1 타워크레인 인근에 위치한 제2 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 상기 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 단계, 상기 제1 타워크레인 및 제2 타워크레인 각각의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 상기 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출하는 단계, 그리고 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 전복 위험 여부를 예측하고, 상기 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 상기 학습모델에 적용하여 상기 제1 타워크레인과 상기 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측하는 단계를 포함한다.
상기 제1 타워크레인이 전복 위험이 있거나 제2 타워크레인과 충돌될 것으로 예측되는 경우, 전복 위험 알람 또는 충돌 위험 알람을 관리자 단말기에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 IMU 센서는, 상기 제1 또는 제2 타워크레인의 중립각으로부터 x, y, z축에 대한 추정 회전각 측정할 수 있다.
상기 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출하는 단계는, 제1 타워크레인과 제2 타워크레인 사이의 RTK 기선벡터를 연산하는 단계, 상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표를 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치를 산출하는 단계, 상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 속도, 제2 타워크레인의 추정 속도를 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 속도를 산출하는 단계, 그리고 상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 회전각, 제2 타워크레인의 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 회전각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 학습모델은, 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각과, 상기 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 입력데이터로 설정하고, 상기 제1 타워크레인의 전복 위험 여부와 상기 제1 및 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 출력데이터로 설정하여 학습될 수 있다.
상기 전복 위험 여부 및 충돌 위험 여부를 예측하는 단계는, 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표가 기준 범위를 벗어나거나, 추정 속도 또는 추정 회전각이 기준 값보다 큰 경우, 상기 제1 타워크레인이 현재 전복 위험이 있는 것으로 예측하고, 상기 상대 위치가 기준값 이하인 경우, 상기 제1 타워크레인이 현재 제2 타워크레인과 충돌 위험이 있는 것으로 예측할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템에 있어서, 모니터링 대상이 되는 제1 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받고, 상기 제1 타워크레인 인근에 위치한 제2 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 입력부, 상기 제1 타워크레인 및 제2 타워크레인 각각의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 상기 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출하는 산출부, 그리고 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 전복 위험 여부를 예측하고, 상기 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 상기 학습모델에 적용하여 상기 제1 타워크레인과 상기 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측하는 예측부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, IMU 센서를 포함하는 GNSS 수신을 이용하여 메인지브의 위치를 정확하게 파악할 수 있고, 실시간으로 타워크레인의 위치 좌표, 추정 회전각, 추정 속도를 획득함으로써, 전복 및 충돌 위험에 미리 대비할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 모니터링 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 3의 S310 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는 도 1a 및 도 1b를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)에 대하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)은 Dual안테나 GNSS 수신기(200), IMU 센서(300) 및 관리자 단말기(400)와 네트워크 연결된다.
이하에서는 설명의 편의상 모니터링 대상이 되는 타워크레인을 제1 타워크레인(50)으로 명명하고, 상기 제1 타워크레인(50) 주변에 위치한 타워크레인을 제2 타워크레인(미도시)로 명명한다.
먼저, 도 1b에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)에 설치된 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)로부터 수신된 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 추정 속도 및 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인(50)의 전복 위험 여부와 인근에 위치한 제2 타워크레인과의 충돌 여부를 예측한다.
그리고, 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)은 해당되는 제1 타워크레인(50)의 전복 위험이 있는 것으로 예측되거나 주변에 위치한 제2 타워크레인과의 충돌할 것으로 예측되는 경우에 관리자 단말기(400)로 전복 위험 알람 또는 충돌 위험 알람을 제공한다.
그리고, 도 1b와 같이, 제1 타워크레인(50)은 세로축으로 베이직 타워 마스트(Basic tower mast), 마스트(mast), 텔레스코픽 케이지(Telescoping cage), 유압상승장치(Hydraulic telescoping assembly), 운전실(Cabin)로 구성되어 있으며, 가로축으로 선회장치(Slewing mechanism), 권상장치(Hoisting device), 권상로프(Hoisting loop), 카운터웨이트(Counter weight), 카운터지브(Counter jib), 카운터지브 타이바(Counter jib tie bar), 캣 헤드(Cat head), 메인지브 타이바(Main jib tie bar), 메인지브(Main jib), 트롤리(Trolley), 훅 블록(Hock block)으로 구성되어 있다.
다음으로, Dual안테나 GNSS 수신기(200)는 도 1b와 같이 제1 타워크레인(50)의 운전실 상측 또는 메인지브(Main jib)에 위치한 트롤리(Trolley)와 같이 타워크레인의 상단 부분에 설치될 수 있다.
그리고, Dual안테나 GNSS 수신기(200)는 제1 타워크레인(50)에 에 대한 추정 위치 좌표를 GPS 시스템으로부터 수신하고, 수신된 추정 위치 좌표를 외부의 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)에 전송한다.
여기서, Dual안테나 GNSS 수신기(200)는 중궤도에 위치해 있는 인공위성으로부터 신호를 통해 100m 이내의 위치정보를 수신할 수 있으며, 일반 GPS가 사용하는 위성 신호의 코드파(Code Phase)뿐만 아니라, 1000배이상 정밀한 반송파(Carrier Phase)를 사용하는 RTK(Real-Time Kinematic) 기술을 통해 실시간으로 1~2Cm 오차수준의 추정 위치 좌표를 수신할 수 있다.
그리고, Dual안테나 GNSS 수신기(200)는 제1 타워크레인(50)의 3차원 속도 정보인 추정 속도를 출력할 수 있다.
이때, 추정 속도는 각속도를 포함할 수 있으며, 각속도는 IMU 센서(300)를 통해 측정될 수 있다.
다음으로, IMU 센서(300)는 하나 이상의 가속도계를 사용하여 선형 가속도를 감지하고, 하나 이상의 자이로스코프를 사용하여 회전 속도를 감지하여 x, y, z축에 대한 추정 회전각을 측정한다.
이때, 도 1b와 같이, IMU 센서(300)는 제1 타워크레인(50)의 운전실 상측 또는 메인지브에 위치한 트롤리와 같이 타워크레인의 상단 부분에 설치되며, 타워크레인의 기울어진 추정 회전각을 측정할 수 있다.
그리고, IMU 센서(300)는 Dual안테나 GNSS 수신기(200)와 일체형으로 구현될 수 있다.
다음으로, 관리자 단말기(400)는 제1 타워크레인(50)에 대한 전복 위험 알람 또는 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인과의 충돌 위험 알람을 발생시킨다.
이때, 관리자 단말기(400)는 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)으로부터 제1 타워크레인(50)의 전복 위험이 있는 것으로 예측되거나 제1 타워크레인(50)이 제2 타워크레인과 충돌할 것으로 예측되면 전복 위험 또는 충돌 위험에 대한 알람을 제공받아 발생시킬 수 있다.
여기서, 관리자 단말기(400)는 휴대가 가능한 사용자 단말기로서, 노트북 컴퓨터, 스마트 패드 또는 스마트폰 등과 같이 유선 또는 무선으로 네트워크에 접속하여 정보를 주고받을 수 있는 기기로 구현될 수 있다.
이하에서는 도 2를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)의 구성을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 모니터링 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 모니터링 시스템(100)은 입력부(110), 산출부(120), 예측부(130) 및 제공부(140)를 포함한다.
먼저, 입력부(110)는 제1 타워크레인(50)에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)로부터 수신된 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는다.
그리고, 입력부(110)는 제1 타워크레인(50) 인근에 위치한 제2 타워크레인(미도시)에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)로부터 수신된 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는다.
여기서, 입력부(110)는 IMU 센서(300)를 이용하여 측정된 제1 타워크레인(50) 또는 제2 타워크레인의 중립각으로부터 x, y, z축에 대한 추정 회전각을 입력받는다.
다음으로, 산출부(120)는 제1 타워크레인(50) 및 제2 타워크레인 각각의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출한다.
이때, 산출부(120)는 제1 타워크레인과 제2 타워크레인 사이의 RTK 기선벡터를 연산하고, RTK 기선벡터와 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표를 이용하여 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치를 산출하고, RTK 기선벡터와 제1 타워크레인(50)의 추정 속도, 제2 타워크레인의 추정 속도를 이용하여 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 속도를 산출한다.
그리고, 산출부(120)는 RTK 기선벡터와 제1 타워크레인(50)의 상대 회전각, 제2 타워크레인의 상대 회전각을 이용하여 제 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 회전각을 산출한다.
다음으로, 예측부(130)는 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 전복 위험 여부를 예측한다.
그리고, 예측부(130)는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측한다.
이때, 학습모델은 대상이 되는 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각과, 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 입력데이터로 설정하고, 제1 타워크레인(50)의 전복 위험 여부 및 제1 및 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 출력데이터로 설정하여 학습된다.
다음으로, 제공부(140)는 제1 타워크레인(50)이 전복 위험이 있거나 제2 타워크레인과 충돌될 것으로 예측되는 경우에 전복 위험 알람 또는 충돌 위험 알람을 관리자 단말기(400)에 제공한다.
이때, 관리자 단말기(400)는 제공부(140)와 네트워크 연결되어 신호를 송수신할 수 있는 기기로 구현된다.
이하에서는 도 3을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)을 이용하여 타워크레인의 전복 및 충돌을 방지하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 모니터링 대상이 되는 제1 타워크레인(50)에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)를 이용하여 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는다(S310).
이때, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 Dual안테나 GNSS 수신기(200)를 통해 수신된 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표 및 추정 속도를 입력받고, IMU 센서(300)를 통해 수신된 제1 타워크레인(50)의 추정 회전각을 입력받는다.
도 4는 도 3의 S310 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3에서 도시한 바와 같이, IMU 센서(300)가 타워크레인의 운전실 상측에 설치된다고 가정하면, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 IMU 센서(300)가 설치된 영역을 기준으로 제1 타워크레인(50)의 중립각으로부터 x, y, z축에 대한 추정 회전각을 입력받을 수 있다.
이때, x축에 대한 추정 회전각은 Roll Axis를 의미하고, y축에 대한 추정 회전각은 Pitch Axis를 의미하며, z축에 대한 추정 회전각은 Yaw Axis를 의미한다.
만일, IMU 센서(300)가 제1 및 제2 타워크레인의 메인지브에 위치한 트롤리에 설치된 경우, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 메인지브를 기준으로 하는 x, y, z축에 대한 추정 회전각을 입력받을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제2 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)로부터 수신된 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는다(S320).
이때, 제2 타워크레인은 제1 타워크레인(50) 인근에 위치한다고 가정한다.
그리고, S320 단계는 S310 단계와 동일한 방법으로 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력 받으므로, 중복된 설명은 생략한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 및 제2 타워크레인 각각의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출한다(S330).
이때, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 Dual안테나 GNSS 수신기(200)의 반송파를 이용하여 RTK 기선벡터를 연산하고, RTK 기선벡터를 이용하여 보정된 제1 타워크레인의 위치 좌표를 연산하여 제2 타워크레인의 상대 위치를 산출할 수 있다.
더욱 자세하게는, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인 사이의 RTK 기선벡터를 연산하고, 연산된 RTK 기선벡터, 제1 타워크레인(50)에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)로부터 측정된 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각과, 제2 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)로부터 측정된 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출할 수 있다.
여기서, RTK 기선벡터는 기선 거리 추정 값을 의미한다.
예를 들어, x축을 기준으로 하는 1차원 공간에 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인이 존재한다고 가정한다.
여기서, 제2 타워크레인의 실제 위치 좌표는 0, Dual안테나 GNSS 수신기(200)로부터 측정된 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표는 1.2라고 가정한다.
그리고, 제1 타워크레인(50)의 실제 위치 좌표는 10이고, Dual안테나 GNSS 수신기(200)로부터 측정된 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표는 8.8로 가정한다.
이때, 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인에 각각 설치된 Dual안테나 GNSS 수신기(200)로부터 측정된 추정 위치 좌표 값의 오차 값은 8.8 - 1.2로 7.6으로 연산된다.
여기서, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 이러한 오차 값을 보정하기 위해 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인 사이의 RTK 기선벡터를 연산한다.
이때, 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인 사이의 RTK 기선벡터는 9.8이라고 가정한다.
그리고, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 다음의 수학식 1과 같이 RTK 기선벡터를 이용하여 보정 정보를 산출한다.
여기서, A는 제1 타워크레인의 Dual안테나 GNSS 수신기로부터 측정된 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표를 나타내고, B는 제2 타워크레인의 Dual안테나 GNSS 수신기로부터 측정된 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표를 나타낸다.
그러면, RTK 기선벡터가 9.8이고, 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표가 8.8이며, 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표가 1.2이므로, 보정 정보는 수학식 1에 의해 2.2로 산출될 수 있다.
그리고, 제1 타워크레인의 보정된 값은 다음의 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
따라서, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인의 보정된 값을 10.2로 연산할 수 있다.
그리고, 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치는 다음의 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.
따라서, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제2 타워크레인의 상대 위치를 9.0으로 산출할 수 있다.
즉, 제1 타워크레인과 제2 타워크레인의 실제 상대 위치는 10이므로, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표와 제2 타워크레인의 추정 좌표를 이용한 상대 위치보다 정밀한 상대 위치를 산출할 수 있다.
이와 동일한 방법으로, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 RTK 기선벡터를 이용하여 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 속도, 상대 회전각도 산출할 수 있다.
그리고, 상대 속도 및 상대 회전각은 제1 타워크레인(50) 및 제2 타워크레인 각각의 메인지브가 향하는 방향을 포함한 상대 위치를 산출하기 위해 사용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각과 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 제1 타워크레인(50)의 전복 위험 여부, 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측한다(S340).
이때, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각과, 제1 타워크레인(50)을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 입력데이터로 설정하고, 제1 타워크레인의 전복 위험 여부와 제1 및 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 출력데이터로 설정하여 학습모델을 학습시킬 수 있다.
더욱 자세하게는, 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표가 기준 범위를 벗어나거나, 추정 속도 또는 추정 회전각이 기준 값보다 큰 경우, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)이 현재 전복 위험이 있는 것으로 예측한다.
예를 들어, Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)가 제1 타워크레인(50)의 운전석 상측에 설치되었으며, 날씨의 영향 또는 외부의 힘에 의해 제1 타워크레인(50)이 흔들리고 있다고 가정한다.
그리고, Dual안테나 GNSS 수신기(200)는 방향을 산출할 수 있고, 제1 타워크레인(50)이 현재 위치한 좌표를 기준으로 움직이는 변화량을 측정할 수 있으므로, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)의 추정 위치 좌표를 기준으로 일정 범위를 벗어나면 전복 위험이 있는 것으로 예측할 수 있다.
또한, Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)는 설치된 영역을 기준으로 추정 속도 및 추정 회전각을 측정하며, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100) 추정 속도 및 추정 회전각이 기준 값보다 큰 경우에 제1 타워크레인(50)의 꼬임 및 비틀림으로 인해 전복 위험이 있는 것으로 예측할 수 있다.
그리고, 상대 위치가 기준 값 이하인 경우, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)이 현재 제2 타워크레인과 충돌 위험이 있는 것으로 예측할 수 있다.
이때, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 상대 속도 및 상대 회전각을 통해 제1 타워크레인(50) 및 제2 타워크레인 각각의 메인지브가 향하는 방향을 알 수 있다.
즉, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 상대 위치, 상대 속도 및 상대 회전각을 이용하여 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측할 수 있다.
예를 들어, 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인 각각의 운전석 상측에 Dual안테나 GNSS 수신기(200) 및 IMU 센서(300)를 설치한다고 가정한다.
그러면, 제1 타워크레인(50)을 기준으로 제2 타워크레인의 상대 위치가 기준 값보다 작은 경우, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 제1 타워크레인(50)과 제2 타워크레인이 서로 충돌 위험이 있는 것으로 예측할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 전복 위험 알람 또는 충돌 위험 알람을 관리자 단말기(400)에 제공한다(S450).
예를 들어, S440 단계에서 설명한 바와 같이, 제1 타워크레인(50)이 전복 위험이 있거나 제1 타워크레인(50)이 제2 타워크레인과 충돌 위험이 있는 것으로 예측되는 경우, 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템(100)은 관리자 단말기(400)에 전복 위험 알람 또는 충돌 위험 알람을 제공할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, IMU 센서를 포함하는 GNSS 수신을 이용하여 메인지브의 위치를 정확하게 파악할 수 있고, 실시간으로 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 회전각, 추정 속도를 획득함으로써, 전복 및 충돌 위험에 미리 대비할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
50: 제1 타워크레인,
100: 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템,
110: 입력부,
120: 산출부,
130: 예측부,
140: 제공부
200: Dual안테나 GNSS 수신기,
300: IMU 센서,
400: 관리자 단말기

Claims (12)

  1. 충돌 방지 모니터링 시스템을 이용한 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법에 있어서,
    모니터링 대상이 되는 제1 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 단계,
    상기 제1 타워크레인 인근에 위치한 제2 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 상기 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 단계,
    상기 제1 타워크레인 및 제2 타워크레인 각각의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 상기 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출하는 단계, 그리고
    상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 전복 위험 여부를 예측하고, 상기 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 상기 학습모델에 적용하여 상기 제1 타워크레인과 상기 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측하는 단계를 포함하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 타워크레인이 전복 위험이 있거나 제2 타워크레인과 충돌될 것으로 예측되는 경우, 전복 위험 알람 또는 충돌 위험 알람을 관리자 단말기에 제공하는 단계를 더 포함하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 IMU 센서는,
    상기 제1 또는 제2 타워크레인의 중립각으로부터 x, y, z축에 대한 추정 회전각 측정하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출하는 단계는,
    제1 타워크레인과 제2 타워크레인 사이의 RTK 기선벡터를 연산하는 단계,
    상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표를 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치를 산출하는 단계,
    상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 속도, 제2 타워크레인의 추정 속도를 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 속도를 산출하는 단계, 그리고
    상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 회전각, 제2 타워크레인의 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 회전각을 산출하는 단계를 포함하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 학습모델은,
    상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각과, 상기 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 입력데이터로 설정하고, 상기 제1 타워크레인의 전복 위험 여부와 상기 제1 및 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 출력데이터로 설정하여 학습되는 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전복 위험 여부 및 충돌 위험 여부를 예측하는 단계는,
    상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표가 기준 범위를 벗어나거나, 추정 속도 또는 추정 회전각이 기준 값보다 큰 경우, 상기 제1 타워크레인이 현재 전복 위험이 있는 것으로 예측하고,
    상기 상대 위치가 기준값 이하인 경우, 상기 제1 타워크레인이 현재 제2 타워크레인과 충돌 위험이 있는 것으로 예측하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 방법.
  7. 타워크레인의 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템에 있어서,
    모니터링 대상이 되는 제1 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받고, 상기 제1 타워크레인 인근에 위치한 제2 타워크레인에 부착된 Dual안테나 GNSS 수신기 및 IMU 센서로부터 수신된 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 입력받는 입력부,
    상기 제1 타워크레인 및 제2 타워크레인 각각의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 이용하여 상기 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 산출하는 산출부, 그리고
    상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각을 기 학습된 학습모델에 적용하여 전복 위험 여부를 예측하고, 상기 제2 타워크레인의 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 상기 학습모델에 적용하여 상기 제1 타워크레인과 상기 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 예측하는 예측부를 포함하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 타워크레인이 전복 위험이 있거나 제2 타워크레인과 충돌될 것으로 예측되는 경우, 전복 위험 알람 또는 충돌 위험 알람을 관리자 단말기에 제공하는 제공부를 더 포함하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 IMU 센서는,
    상기 제1 또는 제2 타워크레인의 중립각으로부터 x, y, z축에 대한 추정 회전각 측정하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 산출부는,
    제1 타워크레인과 제2 타워크레인 사이의 RTK 기선벡터를 연산하고, 상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 제2 타워크레인의 추정 위치 좌표를 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 위치를 산출하며, 상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 속도, 제2 타워크레인의 추정 속도를 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 속도를 산출하고, 상기 RTK 기선벡터와 상기 제1 타워크레인의 추정 회전각, 제2 타워크레인의 추정 회전각을 이용하여 제1 타워크레인을 기준으로 하는 제2 타워크레인의 상대 회전각을 산출하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 학습모델은,
    상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표, 추정 속도, 추정 회전각과, 상기 상대 위치, 상대 속도, 상대 회전각을 입력데이터로 설정하고, 제1 타워크레인의 전복 위험 여부와 상기 제1 및 제2 타워크레인 사이의 충돌 위험 여부를 출력데이터로 설정하여 학습되는 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 예측부는,
    상기 제1 타워크레인의 추정 위치 좌표가 기준 범위를 벗어나거나, 추정 속도 또는 추정 회전각이 기준 값보다 큰 경우, 상기 제1 타워크레인이 현재 전복 위험이 있는 것으로 예측하고, 상기 상대 위치가 기준값 이하인 경우, 상기 제1 타워크레인이 현재 제2 타워크레인과 충돌 위험이 있는 것으로 예측하는 전복 및 충돌 방지 모니터링 시스템.
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