本發(fā)明涉及塔式起重機(jī)領(lǐng)域，具體的說是一種基于塔式起重機(jī)避碰預(yù)警系統(tǒng)的防碰撞方法。

背景技術(shù)：

塔吊避碰預(yù)警系統(tǒng)是通過傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)融合處理、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信技術(shù)等信息化手段進(jìn)行塔吊安全備案管理、塔吊運(yùn)行過程監(jiān)控記錄、塔吊運(yùn)行過程避碰預(yù)警的一整套監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由植入式硬件設(shè)備(塔吊避碰預(yù)警裝置)和專業(yè)分析管理軟件共同組成，體現(xiàn)對(duì)塔吊一個(gè)生命周期的全過程監(jiān)控，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的根本目的。塔吊避碰預(yù)警裝置是一種用于建筑塔式起重機(jī)(簡(jiǎn)稱塔吊或塔機(jī))，防止塔機(jī)與塔機(jī)、塔機(jī)與固定障礙物、塔機(jī)與高壓線之間的碰撞，防止塔機(jī)吊物非法侵入禁行區(qū)域的集成電子系統(tǒng)。對(duì)所有碰撞可能和非法入侵提供實(shí)時(shí)預(yù)警、在線監(jiān)控、地面管理、無線傳輸?shù)榷喾N媒介表現(xiàn)形式的智能測(cè)控系統(tǒng)裝置，是現(xiàn)代建筑重型起重機(jī)的一種安全防護(hù)監(jiān)控設(shè)備。對(duì)于系統(tǒng)而言，現(xiàn)場(chǎng)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致塔吊的防撞問題也比較復(fù)雜，需要一種多方位全面防撞的算法與塔吊避碰預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合使用，達(dá)到系統(tǒng)使用的靈活性、可靠性。

基于此，針對(duì)上述現(xiàn)狀中存在的局限性，本發(fā)明提出了一種基于塔式起重機(jī)避碰預(yù)警系統(tǒng)的防碰撞方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有塔吊避碰預(yù)警系統(tǒng)存在的局限性的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于塔式起重機(jī)避碰預(yù)警系統(tǒng)的防碰撞方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于塔式起重機(jī)避碰預(yù)警系統(tǒng)的防碰撞方法，將塔式起重機(jī)的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)虛擬成可控制操作的圖像現(xiàn)場(chǎng)并集成在對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的防碰撞自動(dòng)控制模塊中以實(shí)現(xiàn)防碰撞，具體為：將建筑施工現(xiàn)場(chǎng)中包括相對(duì)障礙物、目標(biāo)吊臂、相關(guān)環(huán)境的參數(shù)特征一一映射至圖像現(xiàn)場(chǎng)；在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)生的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過圖像現(xiàn)場(chǎng)的防碰撞算法計(jì)算后，發(fā)出執(zhí)行建筑施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的控制指令；

所述方法主要步驟包括：

步驟1：通過攝像頭掃描建筑施工現(xiàn)場(chǎng)中的參數(shù)特征，并將掃描信息傳輸至控制模塊中；

步驟2：在控制模塊中預(yù)制圖像現(xiàn)場(chǎng)，在圖像現(xiàn)場(chǎng)中建立相對(duì)障礙物、目標(biāo)吊臂、相關(guān)環(huán)境的初步幾何模型；

步驟3：根據(jù)步驟1的參數(shù)特征一一映射至步驟2中的初步幾何模型，生成詳細(xì)幾何模型；

步驟4：由控制模塊根據(jù)施工情況結(jié)合相對(duì)障礙物、相關(guān)環(huán)境的詳細(xì)幾何模型進(jìn)行檢測(cè)，確定出目標(biāo)吊臂的詳細(xì)幾何模型在圖像現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡；

步驟5：根據(jù)防撞區(qū)的詳細(xì)幾何參數(shù)信息和步驟4中所確定的運(yùn)動(dòng)軌跡通過防碰撞算法計(jì)算出目標(biāo)吊臂通過防撞區(qū)的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出禁止通過指令。

進(jìn)一步地，防碰撞為防止目標(biāo)吊臂與作業(yè)范圍內(nèi)的相對(duì)障礙物的碰撞，具體為小車幅值與作業(yè)范圍內(nèi)的相對(duì)障礙物的防撞，目標(biāo)吊臂上的吊鉤與吊臂高度范圍內(nèi)的相對(duì)障礙物防撞，設(shè)有如下參數(shù)，a1、a2點(diǎn)為小車端點(diǎn)幅值，o點(diǎn)為塔吊中心點(diǎn)，區(qū)域a1-o-a2為防撞區(qū)域，h為目標(biāo)吊臂距離相對(duì)障礙物頂端的距離，l為相對(duì)障礙物距離塔吊中心點(diǎn)o的最短距離，所述步驟5中的防碰撞算法具體如下：

目標(biāo)吊臂進(jìn)入o-a1或o-a2，防碰撞自動(dòng)控制模塊檢測(cè)目標(biāo)吊臂上的吊鉤距離目標(biāo)吊臂的高度小于h或者小車距o點(diǎn)小于l時(shí)，計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令；否則計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出禁止通過指令。

進(jìn)一步地，防碰撞為防止多臺(tái)塔吊的吊臂交叉作業(yè)時(shí)平面內(nèi)的相互干涉，設(shè)有如下參數(shù)，a3、a4點(diǎn)為小車端點(diǎn)幅值，o1點(diǎn)為第一塔吊中心點(diǎn)，o2點(diǎn)為第二塔吊中心點(diǎn)，區(qū)域o1-a3-o2-a4為防撞區(qū)域，所述步驟5中的防碰撞算法具體為如下：

第一塔吊吊臂進(jìn)入o1-a3區(qū)域之前，防碰撞自動(dòng)控制模塊檢測(cè)第二塔吊吊臂是否進(jìn)入?yún)^(qū)域o1-a3-o2-a4，檢測(cè)結(jié)果為否，則計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第一目標(biāo)吊臂右旋通過區(qū)域o1-a3-o2-a4，同時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)；檢測(cè)結(jié)果為是，則計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出禁止通過指令，第一目標(biāo)吊臂停止進(jìn)入?yún)^(qū)域o1-a3-o2-a4。

進(jìn)一步地，防碰撞為防止多臺(tái)塔吊的吊臂處于不同平面內(nèi)進(jìn)入平面防撞區(qū)域，設(shè)有如下參數(shù)，o3點(diǎn)為第一塔吊中心點(diǎn)，o4點(diǎn)為第二塔吊中心點(diǎn)，o3-a5為防撞區(qū)第一目標(biāo)吊臂運(yùn)動(dòng)區(qū)域，o4-a6為防撞區(qū)第二目標(biāo)吊臂運(yùn)動(dòng)區(qū)域，h為o3-a5與o4-a6豎直方向之間的距離，l為o3-a5的端點(diǎn)a5至o4的水平距離，h1為h的臨界距離，l1為l的水平臨界距離，所述步驟4中的防碰撞算法具體為：

a)當(dāng)?shù)诙繕?biāo)吊臂進(jìn)入o4-a6區(qū)域之前，發(fā)出預(yù)警信號(hào)，防碰撞自動(dòng)控制模塊接受信號(hào)，并檢測(cè)第一目標(biāo)吊臂是否進(jìn)入o3-a5區(qū)域，檢測(cè)結(jié)果為否，則計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第二目標(biāo)吊臂通過o4-a6防撞區(qū)；檢測(cè)結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟b)；

b)防碰撞自動(dòng)控制模塊檢測(cè)l和h，若l≥l1且h≥h1，則計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第二目標(biāo)吊臂停止通過o4-a6區(qū)域；否則結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第二目標(biāo)吊臂通過o4-a6區(qū)域。

進(jìn)一步地，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)吊臂上設(shè)置有無線通訊模塊，所述無線通訊模塊與對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的防碰撞自動(dòng)控制模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)吊臂之間的無線通信。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提出了將實(shí)體與虛擬兩個(gè)空間一一映射后來解決空間防碰撞的方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)全方位全空間防碰撞保護(hù)；

2、本發(fā)明在產(chǎn)品中集成防撞自動(dòng)控制模塊，設(shè)置對(duì)應(yīng)無線通訊模塊，在單機(jī)作業(yè)時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)固定障礙物的防碰撞自動(dòng)控制，保證了塔機(jī)獨(dú)立作業(yè)的可靠性和靈活性；

3、本發(fā)明提出了具有幾何模型的防撞區(qū)，對(duì)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行幾何虛擬化后進(jìn)行算法研究，得出結(jié)果后再進(jìn)行指令操控，實(shí)現(xiàn)了防碰撞的可靠性；

4、本發(fā)明利用虛擬空間模擬實(shí)體空間，在事件發(fā)生前預(yù)先進(jìn)行演練，減小了安全隱患，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的防撞區(qū)域原理圖；

圖3是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的防撞臨界距離原理圖；

圖4是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的防撞區(qū)域原理圖；

圖5是本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的防撞區(qū)域原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明所述的一種基于塔式起重機(jī)避碰預(yù)警系統(tǒng)的防碰撞方法，將塔式起重機(jī)的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)虛擬成可控制操作的圖像現(xiàn)場(chǎng)并集成在對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的防碰撞自動(dòng)控制模塊中以實(shí)現(xiàn)防碰撞，具體為：將建筑施工現(xiàn)場(chǎng)中包括相對(duì)障礙物、目標(biāo)吊臂、相關(guān)環(huán)境的參數(shù)特征一一映射至圖像現(xiàn)場(chǎng)；在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)生的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過圖像現(xiàn)場(chǎng)的防碰撞算法計(jì)算后，發(fā)出執(zhí)行建筑施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的控制指令；

所述方法主要步驟包括：

步驟1：通過攝像頭掃描建筑施工現(xiàn)場(chǎng)中的參數(shù)特征，并將掃描信息傳輸至控制模塊中；

步驟2：在控制模塊中預(yù)制圖像現(xiàn)場(chǎng)，在圖像現(xiàn)場(chǎng)中建立相對(duì)障礙物、目標(biāo)吊臂、相關(guān)環(huán)境的初步幾何模型；

步驟3：根據(jù)步驟1的參數(shù)特征一一映射至步驟2中的初步幾何模型，生成詳細(xì)幾何模型；

步驟4：由控制模塊根據(jù)施工情況結(jié)合相對(duì)障礙物、相關(guān)環(huán)境的詳細(xì)幾何模型進(jìn)行檢測(cè)，確定出目標(biāo)吊臂的詳細(xì)幾何模型在圖像現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡；

步驟5：根據(jù)防撞區(qū)的詳細(xì)幾何參數(shù)信息和步驟4中所確定的運(yùn)動(dòng)軌跡通過防碰撞算法計(jì)算出目標(biāo)吊臂通過防撞區(qū)的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出禁止通過指令。

作為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例，如圖2和圖3所示，防碰撞為防止目標(biāo)吊臂與作業(yè)范圍內(nèi)的相對(duì)障礙物的碰撞，具體為小車幅值與作業(yè)范圍內(nèi)的相對(duì)障礙物的防撞，目標(biāo)吊臂上的吊鉤與吊臂高度范圍內(nèi)的相對(duì)障礙物防撞，設(shè)有如下參數(shù)，a1、a2點(diǎn)為小車端點(diǎn)幅值，o點(diǎn)為塔吊中心點(diǎn)，區(qū)域a1-o-a2為防撞區(qū)域，h為目標(biāo)吊臂距離相對(duì)障礙物頂端的距離，l為相對(duì)障礙物距離塔吊中心點(diǎn)o的最短距離，所述步驟5中的防碰撞算法具體如下：

目標(biāo)吊臂進(jìn)入o-a1或o-a2，防碰撞自動(dòng)控制模塊檢測(cè)目標(biāo)吊臂上的吊鉤距離目標(biāo)吊臂的高度小于h或者小車距o點(diǎn)小于l時(shí)，計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令；否則計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出禁止通過指令。

作為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例，如圖4所示，防碰撞為防止多臺(tái)塔吊的吊臂交叉作業(yè)時(shí)平面內(nèi)的相互干涉，設(shè)有如下參數(shù)，a3、a4點(diǎn)為小車端點(diǎn)幅值，o1點(diǎn)為第一塔吊中心點(diǎn)，o2點(diǎn)為第二塔吊中心點(diǎn)，區(qū)域o1-a3-o2-a4為防撞區(qū)域，所述步驟5中的防碰撞算法具體為如下：

第一塔吊吊臂進(jìn)入o1-a3區(qū)域之前，防碰撞自動(dòng)控制模塊檢測(cè)第二塔吊吊臂是否進(jìn)入?yún)^(qū)域o1-a3-o2-a4，檢測(cè)結(jié)果為否，則計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第一目標(biāo)吊臂右旋通過區(qū)域o1-a3-o2-a4，同時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)；檢測(cè)結(jié)果為是，則計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出禁止通過指令，第一目標(biāo)吊臂停止進(jìn)入?yún)^(qū)域o1-a3-o2-a4。

作為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例，如圖5所示，防碰撞為防止多臺(tái)塔吊的吊臂處于不同平面內(nèi)進(jìn)入平面防撞區(qū)域，設(shè)有如下參數(shù)，o3點(diǎn)為第一塔吊中心點(diǎn)，o4點(diǎn)為第二塔吊中心點(diǎn)，o3-a5為防撞區(qū)第一目標(biāo)吊臂運(yùn)動(dòng)區(qū)域，o4-a6為防撞區(qū)第二目標(biāo)吊臂運(yùn)動(dòng)區(qū)域，h為o3-a5與o4-a6豎直方向之間的距離，l為o3-a5的端點(diǎn)a5至o4的水平距離，h1為h的臨界距離，l1為l的水平臨界距離，所述步驟4中的防碰撞算法具體為：

a)當(dāng)?shù)诙繕?biāo)吊臂進(jìn)入o4-a6區(qū)域之前，發(fā)出預(yù)警信號(hào)，防碰撞自動(dòng)控制模塊接受信號(hào)，并檢測(cè)第一目標(biāo)吊臂是否進(jìn)入o3-a5區(qū)域，檢測(cè)結(jié)果為否，則計(jì)算結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第二目標(biāo)吊臂通過o4-a6防撞區(qū)；檢測(cè)結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟b)；

b)防碰撞自動(dòng)控制模塊檢測(cè)l和h，若l≥l1且h≥h1，則計(jì)算結(jié)果為否，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第二目標(biāo)吊臂停止通過o4-a6區(qū)域；否則結(jié)果為是，防碰撞自動(dòng)控制模塊發(fā)出通過指令，第二目標(biāo)吊臂通過o4-a6區(qū)域。

在上述實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)吊臂上設(shè)置有無線通訊模塊，所述無線通訊模塊與對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的防碰撞自動(dòng)控制模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)吊臂之間的無線通信。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。