群塔防撞控制方法、控制裝置及控制系統與流程

本發明涉及塔機監測領域，特別地，涉及一種群塔防撞控制方法、控制裝置及控制系統。

背景技術：

塔機作為起重運輸設備，有著起吊高度高、工作幅度大等優點，廣泛應用于建筑施工環境中。隨著工程項目的建筑面積越來越大、施工進度要求越來越快，往往需要布置很多塔機，塔機碰撞事故時有發生。因此，滿足實際工況的塔機防碰撞系統的設計是迫在眉睫的任務。

兩臺塔機產生碰撞基本有如下幾個情況：1.兩臺吊臂相撞，這種情況發生較少，因為工地初始安裝多臺塔機時，一般會錯開高度，也就是為了盡可能避免碰撞；2.其中一臺吊臂或平衡臂與另一臺的塔身相撞；3.其中一臺吊臂或平衡臂與另一臺平衡臂相撞；4.其中一臺吊臂或平衡臂與另一臺塔帽相撞，這也是為何目前由于群塔作業出現較為普遍，無塔帽的平頭塔機市場需求加大的原因之一；5.其中一塔吊臂或平衡臂與另一臺的起重鋼絲繩相撞。

目前，群塔作業防碰撞的研究雖有一些，但采用的技術方案幾乎相同，均是通過安裝在變幅小車上的幅度傳感器來測量小車工作半徑；利用安裝在起升機構上的吊鉤高度傳感器來測量吊鉤的實時高度；通過回轉齒圈上回轉角度傳感器或采用陀螺儀來測量塔機吊臂回轉角度，有了以上三個在工作中實時變化的參數后，再通過一些在一定時間段內不會發生改變的靜態參數如：每臺塔機在工地上的安裝位置、塔機高度、吊臂長度、平衡臂長度和塔帽高度等參數就能計算出兩臺塔機可能出現碰撞的危險區域，如果某臺塔機進入了危險區域，且知道對方塔機當前所處的三個參數值再結合雙方的回轉運行方向和速度，就能預判是否出現碰撞的可能以及危險程度有多大。一臺塔機要判定與其它塔機是否具有碰撞危險，該塔機除了要檢測自己的工況參數外，還必須要知道對方塔機的運行狀態，所以一般在一個工地上多臺塔機是要通過有線或無線的方式聯網的，以便互通運行狀態。一旦判定出有危險，立即給出聲光報警且當即將發生碰撞時，停止塔機的回轉運行。該系統在建筑工地的使用，對于減少群塔作業時的碰撞事故起到了一定的作用，國家相應的管理部門也在積極推廣塔機防撞系統使用。而且在國內某些地區，安全生產管理部門規定：在用塔機必須安裝有防撞裝置，否則不允許塔機使用。就目前塔機防撞系統在工地實際使用的情況來看，還有許多不盡人意的地方，比如價格貴、安裝麻煩、傳感器精度不夠以及產品可靠性等諸多因素，使得多數安裝的防撞系統沒有起太大作用。在實現本發明的過程中，發明人經詳細分析，認為現有技術至少存在如下問題：

1、由于目前系統各個塔機在工地的安裝位置以及相互關系必須預先輸入到系統里，安裝的初始化工作變得比較繁瑣且容易出錯；

2、每次塔機加減節時，塔機的高度也會發生變化，系統必須通過人為的方式來設定改變，比較繁瑣，一旦忘記調整，系統將失去保護功能；

3、三個可變參數：吊鉤高度，小車工作幅度以及塔機回轉角等檢查大多是通過三個傳動機構上安裝的多功能限位器加裝電位器來得到的，而這幾個傳感器存在先天精度不夠的缺陷，導致系統位置判定上出現誤差。某些產品，對回轉角度檢測采用了其它水平角度傳感器，以高成本換來高精度，亦存在推廣困難的問題；

4、該系統安裝較為麻煩，特別是在用塔機加裝的情況，幾個傳感器安裝點比較分散，拉線較長，而且還要對現有多功能限位器做改裝，同時加裝時塔機必須停機幾個小時，后續維護亦存在較大的困難；

5、成本高，系統成本一直居高不下，對于產品推廣也產生了不少的阻力。

技術實現要素：

本發明提供了一種群塔防撞控制方法、控制裝置及控制系統，以解決現有的防撞機制存在初始化工作繁瑣、加裝的檢測器件繁多且維護困難、成本高的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

根據本發明的一個方面，提供一種群塔防撞控制方法，用于群塔作業時相鄰塔機間的防撞控制，本發明控制方法包括：

經設于塔機的小車或者吊鉤上的gps定位裝置采集并生成塔機運行對應的極限參數值；

接收相鄰其他塔機對應的極限參數值，判斷塔機與相鄰其他塔機之間是否會發生碰撞。

進一步地，在塔機與相鄰其他塔機之間會發生碰撞時，還包括：

根據獲取的極限參數值，判定出碰撞情形類型，針對判定出的碰撞情形類型，在相應危險區域內進行防碰撞監控。

進一步地，碰撞情形類型包括：吊臂與吊臂相撞、吊臂或平衡臂與塔身相撞、吊臂或平衡臂與平衡臂相撞、吊臂或平衡臂與塔帽相撞、吊臂或平衡臂與吊鉤起升機構相撞。

進一步地，針對判定出的碰撞情形類型，在相應危險區域內進行防碰撞監控包括：

根據碰撞情形類型，設立相應危險區域；

接收相鄰其他塔機上gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第一預警信息；和/或

接收自身gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第二預警信息。

進一步地，第一預警信息或第二預警信息用于輸出警報信號和/或用于塔機控制系統自動停止相應驅動機構動作。

進一步地，經設于塔機的小車或者吊鉤上的gps定位裝置采集塔機運行對應的極限參數值包括：

接收輸入的塔機對應的靜態參數，靜態參數包括：吊臂長度、平衡臂長度、塔帽高度；

驅動塔機回轉且接收gps定位裝置的采集值，計算得出塔機對應的中心坐標及極限參數值。

進一步地，gps定位裝置基于實時動態差分定位。

根據本發明的另一方面，還提供一種群塔防撞控制裝置，用于群塔作業時相鄰塔機間的防撞控制，本發明控制裝置包括：

參數獲取單元，用于經設于塔機的小車或者吊鉤上的gps定位裝置采集并生成塔機運行對應的極限參數值；

判斷單元，用于接收自身及相鄰其他塔機對應的極限參數值，判斷塔機與相鄰其他塔機之間是否會發生碰撞。

進一步地，本發明群塔防撞控制裝置還包括：

智能監測單元，用于根據獲取的極限參數值，判定出碰撞情形類型，針對判定出的碰撞情形類型，在相應危險區域內進行防碰撞監控。

進一步地，智能監測單元包括：

區域設定模塊，用于根據碰撞情形類型，設立相應危險區域；

第一預警模塊，用于接收相鄰其他塔機上gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第一預警信息；和/或

第二預警模塊，用于接收自身gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第二預警信息。

根據本發明的另一方面，還提供一種群塔防撞控制系統，包括處理器及用于定位塔機上小車或者吊鉤所處實時位置的gps定位裝置，處理器上運行上述的群塔防撞控制裝置。

本發明具有以下有益效果：

本發明群塔防撞控制方法、控制裝置及控制系統，通過經設于塔機的小車或者吊鉤上的gps定位裝置采集塔機運行對應的極限參數值，進而通過塔機間的信息交互接收相鄰塔機對應的極限參數值，實現相鄰塔機間的防撞判斷，避免了通過人為設定方式及多個傳感器配合檢測導致的可靠性差、成本高及維護不便利的缺陷，且加裝簡單、維護便利、實時可靠性高、成本低廉，利于群塔防撞技術的推廣及普及。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照附圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明優選實施例中塔機的結構示意圖；

圖2是本發明優選實施例群塔防撞控制方法的第一流程示意圖；

圖3是本發明優選實施例群塔防撞控制方法的第二流程示意圖；

圖4是本發明優選實施例群塔防撞控制裝置的原理方框示意圖；

圖5是本發明優選實施例群塔防撞控制裝置中智能監測單元的結構示意圖。

附圖標記說明：

1、塔身；2、吊臂；3、配重；4、吊鉤；5、小車；

100、參數獲取單元；200、判斷單元；

300、智能監測單元；310、區域設定模塊；

320、第一預警模塊；330、第二預警模塊。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

本發明通過在塔機上安裝一臺gps定位裝置來解決多臺塔機群塔作業時避免互相碰撞的問題，其設計構思新穎，且相對于現有的防撞系統結構設計復雜、安裝繁瑣、維護困難等缺陷，其具有極大的推廣應用價值。參照圖1，本實施例中，塔機包括由多個標準節構成的塔身1、設于塔身1上的吊臂2及平衡臂，平衡臂的一端設有配重3、吊臂2的一端設有沿吊臂2可位移的小車5，小車5上經吊鉤提升機構連接有吊鉤4。本實施例對塔機在改裝之處在于，在塔機的小車5或者吊鉤4上加裝一只gps定位裝置即可，以實現對小車5或者吊鉤4實時所處位置進行精確定位，作為防撞控制的基礎數據。本發明實施例提供一種群塔防撞控制方法，用于群塔作業時相鄰塔機間的防撞控制，參照圖2，本實施例防撞控制方法包括：

步驟s100，經設于塔機的小車或者吊鉤上的gps定位裝置采集并生成塔機運行對應的極限參數值；

步驟s200，接收相鄰其他塔機對應的極限參數值，判斷塔機與相鄰其他塔機之間是否會發生碰撞。

步驟s100具體包括：

接收輸入的塔機對應的靜態參數，靜態參數包括：吊臂長度、平衡臂長度、塔帽高度；

驅動塔機回轉且接收gps定位裝置的采集值，計算得出塔機對應的中心坐標及極限參數值。

本實施例中，對塔機初始化時，只需輸入上述三個靜態參數即可，且一次輸入后無需后續人工改變，譬如，駕駛室控制器內接收預先獲知的吊臂長度、平衡臂長度及塔帽高度參數。由于小車或者吊鉤上加裝了gps定位裝置，初始化時，將塔機旋轉360度，接收采集的位置坐標，即可精確地計算出塔機對應的中心坐標及極限參數值。本實施例中，該中心坐標可以采用簡單的幾何知識計算獲取，譬如，通過計算兩條過塔機中心的位置連線的交點坐標得到。本實施例中，極限參數值包括但不限于：吊臂移動范圍值、平衡臂移動范圍值、塔身中心坐標及塔帽高度值、吊鉤移動范圍值。本實施例中所列極限參數值可以經初始化時塔機旋轉360度采集值結合上述靜態參數換算得到。

本實施例通過在接收塔機自身及相鄰的塔機對應的極限參數值，通過幾何原理判斷二者的極限參數值是否存在重疊，即可判斷得出二者是否存在碰撞的危險。從而可以得出二者是否需要進行防撞監控的控制策略。本實施例方法，防撞措施簡單、且僅需初始化采集及輸入參數，無需在后續過程中人工更改輸入，且無需加裝過多的監測傳感機構，可靠性高、且安裝便利、維護簡單、成本低，具有極大推廣應用價值，且能極大提高施工現場安全性，產業應用價值大。

優選地，本實施例方法在塔機與相鄰其他塔機之間會發生碰撞時，還包括：

步驟s300，根據獲取的極限參數值，判定出碰撞情形類型，針對判定出的碰撞情形類型，在相應危險區域內進行防碰撞監控。

本實施例中，碰撞情形類型包括：吊臂與吊臂相撞、吊臂或平衡臂與塔身相撞、吊臂或平衡臂與平衡臂相撞、吊臂或平衡臂與塔帽相撞、吊臂或平衡臂與吊鉤起升機構相撞。

本實施例中，針對判定出的碰撞情形類型，在相應危險區域內進行防碰撞監控包括：

根據碰撞情形類型，設立相應危險區域；

接收相鄰其他塔機上gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第一預警信息；和/或接收自身gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第二預警信息。

以吊臂與吊臂相撞的碰撞情形類型為例，第一塔機與第二塔機之間根據二者的吊臂移動范圍值的交疊區間設置相應危險區域，由于設于小車或者吊鉤上的gps定位裝置可以實時監測吊臂擺角(又稱回轉角度)及吊臂擺角的變化方向和變化速度，可以根據接收的監測參數與相應危險區域及時生成預警信息，此處的預警信息生成方式可以包括以下至少一種：接收相鄰的塔機對應的監測參數(吊臂擺角、及其變化方向、變化速度)，進而判斷其是否進入預先判定的危險區域內，生成用于防撞控制的第一預警信息；接收自身塔機對應的監測參數(吊臂擺角、及其變化方向、變化速度)，判斷自身的吊臂是否進入預先設定的危險區域內，生成用于防撞控制的第二預警信息。

優選地，第一預警信息或第二預警信息用于輸出警報信號和/或用于塔機控制系統自動停止相應驅動機構動作。

在一個實施例中，第一塔機生成的第一預警信息經無線通信方式傳送至第二塔機對應的駕駛室內，用于聲光報警方式提醒駕駛員注意進入危險區域或者在自動模式下自動生成停止驅動指令給相應驅動機構(譬如，回轉驅動機構)，及時停止驅動吊臂回轉，避免兩吊臂相撞的情形。第二預警信息則直接驅動位于駕駛室內的報警裝置進行聲光報警或者在自動模式控制相應驅動機構停止驅動。

對于其他碰撞情形類型與上述情形類似，在此不做一一介紹。需要說明的是，針對不同的碰撞情形類型，相應危險區域及對應的監測參數是不同的，譬如，針對吊臂或平衡臂與吊鉤起升機構相撞的情形，就需對吊鉤高度、回轉角度、小車幅度這三個參數及對應的變化方向、變化速度進行監測，以生成及時預警信息。

在一個實施例中，gps定位裝置安裝在吊鉤上，gps定位裝置來接收當前吊鉤所處的地理位置信息，包括經緯度、海拔高度、變化速度，進而轉換得到：吊鉤高度、小車幅度及回轉角度以及以上三種參數的變化方向和變化速度，同時初始化還可以把吊鉤升到最高處，此時得到的gps高度數據加上一常數即可獲取吊臂所處高度，以上信息通過無線的方式發往安裝在駕駛室內的顯示與控制終端，顯示與控制終端同時把相關塔機經過無線方式建立通信網絡，以便解算出與對方塔機發生碰撞的可能性并給出相應控制輸出策略。

在另一實施例中，gps定位裝置安裝在小車上，吊臂的高度、小車幅度、回轉角度等參數可以直接由該gps定位裝置獲得，針對吊鉤高度參數需要加裝用于監測吊鉤實時所處高度的傳感器獲得，譬如，可以采用氣壓計獲得或者與起升機構關聯的感應傳感機構獲得。然后將這些監測參數經無線的方式發往安裝在駕駛室內的顯示與控制終端，顯示與控制終端同時把相關塔機經過無線方式建立通信網絡，以便解算出與對方塔機發生碰撞的可能性并給出相應控制輸出策略。

優選地，為了提高整個系統監測及預警精度，gps定位裝置基于實時動態差分rtk(real-timekinematic)定位，可以將定位精度提升至厘米級。具體地，gps定位裝置包括設置于吊鉤或者小車上的移動gps單元及固設于地面上的基準gps單元。

衛星導航定位系統由三大部分組成：空間衛星星座、地面監控以及用戶設備，衛星連續不斷發送導航定位信號，在經過大氣層和電離層時會產生一定的誤差，地面監控系統根據衛星數據計算編制衛星星歷，并經注入站注入給各個衛星，衛星星歷包括兩種，一種是廣播星歷，實時接收衛星數據，這樣由于誤差導致精度會比較低，只能用于實時導航定位。另一種是精密星歷，衛星數據經事后精密處理計算出來，該星歷僅供事后高精度定位用，不能進行實時定位。本實施例中，rtk技術的原理是設置兩個站，基準站(即基準gps單元)設置在地面固定不動，具有確定的位置坐標，再設置一個移動gps端(即移動gps單元)，移動gps端可處于靜止狀態，也可處于運動狀態；可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業，也可在動態條件下直接開機，并在動態環境下完成周模糊度的搜索求解。基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動gps端，移動gps端不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集觀測數據，將接收到的準確和非準確的數據進行實時解算，在系統內組成差分觀測值進行實時處理，將數據進行對比，算出位置的實時精度，可以達到厘米級的高精度定位結果，歷時不到一秒鐘，從而實現實時的高精度定位，從而滿足塔機安全監控及碰撞控制的精度要求。

根據本發明的另一方面，還提供一種群塔防撞控制裝置，用于群塔作業時相鄰塔機間的防撞控制，與上述方法實施例對應，參照圖4，本實施例控制裝置包括：

參數獲取單元100，用于經設于塔機的小車或者吊鉤上的gps定位裝置采集并生成塔機運行對應的極限參數值；

判斷單元200，用于接收自身及相鄰其他塔機對應的極限參數值，判斷塔機與相鄰其他塔機之間是否會發生碰撞。

本實施例各單元的具體實現過程，可以參照上述方法實施例，在此不做贅述。

優選地，本實施例群塔防撞控制裝置還包括：

智能監測單元300，用于根據獲取的極限參數值，判定出碰撞情形類型，針對判定出的碰撞情形類型，在相應危險區域內進行防碰撞監控。

本實施例中，智能監測單元300包括：

區域設定模塊310，用于根據碰撞情形類型，設立相應危險區域；

第一預警模塊320，用于接收相鄰其他塔機上gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第一預警信息；和/或

第二預警模塊330，用于接收相鄰其他塔機生成的相應危險區域信息，根據自身gps定位裝置對應的定位變化信息，生成用于防撞控制的第二預警信息。

上述各模塊的具體實施過程，可以參照上述方法實施例，在此不做贅述。

需要說明的是：本實施例方法所述的功能如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個或者多個計算設備可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明實施例對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算設備(可以是個人計算機，服務器，移動計算設備或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom,read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram,randomaccessmemory)，磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

根據本發明的另一方面，還提供一種群塔防撞控制系統，包括處理器及用于定位塔機上小車或者吊鉤所處實時位置的gps定位裝置，處理器上運行上述的群塔防撞控制裝置。本實施例處理器可以為單獨設置的控制器，亦可以集成于塔機駕駛室內的控制器上。

本實施例群塔防撞控制方法、控制裝置及控制系統，通過經設于塔機的小車或者吊鉤上的gps定位裝置采集塔機運行對應的極限參數值，進而通過塔機間的信息交互接收相鄰塔機對應的極限參數值，實現相鄰塔機間的防撞判斷，避免了通過人為設定方式及多個傳感器配合檢測導致的可靠性差、成本高及維護不便利的缺陷，且加裝簡單、維護便利、實時可靠性高、成本低廉，利于群塔防撞技術的推廣及普及。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。