一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)及塔機安全監(jiān)控方法，其中塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)包括單機監(jiān)控子系統(tǒng)和多機遠程管理平臺，單機監(jiān)控子系統(tǒng)包括塔吊信息采集單元和中控管理單元；塔吊信息采集單元包括控制模塊Ⅰ，以及與控制模塊Ⅰ相連接的GPS定位器和zigbee傳輸模塊Ⅰ，以及與控制模塊Ⅰ無線連接的GPS手持終端；中控管理單元包括控制模塊Ⅱ，以及與控制模塊Ⅱ相連接的zigbee傳輸模塊Ⅱ、存儲模塊、顯示模塊和GPRS模塊。中控管理單元還包括塔機司機身份采集模塊，包括IC讀卡器，與控制模塊Ⅱ通過導(dǎo)線相連。本發(fā)明能夠降低裝卸的工作量，便于拆卸與安裝，進而可縮短工作時耗，降低受環(huán)境的影響，使用方便且檢測精度相對較高。
【專利說明】一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種監(jiān)控領(lǐng)域，具體是一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)往往使用1個重量傳感器、2個幅度傳感器、1個 角度傳感器和1個傾角傳感器進行塔機吊鉤工作狀態(tài)的檢測，且使用時往往將上述傳感器 安裝在塔機高空平臺上，不僅安裝與拆卸不便、安裝危險度高，且高空作業(yè)時工作量大、工 作耗時長，同時易受環(huán)境影響，如在大風(fēng)雨雪天氣下不可安裝。傳感器檢測時存在累計誤 差，需要定期消除誤差，定期進行重新標(biāo)定，使用不便且制約對塔機監(jiān)控的安全系數(shù)。
[0003] 此外，現(xiàn)有技術(shù)中往往通過測距儀對塔機進行定位，需要在屏幕上人工輸數(shù)據(jù)，使 用不便，精度低且工作效率低。
[0004] 此外，現(xiàn)有塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)中，對當(dāng)前塔機的司機身份無法監(jiān)控，往往無法監(jiān)控 當(dāng)前塔機上位司機是否是無證駕駛，從而制約當(dāng)前塔機的監(jiān)控的安全性。
[0005] 此外，隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，大型工程和群體工程越來越多，多臺塔 機群體交叉工作司空見慣，且為保證施工中對作業(yè)工程的全面覆蓋，必然會出現(xiàn)塔機作業(yè) 平面的相互重疊顯現(xiàn)，為此，具體施工時往往通過高低塔機相鄰作業(yè)，但運行中仍舊存在著 可能的碰撞關(guān)系，存在著高塔機的吊鉤與低塔機的塔臂之間的碰撞隱患。此外，施工現(xiàn)場往 往會設(shè)置用于放置雜物的空間，即保護區(qū)域，施工過程中存在塔機吊鉤與該保護區(qū)的域碰 現(xiàn)象。上述各碰撞現(xiàn)象一旦發(fā)生，都將造成不必要的損失，而目前尚無好的解決方案。
[0006] 此為現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng) 及塔機安全監(jiān)控方法的技術(shù)方案，該方案能夠降低裝卸的工作量，便于拆卸與安裝，進而可 縮短工作時耗，降低受環(huán)境的影響，使用方便且檢測精度相對較高。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括單機監(jiān)控 子系統(tǒng)和多機遠程管理平臺，單機監(jiān)控子系統(tǒng)包括塔吊信息采集單元和安裝在駕駛室內(nèi)的 中控管理單元；塔吊信息采集單元包括：
[0009] GPS定位器，用于采集塔機吊鉤位置參數(shù)，并將采集結(jié)果實時送入控制模塊I，與 控制模塊I通過導(dǎo)線連接；
[0010] GPS手持終端，用于采集當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)和當(dāng)前塔機大臂末端的GPS 坐標(biāo)，并將采集結(jié)果實時送入控制模塊I，與控制模塊I無線連接；
[0011] 控制模塊I，用于控制GPS定位器與GPS手持終端所采集信息的傳輸，與zigbee 傳輸模塊I通過導(dǎo)線連接；
[0012] zigbee傳輸模塊I，用于向中控管理單元實時傳送上述塔吊信息采集單元采集的 信息；中控管理單元包括：
[0013] 控制模塊II，對單臺塔機進行監(jiān)控，與zigbee傳輸模塊II通過導(dǎo)線連接；
[0014] zigbee傳輸模塊II，用于接收上述塔吊信息采集單元采集的信息，以及用于與當(dāng) 前塔機與其工作范圍內(nèi)的塔機進行數(shù)據(jù)傳輸；
[0015] 存儲模塊，用于單機監(jiān)控子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲，與控制模塊II通過導(dǎo)線進行連 接；
[0016] 顯示模塊，與控制模塊II進行交互，對塔機現(xiàn)場進行監(jiān)控，與控制模塊II通過導(dǎo)線 相連；
[0017] GPRS模塊，用于向多機遠程管理平臺發(fā)送單機監(jiān)控信息，并用于傳輸多機遠程管 理平臺下發(fā)的控制指令，與控制模塊II通過導(dǎo)線相連。
[0018] 所述塔吊信息采集單元還包括用于采集塔機吊載重量的重量傳感器，該重量傳感 器安裝在塔機的吊鉤上，所述重量傳感器與控制模塊I相連。
[0019] 所述中控管理單元還包括報警模塊，該報警模塊連接所述的控制模塊II。
[0020] 所述的塔機吊鉤位置參數(shù)包括塔機吊鉤的高度和經(jīng)緯度。
[0021] 所述的多機遠程管理平臺采用監(jiān)控服務(wù)器，用于實時監(jiān)控各單機塔機的運行狀 態(tài)。
[0022] 所述的中控管理單元還包括時鐘模塊，用于記錄當(dāng)前工作塔機的工作時間，與控 制模塊II通過導(dǎo)線相連。
[0023] 所述的中控管理單元還包括塔機司機身份采集模塊，包括1C讀卡器，1C讀卡器與 控制模塊II通過導(dǎo)線相連。這可對當(dāng)前塔機的司機身份進行監(jiān)控，在很大程度上避免無證 駕駛現(xiàn)象的發(fā)生，從而增加當(dāng)前塔機的施工的安全性。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種塔機安全監(jiān)控方法，包括步驟：
[0025] 1)系統(tǒng)初始化，中控管理單元讀取并存儲顯示模塊輸入的當(dāng)前塔機與周圍塔機碰 撞的預(yù)警距離閾值&和報警距離閾值k 2，以及讀取并存儲顯示模塊輸入的當(dāng)前塔機與其工 作范圍內(nèi)保護區(qū)域碰撞的預(yù)警距離閾值k3和報警距離閾值k 4，其中kpkpo, k4>k3>0 ;
[0026] 2)塔吊信息采集單元通過GPS手持終端采集當(dāng)前塔機與其工作范圍內(nèi)保護區(qū)域 的邊界的交點的GPS坐標(biāo)和該塔機回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)、以及該塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)， 并通過GPS定位器實時采集塔機吊鉤的實際GPS坐標(biāo)，并通過zigbee傳輸模塊I將上述 各GPS坐標(biāo)發(fā)送至當(dāng)前塔機的中控管理單元；
[0027] 3)中控管理單元接收并存儲上述塔吊信息采集單元發(fā)來的信息，并將當(dāng)前塔機回 轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)、當(dāng)前塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)以及當(dāng)前塔機吊鉤的實際GPS坐標(biāo)通過 zigbee傳輸模塊II發(fā)送至周圍塔機，并通過zigbee傳輸模塊II分別實時接收并存儲周圍 塔機的中控管理單元發(fā)來的周圍塔機回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)、周圍塔機大臂末端的GPS坐標(biāo) 以及周圍塔機吊鉤的實際GPS坐標(biāo)；
[0028] 4)中控管理單元將接收到的各GPS坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)，經(jīng)運算處理，分別 計算并存儲當(dāng)前塔機大臂的長度、周圍塔機大臂的長度、以及當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心與周圍塔 機回轉(zhuǎn)中心的距離，并將當(dāng)前塔機大臂的長度逐一與周圍塔機大臂的長度相加，判斷是否 有相加結(jié)果大于當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心與相關(guān)塔機回轉(zhuǎn)中心的距離的情況，若是，執(zhí)行步驟6)， 且執(zhí)行步驟5)，否則執(zhí)行步驟5);
[0029] 5)中控管理單元逐一計算當(dāng)前塔機吊鉤與其工作范圍內(nèi)的保護區(qū)域邊界上的點 之間的最小距離d2，若d2〈k3，則執(zhí)行步驟7)且繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若k 3 < d2〈k4，中控管理單 元通過報警模塊進行保護區(qū)域防碰撞預(yù)警，并控制當(dāng)前塔機降速，同時執(zhí)行步驟7)，并繼續(xù) 執(zhí)行步驟2);若d2 > k4時，中控管理單元通過報警模塊進行保護區(qū)域防碰撞報警，并控制 當(dāng)前塔機停機，同時執(zhí)行步驟7);
[0030] 6)中控管理單元逐一計算當(dāng)前塔機吊鉤與周圍各相關(guān)塔機大臂上的點之間的最 小距離屯或逐一計算周圍各相關(guān)塔機吊鉤與當(dāng)前塔機大臂上的點之間的最小距離屯，若 ，則執(zhí)行步驟7)且繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若& < ，中控管理單元通過報警模塊進行 塔機防碰撞預(yù)警，并控制當(dāng)前塔機降速，同時執(zhí)行步驟7)，并繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若屯> k2 時，中控管理單元通過報警模塊進行塔機防碰撞報警，并控制當(dāng)前塔機停機，同時執(zhí)行步驟 7)；
[0031] 7)中控管理單元通過顯示模塊對當(dāng)前單機塔機的工作狀態(tài)進行實時顯示，并將當(dāng) 前塔機的工作狀態(tài)信息通過GPRS傳輸模塊向遠程管理平臺進行實時傳輸。
[0032] 其中，所述步驟1)中，在系統(tǒng)初始化時，中控管理單元還讀取通過顯示模塊預(yù)置 的當(dāng)前塔機的塔吊力矩閾值，以及還讀取通過顯示模塊預(yù)置的當(dāng)前塔機的超載預(yù)警距離閾 值g，且有：
[0033] (1)塔吊信息采集單元通過重量傳感器實時采集當(dāng)前塔機實際吊載重量的重量電 壓信號，并將上述重量電壓信號通過zigbee傳輸模塊I發(fā)送給中控管理單元；
[0034] (2)中控管理單元接收并存儲上述塔吊信息采集單元發(fā)來的實際的重量電壓信 號，經(jīng)運算處理，計算出當(dāng)前塔機載重的實際力矩，并將接收到的吊載重量與預(yù)設(shè)的超載預(yù) 警距離閾值g進行比較、且將計算出的上述實際力矩與預(yù)設(shè)的塔吊力矩閾值進行比較，若 實際力矩大于預(yù)設(shè)力矩和/或當(dāng)接收到的當(dāng)前塔機的實際吊載重量大于超載預(yù)警距離閾 值g時，中控管理單元通過報警模塊進行超載報警，同時控制當(dāng)前塔機的吊鉤停止上升，并 執(zhí)行所述的步驟7)，否則繼續(xù)執(zhí)行所述的步驟（1)。
[0035] 上述步驟4)中所述中控管理單元將接收到的各GPS坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)的 方法為：采用WGS-84橢球模型建模，之后通過高斯正算公式轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0037] (1)本發(fā)明的塔吊信息采集單元通過GPS定位器采集當(dāng)前塔機吊鉤位置參數(shù)，而 GPS定位器，結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便，能夠降低裝卸的工作量，進而縮短工作耗時，降低環(huán)境的 影響，且使用方便；
[0038] (2)本發(fā)明通過GPS手持終端采集當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)和當(dāng)前塔機大臂 末端的GPS坐標(biāo)，其中GPS手持終端以及上述GPS定位器的使用，大大減少了傳感器的使用 量，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的傳感器累計誤差的不足，無需定期進行重新標(biāo)定，這可在很 大程度上提高檢測精度；
[0039] (3)本發(fā)明通過zigbee無線傳輸模塊實現(xiàn)塔機之間相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸，不僅具有低 功耗、成本低、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠、安全等優(yōu)點，且無需在機器屏幕上人工輸數(shù)據(jù)，使 用方便，可提高工作的效率；
[0040] (4)本發(fā)明實時采集塔機吊鉤的GPS坐標(biāo)、塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)以及塔機回轉(zhuǎn) 中心的GPS坐標(biāo)，各坐標(biāo)信息準(zhǔn)確度高，且又將各GPS坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)，即將采集 到的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為同一平面坐標(biāo)下的坐標(biāo)，并在該平面坐標(biāo)下完成塔機與塔機之間的 防碰撞、塔機與保護區(qū)域之間的防碰撞計算，計算方便且結(jié)果更為可靠，從而可提高本系統(tǒng) 的監(jiān)控精度，較為實用。
[0041] (5)本發(fā)明通過計算高塔機的吊鉤到低塔機的大臂上的點的最小距離，并將該最 小距離與預(yù)設(shè)的閾值進行比較，計算準(zhǔn)確度高，便于判定相關(guān)塔機之間是否會發(fā)生碰撞，使 用可靠；
[0042] (6)本發(fā)明通過計算當(dāng)前塔機吊鉤與其工作范圍內(nèi)的保護區(qū)域邊界上的點之間的 最小距離，并將該最小距離與預(yù)設(shè)的閾值進行比較，計算準(zhǔn)確度高，便于判定相關(guān)塔機與保 護區(qū)域之間是否會發(fā)生碰撞，使用可靠。
[0043] 由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步，其實施 的有益效果也是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】 [0044]
[0045] 圖1為本發(fā)明所述塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。
[0046] 圖2為本發(fā)明在當(dāng)前塔機周圍只有一臺塔機時的當(dāng)前塔吊吊鉤及其相鄰塔機大 臂上的點的平面坐標(biāo)圖示意圖。

【具體實施方式】
[0047] 為便于說明，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0048] 如圖1所示的一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括單機監(jiān)控子系統(tǒng)和多機遠程管理平 臺，單機監(jiān)控子系統(tǒng)包括塔吊信息采集單元和安裝在駕駛室內(nèi)的中控管理單元；塔吊信息 采集單元包括：GPS定位器，安裝在塔機的吊鉤上，用于采集塔機吊鉤位置參數(shù)，并將采集 結(jié)果實時送入控制模塊I，與控制模塊I通過導(dǎo)線連接；GPS手持終端，用于采集當(dāng)前塔機 回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)和當(dāng)前塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)，并將采集結(jié)果實時送入控制模塊 I，與控制模塊I無線連接，且通過zigbee傳輸模塊I實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；控制模塊I，用于 控制GPS定位器與GPS手持終端所采集信息的傳輸，與zigbee傳輸模塊I通過導(dǎo)線連接； zigbee傳輸模塊I，用于向中控管理單元實時傳送上述塔吊信息采集單元采集的信息。中 控管理單元包括：控制模塊II，對單臺塔機進行監(jiān)控，與zigbee傳輸模塊II通過導(dǎo)線連接； zigbee傳輸模塊II，用于接收上述塔吊信息采集單元采集的信息，以及用于與當(dāng)前塔機與 其工作范圍內(nèi)的塔機進行數(shù)據(jù)傳輸；存儲模塊，用于單機監(jiān)控子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲，主要由 鐵磁EEPR0M和大容量可擦寫flash芯片構(gòu)成，能夠長時間進行大數(shù)據(jù)量的信息存儲與讀 取，與控制模塊II通過導(dǎo)線進行連接；顯示模塊，采用8寸顯示器，采用工業(yè)防塵硬屏，并且 具有觸摸功能，便于與控制模塊II進行交互、對塔機現(xiàn)場進行監(jiān)控，與控制模塊II通過導(dǎo)線 相連；GPRS模塊，用于向多機遠程管理平臺發(fā)送單機監(jiān)控信息，并用于傳輸多機遠程管理 平臺下發(fā)的控制指令，與控制模塊II通過導(dǎo)線相連。
[0049] 其中，上述控制模塊I和控制模塊II分別采用STM32F103主控芯片。STM32F103主 控芯片主頻最高到72Mhz，并且使用了 ucosii操作系統(tǒng)，能夠有效的執(zhí)行多任務(wù)的復(fù)雜處 理，并且可縮短開發(fā)時間。
[0050] 其中，所述塔吊信息采集單元還包括用于采集塔機吊載重量的重量傳感器，該重 量傳感器安裝在塔機的吊鉤上，所述重量傳感器與控制模塊I相連。
[0051] 其中，所述中控管理單元還包括報警模塊，該報警模塊連接所述的控制模塊II，主 要由蜂鳴器、語音模塊和報警燈組成，從而便于采用多種途徑進行報警，警示效果好。
[0052] 其中，所述的塔機吊鉤位置參數(shù)包括塔機吊鉤的高度和經(jīng)緯度。
[0053] 其中，所述的多機遠程管理平臺采用監(jiān)控服務(wù)器，用于實時監(jiān)控并控制各單機塔 機的運行狀態(tài)。所述監(jiān)控服務(wù)器采用PC機，由地方部門設(shè)立，專門做安全監(jiān)控的服務(wù)器，能 夠監(jiān)控地區(qū)塔機設(shè)備以及其他設(shè)備，可實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)。
[0054] 其中，所述的中控管理單元還包括時鐘模塊，用于記錄當(dāng)前工作塔機的工作時間， 與控制模塊II通過導(dǎo)線相連，是有效記錄當(dāng)前塔機工作時間的模塊，主要是由DS1302時鐘 芯片構(gòu)成，系統(tǒng)上電后能夠有效讀取當(dāng)前時間信息，從而與工作狀態(tài)相匹配。
[0055] 其中，所述的中控管理單元還包括塔機司機身份采集模塊，包括1C讀卡器，1C讀 卡器與控制模塊II通過導(dǎo)線相連。這可有效防止塔機的無證駕駛，并可對當(dāng)前塔機司機的 違規(guī)操作進行記錄。
[0056] 本發(fā)明的一種塔機安全監(jiān)控方法，包括步驟：
[0057] 1)系統(tǒng)初始化，中控管理單元讀取并存儲顯示模塊輸入的當(dāng)前塔機與周圍塔機碰 撞的預(yù)警距離閾值&和報警距離閾值k 2，以及讀取并存儲顯示模塊輸入的當(dāng)前塔機與其工 作范圍內(nèi)保護區(qū)域碰撞的預(yù)警距離閾值k3和報警距離閾值k 4，其中kpkpo, k4>k3>0 ;
[0058] 2)塔吊信息采集單元通過GPS手持終端采集當(dāng)前塔機與其工作范圍內(nèi)保護區(qū)域 的邊界的交點的GPS坐標(biāo)和該塔機回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)、以及該塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)， 并通過GPS定位器實時采集塔機吊鉤的實際GPS坐標(biāo)，并通過zigbee傳輸模塊I將上述各 GPS坐標(biāo)發(fā)送至當(dāng)前塔機的中控管理單元；
[0059] 3)中控管理單元接收并存儲上述塔吊信息采集單元發(fā)來的信息，并將當(dāng)前塔機回 轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)、大臂末端的GPS坐標(biāo)通過zigbee傳輸模塊II發(fā)送至周圍塔機，并通過 zigbee傳輸模塊II分別實時接收并存儲周圍塔機的中控管理單元發(fā)來的周圍塔機回轉(zhuǎn)中 心的GPS坐標(biāo)和周圍塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)；
[0060] 4)中控管理單元將接收到的各GPS坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)，經(jīng)運算處理，分別 計算并存儲當(dāng)前塔機大臂的長度、周圍塔機大臂的長度、以及當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心與周圍塔 機回轉(zhuǎn)中心的距離，并將當(dāng)前塔機大臂的長度逐一與周圍塔機大臂的長度相加，判斷是否 有相加結(jié)果大于當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心與相關(guān)塔機回轉(zhuǎn)中心的距離的情況，若是，則執(zhí)行步驟 6) ，且執(zhí)行步驟5)，否則執(zhí)行步驟5);
[0061] 5)中控管理單元逐一計算當(dāng)前塔機吊鉤與其工作范圍內(nèi)的保護區(qū)域邊界上的點 之間的最小距離d 2，若d2〈k3，則執(zhí)行步驟7)且繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若k3 < d2〈k4，中控管理單 元通過報警模塊進行保護區(qū)域防碰撞預(yù)警，并控制當(dāng)前塔機降速，同時執(zhí)行步驟7)，并繼續(xù) 執(zhí)行步驟2);若d 2 > k4時，中控管理單元通過報警模塊進行保護區(qū)域防碰撞報警，并控制 當(dāng)前塔機停機，同時執(zhí)行步驟7);
[0062] 6)中控管理單元逐一計算當(dāng)前塔機吊鉤與周圍各相關(guān)塔機大臂上的點之間的最 小距離屯或逐一計算周圍各相關(guān)塔機吊鉤與當(dāng)前塔機大臂上的點之間的最小距離屯，若 ，則執(zhí)行步驟7)且繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若& < ，中控管理單元通過報警模塊進行 塔機防碰撞預(yù)警，并控制當(dāng)前塔機降速，同時執(zhí)行步驟7)，并繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若屯> k2 時，中控管理單元通過報警模塊進行塔機防碰撞報警，并控制當(dāng)前塔機停機，同時執(zhí)行步驟 7) ；
[0063] 7)中控管理單元通過顯示模塊對當(dāng)前單機塔機的工作狀態(tài)進行實時顯示，并將當(dāng) 前塔機的工作狀態(tài)信息通過GPRS傳輸模塊向遠程管理平臺進行實時傳輸。
[0064] 其中，上述步驟4)中所述中控管理單元將接收到的各GPS坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地坐 標(biāo)的方法為：采用WGS-84橢球模型建模，之后通過高斯正算公式轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)。
[0065] 其中，步驟6)中所述的周圍各相關(guān)塔機是指有碰撞關(guān)系的塔機，其大臂長度之和 大于其回轉(zhuǎn)中心之間的距離。
[0066] 其中，所述步驟1)中，在系統(tǒng)初始化時，中控管理單元還讀取通過顯示模塊預(yù)置 的當(dāng)前塔機的塔吊力矩閾值，以及還讀取通過顯示模塊預(yù)置的當(dāng)前塔機的超載預(yù)警距離閾 值g，且有：
[0067] (1)塔吊信息采集單元通過重量傳感器實時采集當(dāng)前塔機實際吊載重量的重量電 壓信號，并將上述重量電壓信號通過zigbee傳輸模塊I發(fā)送給中控管理單元；
[0068] (2)中控管理單元接收并存儲上述塔吊信息采集單元發(fā)來的實際的重量電壓信 號，經(jīng)運算處理，計算出當(dāng)前塔機載重的實際力矩，并將接收到的吊載重量與預(yù)設(shè)的超載預(yù) 警距離閾值g進行比較、且將計算出的上述實際力矩與預(yù)設(shè)的塔吊力矩閾值進行比較，若 實際力矩大于預(yù)設(shè)力矩和/或當(dāng)接收到的當(dāng)前塔機的實際吊載重量大于超載預(yù)警距離閾 值g時，中控管理單元通過報警模塊進行超載報警，同時控制當(dāng)前塔機的吊鉤停止上升，并 執(zhí)行所述的步驟7)，否則繼續(xù)執(zhí)行所述的步驟（1)。
[0069] 其中，所述塔機的工作狀態(tài)包括塔機吊鉤的幅度、高度和塔機吊鉤的吊載重量以 及塔機吊鉤載重的力矩等。所述塔機吊鉤的幅度為塔機吊鉤到其塔身的距離，可通過坐標(biāo) 轉(zhuǎn)化后的塔機吊鉤坐標(biāo)與塔機的回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)求得，或通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后的塔機吊鉤坐標(biāo)與 塔機大臂末端坐標(biāo)求得。
[0070] 本發(fā)明中所涉及的各GPS坐標(biāo)均先通過WGS-84橢球模型建模，之后均高斯投影到 同一平面坐標(biāo)系中進行運算。且上述步驟（5)中計算各最小距離的方法是相同的，分別轉(zhuǎn) 化成點到線段上的點之間的距離進行計算。
[0071] 為便于理解，并結(jié)合實際工作的需要，現(xiàn)設(shè)工地上有一高一低兩相鄰的塔機，且當(dāng) 前塔機為高塔機。以下為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之后，當(dāng)前塔機吊鉤及其相鄰塔機大臂上的點之間的最 小距離的計算原理，示意坐標(biāo)系如圖2所示：
[0072] (1)令當(dāng)前塔機塔身的回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)為A(Xl，yi)、當(dāng)前塔機吊鉤的位置坐標(biāo)為 p(X2, y2)，并令當(dāng)前塔機的相鄰塔機的回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)為β(X3, y3)、當(dāng)前塔機的相鄰塔機的大 臂的末端坐標(biāo)為c (x4, y4)，過P點向當(dāng)前塔機的相鄰塔機的大臂BC或BC延長線所在直線 作垂線，垂足為0(15,7 5),2?08=<1;
[0073] (2)當(dāng)則 α 關(guān) 〇。或 α 關(guān) 180。時，在 APCB 中，設(shè) |PC| =b，|PB| =c，|BC| =p， PD I = d，根據(jù)余弦定理有
[0074]

【權(quán)利要求】
1. 一種塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括單機監(jiān)控子系統(tǒng)和多機遠程管理平臺，其特征在于，單 機監(jiān)控子系統(tǒng)包括塔吊信息采集單元和安裝在駕駛室內(nèi)的中控管理單元；塔吊信息采集單 元包括： GPS定位器，用于采集塔機吊鉤位置參數(shù)，并將采集結(jié)果實時送入控制模塊I，與控制 模塊I通過導(dǎo)線連接； GPS手持終端，用于采集當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)和當(dāng)前塔機大臂末端的GPS坐 標(biāo)，并將采集結(jié)果實時送入控制模塊I，與控制模塊I無線連接； 控制模塊I，用于控制GPS定位器與GPS手持終端所采集信息的傳輸，與zigbee傳輸 模塊I通過導(dǎo)線連接； zigbee傳輸模塊I，用于向中控管理單元實時傳送上述塔吊信息采集單元采集的信 息；中控管理單元包括： 控制模塊II，對單臺塔機進行監(jiān)控，與zigbee傳輸模塊II通過導(dǎo)線連接； zigbee傳輸模塊II，用于接收上述塔吊信息采集單元采集的信息，以及用于與當(dāng)前塔 機與其工作范圍內(nèi)的塔機進行數(shù)據(jù)傳輸； 存儲模塊，用于單機監(jiān)控子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲，與控制模塊II通過導(dǎo)線進行連接； 顯示模塊，與控制模塊II進行交互，對塔機現(xiàn)場進行監(jiān)控，與控制模塊II通過導(dǎo)線相 連； GPRS模塊，用于向多機遠程管理平臺發(fā)送單機監(jiān)控信息，并用于傳輸多機遠程管理平 臺下發(fā)的控制指令，與控制模塊II通過導(dǎo)線相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述塔吊信息采集單元還 包括用于采集塔機吊載重量的重量傳感器，該重量傳感器安裝在塔機的吊鉤上，所述重量 傳感器與控制模塊I相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述中控管理單元還包括 報警模塊，該報警模塊連接所述的控制模塊Π 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的塔機吊鉤位 置參數(shù)包括塔機吊鉤的高度和經(jīng)緯度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的多機遠程管 理平臺采用監(jiān)控服務(wù)器，用于實時監(jiān)控各單機塔機的運行狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的中控管理單 元還包括時鐘模塊，用于記錄當(dāng)前工作塔機的工作時間，與控制模塊II通過導(dǎo)線相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的中控管理單 元還包括塔機司機身份采集模塊，包括1C讀卡器，1C讀卡器與控制模塊II通過導(dǎo)線相連。
8. -種使用權(quán)利要求3所述塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的塔機安全監(jiān)控方法，其特征在于，包 括步驟： 1) 系統(tǒng)初始化，中控管理單元讀取并存儲顯示模塊輸入的當(dāng)前塔機與周圍塔機碰撞的 預(yù)警距離閾值&和報警距離閾值k2，以及讀取并存儲顯示模塊輸入的當(dāng)前塔機與其工作范 圍內(nèi)保護區(qū)域碰撞的預(yù)警距離閾值k 3和報警距離閾值k4，其中kpkpo, k4>k3>0 ; 2) 塔吊信息采集單元通過GPS手持終端采集當(dāng)前塔機與其工作范圍內(nèi)保護區(qū)域的邊 界的交點的GPS坐標(biāo)和該塔機回轉(zhuǎn)中心的GPS坐標(biāo)、以及該塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)，并通 過GPS定位器實時采集塔機吊鉤的實際GPS坐標(biāo)，并通過zigbee傳輸模塊I將上述各GPS 坐標(biāo)發(fā)送至當(dāng)前塔機的中控管理單元； 3) 中控管理單元接收并存儲上述塔吊信息采集單元發(fā)來的信息，并將當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn) 中心的GPS坐標(biāo)、大臂末端的GPS坐標(biāo)通過zigbee傳輸模塊II發(fā)送至周圍塔機，并通過 zigbee傳輸模塊II分別實時接收并存儲周圍塔機的中控管理單元發(fā)來的周圍塔機回轉(zhuǎn)中 心的GPS坐標(biāo)和周圍塔機大臂末端的GPS坐標(biāo)； 4) 中控管理單元將接收到的各GPS坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)，經(jīng)運算處理，分別計算 并存儲當(dāng)前塔機大臂的長度、周圍塔機大臂的長度、以及當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心與周圍塔機回 轉(zhuǎn)中心的距離，并將當(dāng)前塔機大臂的長度逐一與周圍塔機大臂的長度相加，判斷是否有相 加結(jié)果大于當(dāng)前塔機回轉(zhuǎn)中心與相關(guān)塔機回轉(zhuǎn)中心的距離的情況，若是，執(zhí)行步驟6)，且執(zhí) 行步驟5)，否則執(zhí)行步驟5); 5) 中控管理單元逐一計算當(dāng)前塔機吊鉤與其工作范圍內(nèi)的保護區(qū)域邊界上的點之間 的最小距離d2，若d2〈k 3，則執(zhí)行步驟7)且繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若k3 < d2〈k4，中控管理單元通 過報警模塊進行保護區(qū)域防碰撞預(yù)警，并控制當(dāng)前塔機降速，同時執(zhí)行步驟7)，并繼續(xù)執(zhí)行 步驟2);若d 2 > k4時，中控管理單元通過報警模塊進行保護區(qū)域防碰撞報警，并控制當(dāng)前 塔機停機，同時執(zhí)行步驟7); 6) 中控管理單元逐一計算當(dāng)前塔機吊鉤與周圍各相關(guān)塔機大臂上的點之間的最小距 離屯或逐一計算周圍各相關(guān)塔機吊鉤與當(dāng)前塔機大臂上的點之間的最小距離屯，若d^ki， 則執(zhí)行步驟7)且繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若& < ，中控管理單元通過報警模塊進行塔機防 碰撞預(yù)警，并控制當(dāng)前塔機降速，同時執(zhí)行步驟7)，并繼續(xù)執(zhí)行步驟2);若屯> k2時，中控 管理單元通過報警模塊進行塔機防碰撞報警，并控制當(dāng)前塔機停機，同時執(zhí)行步驟7); 7) 中控管理單元通過顯示模塊對當(dāng)前單機塔機的工作狀態(tài)進行實時顯示，并將當(dāng)前塔 機的工作狀態(tài)信息通過GPRS傳輸模塊向遠程管理平臺進行實時傳輸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的塔機安全監(jiān)控方法，其特征在于：所述步驟1)中，在系統(tǒng)初 始化時，中控管理單元還讀取通過顯示模塊預(yù)置的當(dāng)前塔機的塔吊力矩閾值，且還讀取通 過顯示模塊預(yù)置的當(dāng)前塔機的超載預(yù)警距離閾值g，且有： (1) 塔吊信息采集單元通過重量傳感器實時采集當(dāng)前塔機實際吊載重量的重量電壓信 號，并將上述重量電壓信號通過zigbee傳輸模塊I發(fā)送給中控管理單元； (2) 中控管理單元接收并存儲上述塔吊信息采集單元發(fā)來的實際的重量電壓信號，經(jīng) 運算處理，計算出當(dāng)前塔機載重的實際力矩，并將接收到的吊載重量與預(yù)設(shè)的超載預(yù)警距 離閾值g進行比較、且將計算出的上述實際力矩與預(yù)設(shè)的塔吊力矩閾值進行比較，若實際 力矩大于預(yù)設(shè)力矩和/或當(dāng)接收到的當(dāng)前塔機的實際吊載重量大于超載預(yù)警距離閾值g 時，中控管理單元通過報警模塊進行超載報警，同時控制當(dāng)前塔機的吊鉤停止上升，并執(zhí)行 所述的步驟7)，否則繼續(xù)執(zhí)行所述的步驟（1)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的塔機安全監(jiān)控方法，其特征在于，上述步驟4)中所述中控管 理單元將接收到的各GPS坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)的方法為：采用WGS-84橢球模型建模， 之后通過高斯正算公式轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo)。
【文檔編號】B66C23/88GK104058343SQ201410255644
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】崔志先, 白桂恒, 曹志紅, 張涌 申請人:山東瑞魯機電設(shè)備有限公司