塔机监控系统、方法和塔机

技术领域

本公开涉及工程机械领域，尤其涉及一种塔机监控系统、方法和塔机。

背景技术

塔式起重机，简称塔机，是工业建筑必备的施工机械之一，广泛应用在电力建设、民用建筑、大型施工现场。塔机具有起升高度高、作业范围广、施工效率高等诸多优点，特别是大型塔机，在大型建设项目中不可或缺。

目前塔机行业存在多种痛点，一是安全，驾驶室高，攀爬困难，现场环境复杂，存在碰撞隐患；二是吊装质量，动作不够精准，回转摆动大；三是效率，塔机多司机少，更换塔机施工需爬上爬下，极大影响施工效率；四是成本，司机越来越难找，人工成本和时间成本越来越高。

在针对塔机操控方式相关技术研究中，远程遥控是其重要组成部分之一，也是行业内重点研究的任务。针对一些复杂的施工环境，通过遥控方式减轻操作人员的工作量以及提高工作效率，首先要解决的就是施工环境场景的获取。

远程遥控中，对于摄像头的布局和视频质量及数据传输实时性要求较高。如果监控设备布局不合理，一方面会导致驾驶员不能适应远程操控，二是过大的盲区会给操作塔机带来较大的安全隐患。因此开发一套智能的塔机监控系统势在必行。

发明内容

本公开要解决的一个技术问题是，提供一种塔机监控系统、方法和塔机，能够在满足吊装效率的同时，规避操作人员的现场施工人员的作业风险。

根据本公开一方面，提出一种塔机监控系统，包括：环视监控系统，被配置为获取塔机周围视频信息；卷扬监控系统，被配置为监测塔机的卷扬状态信息；吊钩跟踪系统，被配置为动态捕捉塔机的吊钩信息；防碰撞系统，被配置为监测多个塔机之间的姿态信息；以及控制系统，被配置为对环视监控系统、卷扬监控系统、吊钩跟踪系统和防碰撞系统的信息进行交互、处理和显示。

在一些实施例中，环视监控系统包括：第一图像采集装置，被配置为采集塔机的驾驶室正前方的图像信息；第二图像采集装置，被配置为采集塔机的驾驶室正前方的图像信息，其中，第二图像采集装置与第一图像采集装置之间具有预定角度；第三图像采集装置，被配置为采集塔机的驾驶室右侧的图像信息；第四图像采集装置，被配置为采集塔机的驾驶室左侧的图像信息；第五图像采集装置，被配置为采集塔机的驾驶室左后方的图像信息；以及第六图像采集装置，被配置为采集塔机的驾驶室右后方的图像信息。

在一些实施例中，卷扬监控系统包括：第七图像采集装置，被配置为采集塔机的卷扬钢丝绳的图像信息；乱绳识别装置，被配置为根据第七图像采集装置发送的图像信息，判断是否存在乱绳，在存在乱绳的情况下，生成乱绳信号和音频信号。

在一些实施例中，吊钩跟踪系统包括：第一传感器，被配置为采集塔机的小车幅度信息；第二传感器，被配置为采集塔机的吊钩高度信息；以及第八图像采集装置，被配置为采集塔机的吊钩的图像信息。

在一些实施例中，防碰撞系统包括：无线收发装置，被配置为获取其他塔机的参数；以及风险判断装置，被配置为根据自身的参数与其他塔机的参数，计算出塔机之间的相对位置，根据塔机之间的相对位置，判断塔机是否存在碰撞风险。

在一些实施例中，控制系统包括：控制装置，被配置为接收环视监控系统、卷扬监控系统和吊钩跟踪系统发送的图像信息以及通过传感器获取塔机状态参数信息，并将图像信息和塔机状态参数信息发送至图像显示装置；图像显示装置，被配置为显示各个图像信息以及塔机状态参数信息。

在一些实施例中，控制系统包括：控制装置，被配置为根据乱绳信号，生成塔机的启停控制指令，以及将图像信息和音频信号发送至报警处理装置；以及报警处理装置，被配置为根据图像信息和音频信号进行预警处理。

在一些实施例中，控制系统包括：控制装置，被配置为根据小车幅度信息和吊钩高度信息，计算塔机的臂头与吊钩的连线，与臂架之间的夹角，并将夹角发送至上位机；上位机，被配置为根据夹角控制第八图像采集装置的角度。

在一些实施例中，控制系统包括：控制装置，被配置为接收风险判断装置发送的风险判断结果，根据风险判断结果控制塔机的启停动作，以及在风险判断结果为有风险的情况下，将风险信息发送至报警处理装置；以及报警处理装置，被配置为根据风险信息进行报警处理。

在一些实施例中，控制系统包括：视角切换模块，被配置为根据塔机状态参数信息，切换图像显示装置中的主视角图像。

根据本公开的另一方面，还提出一种塔机，包括：上述的塔机监控系统。

在一些实施例中，一种塔机监控方法，包括：获取塔机周围视频信息；监测塔机的卷扬状态信息；动态捕捉塔机的吊钩信息；监测多个塔机之间的姿态信息；根据塔机周围视频信息、塔机的卷扬状态信息、吊钩信息和多个塔机之间的姿态信息，确定塔机的状态。

本公开实施例中，通过合理布局图像采集装置，通过塔机端传回的全方位视频影像，便于操作人员在远程操控塔机时，对作业现场进行全面的判断，同时辅以吊钩跟踪及卷扬监控等辅助功能，在吊装货物时可有效判别塔机的工作状态，从而能够在满足吊装效率的同时，规避操作人员的现场施工人员的作业风险。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本公开的塔机监控系统的一些实施例的结构示意图；

图2为本公开的塔机监控系统的图像采集装置的布置图；

图3为本公开的驾驶室前方视场角俯视图；

图4为本公开的驾驶室前方视场角主观图；

图5为本公开的驾驶室后方视场角俯视图；

图6为本公开的驾驶室全方位视场角主视图；

图7为本公开的视频显示布局图；

图8为本公开的吊钩跟踪示意图；以及

图9为本公开的塔机监控方法的一些实施例的流程示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

图1为本公开的塔机监控系统的一些实施例的结构示意图。该塔机监控系统包括环视监控系统110、卷扬监控系统120、吊钩跟踪系统130、防碰撞系统140和控制系统150。

环视监控系统110被配置为获取塔机周围视频信息。

在一些实施例中，该环视监控系统110以网络摄像头为核心，获取塔机监控系统所需的机身周围视频信息。

如图2，该环视监控系统110包括第一图像采集装置1、第二图像采集装置2、第三图像采集装置3、第四图像采集装置4、第五图像采集装置5和第六图像采集装置6。其中，第一图像采集装置1、第二图像采集装置2、第三图像采集装置3、第四图像采集装置4、第五图像采集装置5和第六图像采集装置6例如为摄像头。通过分布于塔机驾驶室周围的六路摄像头，并且每个摄像头都可以跟随驾驶室移动，通过环视布置，可有效获取塔机驾驶室周围360°视场范围。

第一图像采集装置1被配置为采集塔机的驾驶室正前方的图像信息。例如，1号摄像头，布置于驾驶室正前方，主要用于观察前方视野。第二图像采集装置2被配置为采集塔机的驾驶室正前方的图像信息，其中，第二图像采集装置2与第一图像采集装置1之间具有预定角度。例如，2号摄像头，布置于驾驶室正前方，主要用于观察前方视野。如图3所示，为驾驶室前方视场角俯视图，如图4所示，为驾驶室前方视场角主观图。

在一些实施例中，第一图像采集装置1和第二图像采集装置2为枪机摄像头。例如选用小焦距广角摄像头，在机械结构上进行角度调节时，需要让这两个摄像头之间的视场角有重叠部分，通过图像拼接的形式将两个摄像头的视频信号显示在同一个窗口上。考虑摄像头的水平视场角、垂直视场角、焦距等参数，两摄像头之间，在进行布局时，两枪机摄像头之间呈一定角度固定安装，例如在垂直方向上呈一定的夹角布置，通过该布置方式，操作者可观测出驾驶室垂直面超过90°的视野。在视频数据传输时，两枪机摄像头的2路视频流信息进行拼接后合并为1路视频流传输到控制系统，在图像显示装置上予以显示，由于第一图像采集装置1和第二图像采集装置2布置于驾驶室的正前方，因此为塔机监控系统的主视角。

第三图像采集装置3被配置为采集塔机的驾驶室右侧的图像信息。例如，3号摄像头，布置于驾驶室右侧，获取驾驶室右侧的视野。第四图像采集装置4被配置为采集塔机的驾驶室左侧的图像信息。例如，4号摄像头，布置于驾驶室左侧，获取驾驶室左侧的视野。

第三图像采集装置3、第四图像采集装置4为球机，可进行水平与垂直方向的调节，用于弥补第一图像采集装置1和第二图像采集装置2的左右盲区。当塔机驾驶员在塔上作业时，其在观测吊装货物的同时，还会通过用眼睛的余光来观测塔架的状态，结合该习惯，使用第一图像采集装置1和第二图像采集装置2将塔机驾驶室正前方垂直的视野呈现在画面上，并辅以第三图像采集装置3、第四图像采集装置4的左右视场，有效增加了操作体验感。

第五图像采集装置5被配置为采集塔机的驾驶室左后方的图像信息。例如，5号摄像头，布置于驾驶室左后方，获取驾驶室左后方视野。第六图像采集装置6被配置为采集塔机的驾驶室右后方的图像信息。6号摄像头，布置于驾驶室右后方，获取驾驶室右后方视野。如图5所示，为驾驶室后方视场角俯视图，可覆盖驾驶室后方180°视野，在视频监控中起到辅助的作用。

在一些实施例中，第一图像采集装置1、第二图像采集装置2、第三图像采集装置3、第四图像采集装置4、第五图像采集装置5和第六图像采集装置6汇集在同一交换机上，交换机通过无线模块发送至控制系统，例如发送至控制系统的工控机。

卷扬监控系统120被配置为监测塔机的卷扬状态信息。例如，卷扬监控系统120通过图像处理与语音报警的形式实现乱绳的识别与监测。

在一些实施例中，卷扬监控系统120包括第七图像采集装置7和乱绳识别装置，第七图像采集装置7设置在塔机的臂尾处，被配置为采集塔机的卷扬钢丝绳的图像信息，乱绳识别装置被配置为根据第七图像采集装置发送的图像信息，判断是否存在乱绳，在存在乱绳的情况下，生成乱绳信号和音频信号，并将乱绳信号和音频信号发送至控制系统150。通过与第五图像采集装置5和第六采集装置7配合，能够及时发现乱绳现象。该第七图像采集装置7选用低延时大焦距摄像头，在保证实时性的同时，还需获取高质量视频，便于机器视觉算法的运行，同时在操控端也会得到清晰可见的卷扬视频。

吊钩跟踪系统130被配置为动态捕捉塔机的吊钩信息。

在一些实施例中，吊钩跟踪系统130包括第一传感器、第二传感器和第八图像采集装置8。第一传感器被配置为采集塔机的小车幅度信息；第二传感器被配置为采集塔机的吊钩高度信息；第八图像采集装置8被配置为采集塔机的吊钩的图像信息。第八图像采集装置8例如为球机摄像头，俯仰角度为0-90°。第八图像采集装置8实现对吊钩的自动捕捉即吊钩跟踪功能，使得吊钩及其吊装物始终处于视频监控画面中。

防碰撞系统140被配置为监测多个塔机之间的姿态信息。例如，防碰撞系统140用于塔机之间的姿态监测与碰撞预警。

在一些实施例中，防碰撞系统140包括无线收发装置和风险判断装置。无线收发装置被配置为获取其他塔机的参数；风险判断装置被配置为根据自身的参数与其他塔机的参数，计算出塔机之间的相对位置，根据塔机之间的相对位置，判断塔机是否存在碰撞风险。

例如，防碰撞系统140通过无线收发装置实现塔机吊钩高度、小车幅度、臂架回转角度、塔机运行档位等塔机参数的传递，选取一个塔机为坐标原点，建立坐标系，每个塔机均处于坐标系中，通过获取的信息使用坐标转换计算出每个塔机部件坐标点，以此来获取塔机之间的相对位置，利用位置信息判断出塔机是否存在碰撞风险隐患。

控制系统150被配置为对环视监控系统、卷扬监控系统、吊钩跟踪系统和防碰撞系统的信息进行交互、处理和显示。

在上述实施例中，通过合理布局图像采集装置，通过塔机端传回的全方位视频影像，便于操作人员在远程操控塔机时，对作业现场进行全面的判断，同时辅以吊钩跟踪及卷扬监控等辅助功能，在吊装货物时可有效判别塔机的工作状态，本方案能够最大程度地接近塔机驾驶员在塔上的操作体验。

相关技术中，摄像头多数布置在臂架或者机架上，由于塔机的特殊结构，采用此布局方式会对整个操控视场带来较大的盲区，未能结合驾驶员操作习惯进行设计，操作体验感较差。而本公开中，如图6所示，通过8路摄像头，可实现360°全方位监控，保证作业场景的全面监测，使得驾驶员在地面控台操控塔机时可全方位多角度观察塔机的运行情况，降低驾驶员的操作复杂度。

在本公开的一些实施例中，控制系统150包括控制装置和图像显示装置，其中，控制装置被配置为接收环视监控系统、卷扬监控系统和吊钩跟踪系统发送的图像信息以及通过传感器获取塔机状态参数信息，并将图像信息和塔机状态参数信息发送至图像显示装置；图像显示装置被配置为显示各个图像信息以及塔机状态参数信息。图像显示装置例如为人机交互界面。

控制装置包括控制器和工控机，其中，如果摄像头为无线摄像头，各个无线摄像头将采集的图像信息同步接入到驾驶室交换机上，经通信模块发送至工控机，工控机接收各个图像信息，并将图像信息发送至控制器，同时控制器能够得到塔机状态参数，并将该塔机状态参数发送给工控机，由工控机实现主视场角的视频窗口切换。

如图7所示，显示8个子窗口，根据摄像头安装位置和视场分为主视角、左前视角、右前视角、左后视角、右后视角、卷扬监控视角、吊钩跟踪视角、塔机状态信息参数，每个视角窗口独立的显示在图像显示装置上。主视角默认视频通道为塔机驾驶室正前方的两路摄像头拼接的视频，各视角之间的相对位置和排布可根据操作人员操作习惯和作业场景调节。控制系统通过判别当前塔机工况参数，切换主视角所显示摄像头的通道编号，辅以主视角下方的塔机状态信息参数窗口，使得操控人员实时得到有效的塔机视频和状态信息。

通过合理地布局监控设备，最大程度的还原塔机驾驶员在塔上驾驶室的作业场景，可有效解决塔机的操控问题。

在一些实施例中，该控制系统还包括视角切换模块，被配置为根据塔机状态参数信息，切换图像显示装置中的主视角图像。例如，在操控人员进行货物起升、变幅动作时，主视角显示1、2摄像头拼接的视频可观测到整个作业场景。在操控人员左回转操作时，主视角显示4、5号摄像头拼接视频，可通过主视角观测到左侧场景；在操控人员右回转操作时，主视角显示3、6号摄像头拼接视频，可通过主视角观测到右侧场景；塔机状态信息参数布局在主视角正下方，操作人员可方便获取塔机当前的运行状态。

再例如，在一台塔机正常工作时，塔身高度、臂长都是固定的，因此在图像显示装置上，操作人员所看到的视场角及画面中的要素大小也是相对固定的；当塔机进行顶升作业时，塔身的高度也随之变化，这时图像显示装置上的视场角和画面要素的大小也发生变化。在塔身本体产生变化时，视角切换模块通过调整摄像头焦距和角度可在图像显示装置上始终显示固定视场角的观测范围。当系统运行时，会自动监测当前塔身参数与预先存储的数据进行比对，若两者不同，由控制器将差异值传输至工控机，工控机利用插值、查表的方式计算出摄像头所需调整的焦距和角度，摄像头收到该信号后做出相应地调整。

在本公开的一些实施例中，控制系统150还包括报警处理装置，其中，控制装置被配置为根据乱绳信号，生成塔机的启停控制指令，以及将图像信息和音频信号发送至报警处理装置；报警处理装置被配置为根据图像信息和音频信号进行预警处理。例如，工控机将乱绳信号转化为总线的形式发送控制器，由控制器决策塔机的启停控制指令，同时工控机将视频信息与音频信息通过无线信号的形式发送至操控端，在操控端予以报警提醒。

例如，在遇到卷扬乱绳时，无需驾驶员主动观测，该系统本身会触发报警信息，并以音频的形式传回至地面操控室。加上5号枪机摄像头、6号枪机摄像头在视频监控中的辅助的作用，可覆盖驾驶室后方180°视野。报警信息的优先级等级为最高，在控制器接收到报警信息后，会触发操控台控制面板的急停信号，设置一塔机动作减速曲线，在急停信号响应后，塔机会沿着设定的减速曲线缓慢停止。

在本公开的一些实施例中，控制系统150还包括上位机，其中，控制装置被配置为根据小车幅度信息和吊钩高度信息，计算塔机的臂头与吊钩的连线，与臂架之间的夹角，并将夹角发送至上位机；上位机被配置为根据夹角控制第八图像采集装置的角度。

例如，控制器运用三角函数公式计算出臂头-吊钩连线与臂架之间夹角，该夹角的范围不超过90°，可与俯仰角度为0-90°的8号球机摄像头相匹配。控制器将计算出的臂头-吊钩连线与臂架夹角经过CAN总线转为网络信号后，使用无线的形式发送至工控机，工控机再经过无线形式控制8号球机摄像头的转角。

如图8所示，在吊钩跟踪实现过程中，8号摄像机将采集的图像信息同步接入到驾驶室交换机上，经通信模块发送至工控机，工控机接收各个图像信息，并将图像信息发送至控制器，控制器计算出当前吊钩的位置，经由CAN/LAN模块以及交换机，将该信号传给上位机软件，上位机软件解析出8号摄像头所需转角、焦距、倍率后，将此信号通过交换机发送给8号摄像头，同时摄像头会将实际转角、焦距、倍率反馈到上位机软件上，便于操作人员调试与使用。

相关技术中，使用平板控制器来实现吊钩的追踪，一方面增加了整套系统的复杂度，另一方面也额外增加了使用成本。而该实施例中，使用上位机软件实现吊钩跟踪功能，并且只需增加1路8号摄像头即可，其实现过程均已集成在塔机整套视频监控软件中，无需额外的硬件设备，降低了成本。

在本公开的另一些实施例中，控制装置被配置为接收防碰撞系统的风险判断装置发送的风险判断结果，根据风险判断结果控制塔机的启停动作，以及在风险判断结果为有风险的情况下，将风险信息发送至报警处理装置；以及报警处理装置被配置为根据风险信息进行报警处理。

例如，每台塔机上布置一个无线数传电台，多个数传电台通过自组网形式实现连接，在塔机坐标点确定以后，经过坐标转换与角度补偿等方式确定塔身每个关键点的位置信息，如吊钩、臂头、臂宽、塔高等参数，通过这些参数建立拓扑结构，设置碰撞危险区，在遇到危险报警时，会立刻给控制器发送指令，控制器对危险预警做出急停操作，关闭塔机动作输出。

上述实施例中，当操作人员在远程操控塔机时，可通过塔机端传回的全方位视频影像及主视角的实时切换、以及作业参数、预警状况等数据对作业现场进行全面的判断，同时辅以吊钩跟踪功能，在吊装货物时可有效判别当前被吊物的状态。塔机下操控人员可全方位有效的掌握整个塔机的工作环境，提升塔机操控的智能性，提高了吊装效率，降低操作人员的现场施工人员的作业风险。

在本公开的一些实施例中，保护一种塔机，该塔机包括上述实施例中的塔机监控系统。本公开的塔机在满足吊装效率的同时，还可规避操作人员的现场施工人员的作业风险。

图9为本公开的塔机监控方法的一些实施例的流程示意图。

在步骤910，获取塔机周围视频信息。

在一些实施例中，获取塔机周围视频信息包括：获取塔机的驾驶室正前方的图像信息；获取塔机的驾驶室右侧的图像信息；获取塔机的驾驶室左侧的图像信息；获取塔机的驾驶室左后方的图像信息；以及获取塔机的驾驶室右后方的图像信息。

在步骤920，监测塔机的卷扬状态信息。

在一些实施例中，监测塔机的卷扬状态信息包括：获取塔机的卷扬钢丝绳的图像信息；根据卷扬钢丝绳的图像信息，判断是否存在乱绳；在存在乱绳的情况下，生成乱绳信号和音频信号，根据乱绳信号，生成塔机的启停控制指令；以及根据图像信息和音频信号进行预警处理。

在步骤930，动态捕捉塔机的吊钩信息。

在一些实施例中，动态捕捉塔机的吊钩信息包括：获取塔机的小车幅度信息和吊钩高度信息以及塔机的吊钩的图像信息。

在步骤940，监测多个塔机之间的姿态信息。

在一些实施例中，监测多个塔机之间的姿态信息包括：获取其他塔机的参数；以及根据自身的参数与其他塔机的参数，计算出塔机之间的相对位置，根据塔机之间的相对位置，判断塔机是否存在碰撞风险。

在步骤950，根据塔机周围视频信息、塔机的卷扬状态信息、吊钩信息和多个塔机之间的姿态信息，确定塔机的状态。

在一些实施例中，将环视监控系统、卷扬监控系统和吊钩跟踪系统发送的图像信息以及通过传感器获取塔机状态参数信息显示在图像显示装置上。

在一些实施例中，根据塔机状态参数切换图像显示装置中的主视图。

在一些实施例中，根据乱绳信号，生成塔机的启停控制指令，以及根据图像信息和音频信号进行预警处理。

在一些实施例中，根据小车幅度信息和吊钩高度信息，计算塔机的臂头与吊钩的连线，与臂架之间的夹角，并将夹角发送至上位机，上位机根据夹角控制第八图像采集装置的角度。

在一些实施例中，在塔机存在碰撞风险的情况下，控制塔机停止运行，并进行风险报警。

在上述实施例中，通过上述塔机监控方法，塔下操控人员可全方位有效的掌握整个塔机的工作环境，提升塔机操控的智能性。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。