塔机顶升拆卸过程安全信息化监管系统与方法

技术领域

本发明涉及施工现场塔机生命周期的顶升和拆卸过程安全监控技术领域，具体涉及塔机顶升拆卸过程安全信息化监管系统，还涉及塔机顶升拆卸过程安全信息化监管方法。

背景技术

建筑工程塔机是建筑工地，尤其是高层建筑必不可少的大型起重机械。按照塔机进入项目时间进行阶段分类，可以分为选型定位、基础、安装、使用、顶升、拆卸等六个阶段。由于塔机工作重心高、起重载荷大、运行速度快，因此塔机在工作中蕴藏较多的危险因素；据行业内相关统计数据表明，安装、使用、顶升、拆卸阶段是塔机事故的高发阶段，由于顶升和拆卸为两个互为可逆的阶段，面临风险源相似，习惯将两个阶段合成一个阶段，即安拆阶段；在以往出现的几个事故高发阶段中，使用阶段事故的发生率最高，安拆阶段次之。

目前安拆阶段事故的预防主要依靠管理手段，主要有监督塔机设备安全性检查和安拆人员资质审查的严格执行，但对安拆过程中的不规范操作缺乏有效监督，且由于部分管理人员的不规范管理或疏忽大意，导致设备不安全和无证安拆人员操作造成的安拆事故仍时有发生。

为此，亟需开发一套塔机在顶升/拆卸过程中的安全信息化监控系统，监督安拆前相关设备安全和安拆人员资质检查，监测安拆过程中关键风险源，并对安拆人员提供操作帮助，从而减少事故的发生，提高塔机的安全性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种塔机顶升拆卸过程中的安全监管装置与方法，以解决上述背景技术中存在的塔机在顶升或拆卸过程中安拆人员的违规操作及在岗安全员没有履行安全职责的问题。

本发明提供的一方面采用的技术方案为：塔机顶升拆卸过程安全信息化监管系统，主要包括包括地面端和塔机端，塔机端包括中央处理器单元，其中：

中央处理器单元与塔机无线桥接模块连接，通过塔机无线桥接模块将中央处理器单元与地面端连接；

中央处理器单元与塔机录像机单元和塔机电源电路连接，通过塔机电源电路为中央处理器单元、塔机录像机单元、塔机无线桥接模块供电；

中央处理器单元通过无线通信与摄像机和多个传感器连接，中央处理单元将摄像机采集的视频、多个传感器的数据通过塔机无线桥接模块传输至地面端。

为了实现上述目的，进一步地，塔机电源电路包括塔机供电单元和塔机电池模块，塔机供电单元经过中央处理器单元为塔机电池模块充电，通过塔机供电单元为中央处理器单元、录像机单元和塔机无线桥接模块供电。

本发明的进一步优选方案为：摄像机包括套架左摄像单元，用于拍摄左侧回转下支座与标准节连接点和左侧回转下支座与套架连接点；套架右摄像单元，用于拍摄右侧回转下支座与标准节连接点和右侧回转下支座与套架连接点；前桥摄像单元，用于在前桥拍摄套架工作面；后桥摄像单元，用于在后桥拍摄套架工作面。

本发明的进一步优选方案为：多个传感器包括倾角回转角传感器，设在塔机的回转工作面，用于测量塔机的回转角度和倾斜角度；顶升高度传感器，设在塔机液压缸工作面，用于测量液压缸的高度；滚轮过冲传感器，设在外套架工作面，用于检测顶升过程中滚轮是否过冲；标准节在位传感器，设在外套架工作面，用于检测标准节的在位状态；安全插销在位传感器，设在液压缸工作面，用于检测安全插销是否插入；横梁/锁靴在位传感器，设在液压缸工作面，用于检测横梁/锁靴是否在位。

本发明的进一步优选方案为：地面端包括地面充电单元、地面供电单元和地面电池模块，地面充电单元经过地面供电单元为地面电池模块充电。

本发明的进一步优选方案为：地面端还包括地面显示单元、地面4G无线模块和地面无线桥接模块，其中：

地面电池模块通过地面供电单元为地面4G无线模块和地面无线桥接模块供电；地面显示单元通过无线通信与地面4G无线模块连接，接收并显示通过地面无线桥接模块传输的信号。

本发明提供的另一方面的技术方案为：塔机顶升拆卸过程安全信息化监管方法，包括以下步骤：

S1：将中央处理器单元通过无线通信连接至套架左摄像单元、套架右摄像单元，获取到下支座与套架、下支座与标准节连接点的图像，并进行图像处理；

S2：中央处理器单元通过无线通信获取多个传感器测量滤波后的数据；

S3：中央处理器单元根据上述步骤S1-S2中对处理后图像的识别结果、多个传感器的状态或测量数据判断所在顶升/拆卸阶段和异常报警；

S4：如状态或测量数据正常，系统按照配平、顶升/拆卸、引入/引出标准节、回落会转下支座的流程操作，反复此流程直至结束塔机顶升或拆卸任务；

S5：完成塔机顶升或拆卸任务，结束验收。

进一步地，步骤S2中，获取的多个传感器测量滤波后的数据具体如下：

安全插销在位传感器和横梁/锁靴在位传感器测量滤波后的漫反射数据，顶升高度传感器测量滤波后的液压缸高度数据，滚轮过冲传感器测量滤波后的超声波反射数据，倾角回转角传感器测量滤波后的倾角数据和回转角数据，标准节在位传感器测量滤波后的漫反射数据。

进一步地，步骤S3中，判断所在顶升拆卸阶段和异常报警包括配平阶段、顶升阶段和拆卸阶段，具体为：

S31：配平阶段

1)横梁型塔机：通过安全插销在位传感器和横梁/锁靴在位传感器回传在位状态，如不在位会进行异常报警；

2)挂靴锁靴型塔机：通过安全插销在位传感器回传在位状态，如不在位会进行异常报警，通过横梁/锁靴在位传感器回传在位状态，如在位会进行异常报警；

S32：顶升阶段，液压缸的高度数据大于130cm且数据不再变化

1)横梁型塔机：解除安全插销，回收横梁；

2)挂靴锁靴型塔机：解除安全插销，松开锁指环放下锁靴，回收横梁；

重复上述步骤S31-S32的动作，移近一个标准节的高度，直至完成此次顶升任务；

S33：拆卸阶段

1)横梁型塔机：液压缸伸长至需拆卸的下一节标准节，配平完成准备移出标准节；

2)挂靴锁靴型塔机：液压缸伸长至需拆卸的下一节标准节，配平完成准备移出标准节；

重复以上拆卸过程至移出一节标准节，直至完成此次拆卸任务。

本发明的技术方案与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1、本发明的塔机顶升拆卸过程安全信息化监管系统，对于回转下支座和标准节、回转下支座和套架的关键点固定连接均采用AI算法技术，可以实现对这些关键点图像或数据的实时采集，仅需安装固定好摄像机即可实现全方位、多角度的采集，不需要人员的跟进，节省人力成本的同时还能够提高整体的工作效率。

2、本发明的塔机顶升拆卸过程安全信息化监管系统，能够通过多个传感器对顶升过程中其他的关键点液压缸高度、横梁/锁靴是否在位、安全插销是否在位、标准节是否在位、顶升是否出现过冲以及顶升过程中塔机倾角和回转是否异常进行实时检测，经过融合解算，对检测出的危险状态进行报警进而提示当前的危险操作，并且可以提示下一步的流程，预防违规操作的发生和施工现场的安全疏忽。

3、本发明的塔机顶升拆卸过程安全信息化监管系统，利用无线通信技术将中央处理器单元与多个传感器进行连接，方便工作人员安装，有效解决布线过乱和安装时间的问题，同时多个传感器均为单独分布，模块化设计便于安装，且有利于定期维护与更换，用户可以根据自身要求及现场环境等因素灵活选择安装，且能在使用过后将结构件留在塔机上，极大的缩减了下一次的安装时间。

本发明提出的系统填补了市场的空白，减小了在顶升/拆卸过程中的危险操作，能够有效确保项目现场的人身安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍。

图1是本发明的顶升拆卸过程安全信息化监管系统的整体框图；

图2是本发明的顶升拆卸过程中配平阶段的流程图；

图3是本发明的顶升拆卸过程中顶升阶段的流程图；

图4是本发明的顶升拆卸过程中拆卸阶段的流程图；

图5是本发明的顶升拆卸过程中结束阶段的流程图；

图6是本发明的顶升拆卸过程中数据传输至平台端框图。

图中，1.地面充电单元，2.地面供电单元，3.地面电池模块，4.地面显示单元，5.地面4G无线模块，6.地面无线桥接模块，7.塔机无线桥接模块，8.塔机录像机单元，9.塔机供电单元，10.塔机电池模块，11.塔机中央处理器单元，12.套架左像摄像单元，13.套架右摄像单元，14.前桥摄像单元，15.后桥摄像单元，16.倾角回转角传感器，17.顶升高度传感器，18.滚轮过冲传感器，19.标准节在位传感器，20.安全插销传感器单元，21.横梁/锁靴在位传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-6，本发明提供一种塔机顶升拆卸过程安全信息化监管系统，包括地面端和塔机端，塔机端包括塔机无线桥接模块7、塔机录像机单元8、塔机供电单元9、塔机电池模块10、中央处理器单元11，以及摄像机和多个传感器，其中：

中央处理器单元11的充电芯片型号为CN3703，DC/DC降压芯片型号为TPMP1470GJ-Z-B，中央处理器单元11核心芯片采用的是瑞芯微的RK3399Pro，此处理器采用双Cortex-A72+四Cortex-A53大小核CPU结构，处理器速度可达1.8GHz，负责数据的运算、图像的解析识别与决策，中央处理器单元11内置蓝牙组网模块JDY-25M，最大支持65280设备组网，中央处理器单元11内置千兆wifi模块RM60；

中央处理器单元11通过有线同时与塔机供电单元9、塔机录像机单元8、塔机无线桥接模块7连接，塔机供电单元9与塔机电池模块10连接，塔机无线桥接模块7通过2.4G无线将中央处理器单元11与地面端连接，通过塔机供电单元9为中央处理器单元11、塔机录像机单元8、塔机无线桥接模块7供电；

中央处理器单元11通过内置千兆WiFi同时与套架左摄像单元12、套架右摄像单元13、前桥摄像单元14和后桥摄像单元15进行无线通信，并对其中的关键点进行AI识别；中央处理器单元11通过内置蓝牙组网模块同时与倾角回转角传感器16、顶升高度传感器17、滚轮过冲传感器18、标准节在位传感器19、安全插销在位传感器20和横梁/锁靴在位传感器21进行无线通信，中央处理器单元11将上述多个摄像单元采集的视频、多个传感器采集的数据进行解析计算和图像识别后通过塔机无线桥接模块7无线传输至地面端的地面无线桥接模块6。

地面端还包括地面充电单元1、地面供电单元2、地面电池模块3、地面4G无线模块5，地面供电单元2以有线方式同时与地面充电单元1和地面电池模块3连接，地面电池模块3通过地面供电单元2为地面4G无线模块5和地面无线桥接模块6供电，地面无线桥接模块6通过2.4G无线与塔机无线桥接模块7双向通信，地面4G无线模块5与地面无线桥接模块6连接，同时其通过5G无线网络与地面显示单元4连接，地面显示单元4对地面无线桥接模块6传输的信号进行接收并显示。

优选地，对本发明中所采用的系统和模块的型号和功能做如下详细介绍：

地面充电单元1，采用型号LRS-75-24的电源，此电源为220V50Hz输入，24V75W输出，主要为地面电池模块3充电；

地面供电单元2，主要功能芯片型号为BQ24650，主要功能将24V的输出电压降压至16.8V，为地面电池模块3进行充电，地面供电单元2有电量指示灯；

地面电池模块3，采用型号16.8V/10.4Ah锂电池，使用时可以为地面4G无线模块5、地面无线桥接模块6进行8小时供电；

地面显示单元4，采用型号TB128FU的平板电脑，此平板尺寸为12.2寸，分辨率为1920×1200；实现顶升/拆卸过程中的多个传感器状态的显示、异常报警、流程的判断、关键点的确认；

地面4G无线模块5，采用型号USR-G805的4Gwifi模块，支持全网通，通过地面无线桥接模块6接收塔机端的塔机无线桥接模块7传输的数据，发送至平台端和地面显示单元4；平台端为物联网后台显示单元，可对实时数据进行显示整理，供工作人员远程观看，以了解塔机工作的实时情况(参见附图6)；

地面无线桥接模块6，采用型号FWB201无线网桥，2.4G无线传输1Km，地面无线桥接模块6与塔机无线桥接模块7连接并相互通信；

塔机无线桥接模块7，采用型号FWB201无线网桥，2.4G无线传输1Km；

塔机录像机单元8，采用型号DS-7104N-SN视频录像机，支持4路1080P回放，此视频录像机接收存储摄像单元，支持HDMI进行回放；

塔机供电单元9，采用型号LRS-75-12的电源，此电源为220V50Hz输入，12V75W输出，主要功能为塔机无线桥接模块7、塔机录像机单元8、中央处理器单元11供电；

塔机电池模块10，采用型号12.6V/5000mAh锂电池，此电池与中央处理器单元11连接，中央处理器单元11可以为塔机电池模块10充电，当外部电源断电的情况下，塔机电池模块10可以为塔机端进行供电，完成关机流程；

套架左摄像单元12、套架右摄像单元13、前桥摄像单元14、后桥摄像单元15，采用型号TL-IPC43K-4摄像头，该摄像头300万像素，包含云台功能；其中：套架左摄像单元12，用于拍摄左侧回转下支座与标准节连接点和左侧回转下支座与套架连接点；套架右摄像单元13，用于拍摄右侧回转下支座与标准节连接点和右侧回转下支座与套架连接点；前桥摄像单元14，用于在前桥拍摄套架工作面；后桥摄像单元15，用于在后桥拍摄套架工作面；

倾角回转角传感器16，用于检测塔机在顶升过程中回转台是否转动和塔机本身的倾斜度是否异常，采用型号JY61六轴传感器，加速度计量程±16g，分辨率0.0005(g/LSB)，陀螺仪量程±2000°/s，分辨率0.061(°/s)/(LSB)；

顶升高度传感器17，用于检测液压缸在顶升拆卸过程中的运行状态和运行距离，采用型号TOFSense-F激光测距传感器，测量范围0.05m～15m，测量精度±2cm；

滚轮过冲传感器18，用于检测在顶升过程中是否出现顶起过高，采用型号DYP-A02-V2.0超声波传感器，测量距离3cm～450cm，测量精度±(1+S×0.3％)；

标准节在位传感器19，用于检测在顶升拆卸过程中的标准节是否引进引出，采用型号SZ-D62漫反射传感器，测量范围3-10cm，响应时间2ms以下；

安全插销传感器单元20，用于检测在顶升拆卸过程中横梁或挂靴的安全销是否在位，采用型号SZ-D61漫反射传感器，测量范围5-30cm，响应时间2ms以下；

横梁/锁靴在位传感器21，用于检测在顶升拆卸过程中横梁或锁靴锁指环是否在位，采用型号SZ-D62漫反射传感器，测量范围5-30cm，响应时间2ms以下。

本发明还提供一种塔机顶升拆卸过程安全信息化监管方法，包括以下步骤：

S1：将中央处理器单元11通过无线WiFi连接至套架左摄像单元12、套架右摄像单元13，采集下支座与套架、下支座与标准节连接点的图像，中央处理器单元11对采集的图像进行AI识别，识别到关键点连接状态；

S2：中央处理器单元11通过蓝牙组网接收多个传感器测量滤波后的数据，具体为：

接收数字滤波后的安全插销在位传感器20和横梁/锁靴在位传感器21测量的漫反射数据；接收数字滤波后的顶升高度传感器17测量的液压缸高度数据；接收数字滤波后的滚轮过冲传感器18测量的超声波反射数据；接收数字滤波后的倾角回转角传感器16测量的倾角数据和回转角数据；接收数字滤波后的标准节在位传感器19测量的漫反射数据。

S3：中央处理器单元11根据上述步骤S1-S2中对处理后图像的识别结果、多个传感器的状态或测量数据进行解算，依据解算结果判断此时所在顶升/拆卸阶段，并对异常状态及时发出报警；

S4：如状态或测量数据正常，本发明的系统按照配平、顶升/拆卸、引入/引出标准节、回落会转下支座的流程操作，反复此流程直至结束塔机顶升或拆卸任务；

S5：完成塔机顶升或拆卸任务，结束验收。

步骤S3中，判断所在顶升拆卸阶段和异常报警包括配平阶段、顶升阶段和拆卸阶段，具体为：

S31：如图2所示，配平阶段

1)横梁型塔机：通过安全插销在位传感器20和横梁/锁靴在位传感器21回传在位状态，如不在位会进行异常报警；

2)挂靴锁靴型塔机：通过安全插销在位传感器20回传在位状态，如不在位会进行异常报警，通过横梁/锁靴在位传感器21回传在位状态，如在位会进行异常报警；

在配平阶段，中央处理器单元11解算塔机顶升高度传感器17、塔机安全插销传感器单元20和横梁/锁靴在位传感器21所采集的数据，顶升高度传感器17会回传此时液压缸的高度数据。如高度数据小于30cm且有增加和减小的过程，配平时，首先将塔机顶起10-20cm,观察螺栓孔上下是否对齐，满足配平条件，将塔机落回，配平阶段完成进行下一步；如高度数据没有减小过程且数据大于30cm，配平阶段完成进行下一步(在配平过程中，如有人员操作违规，不将塔机落回，会继续进行顶升，所以也可以进行下一步)；

S32：如图3所示，顶升阶段，液压缸的高度数据大于130cm且数据不再变化

1)横梁型塔机：解除安全插销，回收横梁；

2)挂靴锁靴型塔机：解除安全插销，松开锁指环放下锁靴，回收横梁；

中央处理器单元11解算倾角回转角传感器16、滚轮过冲传感器18、塔机顶升高度传感器17、塔机安全插销传感器单元20、横梁/锁靴在位传感器21、标准节在位传感器19、套架左摄像单元12、套架右摄像单元13所采集的数据及图像；液压缸检测有顶起状态，横梁和安全插销都显示在位状态，当液压缸刚度达到顶起阈值，安全插销显示不在位状态，此时回收横梁，横梁回收到位插入安全插销。

重复上述步骤S31-S32的动作，当顶起高度达到标准节可以进入时，将标准节引入，液压缸回落套架回转下支座落在标准节上，此时标准节在位传感器显示在位状态，摄像头识别回转下支座与标准节连接状态，安拆人员安装好临时销后按下完成按键，地面进行审核；继续重复上述步骤S31-S32，直至完成此次顶升任务；在此过程中如出现滚轮过冲或倾角回转变化将会报警。

S33：如图4所示，拆卸阶段

中央处理器单元11解算倾角回转角传感器16、滚轮过冲传感器18、塔机顶升高度传感器17、塔机安全插销传感器单元20、横梁/锁靴在位传感器21、标准节在位传感器19、套架左摄像单元12、套架右摄像单元13所采集的数据及图像。

1)横梁型塔机：液压缸伸长至需拆卸的下一节标准节，插上安全销，顶起液压缸大于10cm并回落液压缸，配平完成准备移出标准节；

2)挂靴锁靴型塔机：解除安全插销，松开锁指环放下锁靴，液压缸伸长至需拆卸的下一节标准节，插上安全插销，收起锁靴锁紧锁指环，顶起液压缸大于10cm并回落液压缸，配平完成准备移出标准节；

拆卸阶段标准节移出，顶起液压缸，移出标准节，回落液压缸，液压缸伸长至需拆卸的下一节标准节，插上安全销，重复以上拆卸过程至移出一节标准节，直至完成此次拆卸任务。

以上显示描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。