一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法技术

本发明专利技术公开了一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，包括对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类；建立整体三维直角坐标系；根据施工工地上任意两塔吊在x‑y平面上坐标判断两塔吊是否存在碰撞区域；根据施工工地上任意塔吊的塔前吊臂端点坐标、前吊臂长度以及障碍物建筑的轮廓点坐标等判断塔吊与障碍物建筑之间是否存在碰撞区域；判断两塔吊可能发生碰撞的部件是否都进入碰撞区域从而进行预警；对吊臂安全距离与对吊钩的移动轨迹进行预判确定塔吊是否可以安全通过障碍物建筑。本发明专利技术具有智能化高、执行快捷以及高效精准的特点，避免了塔机操作人员因视野受阻和视觉误差导致的塔吊碰撞事故，并减少额外的劳动力支出。

An Anti-collision Early Warning Method for Tower Cranes in Construction Groups

The invention discloses an anti-collision early warning method for tower cranes in construction group, which includes classifying the collision between two towers and the collision between tower cranes and obstacle buildings, establishing an integral three-dimensional rectangular coordinate system, judging whether there is collision area between two towers according to the coordinates of any two towers on the x_y plane on the construction site, and arbitrary tower cranes on the construction site. The coordinates of the end points, the length of the front boom and the outline points of the obstacle buildings are used to judge whether there is a collision area between the tower crane and the obstacle buildings; to judge whether the parts that may collide between the two towers crane enter the collision area for early warning; to predict the safe distance of the boom and the trajectory of the hook to determine whether the tower crane can safely pass through the obstacle construction. Build. The invention has the characteristics of high intelligence, fast execution and high efficiency and accuracy, avoids tower crane collision accident caused by visual field obstruction and visual error of tower crane operators, and reduces additional labor expenditure.

【技术实现步骤摘要】
一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法
本专利技术涉及建筑施工塔吊机群吊装作业防碰撞预警，具体涉及一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，本方法为利用多情况分类计算预警以保障塔式起重机操作安全的算法。
技术介绍
随着我国建筑行业的发展以及用地的紧缩，为了缩短项目工期，多建筑密集高效施工已成为土木行业的常态。塔吊作为施工领域的重要角色，其作业环境日益复杂，然而传统吊装作业采用操作员与吊装员相互配合的方式指挥塔吊交叉重叠作业。虽然这些专业人员需要考取相关驾驶证和具备一定文化水平方能上岗，但这种方法总体上智能化较低，信息对接不准确或及时，难以应对某些复杂情况。近年来塔吊机碰撞事故高发也逐渐印证了这一点。传统的依靠人工值守的监测技术逐渐无法满足现代化施工工地上塔吊机群的防碰撞预警需求，急需一类能够实时监控塔吊机吊装运行且能发出预警信号的建筑施工塔吊机群防碰撞预警系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，本建筑施工群塔吊防碰撞预警方法具有智能化高、执行快捷以及高效精准的特点，避免了塔机操作人员因视野受阻和视觉误差导致的塔吊碰撞事故，并减少额外的劳动力支出。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，所述方法用于对施工群塔吊的吊装作业的安全性进行监测，并发出预警信息，包括以下步骤：步骤1：对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类；步骤2：选择施工工地上一参考物为原点，建立整体三维直角坐标系，其中Z轴垂直于地面，在直角坐标系中输入各个塔吊的坐标，其中塔吊的高度坐标为吊臂至地面的距离，收集相关计算参数，所述的相关计算参数为塔吊TDi的高度Hi、前吊臂长度Lfi、后吊臂长度Lbi、小车行程L车i、塔臂相对于参考坐标X轴逆时针回旋角度θi、吊绳下落高度H绳i、塔机塔架与塔臂交点中心坐标(xi,yi,zi)、塔吊前吊臂端点坐标(xfi,yfi,zfi)、塔吊后吊臂端点坐标(xbi,ybi,zbi)以及障碍物建筑的轮廓点坐标集合{Sj(xsj,ysj,zsj),j＝1,2,3…..}，其中塔吊TDi为第i台塔吊机编号,i＝1,2,3……n；障碍物建筑的轮廓点坐标按照顺时针进行编号；步骤3：根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域，若有，执行步骤5；步骤4：根据施工工地上任意塔吊的塔前吊臂端点坐标、塔机塔架与塔臂交点中心坐标、前吊臂长度或后吊臂长度以及任意障碍物建筑的轮廓点坐标判断任意塔吊与障碍物建筑之间是否存在碰撞区域，若有，执行步骤6；步骤5：根据步骤1的分类确定任意两塔吊可能发生碰撞的部件，根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否都进入碰撞区域，若是，提醒驾驶员减速；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入碰撞缓冲预警区，若是，发出预警；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入强制断电报警区，若是，发出警报并强制断电防止碰撞发生；步骤6：根据步骤1的分类并通过相关计算参数对吊臂安全距离与对吊钩的移动轨迹进行预判从而确定塔吊是否可以安全通过障碍物建筑，若否，则发出预警，所述吊臂包括前吊臂和后吊臂，所述前吊臂为起重臂，所述的后吊臂为平衡臂。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤1包括：对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类，具体分类为：对于两两塔吊之间的碰撞情况，若两塔吊的高度相同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为两塔吊的前吊臂相撞或者一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂相撞；若两塔吊的高度不同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂相撞或者高塔吊的吊绳与低塔吊的后吊臂相撞；对于塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况，将塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况分类为塔吊吊绳与障碍物建筑发生碰撞或者塔吊吊臂与障碍物建筑发生碰撞。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤2中的塔前吊臂端点坐标(xfi,yfi,zfi)和塔后吊臂端点坐标(xbi,ybi,zbi)由以下公式计算得到：其中xfi＝xi+Lfi·cosθi；yfi＝yi+Lfi·sinθi；xbi＝xi+Lbi·cos(θi+180°)；ybi＝yi+Lbi·sin(θi+180°)。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤3中的根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域具体为：设i＝k，即施工工地上第k台塔吊TDk，在x-y平面上坐标为(xk,yk)，设i＝m，即施工工地上第m台塔吊TDm，在x-y平面上坐标为(xm,ym)，若或者或者则判定两塔吊TDk与TDm之间存在碰撞区域，执行步骤5，否则两塔吊TDk与TDm之间无碰撞区域。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤4具体为：对于任意塔吊TDi与轮廓点坐标为(xsj,ysj,zsj)的障碍物建筑之间：若或者则判定该塔吊TDi和该障碍物建筑之间存在碰撞区域，执行步骤6。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤5具体为：(1)、当任意两塔吊之间存在碰撞区域时，且两塔吊不一样高，根据任意塔吊TDi的高度Hi，设高塔吊的编号为TD1，低塔吊的编号为TD2；(1.1)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂防碰撞监测计算：判断高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳是否同时位于碰撞区域内：设任意塔吊TDi的吊钩的坐标为(xgi,ygi,zgi)；其中xgi＝xi+L车icosθi，ygi＝yi+L车isinθi，zgi＝Hi-H绳i；则高塔吊的吊钩的坐标为(xg1,yg1,zg1)；若且且且zg1-ξ≤H2(9)，则高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳同时位于碰撞区域内，且高塔吊的吊钩高度低于低塔吊的高度，此时提醒驾驶员减速；其中ξ为弥补安装可能造成的吊钩高度误差；在满足公式(6)、公式(7)、公式(8)和公式(9)的前提下：若则判定进入碰撞缓冲预警区，发出预警；若则判定进入强制断电报警区，发出警报并强制断电防止碰撞发生；其中：R1＝R0+|L车1w1+Lf2w2|(t0+t1)(10)，其中R0为预留安全距离，L车1为高塔吊的小车行程幅值，Lf2为低塔吊的前吊臂长度，w1为高塔吊的吊臂的旋转角速度，w2为低塔吊的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；(1.2)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行高塔吊的吊绳与低塔吊的后吊臂防碰撞监测计算：判断高塔吊的前吊臂端点、高塔吊的吊钩与低塔吊的后吊臂端点是否同时位于碰撞区域内：若且且且zg1-ξ≤H2(15)，则高塔吊的前吊臂端点、高塔吊的吊钩与低塔吊的后吊臂端点同时位于碰撞区域内，且高塔吊的吊钩高度低于低位塔的高度，此时提醒驾驶员减速；其中ξ为弥补安装可能造成的吊钩高度误差；在满足公式(12)、公式(13)、公式(14)和公式(15)的前提下：若则判定进入碰撞缓冲预警区，发出预警；若则判定进入强制断电报警区，发出警报并强制断电防止碰撞发生；其中：R3＝R0+|L车1w1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，所述方法用于对施工群塔吊的吊装作业的安全性进行监测，并发出预警信息，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类；步骤2：选择施工工地上一参考物为原点，建立整体三维直角坐标系，其中Z轴垂直于地面，在直角坐标系中输入各个塔吊的坐标，其中塔吊的高度坐标为吊臂至地面的距离，收集相关计算参数，所述的相关计算参数为塔吊TDi的高度Hi、前吊臂长度Lfi、后吊臂长度Lbi、小车行程L车i、塔臂相对于参考坐标X轴逆时针回旋角度θi、吊绳下落高度H绳i、塔机塔架与塔臂交点中心坐标(xi，yi，zi)、塔吊前吊臂端点坐标(xfi，yfi，zfi)、塔吊后吊臂端点坐标(xbi，ybi，zbi)以及障碍物建筑的轮廓点坐标集合{Sj(xsj，ysj，zsj)，j＝1，2，3……}，其中塔吊TDi为第i台塔吊机编号，i＝1，2，3……n；障碍物建筑的轮廓点坐标按照顺时针进行编号；步骤3：根据施工工地上任意两塔吊在x‑y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域，若有，执行步骤5；步骤4：根据施工工地上任意塔吊的塔前吊臂端点坐标、塔机塔架与塔臂交点中心坐标、前吊臂长度或后吊臂长度以及任意障碍物建筑的轮廓点坐标判断任意塔吊与障碍物建筑之间是否存在碰撞区域，若有，执行步骤6；步骤5：根据步骤1的分类确定任意两塔吊可能发生碰撞的部件，根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否都进入碰撞区域，若是，提醒驾驶员减速；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入碰撞缓冲预警区，若是，发出预警；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入强制断电报警区，若是，发出警报并强制断电防止碰撞发生；步骤6：根据步骤1的分类并通过相关计算参数对吊臂安全距离与对吊钩的移动轨迹进行预判从而确定塔吊是否可以安全通过障碍物建筑，若否，则发出预警，所述吊臂包括前吊臂和后吊臂，所述前吊臂为起重臂，所述的后吊臂为平衡臂。...

【技术特征摘要】
1.一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，所述方法用于对施工群塔吊的吊装作业的安全性进行监测，并发出预警信息，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类；步骤2：选择施工工地上一参考物为原点，建立整体三维直角坐标系，其中Z轴垂直于地面，在直角坐标系中输入各个塔吊的坐标，其中塔吊的高度坐标为吊臂至地面的距离，收集相关计算参数，所述的相关计算参数为塔吊TDi的高度Hi、前吊臂长度Lfi、后吊臂长度Lbi、小车行程L车i、塔臂相对于参考坐标X轴逆时针回旋角度θi、吊绳下落高度H绳i、塔机塔架与塔臂交点中心坐标(xi，yi，zi)、塔吊前吊臂端点坐标(xfi，yfi，zfi)、塔吊后吊臂端点坐标(xbi，ybi，zbi)以及障碍物建筑的轮廓点坐标集合{Sj(xsj，ysj，zsj)，j＝1，2，3……}，其中塔吊TDi为第i台塔吊机编号，i＝1，2，3……n；障碍物建筑的轮廓点坐标按照顺时针进行编号；步骤3：根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域，若有，执行步骤5；步骤4：根据施工工地上任意塔吊的塔前吊臂端点坐标、塔机塔架与塔臂交点中心坐标、前吊臂长度或后吊臂长度以及任意障碍物建筑的轮廓点坐标判断任意塔吊与障碍物建筑之间是否存在碰撞区域，若有，执行步骤6；步骤5：根据步骤1的分类确定任意两塔吊可能发生碰撞的部件，根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否都进入碰撞区域，若是，提醒驾驶员减速；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入碰撞缓冲预警区，若是，发出预警；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入强制断电报警区，若是，发出警报并强制断电防止碰撞发生；步骤6：根据步骤1的分类并通过相关计算参数对吊臂安全距离与对吊钩的移动轨迹进行预判从而确定塔吊是否可以安全通过障碍物建筑，若否，则发出预警，所述吊臂包括前吊臂和后吊臂，所述前吊臂为起重臂，所述的后吊臂为平衡臂。2.根据权利要求1所述的建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，其特征在于，所述的步骤1包括：对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类，具体分类为：对于两两塔吊之间的碰撞情况，若两塔吊的高度相同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为两塔吊的前吊臂相撞或者一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂相撞；若两塔吊的高度不同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂相撞或者高塔吊的吊绳与低塔吊的后吊臂相撞；对于塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况，将塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况分类为塔吊吊绳与障碍物建筑发生碰撞或者塔吊吊臂与障碍物建筑发生碰撞。3.根据权利要求2所述的建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，其特征在于，所述的步骤2中的塔前吊臂端点坐标(xfi，yfi，zfi)和塔后吊臂端点坐标(xbi，ybi，zbi)由以下公式计算得到：其中xfi＝xi+Lfi·cosθi；yfi＝yi+Lfi·sinθi；xbi＝xi+Lbi·cos(θi+180°)；ybi＝yi+Lbi·sin(θi+180°)。4.根据权利要求1所述的建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，其特征在于，所述的步骤3中的根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域具体为：设i＝k，即施工工地上第k台塔吊TDk，在x-y平面上坐标为(xk，yk)，设i＝m，即施工工地上第m台塔吊TDm，在x-y平面上坐标为(xm，ym)，若或者或者则判定两塔吊TDk与TDm之间存在碰撞区域，执行步骤5，否则两塔吊TDk与TDm之间无碰撞区域。5.根据权利要求1所述的建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，其特征在于，所述的步骤4具体为：对于任意塔吊TDi与轮廓点坐标为(xsj，ysj，zsj)的障碍物建筑之间：若或者则判定该塔吊TDi和该障碍物建筑之间存在碰撞区域，执行步骤6。6.根据权利要求2所述的建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，其特征在于，所述的步骤5具体为：(1)、当任意两塔吊之间存在碰撞区域时，且两塔吊不一样高，根据任意塔吊TDi的高度Hi，设高塔吊的编号为TD1，低塔吊的编号为TD2；(1.1)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂防碰撞监测计算：判断高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳是否同时位于碰撞区域内：设任意塔吊TDi的吊钩的坐标为(xgi，ygi，zgi)；其中xgi＝xi+L车icosθi，ygi＝yi+L车isinθi，zgi＝Hi-H绳i；则高塔吊的吊钩的坐标为(xg1，yg1，zg1)；若且且且zg1-ξ≤H2(9)，则高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳同时位于碰撞区域内，且高塔吊的吊钩高度低于低塔吊的高度，此时提醒驾驶员减速；其中ξ为弥补安装可能造成的吊钩高度误差；在满足公式(6)、公式(7)、公式(8)和公式(9)的前提下：若则判定进入碰撞缓冲预警区，发出预警；若则判定进入强制断电报警区，发出警报并强制断电防止碰撞发生；其中：R1＝R0+|L车1w1+Lf2w2|(t0+t1)(10)，其中R0为预留安全距离，L车1为高塔吊的小车行程幅值，Lf2为低塔吊的前吊臂长度，w1...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁幼亮，罗干，宋永生，丁李，
申请(专利权)人：南京东南建筑机电抗震研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32