一种塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统及方法，包括跟踪用激光雷达对塔机吊钩的吊装物体进行跟踪采集点云信息，扫描密度为中间密边缘稀疏；图像采集单元采集所述吊装物体的图像；建模用激光雷达采集塔机工作环境下的点云信息；GNSS模块，所述跟踪用激光雷达、建模用激光雷达及塔式起重机吊钩上各设置一台，用于获取跟踪用激光雷达、建模用激光雷达及塔式起重机吊钩的绝对位置信息；主控单元，利用上述设备的数据进行结合，有效获取吊装物体到周边环境的距离。同时，当跟踪激光雷达的检测分辨率达不到要求时，能够通过计算的方式实现吊装物体的位置跟踪。通过计算的方式实现吊装物体的位置跟踪。通过计算的方式实现吊装物体的位置跟踪。

【技术实现步骤摘要】
一种塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统及方法


[0001]本专利技术属于工程机械综合监控技术，具体涉及一种塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统及方法。

技术介绍

[0002]塔式起重机是施工领域重要的运输设备。塔机在运送货物时可能由于以下情况发生碰撞：(1)塔机的吊装物体、起重臂、吊钩、起吊钢丝绳等部件与施工现场以及周边的建筑及障碍物发生碰撞；(2)塔机和塔机之间发生碰撞。对于第一种情况，由于塔身的位置是固定的，通过检测塔机小车的变幅位置和大臂的回转位置就可以判断塔机和塔机之间的碰撞信息。对于第一种情况，则很难实现自适应的防碰撞。原因在于很难实时检测吊装物体、吊钩等部件到周边建筑及障碍物的距离。
[0003]针对以上问题，有研究人员开发了基于GNSS(包括GPS、北斗等)的吊钩定位方法，但是没有解决吊装物体识别和定位的问题，也没有解决防碰撞的问题。
[0004]同时，有研究人员开发了利用双目摄像头或者激光雷达对塔机工作环境进行建模的方法，但应用到实际工程中依然存在很多问题。在建筑施工现场，塔机的工作场景具有范围大、高度高、作业区域分散、吊装物体种类繁多、吊装任务随机、户外作业等特点。当把检测设备固定安装时，当检测设备距离目标物体或者周边障碍物比较远时，很难保证较高的检测分辨率，因此利用检测数据也就无法识别出常规的物体。当检测设备安装在吊钩上时，由于吊装物体在检测设备下方，吊装物体垂直方向的信息以及吊装物体下方的信息就很难获取。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的是：提供一种塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统及方法，能够更好的识别吊装物体，为塔机实现自适应防碰撞打下基础。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统，本测量系统包括：
[0007]跟踪用激光雷达，位于塔机大臂根部，用于斜向下对塔机吊钩的吊装物体进行跟踪采集点云信息，采用非重复扫描方式，扫描密度为中间密边缘稀疏；
[0008]云台，用于承载所述跟踪用激光雷达，附着在大臂根部安装；
[0009]图像采集单元，与所述跟踪用激光雷达固定连接，用于采集所述吊装物体的图像；
[0010]建模用激光雷达，通过可调整角度的底座安装在塔机大臂的变幅小车或大臂根部，用于采集塔机工作环境下的点云信息，工作方式包括线扫和旋转建模；当采用线扫方式时，底座不旋转；当采用旋转建模方式时，底座自动往复旋转，利用旋转增加扫描的分辨率；
[0011]GNSS模块，所述跟踪用激光雷达、建模用激光雷达及塔式起重机吊钩上各设置一台，用于获取跟踪用激光雷达、建模用激光雷达及塔式起重机吊钩的绝对位置信息；
[0012]主控单元，与所述跟踪用激光雷达、云台、图像采集单元、建模用激光雷达连接，用
于完成以下步骤：
[0013]S1、建立模型：
[0014]在塔机正式工作前，控制塔机按照一定的方式运动，并控制所述跟踪用激光雷达和建模用激光雷达采集环境信息点云，结合跟踪用激光雷达和建模用激光雷达的点云信息、以及GNSS模块提供的绝对位置信息，进行数据融合，对塔机工作环境进行初步建模，建立工作环境模型；
[0015]在塔机正式工作且处于运动状态时，控制跟踪用激光雷达在其扫描范围内检测吊钩、吊装物体以提高该区域的点云密度，同时对吊装物体的背景环境进行扫描，将点云数据更新到所述的工作环境模型中，同时，根据吊钩的起升高度和变幅小车的位置，调整云台的角度，使跟踪用激光雷达及图像采集单元对准吊钩及吊装物体；建模用激光雷达采用线扫方式进行采集点云信息，其镜头不旋转；
[0016]塔机处于停止工作状态时，跟踪用激光雷达的工作方式与塔机正式工作且处于运动状态时相同，建模用激光雷达在底座在一定角度范围内旋转下，采用旋转建模方式采集数据，利用所采集的数据对所述环境模型进行更新；
[0017]S2、吊装物体识别及数据校验：
[0018]跟踪用激光雷达扫描得到吊装物体的点云，附着在跟踪用激光雷达上的图像采集单元采集到的吊装物体图像中，两部分数据在主控单元融合得到吊装物体精度更高的轮廓位置模型，并将吊装物体的轮廓位置模型放置于所述环境模型中；吊装物体的轮廓位置模型和环境模型的位置均位于GNSS模块采集的数据所建立的绝对坐标系内；采集到的吊装物体点云位置，与图像采集单元采集到的图像，及吊钩上的GNSS模块采集到的绝对位置信息，互相校验；
[0019]S3、距离识别：
[0020]根据S2的校验结果，计算吊装物体的轮廓位置模型与周边障碍的距离，得到防碰撞所需的距离信息。
[0021]按上述系统，所述的图像采集单元包括相机。
[0022]按上述系统，所述的底座与建模用激光雷达的连接，使得建模用激光雷达的旋转角度设置如下：底座不旋转时，建模用激光雷达在垂直方向的视场角范围为180度以上；底座旋转时，建模用激光雷达在垂直方向的视场角范围不变。
[0023]按上述系统，所述的主控单元还连接有数据传输单元，用于将数据传出。
[0024]按上述系统，在塔机大臂的最前端再安装一组激光雷达和云台，与大臂根部相对，向内向下扫描。
[0025]一种利用所述的塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统实现的测量方法，本测量方法包括以下步骤：
[0026]S1、建立模型：
[0027]在塔机正式工作前，控制塔机按照一定的方式运动，并控制所述跟踪用激光雷达和建模用激光雷达采集环境信息点云，结合跟踪用激光雷达和建模用激光雷达的点云信息、以及GNSS模块提供的绝对位置信息，进行数据融合，对塔机工作环境进行初步建模，建立工作环境模型；
[0028]在塔机正式工作且处于运动状态时，控制跟踪用激光雷达在其扫描范围内检测吊
钩、吊装物体以提高该区域的点云密度，同时对吊装物体的背景环境进行扫描，将点云数据更新到所述的工作环境模型中，同时，根据吊钩的起升高度和变幅小车的位置，调整云台的角度，使跟踪用激光雷达及图像采集单元对准吊钩及吊装物体；建模用激光雷达采用线扫方式进行采集点云信息，其镜头不旋转；
[0029]塔机处于停止工作状态时，跟踪用激光雷达的工作方式与塔机正式工作且处于运动状态时相同，建模用激光雷达在底座在一定角度范围内旋转下，采用旋转建模方式采集数据，利用所采集的数据对所述环境模型进行更新；
[0030]S2、吊装物体识别及数据校验：
[0031]跟踪用激光雷达扫描得到吊装物体的点云，附着在跟踪用激光雷达上的图像采集单元采集到的吊装物体图像中，两部分数据在主控单元融合得到吊装物体精度更高的轮廓位置模型，并将吊装物体的轮廓位置模型放置于所述环境模型中；吊装物体的轮廓位置模型和环境模型的位置均位于GNSS模块采集的数据所建立的绝对坐标系内；采集到的吊装物体点云位置，与图像采集单元采集到的图像，及吊钩上的GNSS模块采集到的绝对位置信息，互相校验；
[0032]S3、距离识别：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统，其特征在于，本测量系统包括：跟踪用激光雷达，位于塔机大臂根部，用于斜向下对塔机吊钩的吊装物体进行跟踪采集点云信息，采用非重复扫描方式，扫描密度为中间密边缘稀疏；云台，用于承载所述跟踪用激光雷达，附着在大臂根部安装；图像采集单元，与所述跟踪用激光雷达固定连接，用于采集所述吊装物体的图像；建模用激光雷达，通过可调整角度的底座安装在塔机大臂的变幅小车或大臂根部，用于采集塔机工作环境下的点云信息，工作方式包括线扫和旋转建模；当采用线扫方式时，底座不旋转；当采用旋转建模方式时，底座自动往复旋转，利用旋转增加扫描的分辨率；GNSS模块，所述跟踪用激光雷达、建模用激光雷达及塔式起重机吊钩上各设置一台，用于获取跟踪用激光雷达、建模用激光雷达及塔式起重机吊钩的绝对位置信息；主控单元，与所述跟踪用激光雷达、云台、图像采集单元、建模用激光雷达连接，用于完成以下步骤：S1、建立模型：在塔机正式工作前，控制塔机按照一定的方式运动，并控制所述跟踪用激光雷达和建模用激光雷达采集环境信息点云，结合跟踪用激光雷达和建模用激光雷达的点云信息、以及GNSS模块提供的绝对位置信息，进行数据融合，对塔机工作环境进行初步建模，建立工作环境模型；在塔机正式工作且处于运动状态时，控制跟踪用激光雷达在其扫描范围内检测吊钩、吊装物体以提高该区域的点云密度，同时对吊装物体的背景环境进行扫描，将点云数据更新到所述的工作环境模型中，同时，根据吊钩的起升高度和变幅小车的位置，调整云台的角度，使跟踪用激光雷达及图像采集单元对准吊钩及吊装物体；建模用激光雷达采用线扫方式进行采集点云信息，其镜头不旋转；塔机处于停止工作状态时，跟踪用激光雷达的工作方式与塔机正式工作且处于运动状态时相同，建模用激光雷达在底座在一定角度范围内旋转下，采用旋转建模方式采集数据，利用所采集的数据对所述环境模型进行更新；S2、吊装物体识别及数据校验：跟踪用激光雷达扫描得到吊装物体的点云，附着在跟踪用激光雷达上的图像采集单元采集到的吊装物体图像中，两部分数据在主控单元融合得到吊装物体精度更高的轮廓位置模型，并将吊装物体的轮廓位置模型放置于所述环境模型中；吊装物体的轮廓位置模型和环境模型的位置均位于GNSS模块采集的数据所建立的绝对坐标系内；采集到的吊装物体点云位置，与图像采集单元采集到的图像，及吊钩上的GNSS模块采集到的绝对位置信息，互相校验；S3、距离识别：根据S2的校验结果，计算吊装物体的轮廓位置模型与周边障碍的距离，得到防碰撞所需的距离信息。2.根据权利要求1所述的塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统，其特征在于，所述的图像采集单元包括相机。3.根据权利要求1所述的塔式起重机吊装物体识别及碰撞信息测量系统，其特征在于，所述的底座与建模用激光雷达的连接，使得建模用激光雷达的旋转角度设置如下：底座不
旋转时，建模用激光雷达在垂直方向的视场角范围为180度以上；底座旋转时，建模用激光雷达在垂直方向的视场角范围不变。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琨，王辉，王开强，李迪，梁博，张维，胡正欢，黄雷，田府洪，
申请(专利权)人：中建三局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：