基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法、系统技术方案

本发明专利技术公开了基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法、系统，本方案巧妙性通过结合施工场地数字模型、塔式起重机定位信息和动态对象定位信息，将塔式起重机定位信息和动态对象定位信息关联至施工现场数字模型中，建立基于数字孪生的塔式起重机工作监测模型进行可视化展示，使得塔式起重机在施工现场的工作监测能够更为直观化地表现，还通过对操作人员的状态进行监测，结合塔式起重机的零部件位置来判断操作人员是否分神，其是否在疲劳工作等状况，为塔式起重机的操作提供安全监测保障，本方案还通过对动态对象的行进轨迹进行预测，然后来评估其是否与塔式起重机的运行发生干涉，以此提前做出应对，提高了塔式起重机的工作安全性和可靠性。全性和可靠性。全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法、系统


[0001]本专利技术涉及起重机工作监测
，尤其涉及基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法、系统。

技术介绍

[0002]塔式起重机作为建筑工地施工中常见的起吊设备，其由于结构简单、安装拆卸便利且物品转移通用性强、起吊量大而被广泛使用；然而随着塔式起重机的广泛应用，其相应的使用局限性也被越来越多人发现，例如，操作人员在高空操作的工作状态难以监测，起吊过程中悬吊物与工地建筑物或设备发生干涉，起重机设备磨损无法进行及时预知，常常需要检修保养时才能发现或在发生故障时才被发现，因此，如何对塔式起重机工作过程进行较为全面的监测是非常具有现实意义的研究课题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种实施灵活、响应可靠且能够在塔式起重机工作过程中对其工作造成安全影响的信息进行较为全面监测的基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法、系统。
[0004]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法，所述塔式起重机的平衡臂、起重臂、吊钩、载重小车上均设有用于定位其所在位置的定位单元，所述吊钩上悬吊有悬吊物时，该悬吊物上亦设置有用于定位其所在位置的定位单元，所述平衡臂、起重臂上的定位单元均位于远离塔身的端末，所述监测方法包括：
[0006]S01、按预设条件建立参照坐标系，对塔式起重机施工场地预设区域范围内的地形、固定建筑物、固定施工设备进行轮廓识别和位置信息获取，建立施工场地数字模型；
[0007]S02、获取塔式起重机的平衡臂、起重臂、吊钩、载重小车上定位单元的实时定位数据，当吊钩上悬吊有悬吊物时，还获取悬吊物上定位单位的定位数据，然后将其关联生成塔式起重机定位信息；
[0008]S03、按预设时间频率获取施工场地预设区域范围内影像数据，再基于影像数据获取影像内的动态对象，然后对动态对象进行定位且实时获取其位置信息，获得动态对象定位信息；
[0009]S04、获取施工场地数字模型、塔式起重机定位信息和动态对象定位信息，将塔式起重机定位信息和动态对象定位信息关联至施工现场数字模型中，建立基于数字孪生的塔式起重机工作监测模型进行可视化展示；
[0010]S05、响应塔式起重机的工作启动信号，实时获取塔式起重机的工作状态信息和操作人员状态信息，以及施工场地环境信息；
[0011]S06、根据塔式起重机的工作状态信息、操作人员状态信息、施工场地环境信息、塔式起重机定位信息、动态对象定位信息、施工场地数字模型中的一项以上数据判断是否存
在异常运行，且在判断存在异常运行时，输出异常信息且推送至塔式起重机工作监测模型中可视化展示；
[0012]S07、接收异常信息且按预设条件执行预警措施或操作干预措施。
[0013]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述塔式起重机的工作状态信息包括：塔式起重机受驱动而旋转的速度、吊钩受驱动而升降的速度、载重小车受驱动而移动的速度、塔式起重机受制动而由旋转转变为停止时的消耗时间、吊钩受制动而停止升降所消耗的时间、载重小车受制动而停止移动所消耗的时间，以及塔式起重机、载重小车、吊钩在受制动或驱动前的初始状态和速度；
[0014]其中，塔式起重机受驱动而旋转的速度、吊钩受驱动而升降的速度、载重小车受驱动而移动的速度、塔式起重机受制动而由旋转转变为停止时的消耗时间、吊钩受制动而停止升降所消耗的时间、载重小车受制动而停止移动所消耗的时间中的其中一项超出第一预设阈值时，输出异常信息；
[0015]接收异常信息时，当异常信息所指向的对象在异常信息反馈时的运行参数超出第一预设阈值且小于第二预设阈值时执行预警措施，当大于等于第二预设阈值时，执行操作干预措施。
[0016]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案接收异常信息时，还对该异常信息所指向的对象进行记录，记录该对象在预设时长内被反馈异常信息的次数，当该次数超过预设值时，输出故障信息。
[0017]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述操作人员状态信息包括：操作人员闭眼情况、操作人员视线位置情况；
[0018]其中，操作人员闭眼情况的获取方法包括：
[0019]实时获取操作人员所在操作室内的影像，且对操作人员进行眼部定位，生成眼部影像信息；
[0020]按预设时间间隔获取眼部影像信息，将眼部影像信息导入至检测神经网络中进行判断，当判断结果为闭眼时，对该眼部影像信息进行标注为闭眼；
[0021]获取经检测神经网络最新输出的标注信息，当标注结果为闭眼时，以该标注作为时间起点，回溯读取在先的标注信息，获得检测神经网络最近连续标注闭眼的次数，然后将其与眼部影像信息的获取时间间隔进行乘积，获得操作人员闭眼时长，然后将其与预设阈值进行对比，当超出预设阈值时，输出异常信息且执行操作干预措施；
[0022]操作人员视线位置情况的获取方法包括：
[0023]实时获取操作人员所在操作室内的影像，且对操作人员进行眼部定位和头部定位，生成眼部影像信息和头部影像信息；
[0024]按预设条件根据头部影像信息获取头部姿态，且根据头部姿态获取操作人员的仰角或俯角信息；
[0025]按预设条件根据眼部影像信息获取眼部水平可视角范围；
[0026]结合眼部水平可视角范围和操作人员的仰角或俯角信息，获取其当下的可视范围，生成操作人员视线位置情况。
[0027]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案施工场地环境信息包括：施工场地的风速、降雨情况和可见度；
[0028]塔式起重机定位信息包括：塔式起重机的平衡臂、起重臂、吊钩、载重小车和悬吊物的位置信息，且根据位置信息生成定位坐标信息，该定位坐标信息所参考的原点为根据预设条件设置；
[0029]动态对象定位信息包括：动态对象的实时位置和根据其在预设时间段内的历史位置进行预测下一预设时间点该动态对象的预测位置。
[0030]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案输出异常信息的方法还包括：
[0031]当施工场地的风速大于预设阈值、降雨情况大于预设阈值或可见度小于预设阈值时，输出异常信息；
[0032]在塔式起重机处于运行状态时，根据操作人员的视线位置情况和塔式起重机定位信息统计塔式起重机的起重臂、吊钩和悬吊物同时脱离操作人员视线的连续时长，当连续时长大于预设阈值时，输出异常信息；
[0033]根据动态对象的定位信息和塔式起重机的定位信息判断在预设未来时间点，动态对象与塔式起重机的位置是否发生干涉或者安全距离小于预设值，当发生干涉或者安全距离小于预设值时，输出异常信息。
[0034]基于上述，本专利技术还提供一种基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其包括：
[0035]起重机定位模块，包括多个定位单元，多个定位单元设置在所述塔式起重机的平衡臂、起重臂、吊钩、载重小车上，所述吊钩上悬吊有悬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法，所述塔式起重机的平衡臂、起重臂、吊钩、载重小车上均设有用于定位其所在位置的定位单元，所述吊钩上悬吊有悬吊物时，该悬吊物上亦设置有用于定位其所在位置的定位单元，所述平衡臂、起重臂上的定位单元均位于远离塔身的端末，其特征在于，所述监测方法包括：按预设条件建立参照坐标系，对塔式起重机施工场地预设区域范围内的地形、固定建筑物、固定施工设备进行轮廓识别和位置信息获取，建立施工场地数字模型；获取塔式起重机的平衡臂、起重臂、吊钩、载重小车上定位单元的实时定位数据，当吊钩上悬吊有悬吊物时，还获取悬吊物上定位单位的定位数据，然后将其关联生成塔式起重机定位信息；按预设时间频率获取施工场地预设区域范围内影像数据，再基于影像数据获取影像内的动态对象，然后对动态对象进行定位且实时获取其位置信息，获得动态对象定位信息；获取施工场地数字模型、塔式起重机定位信息和动态对象定位信息，将塔式起重机定位信息和动态对象定位信息关联至施工现场数字模型中，建立基于数字孪生的塔式起重机工作监测模型进行可视化展示。2.如权利要求1所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法，其特征在于，其还包括：响应塔式起重机的工作启动信号，实时获取塔式起重机的工作状态信息和操作人员状态信息，以及施工场地环境信息；根据塔式起重机的工作状态信息、操作人员状态信息、施工场地环境信息、塔式起重机定位信息、动态对象定位信息、施工场地数字模型中的一项以上数据判断是否存在异常运行，且在判断存在异常运行时，输出异常信息且推送至塔式起重机工作监测模型中可视化展示。3.如权利要求2所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法，其特征在于，其还包括：接收异常信息且按预设条件执行预警措施或操作干预措施。4.如权利要求3所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法，其特征在于，所述塔式起重机的工作状态信息包括：塔式起重机受驱动而旋转的速度、吊钩受驱动而升降的速度、载重小车受驱动而移动的速度、塔式起重机受制动而由旋转转变为停止时的消耗时间、吊钩受制动而停止升降所消耗的时间、载重小车受制动而停止移动所消耗的时间，以及塔式起重机、载重小车、吊钩在受制动或驱动前的初始状态和速度；其中，塔式起重机受驱动而旋转的速度、吊钩受驱动而升降的速度、载重小车受驱动而移动的速度、塔式起重机受制动而由旋转转变为停止时的消耗时间、吊钩受制动而停止升降所消耗的时间、载重小车受制动而停止移动所消耗的时间中的其中一项超出第一预设阈值时，输出异常信息；接收异常信息时，当异常信息所指向的对象在异常信息反馈时的运行参数超出第一预设阈值且小于第二预设阈值时执行预警措施，当大于等于第二预设阈值时，执行操作干预措施。5.如权利要求4所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法，其特征在于，接收异常信息时，还对该异常信息所指向的对象进行记录，记录该对象在预设时长内被反馈异常
信息的次数，当该次数超过预设值时，输出故障信息。6.如权利要求5所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测方法，其特征在于，所述操作人员状态信息包括：操作人员闭眼情况、操作人员视线位置情况；其中，操作人员闭眼情况的获取方法包括：实时获取操作人员所在操作室内的影像，且对操作人员进行眼部定位，生成眼部影像信息；按预设时间间隔获取眼部影像信息，将眼部影像信息导入至检测神经网络中进行判断，当判断结果为闭眼时，对该眼部影像信息进行标注为闭眼；获取经检测神经网络最新输出的标注信息，当标注结果为闭眼时，以该标注作为时间起点，回溯读取在先的标注信息，获得检测神经网络最近连续标注闭眼的次数，然后将其与眼部影像信息的获取时间间隔进行乘积，获得操作人员闭眼...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛志钢，许晨旭，王松雷，王欣仁，李云飞，杨晓姜，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：