[发明专利]一种基于多集成系统的塔吊碰撞预警方法

说明书

本发明提供一种基于多集成系统的塔吊碰撞预警方法，属于建筑塔吊施工技术领域，包括：采用双天线组合定位定姿技术获取高精度位姿信息；结合激光点云和位姿信息，优化传感器安置参数，生成施工场地点云底图，提取建筑物的外包围盒；利用塔吊挂钩位置信息和编码器数据分割吊装物激光点云，生成吊装物最优外包围盒，将底图包围盒与吊装物包围盒进行碰撞检测，得到吊装物碰撞预警信息；通过服务端与客户端结合，构建碰撞信息可视化模块，实时展示塔吊作业的三维环境和碰撞预警信息。本发明通过构建基于双天线、编码器和激光雷达集成的塔吊碰撞预警系统，有效解决塔吊作业中的碰撞预警问题，提升塔吊作业效率，为塔吊的远程化操作提供辅助。

技术领域

本发明涉及建筑塔吊施工技术领域，尤其涉及一种基于多集成系统的塔吊碰撞预警方法。

背景技术

塔吊是工程建造领域广泛使用的起重设备，其使用阶段的作业活动是一种机械、人员、环境复杂交互的动态过程，涉及塔吊司机、信号工等多类特种作业人员，作业安全水平受特种作业人员知识技能、身心条件及沟通协调等多方面因素的综合影响，具有高风险性。塔吊使用阶段是塔吊生产安全事故的多发阶段，吊装作业中及时准确的碰撞预警信息对于控制塔吊作业安全风险水平具有重要意义。

在传统的塔吊作业安全管理中，以技术管理人员旁站监督、巡视检查为主要手段，落实标准规范提出的安全技术要求，管理效果往往受限于技术管理人员的经验和主观判断，难以做到全面、及时和可靠。为了减少塔吊事故的发生，使塔吊安全、平稳、有效的运行，编码器、超声波传感器、激光测距仪、相机、射频标签、全球定位系统（Global PositioningSystem，GPS）、超宽带（Ultra Wide Band，UWB）等传感器已被用于塔吊碰撞事故预警，但这些传感器在使用中也存在一些缺点。编码器通过测量塔吊的转动角度和钢丝绳的移动距离，得到吊装物的位置信息，但是编码器无法感知吊装物的周围环境，不能获取吊装物与建筑物间的空间关系，通常被用于塔吊群间的碰撞预警；超声波传感器、激光测距仪等测距传感器通常被安装在吊钩上，通过直接测量吊装物体与施工场地障碍物间的距离预警碰撞事故，测量精度较高，但无法提供可视化的吊装环境信息和具有指向性的辅助操作信息；相机多安装于塔吊的大臂和小车，通过实时传输的图像增强塔吊司机对于吊装环境的感知能力，但是仍然需要人工判断吊装物和周围物体的距离，且相机的拍摄视角固定，图像的立体感较差，不利于碰撞距离的判别；射频标签、GPS、UWB等位置传感器通常安装在吊钩上，可以准确的获取吊装物的位置信息，但是无法获取周围的环境信息，通常需要结合建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）等技术实现碰撞信息的预警。

针对上述各种传感器系统在塔吊碰撞预警存在的不足，需要在各技术中取长补短，提出一种新的塔吊碰撞预警方法。

发明内容

本发明提供一种基于多集成系统的塔吊碰撞预警方法，用以解决现有技术中针对塔吊碰撞预警所采用的各种传感器普遍存在空间环境感知较差，过于依赖和周边系统的配合，且无法识别获取较为准确的碰撞预警信息的缺陷。

第一方面，本发明提供一种基于多集成系统的塔吊碰撞预警方法，包括：

由塔机侧工控机采集激光雷达点云数据和组合导航系统观测数据，以及接收编码器观测数据和挂钩接收机载波相位差分定位结果；

利用所述组合导航系统观测数据，进行双天线组合导航定位定姿解算，得到实时位姿信息；

利用所述激光雷达点云数据和所述实时位姿信息，通过地理定向和点云配准，得到施工场地点云底图，采用上下底面轮廓结合包围盒提取算法，提取所述施工场地点云底图对应的建筑物轮廓包围盒；

对所述激光雷达点云数据进行分割提取或利用所述编码器观测数据计算得到吊装物坐标，结合所述挂钩接收机载波相位差分定位结果，生成吊装物包围盒；

对所述建筑物轮廓包围盒和所述吊装物包围盒进行碰撞检测，得到吊装物和建筑物的空间关系和碰撞预警信息。

第二方面，本发明还提供一种基于多集成系统的塔吊碰撞预警系统，包括：