一种基于全景监控的塔吊远程控制系统的制作方法

1.本发明涉及塔吊控制领域，尤其涉及一种基于全景监控的塔吊远程控制系统。


背景技术：

2.塔吊是建筑施工必不可少的关键设备，以一节一节的接长（高），用来吊装施工用的钢筋、木楞、混凝土等原材料。我国塔吊行业已有近70年的发展史，从无到有、从小到大，逐步形成了比较完整的体系，成为机械行业中增幅最快的行业之一，为国民经济建设提供了有力的装备支持。但同时塔吊也是施工安全管理的重点、难点。智能化、数字化等先进技术已经广泛应用于工程机械企业设备中，但在塔吊领域的应用并没有系统化、全面化。如果通过5g、云计算、大数据、物联网等科技信息化手段实时监测塔吊运行状态和塔吊司机违规行为，一方面利用信息交互，通过搭建远程操控平台实现塔吊司机的作业环境从高空驾驶舱转变为室内作业，降低安全风险，大幅改善作业环境；另一方面通过智能辅助技术提升作业效率。
3.我国目前塔吊控制领域有一些单一功能的子系统，例如：吊钩安全引导系统、吊机安全监控管理系统、吊机人脸识别系统、塔吊黑匣子等等。但这些系统的应用水平参差不齐，使用效果水平不一，应用模式不能满足吊机控制优化提升的整体需要。这些系统之间都相互独立，整合不便，数据较难共享，因而整体的价值很难体现，例如，一种在中国专利文献上公开的“一种远程操作新型塔吊及其使用方法”，其公告号：cn107814317a，公开了通过摄像头远程操控，但是实施效果较差。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种基于全景监控的塔吊远程控制系统，通过搭建远程操控平台实现塔吊司机的作业环境从高空驾驶舱转变为室内作业，降低安全风险，大幅改善作业环境，并通过诸多智能辅助技术提升作业效率、行为安全。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于全景监控的塔吊远程控制系统，包括：监控装置，能够将操作环境使用图像的方式进行捕捉；可视化装置，能够实时跟踪工作现场；行为监测系统，能够监控操作者的工作状态；安全系统，能够对运行过程实时监测并记录。通过搭建远程操控平台实现塔吊司机的作业环境从高空驾驶舱转变为室内作业，降低安全风险，大幅改善作业环境，并通过智能辅助技术提升作业效率。通过高性能多功能操作台及智能体感座椅，打造沉浸式全方位信息感知操作体验环境，保障司机远程操控获取更丰富、更有效的信息，实现塔吊安全高效操控。
6.作为优选的，监控装置包括若干个传感器与摄像头，能够对塔吊机构及周围环境进行基于三维空间变化的监测。摄像头下侧设有固定连接的云台，云台可相对于塔吊做左右旋转及上下旋转，能够实时采集吊钩工作状况，及时将影像进行传输，解决了塔吊吊距超高、视线存在盲区的问题。
7.作为优选的，可视化装置包括显示模块，能够将监控装置的数据进行模拟显示。显示模块包括视频眼镜，能够将摄像头的影像画面实时显示，视频眼镜旁连接设有陀螺仪，能够检测视角旋转角度，陀螺仪旁连接设有加速度计，能够检测视角俯仰变换。陀螺仪与加速度计均与云台相连，能够控制云台做对应的三维角度变化。能够实现摄像头角度随着需要变化，提高影像准确性。
8.作为优选的，行为监测系统包括身份识别模块，能够避免对非法操作者使用；状态监测模块，能够监控操作者的行为及生理状态。身份识别模块包括司机卡识别、人脸识别、指纹识别，身份识别模块包括行为摄像头，能够获取操作者图像，与行为摄像头相连的状态分析模块，能够对行为摄像头的影像进行视觉跟踪，用于识别影像中操作者，视觉跟踪后设有目标检测，能够检测到操作者为识别目标，目标检测后设有后动作识别，能够对影像中操作者的行为进行动作判断，对塔吊司机的驾驶行为及生理状态进行检测，当司机发生疲劳、分心、饮酒、服药、情绪激动、身体不适等不利于安全的情况下作业，危险情况时在系统设定时间内报警或终止司机操作权限以避免事故发生。
9.作为优选的，安全系统包括记录模块，能够对工作状况进行监测与记录；报警模块，能够报警并进行制动控制。记录模块包括通过传感器记录实时监测塔吊当前重量、幅度、角度、吊钩高度、速度、爬升率、下降率、加速情况、全景与吊钩视频、环境状况、温湿度、风速、风向参数，记录模块包括云端存储器与本地存储器，云端存储器能够将记录数据上传为云文件，本地存储器能够将72h之内的记录数据进行存储。方便需要时把所记录的数据内容回放，供系统实验、事故分析之用。
10.作为优选的，可视化装置还包括视角调整模块，能够实时自动调节摄像效果。视角调整模块包括摄像头处理器，能够调整摄像头的焦距、倍率、光圈、转向参数，能够提供近距离放大后的视觉效果。
11.作为优选的，监控装置与可视化装置、行为监测系统、安全系统分别无线相连，监控装置与可视化装置、行为监测系统、安全系统设置在两个不同的地点。保障司机远程操控获取更丰富、更有效的信息，实现塔吊安全高效操控。
12.本发明的实施方式具有如下优点：（1）通过搭建远程操控平台实现塔吊司机的作业环境从高空驾驶舱转变为室内作业，降低安全风险，大幅改善作业环境，并通过智能辅助技术提升作业效率，通过高性能多功能操作台及智能体感座椅，打造沉浸式全方位信息感知操作体验环境，保障司机远程操控获取更丰富、更有效的信息，实现塔吊安全高效操控；（2）利用5g通讯实现现场信息采集系统和远程控制系统的信息交互，通过搭建远程操控平台实现塔吊司机的作业环境从高空驾驶舱转变为室内作业，塔吊远程智能操控系统将大大提高塔吊行业的生产管理水平和自动化程度。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
14.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
15.图1是本发明的系统框图。
16.图2是本发明的结构示意图。
17.图中：1-监控装置；2-可视化装置；3-行为监测系统；4-安全系统；5-摄像头。
具体实施方式
18.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.如图1-2所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种基于全景监控的塔吊远程控制系统，包括：监控装置，能够将操作环境使用图像的方式进行捕捉；可视化装置，能够实时跟踪工作现场；行为监测系统，能够监控操作者的工作状态；安全系统，能够对运行过程实时监测并记录。通过搭建远程操控平台实现塔吊司机的作业环境从高空驾驶舱转变为室内作业，该技术颠覆了塔吊传统的作业模式，降低安全风险，大幅改善作业环境，并通过智能辅助技术提升作业效率。通过高性能多功能操作台及智能体感座椅，打造沉浸式全方位信息感知操作体验环境，保障司机远程操控获取更丰富、更有效的信息，实现塔吊安全高效操控。
20.监控装置包括若干个传感器与摄像头，能够对塔吊机构及周围环境进行基于三维空间变化的监测。摄像头下侧设有固定连接的云台，云台可相对于塔吊做左右旋转及上下旋转，能够实时采集吊钩工作状况，及时将影像进行传输，解决了塔吊吊距超高、视线存在盲区的问题。云台上半部分为半圆形，云台下侧末端设有半圆形凹槽，摄像头位于半圆形凹槽内，能够进行两个自由度的旋转，摄像头超出云台的部分为直径小于云台上半部分半圆直径的半圆。在塔吊顶端设有第一摄像头，用于全景监控；起重臂上设有第二摄像头，用于吊钩跟踪；能够对塔吊全景以及吊钩处进行监控，影像随着塔吊运动而变化。
21.可视化装置包括显示模块，能够将监控装置的数据进行模拟显示。显示模块包括视频眼镜，能够将摄像头的影像画面实时显示，视频眼镜旁连接设有陀螺仪，能够检测视角旋转角度，陀螺仪旁连接设有加速度计，能够检测视角俯仰变换，实时监测当前位置与起始位置之间在三维空间变化，映射视频眼镜的方向和俯仰，从而来控制云台的左右转动和上下转动从而实现摄像头观察角度的变化。陀螺仪与加速度计均与云台相连，能够控制云台做对应的三维角度变化。能够实现摄像头角度随着需要变化，提高影像准确性。陀螺仪和加速度计与第一摄像头、第二摄像头分别相连，能够通过视频眼镜分别控制不同摄像头的角度变换。
22.行为监测系统包括身份识别模块，能够避免对非法操作者使用；状态监测模块，能够监控操作者的行为及生理状态。身份识别模块包括司机卡识别、人脸识别、指纹识别，身
份识别模块包括行为摄像头，能够获取操作者图像，与行为摄像头相连的状态分析模块，能够对行为摄像头的影像进行视觉跟踪，用于识别影像中操作者，视觉跟踪后设有目标检测，能够检测到操作者为识别目标，目标检测后设有后动作识别，能够对影像中操作者的行为进行动作判断，对塔吊司机的驾驶行为及生理状态进行检测，当司机发生疲劳、分心、饮酒、服药、情绪激动、身体不适等不利于安全的情况下作业，危险情况时在系统设定时间内报警或终止司机操作权限以避免事故发生。
23.安全系统包括记录模块，能够对工作状况进行监测与记录；报警模块，能够报警并进行制动控制。记录模块包括通过传感器记录实时监测塔吊当前重量、幅度、角度、吊钩高度、速度、爬升率、下降率、加速情况、全景与吊钩视频、环境状况、温湿度、风速、风向参数，记录模块包括云端存储器与本地存储器，云端存储器能够将记录数据上传为云文件，本地存储器能够将72h之内的记录数据进行存储。方便需要时把所记录的数据内容回放，供系统实验、事故分析之用。
24.可视化装置还包括视角调整模块，能够实时自动调节摄像效果。视角调整模块包括摄像头处理器，能够调整摄像头的焦距、倍率、光圈、转向参数，能够提供近距离放大后的视觉效果。实时以高清晰图像向塔吊司机展现吊钩周围实时的视频图像，使司机能够快速准确地做出正确的操作和判断，解决了施工现场塔吊司机的视觉死角，远距离视觉模糊，语音引导易出差错等行业难题。
25.监控装置与可视化装置、行为监测系统、安全系统分别无线相连，监控装置与可视化装置、行为监测系统、安全系统设置在两个不同的地点。保障司机远程操控获取更丰富、更有效的信息，实现塔吊安全高效操控。
26.在另一个实施例中，在塔吊大臂最前端、塔吊根部安装带云台的摄像头分别用全景监控与吊钩跟踪。其中全景监控摄像头云台缺省由塔吊司机在室内佩戴的视频眼镜上集成的头追控制。头追集成imu传感器，实时监测当前位置与起始位置之间在三维空间变化，映射头追的方向和俯仰，从而来控制云台的左右转动和上下转动从而实现摄像头观察角度的变化。通过所安装的摄像头实时采集吊钩工作状况，及时将影像传输到操作室，解决了塔吊吊距超高、视线存在盲区的问题，司机在室内就可以清晰地看到吊钩实时状态，材料是否绑好、周围是否有人、吊装是否有障碍物，然后再进行起吊，从而有效确保了塔吊作业的安全。
27.2、视频眼镜又称为头戴虚拟显示器。全景监控和吊钩跟踪的视频采用画中画方式在塔吊司机视频眼镜中呈现。全屏显示全景监控视频，显示器右下角窗口显示吊钩跟踪视频，视频眼镜上左侧设有切换开关，可以循环切换全景监控视频和吊钩跟踪视频(与相应摄像头云台控制联动)。当切换视频后，头追控制对应的摄像头的云台转动。
28.3、可视化系统采用ai控制方式，保证吊钩镜头实时跟踪和捕捉吊装现场，系统对摄像机的焦距、倍率、光圈、转向等进行自动调节以保证近距离的视觉效果。实时以高清晰图像向塔吊司机展现吊钩周围实时的视频图像，使司机能够快速准确地做出正确的操作和判断，解决了施工现场塔吊司机的视觉死角，远距离视觉模糊，语音引导易出差错等行业难题。
29.4、行为监测系统：1、司机身份识别：司机卡识别、人脸识别、指纹识别。司机非法时无法启动升降机。2、工作状态监测：摄像头获取图像，通过视觉跟踪、目标检测、动作识别等
技术对塔吊司机的驾驶行为及生理状态进行检测，当司机发生疲劳、分心、饮酒、服药、情绪激动、身体不适等不利于安全的情况下作业，危险情况时在系统设定时间内报警或终止司机操作权限以避免事故发生。
30.5、操作环境技术: 利用5g通讯实现现场信息采集系统和远程控制系统的信息交互，通过搭建远程操控平台实现塔吊司机的作业环境从高空驾驶舱转变为室内作业，降低安全风险，大幅改善作业环境，并通过智能辅助技术提升作业效率。设有高性能多功能操作台及智能体感座椅，打造沉浸式全方位信息感知操作体验环境，保障司机远程操控获取更丰富、更有效的信息，实现塔吊安全高效操控。操作室操作大屏1比1还原了塔吊上的驾驶场景。司机座椅前方有3块屏幕，能展示现场塔吊和吊钩的多个视角。智能体感座椅还能将与在塔吊上操作施工相关的倾斜、抖动等细微感觉都实时传递过来，给地面操作者一种沉浸式的作业体验。通过5g技术、有线光纤、无线wifi等通讯手段，除常规的地面人工操控塔吊，操作人员还可在移动式集装箱塔吊集控操控中心对塔吊塔吊（远程）操控。同时这一移动式塔吊操控中心可以跟随塔吊布置在建筑工地，也可以被放置在距离工地千里之外的办公场所。
31.6、运行监测系统 黑匣子安全记录装置：运行监测系统实时监测塔吊当前重量、幅度、角度、吊钩高度、速度、爬升率、下降率、加速情况、全景与吊钩视频、环境状况、温湿度、风速、风向参数等参数。当塔吊运行存在安全隐患时，系统可报警并进行制动控制，实现塔吊安全作业。同时运行监测数据送黑匣子安全记录装置，数据记录本地与云端同时存储，不能删除或更改，本地存储时长》=72小时。需要时把所记录的数据内容回放，供系统实验、事故分析之用。
32.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。