塔机吊钩可视化技术的发展应用

2020-07-30

建筑机械化 2020年6期

（中国建筑科学研究院有限公司建筑机械化研究分院，河北廊坊 065000）

在我国建筑业转型升级的大背景下，建筑业高质量发展对安全施工提出了更高的要求，在施工现场，大型起重设备的安全使用管理是一项主要工作。据统计，我国建筑市场塔机保有量已超过40 万台，并每年持续增加。由于塔机吊距超高以及存在视线盲区，常有操作不便，容易导致材料散落以及吊钩伤人等安全事故。

1 吊钩可视化技术应用的必要性

GB/T 28264-2017《起重机安全监控管理系统》在5.2.2 的视频系统项目中，将塔式起重机的吊点定为“宜监视”，明确了吊钩吊点可视化的重要性。

塔机吊钩可视化系统针对塔机司机工作时的视觉盲区、远距离视觉模糊以及夜间工作视野不清晰等问题，解决了塔机司机在操作中的实际需求，为塔机司机提供吊钩周遭视野，在黑暗环境下提供红外视野，从而有效提升安全性。系统能以实时视频形式向塔机司机展现吊钩周围工作情况，帮助司机快速准确地做出判断，进行正确操作。

塔机吊钩可视化系统在施工中的应用不到10年时间，目前已广泛应用于电力电建、超高层建筑施工、普通工民建等工况中，并经历了迅速的迭代发展。

2 有线部署的固定机位吊钩可视化系统

塔机吊钩视频监控系统最早出现形式为固定在塔机臂根或塔机臂尖等位置的球型摄像机实时拍摄视频，以网线连接至司机室的交换机，接入硬盘刻录机以存储历史记录，再接入塔机司机室中的显示器进行显示。塔机司机可利用鼠标或者操作杆控制摄像机的拍摄方向、焦距，观察各个方向的工作环境。该系统控制完全基于球型摄像机自身的操作系统，有较好的稳定性。由于作业期间需要频繁切换拍摄方向和焦距，每一次吊装都需要进行鼠标或操作杆操作，繁琐复杂，影响塔机司机正常操作塔机的效率。

3 有线部署的自动变焦吊钩可视化系统

该产品在手动吊钩可视化监控系统基础上，通过传感器采集塔机高度和幅度的实时数据，进行运算完成自动变焦作业。传感器采集实时的幅度r和起升高度h，计算得到摄像头的控制参数。对于云台控制，设塔机高度为H，为达到最佳拍摄效果，应使吊载物显示在画面正中心，此时拍摄角度应满足tanθ=（H-h）/r。对于焦距控制，计算出吊载物与摄像头距离，然后根据吊载物占据画面的比例要求（不小于1/2），得到变焦控制器的参数。摄像机布置如图1 所示。

图1 摄像机与吊载物位置平面示意图

在计算出理想的拍摄角度和焦距后，即对摄像机俯仰角度和焦距进行调节。通常采用ONVIF 协议，将摄像机的具体功能抽象为一个WebService 服务，调用WebService 服务接口控制摄像机。

这种吊钩可视化系统的自动调节功能依赖高度和幅度传感器，当传感器出现累计误差或其他因素引起数据失真时，将影响吊钩跟踪效果。对于小车变幅塔机，无论安装于臂根或臂尖，仍可能存在视野盲区，不能全过程拍摄到吊钩的情况。

4 无线自动变焦吊钩可视化系统

为解决小车变幅塔机吊钩可视化系统的视野盲区问题，使摄像机能够随吊钩移动，摄像机可安装在吊钩或小车上。本文提出一种无线自动变焦吊钩可视化系统。

4.1 供电及数据传输问题

无线视频传输技术需要解决的主要问题是摄像头的供电和视频数据的传输问题。在塔机的工作过程中，小车需要大范围频繁移动，摄像机与驾驶室之间用于供电和信号传输的线缆将很难固定，且容易发生缠绕、拉扯。视频信号可以用WLAN 传输方案解决，供电则通过独立锂电池。一台720P 摄像机功率约为4.5W，在夜间开启红外模式时功率最高可达9W；工业路由器为保证稳定的远距离大带宽传输，最高功率约为15W，若塔机工作幅度较小，则所需路由器功率亦有降低，因此小车上的设备总功率最高可达24W。以普通的12V 蓄电池来计算，每工作1h 耗费2A，即使是大容量蓄电池（如300AH）也需要频繁更换电池。由于摄像机和电池均安装在变幅小车上，考虑到防水因素，通常又需要较好的密闭性，因此更换电池非常繁琐。

4.2 太阳能充电板技术的应用

经过调研比较，太阳能电池板技术可为摄像头供电提供合理的解决方案。目前常见的单晶硅太阳能充电板的发电功率约为140W/m2，考虑到早晚光照不足时发电功率有所降低，现场安装1m2以上太阳能板可满足基本供电需求。在实际应用中，固定在小车位置的摄像头可以更加直观地观察到吊钩周遭的实时情况。另外较前两种固定球机形式，省去了高额的球机摄像头费用，也在一定程度上节省了成本，得到了市场的广泛好评。