塔机安全视觉相关算法分析

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1、山东建筑大学硕士学位论文第一章绪论1．1研究的目的和意义塔式起重机(以下简称塔机)具有工作效率高、适用范围广、回转半径大、起升高度高、操作方便，以及安装与拆卸简单等特点，在我国建筑安装工程中己得到广泛的使用，并成为一种主要的施工机械。塔机除用于工业与民用建筑外，在电站施工、水利建设以及造船等部门也有极其广泛的应用，但同时塔机也是一种事故多发机种。塔机属于较大型的施工机械，因此发生事故会造成较大的经济损失和人员伤亡，如何减少、避免塔机事故是建筑机械和起重机械研发人员一直努力探索的课题之一。铡如为防止塔机因由于超载而引起倒塔

2、、塔身折弯等事故，研发人员在塔机上安装了各种安全装置，常用的安全装置有：起升高度限位器，起重量限制器，幅度指示器，载重力矩限制器，风速仪，夹轨器，锚定装置及各种行程限位开关，一定程度上减少预防塔机事故的发生【l】。但目前各种安全装置主要着眼在塔机的超载倾斜限幅限速等方面，在预防避兔塔机因碰撞而发生的事故方面研发力度还远远不够，解决塔机碰撞事故的安全装置还很少，在多台塔机同时施工时如何防止塔机之间的相互碰撞、塔机与建筑障碍物之间的碰撞，并防止吊物进入某些禁区(如街道、校园、公众区域、铁路、电网等)上空等，一直是建筑施工中引

3、人注目的安全问题，现已逐渐将其纳入严格的施工安全管理，制订了相应的法规和标准，以保证施工安全。尽管如此，还是不可避免地发生一些塔机间的干涉碰撞等安全事故。此类事故发生的原因主要有以下几点【2】：(1)塔机操作者往往将注意力集中在被吊起的重物上，当启动塔机前可能会忽视相邻塔机的方位；(2)操作者有时看不到豳己塔机的平衡臂；(3)塔机操作者会因阳光眩目而看不到其它塔机的纤细吊索进入其工作区域；(4)塔机操作者可能会错误估计所操纵的累臂尖端与其它塔机或构筑物之间的距离；(5)对跨越构筑物之外的某些保护区域(吊钩禁入区)，操作者

4、几乎看不到；由于研发力度不够和缺少必要的安全措施等原因，碰撞引发的塔机事故不时发生【l】(如图1．1)。据统计在塔机事故中最可怕的是倒塔，其次是碰撞和机构损坏，另外随着经济的发展，工程建设规模的扩大，在一个重大工程中会投入越来越多的设备，大型设备之间的防撞问题也日渐提上日程，因此研发一种预防塔机碰撞事故的安全装置显得尤为迫切和必要。山东建筑大学硕士学位论文蹋l。1塔机碰撞事故示意鹭1．2目前塔机防碰撞的研究现状防碰撞中的关键参数为摄像枫平面与障碍物之闻的距离的信息，综合謦莉国内外的测距和塔机防碰撞方法主要有以下几种。1．

5、2．1激光测距雷达在生物界，蝙蝠和海豚是通过接收自愁发出的超声波来确定其周围物体的存在。根据生物的这种感知距离的能力，人类发明的各种测距系统，称之为雷达，即向空间发射信号，然后接收反射信号并与发射信号进行比较，以确定西标的距离和方位。激光测距(1aserrangefinder)是在二十世纪60年代发展起来的一种新型测距雷达，现在已经进入实用化阶段。激光雷达可以获取匿标的多种信息，如反射特性、距离信息、速度信息等。在机器视觉领域，一般需要探测目标的细节及其精确的位置和方位，而声波甚至是电磁波都无法达到这一要求，只能使用波长

6、很短的激光测距雷达。激光测距的主要问题是技术实现难度较大【3】。下面介绍三种工作体制的测距原理：脉冲飞行时间测距【4】【51、相位差测距(6】和差频测距。(1)脉冲飞行时间测距我们知道，声波和光波信号在空气介质中传播的速度是一定的，如果知道它们在空间中的传播时间，则可以计算波形在空气中的传播距离。人们将这种蠢接通过测量波形(或脉冲)飞行时间来计算距离的方法称为飞行时间法(timeofflight)。激光脉冲测距雷达就属于这类测距系统。激光脉冲测躐雷达向空闻发射激光脉冲信号，并接收毒于碰到物体表2山东建筑大学硕士学位论文面

7、而反射回来的信号，然后测量发射和接收脉冲的时闽差，就可以得到空间物体的距离。图1．2是一种典型的激光脉冲测距雷达原理框图，是1977年加州理工大学喷推实验室研制的[Lewis1977]。激光源发出脉冲激光束，经光学校准系统到达光学扫描镜，对预定的空间进行扫描；光学扫描镜还对反射光同轴地接收，以保证测量的一致性，反射光经光电探测器转换进入脉冲前沿甄别电路，产生一个独立于信号强度的到达时间脉冲，发射参考脉冲与到达时间脉冲之间的时间间隔通过时间一脉冲高度转换器转换成具有一定宽度(2／is)，熊高度正比与时间间隔的脉冲信号。这种

8、激光测距雷达在1．3米的测量范围内，测距精度为2厘米，获取128×128霉像需要3分钟。尽管上述的飞行时闻测距原理十分篱单，但要构造一个实用的系统比较困难，主要原因是测距系统的正作频率必须很高，才能得到较满意的距离图像，比如，为了得到测距精度为4-0．5cm，则时间闻隔的测量精度误差应小于4-30ps(1ps=10。