建筑塔吊群智能防碰撞系統

摘要：利用無線電技術、傳感器技術、計算機軟件技術等科技，對塔吊群進行智能防碰撞系統的研究，可以大幅度減少塔吊之間、塔吊和其他建筑物之間的刮擦、碰撞，減少塔吊倒塌等事故發生率。

關鍵詞：建筑；塔吊；智能防碰撞

前言

隨著建筑行業的發展，塔吊的使用越來越廣泛。使用密度的增加和操作人員的不規范操作，在塔吊的使用過程中出現越來越多的意外事故，造成人員傷亡和財產損失。研究塔吊防碰撞系統迫在眉睫。

1.研究塔吊智能防碰撞系統的必要性

塔吊的使用，不僅節省人力投入，還大幅度提高工作效率，為建筑行業帶來了機械化和自動化的變革。但是隨著建筑行業塔吊使用數量和密度的增大，塔吊使用過程中，倒塌、碰撞、過載斷臂等事故頻發，造成工作人員的傷亡和財產損失，對社會產生負面影響。研究塔吊安全控制系統迫在眉睫：實時監測塔吊使用情況，避免違規操作，防止塔吊交叉使用帶來的風險，對減少塔吊發生意外事故具有重要作用。

2.智能防碰撞的技術要求

2.1初期傳感器技術

2.1.1距離傳感器

實時監控塔吊吊臂與其他塔吊和建筑物的距離，是減少事故發生的基本措施。距離傳感器技術提供了可能，距離傳感器是通過發射電磁脈沖，并測量脈沖信號從發射到接收反射的時間間隔，計算與障礙物之間的距離，同時使用限位器及時控制塔吊遠端距離，防止塔吊與其他物品發生碰撞。距離傳感器同時與旋角傳感器使用，效果會更好。

2.1.2重量傳感器

塔吊的第二個基本問題是吊鉤貨物過重，造成塔吊傾斜甚至倒塌。塔吊的吊重系統是利用電動機做動力源，通過鋼絲繩在絞盤的纏繞，經過滑輪（組）把力放大，進行吊重作業。重量傳感器基本原理是把力的形變轉變為電信號得到重量值：使用雙剪型電阻應變計，制成惠斯通電橋并聯裝置，測出應力形變得到吊重值，進而轉變成電信號。重量傳感器需要稱重傳感器、連接件、限位器以及接線盒等零部件。如需直接觀察超重信號，可以使用計算器原理計算出數值，并由液晶顯示器讀出。

安裝重量傳感器特別注意使用環境，環境容易對傳感器的精度產生影響，致使其失去作用。

2.1.3旋角傳感器

旋角傳感器是應用在已知塔吊之間、塔吊和其他建筑物之間存在交叉或者碰撞可能的前提下，為防止碰撞事故，塔吊提前設定好旋轉角度，或者塔吊之間進行信號互測，A塔吊能感應到B塔吊所處的狀態和變幅，判斷A、B塔吊遠端距離是否達到警戒值。

旋角傳感器是應用絕對型光電編碼原理，使用內部激光開槽技術，按照規律在刻度盤不同的位置開槽，利用二極管的發光原理作為信號，光電接收二極管測定光強度。當光到達開槽的位置，根據光信號，光電接收二極管將光信號轉變為電信號。再根據電信號的解碼過程得到刻度盤上的角度值，最終輸出測量值。

2.1.4其他傳感器技術

預防塔吊的意外事故發生，除了需要注意塔吊超重，與其他物體發生碰撞，還要注意風力對塔吊的影響，這就需要利風速傳感器。要求駕駛員隨時注意大風天氣，當風力達到6級，高空作業都必須停止。風速傳感器利用脈沖原理，風力使旋轉風葉轉動，帶動通過電路連接的脈沖發生器，計算出單位之間的脈沖數量，即可計算出風速。

為了使駕駛員能準確判斷吊鉤下降的高度，還需要“起升及變幅傳感器”，用來測量鋼絲繩的伸展和收縮長度，判斷吊鉤的升降高度及水平小車的位移。

3.軟件技術及硬件技術

3.1軟件技術

塔吊防碰撞系統軟件部分：主程序、接口程序、通信協議、算法和內核驅動程序。

3.2硬件要求

塔吊防碰撞系統需要多種含現代化技術的硬件支持：數據處理器、無線通信設備、輸入輸出設備、傳感器系統、人機交互（參數修改）單元和塔吊被測對象。數據處理器主要用于數據的計算與處理，是系統的“大腦”，通過對既定的模型計算，控制碰撞的發生；無線通信用于發送、傳輸、接收塔吊群內有交集的塔吊，是實現塔吊群網絡控制的基礎；輸入輸出設備實現了人機互動：收集人的指令，計算已經采集的數據，自主做出決策；傳感器是利用電信號的改變，感知被測量對象的變化，為系統做出決策提供原始的動態的數據；人機交互即以人的行為控制系統運作，根據系統外邊環境的變化進行即時調整；塔吊被測對象是指為防止意外發生，而進行測量的動態變量：旋轉角度、升降高度、水平小車的行進距離、吊重重量等。

防碰撞系統的硬件要求是基本要求：硬件設備的靈敏度、運作的穩定性、抗干擾性等，都是軟件設計得以流暢運行的保證。

4.防碰撞系統的實現

防碰撞系統若得以實現，需要軟件系統和硬件設備科學合理的結合，采用主操作系統固化于數據處理器，合理布置驅動電路，實現傳感器與顯示器的信號傳輸與顯示，利用無線通信將多個控制器進行數據連接與統一操作，構成塔吊防碰撞的硬件系統。各個分子系統配合軟件驅動，實現塔吊內部、塔吊與外部環境合理的邏輯關系：區分塔吊的交叉區域、禁行區域合慣性區域，進而實現防碰撞的控制。

防碰撞系統組網多采用Agent系統，有三種結構：分布式，混合式和集中式，設置特定環境后，Agent能自動發揮作用，具有主動性和反饋性，塔吊上任何一臺防碰撞設備可稱為一個Agent，如采用集中式設計，每個防碰撞設備（agent）收集的數據都需要傳給總控制器，由總控制器統一整理、計算，出現碰撞矛盾時，即產生系統運行的障礙，總控制器發出警報并制動。

5.結束語

綜上所述，防碰撞系統的研究和使用體現了現代工程的科技化和智能化，即提高了生產效率，又減少了意外事故的發生。而科技的進步將不斷為塔吊的智能化操作提供了可能。

參考文獻：

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作者簡介：亞森江·買合木提，男，維吾爾族，籍貫：中國，學歷：大學本科，職稱：助理工程師，研究方向：電梯和起重機械檢驗檢測以及壓力容器檢驗。