汽車(chē)吊臂安裝測(cè)距雷達(dá)的可行性探討

摘要：汽車(chē)吊車(chē)在使用安全距離確定中，未做出相應(yīng)的規(guī)章制度，在進(jìn)行實(shí)際作業(yè)中為應(yīng)對(duì)有效安全施工距離，需要針對(duì)吊車(chē)這種特殊機(jī)具進(jìn)行安全性計(jì)算，在確保其達(dá)到安全施工的條件下才能進(jìn)行安全施工。目前主要采用測(cè)距雷達(dá)對(duì)安裝吊車(chē)的各項(xiàng)機(jī)動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行作業(yè)地點(diǎn)的合理安排，從而保障整體施工的安全有效。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)吊臂；測(cè)距雷達(dá)；施工安全距離；安裝吊車(chē)；電力安全生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP216 文章編號(hào)：1009-2374（2015）34-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.044

我們根據(jù)現(xiàn)有的安全生產(chǎn)規(guī)程，針對(duì)安裝吊車(chē)的測(cè)距雷達(dá)進(jìn)行分析，可以明確地分析出在進(jìn)行合理化施工的過(guò)程中，我們主要針對(duì)的就是在機(jī)動(dòng)施工車(chē)輛和建筑物、移動(dòng)物體、帶電體之間的安全距離，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)章內(nèi)的最小安全距離。這樣在確保人身安全的同時(shí)，也能夠確保其施工作業(yè)的安全和社會(huì)生產(chǎn)的安全進(jìn)行，這對(duì)施工整體的發(fā)展來(lái)說(shuō)，都更具安全預(yù)防性。而在進(jìn)行起吊安裝過(guò)程中的安全工作距離，則應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地按照最小安全作業(yè)間距進(jìn)行安排。

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，電力變電器、鐵塔、電桿、電纜、大型開(kāi)關(guān)、斷路器等大型設(shè)備越來(lái)越普遍，相應(yīng)的在施工安裝過(guò)程中使用大型吊車(chē)吊裝施工越來(lái)越普遍。特別是變電站內(nèi)建設(shè)與改造、帶電線路附近的施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，發(fā)生安全事故的幾率也越大，單單依靠現(xiàn)場(chǎng)工作負(fù)責(zé)人的監(jiān)督和指揮及吊車(chē)操作員的經(jīng)驗(yàn)判斷控制的移動(dòng)機(jī)械與帶電設(shè)備或物體的安全距離是不夠的，技術(shù)手段尚有改進(jìn)的空間。

1 背景

目前電力安全生產(chǎn)規(guī)程尚沒(méi)有對(duì)汽車(chē)吊裝測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)規(guī)范和要求，就吊車(chē)上安裝雷達(dá)測(cè)距報(bào)警器來(lái)填補(bǔ)這方面的不足。通過(guò)測(cè)距報(bào)警器安裝與設(shè)定安全值，施工過(guò)程中吊車(chē)吊臂移動(dòng)到帶電設(shè)備或物體的設(shè)定安全距離時(shí)發(fā)出報(bào)警，使吊車(chē)操作員在操作過(guò)程中根據(jù)報(bào)警器提醒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)與上空及周?chē)鷰щ婓w、固體物的安全距離，達(dá)到安全施工中的有效預(yù)防，從而避免事故事件的發(fā)生，達(dá)到“安全生產(chǎn)，預(yù)防為主”的目標(biāo)。

2 典型試驗(yàn)項(xiàng)目

在工地施工中，吊車(chē)有塔式和移動(dòng)式兩種，而在應(yīng)用測(cè)距雷達(dá)的裝備中，這里我們主要談及的是汽車(chē)吊車(chē)。伴隨著施工技術(shù)的發(fā)展以及信息技術(shù)在施工中的應(yīng)用，對(duì)測(cè)距雷達(dá)的廣泛應(yīng)用也可能成為改變現(xiàn)代吊車(chē)施工的主要應(yīng)用手段。雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距，與激光測(cè)距相比，具有不受氣候條件限制、距離遠(yuǎn)、精度高、連續(xù)探測(cè)等優(yōu)點(diǎn)；也可以精確地分析出在進(jìn)行施工過(guò)程中的有效安全距離，在確保其工作在有效進(jìn)程中，同時(shí)更為有效地保證作業(yè)人員的人身安全。我們通過(guò)針對(duì)測(cè)距雷達(dá)安裝在汽車(chē)吊臂頂部或周?chē)瑏?lái)探測(cè)到吊車(chē)施工過(guò)程中與周邊高空物體或帶電體有效距離。而在這里的測(cè)距雷達(dá)則主要為微型測(cè)距雷達(dá)，主要應(yīng)用于對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視、報(bào)警提示等管理作用。

3 測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

測(cè)距雷達(dá)的工作原理及組成主要如下：

3.1 測(cè)距方法與選用

如限吊沒(méi)有超出汽車(chē)吊頭高度內(nèi)，假設(shè)汽車(chē)吊臂頭范圍內(nèi)安裝微型雷達(dá)測(cè)距器，在吊臂上雷達(dá)測(cè)距器如何在移動(dòng)過(guò)程中連續(xù)探測(cè)出物體、測(cè)距方法是我們研究重點(diǎn)對(duì)象之一。一般情況下雷達(dá)測(cè)距器常用雷達(dá)測(cè)距的方法有四種：脈沖法測(cè)距、調(diào)頻連續(xù)波法測(cè)距、相位法測(cè)距、自動(dòng)距離跟蹤。雷達(dá)測(cè)距時(shí)經(jīng)常需要對(duì)目標(biāo)距離進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量稱(chēng)為距離跟蹤，自動(dòng)完成距離跟蹤的方法稱(chēng)為自動(dòng)距離跟蹤。自動(dòng)距離跟蹤分為模擬式和數(shù)字式，兩個(gè)系統(tǒng)都是由時(shí)間鑒別器、控制器、跟蹤脈沖產(chǎn)生器組成。實(shí)際施工過(guò)程中汽車(chē)吊施工過(guò)程是不斷變化的過(guò)程，在汽車(chē)吊頭范圍內(nèi)安裝雷達(dá)測(cè)距器需要自動(dòng)距離跟蹤才能達(dá)到預(yù)防安全距離的目的，符合汽車(chē)吊安裝測(cè)距雷達(dá)的高機(jī)動(dòng)性與精度要求，這里選擇數(shù)字式脈沖法測(cè)距方法與雷達(dá)器。

為了減少測(cè)量誤差，通常計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生器和雷達(dá)定時(shí)器觸發(fā)器脈沖的時(shí)間上是同步的。數(shù)字式脈沖法測(cè)距時(shí)能方便地完成對(duì)多個(gè)目標(biāo)的距離測(cè)量，使用時(shí)僅僅需要控制觸發(fā)器，“0”的脈沖應(yīng)在最大作用距離以后產(chǎn)生，各個(gè)目標(biāo)距離數(shù)據(jù)的讀出依靠回波的延遲時(shí)間去控制讀出數(shù)，讀出的數(shù)據(jù)寄存于對(duì)應(yīng)的距離寄存器中。此外，數(shù)字脈沖測(cè)距對(duì)目標(biāo)距離R的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)字量n測(cè)量，提高計(jì)數(shù)脈沖頻率就可提高測(cè)量的精度，要提高計(jì)數(shù)脈沖頻率則要提高器件的速度，計(jì)數(shù)器的級(jí)數(shù)也相應(yīng)增加。數(shù)字式脈沖法測(cè)距公式為：

式中：R為距離；c為光速；n為計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)；f為計(jì)數(shù)脈沖頻率。

3.2 測(cè)距雷達(dá)的工作原理

自動(dòng)距離跟蹤系統(tǒng)框圖如圖1所示，顯示器在自動(dòng)距離跟蹤系統(tǒng)中僅起到監(jiān)視與顯示目標(biāo)的作用，假設(shè)一空間目標(biāo)已被雷達(dá)捕獲，目標(biāo)反射波經(jīng)雷達(dá)接收機(jī)的信號(hào)處理過(guò)程后成為具有一定幅度的視頻脈沖加到時(shí)間鑒別器上，跟蹤脈沖產(chǎn)生器的跟蹤脈沖也同時(shí)加到時(shí)間鑒別器上。此跟蹤脈沖要求延時(shí)在測(cè)距范圍內(nèi)均勻可變，且延遲時(shí)間能精確地讀出。時(shí)間鑒別器將輸入的跟蹤脈沖與回波脈沖在時(shí)間上加以比較，鑒別出它們之間的時(shí)差。

圖1 自動(dòng)距離跟蹤系統(tǒng)框圖 圖2 脈沖測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)框圖

3.3 數(shù)字式自動(dòng)距離跟蹤系統(tǒng)的組成

3.3.1 時(shí)間鑒別器。數(shù)字式時(shí)間鑒別器的作用由回路波信號(hào)延遲時(shí)間t與跟蹤脈沖延遲時(shí)間的相差時(shí)間控制產(chǎn)生正比于的二進(jìn)制數(shù)碼，不同于模擬式時(shí)間鑒別器的模擬電壓。

3.3.2 跟蹤波門(mén)產(chǎn)生器。數(shù)字式跟蹤波門(mén)產(chǎn)生器類(lèi)似于模擬法中的鋸齒電壓波法。

3.3.3 距離產(chǎn)生器（控制器）。距離產(chǎn)生器的作用是對(duì)時(shí)間鑒別器輸出距離誤差進(jìn)行處理后，輸出控制跟蹤波門(mén)移動(dòng)的控制電壓。如圖1所示，在一階無(wú)差的數(shù)字式距離跟蹤系統(tǒng)里，控制器由1個(gè)誤差寄存器、1個(gè)距離寄存器、1個(gè)串行累加器組成，工作時(shí)，時(shí)間鑒別器將輸出的距離誤差數(shù)碼送入誤差寄存器。

3.4 工作原理與脈沖測(cè)距實(shí)例

雷達(dá)通過(guò)發(fā)射脈沖信號(hào)，測(cè)定回波延時(shí)來(lái)測(cè)量與目標(biāo)之間距離，發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)通過(guò)收發(fā)開(kāi)關(guān)后經(jīng)過(guò)天線發(fā)出測(cè)量波、天線測(cè)量后將信號(hào)收發(fā)開(kāi)關(guān)到接收機(jī)、再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器輸出到顯示模塊部件組成工作原理。

實(shí)際應(yīng)用中，脈沖測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)一般由發(fā)射電路、接收電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理機(jī)、顯示模塊部件組成，如圖2所示，利用脈沖調(diào)制模塊PWM產(chǎn)生一串測(cè)距脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送至發(fā)射端，并轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)向空間發(fā)射，電磁波在空間傳播遇到障礙物發(fā)生反射，反射的回波信號(hào)被接收機(jī)接收，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大電路送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC，對(duì)得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，求出回波到來(lái)時(shí)刻及延遲時(shí)間，并求出與障礙物之間的距離R，將距離信息送至顯示電路。

3.5 軟件組成

軟件用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，軟件用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，流程主要是通過(guò)初始化、掃描濾波器信號(hào)檢測(cè)=1、讀整形輸出、測(cè)波形周期、計(jì)算R值、顯示并輸出流程組成。

4 測(cè)距雷達(dá)對(duì)施工安全距離的控制預(yù)防

通過(guò)上述分析，測(cè)距雷達(dá)經(jīng)實(shí)驗(yàn)在原理上是行得通的，從分析與計(jì)算上可知，整套測(cè)距雷達(dá)一般由發(fā)射機(jī)（包括天線）、接收機(jī)、信號(hào)處理器、顯示模塊部件組成，發(fā)射機(jī)（包括天線）安裝在吊車(chē)吊臂上，接收機(jī)、信號(hào)處理器、顯示模塊則安裝在操控室內(nèi)，通過(guò)發(fā)射機(jī)（包括天線）連續(xù)不斷地探測(cè)與實(shí)物的距離傳送到操控室內(nèi)，使操作員及時(shí)掌握到吊車(chē)吊臂與室外的實(shí)際情況，從而達(dá)到了在操作室內(nèi)能掌握吊臂與其他物體的實(shí)時(shí)距離。所以，在汽車(chē)吊臂上安裝雷達(dá)測(cè)距可以填補(bǔ)施工過(guò)程吊臂與帶電體或物體之間安全距離不足造成事故或破壞等方面的問(wèn)題；通過(guò)測(cè)距雷達(dá)器的安裝與實(shí)時(shí)且連續(xù)的監(jiān)控，能使施工過(guò)程中吊車(chē)吊臂移動(dòng)到帶電設(shè)備或物體的程序設(shè)定安全距離（最小安全距離）發(fā)出報(bào)警，使吊車(chē)操作員在操作過(guò)程中根據(jù)報(bào)警器提醒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)與上空及周?chē)鷰щ婓w、固體物的安全距離，從而在技術(shù)上多了一種選擇與預(yù)防方法。汽車(chē)吊臂安裝測(cè)距雷達(dá)可保障安全距離的有效性，保障施工安全距離，達(dá)到控制其生產(chǎn)質(zhì)量過(guò)程、安全進(jìn)程。這對(duì)整體的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)，都可以提供行之有效的預(yù)防處理技術(shù)手段，也為改進(jìn)施工方法達(dá)到施工過(guò)程中安全的預(yù)控，減少施工工時(shí)，減少財(cái)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)損失，提高施工質(zhì)量與效率起到明顯作用，從而達(dá)到“安全生產(chǎn)，預(yù)防為主”的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

在確保的安全施工中，通過(guò)選用監(jiān)控控制技術(shù)的合理性，對(duì)整體的安全建設(shè)方面的作用是顯著的。這對(duì)整體的項(xiàng)目建設(shè)，都能夠提供精確的數(shù)據(jù)分析依據(jù)，為保障施工的安全進(jìn)行提供了有效的技術(shù)手段。所以，安裝測(cè)距雷達(dá)在對(duì)施工的安全進(jìn)行，保障最基本的最小安全距離問(wèn)題上是行之有效的。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：梁祿強(qiáng)（1979-），男，廣西人，廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司欽州供電局助理工程師。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）