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房建施工塔機防碰撞的機器視覺監(jiān)測預(yù)警方法

2024-04-24 10:11:29王凱
工程機械與維修 2024年1期
關(guān)鍵詞:機器視覺

王凱

摘要:簡要介紹傳統(tǒng)的塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法及其不足之處,詳細(xì)闡述了房建施工塔機基于機器視覺技術(shù)的監(jiān)測預(yù)警方法的技術(shù)特點、基礎(chǔ)監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)的設(shè)置、布設(shè)多層級監(jiān)測預(yù)警節(jié)點、建立塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模型、監(jiān)測鎖定與監(jiān)測預(yù)警等主要內(nèi)容,闡述了對該監(jiān)測預(yù)警方法進行測試的目的、測試準(zhǔn)備、測試過程及其結(jié)果。測試結(jié)果表明,采用機器視覺技術(shù)對塔機防碰撞進行監(jiān)測預(yù)警方法,效果好、針對性強、誤差可控,具有一定的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞:房建工程;塔機施工;防碰撞;機器視覺;監(jiān)測預(yù)警

0? ?引言

在房建等工程施工中,塔機是十分重要且關(guān)鍵的設(shè)備,塔機的使用頻率很高。但是在塔機使用過程中,會出現(xiàn)一些操作控制方面的問題,例如塔機碰撞引起塔臂斷裂以及操控系統(tǒng)失靈等。塔機碰撞會引發(fā)塔機損壞、材料損失甚至人員傷亡,在一定程度上阻礙了工程進度、影響了工程質(zhì)量和企業(yè)效益。因此塔機必須配備防碰撞監(jiān)測預(yù)警裝置。

1? ?傳統(tǒng)的塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法

傳統(tǒng)的塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法,如北斗定位塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法,塔機與建筑物等周邊物體交會防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法等,雖然可以實現(xiàn)預(yù)期的任務(wù)及目標(biāo),但是缺乏針對性與穩(wěn)定性,在不同的施工環(huán)境下,較難進行預(yù)警的搭接與點位的鎖定,較容易受到外部環(huán)境及特定因素的影響[1]。不僅如此,當(dāng)前所設(shè)計的防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法一般是單向的,實際應(yīng)用測定時的效率較低,可控度不高,影響最終的監(jiān)測預(yù)警結(jié)果。

2? ?基于機器視覺技術(shù)的監(jiān)測預(yù)警方法

2.1? ?技術(shù)特點

為克服上述塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法的不足,設(shè)計了基于機器視覺技術(shù)的房建施工塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法并進行了驗證分析。所謂機器視覺技術(shù),主要指的是利用機器代替人眼來做測量和判斷。

將機器視覺技術(shù)與塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法相融合,擴大了實際預(yù)警范圍,形成了更加靈活、多變的預(yù)警結(jié)構(gòu),可從多個角度進行實際監(jiān)測,推動相關(guān)技術(shù)和行業(yè)邁入一個新的臺階[2]。

2.2? ?基礎(chǔ)監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)的設(shè)置

通常情況下,在進行房建施工過程中,塔機的監(jiān)測預(yù)警裝置可以保障其施工過程中的穩(wěn)定性與可靠性,但是需要進行基礎(chǔ)監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)的設(shè)置[3]。這就需要對塔機的實際防撞位置和定向點位進行標(biāo)定處理,并計算出碰撞的可控制距離,該距離一般設(shè)置在0.25~0.3m之間[4]。以此為基礎(chǔ),依據(jù)監(jiān)測預(yù)警的實際需求及標(biāo)準(zhǔn),進行預(yù)警指標(biāo)與參數(shù)的設(shè)置。階段性基礎(chǔ)監(jiān)測預(yù)警數(shù)值的設(shè)置如表1所示。

根據(jù)表1完成對階段性基礎(chǔ)監(jiān)測預(yù)警數(shù)值的設(shè)置,然后以此為基礎(chǔ),對當(dāng)前的監(jiān)測預(yù)警環(huán)境和條件進行調(diào)整調(diào)度。需要注意的是,所設(shè)計的監(jiān)測預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)并不是固定的,可以依據(jù)自身的施工需求作出調(diào)整,具有較強的靈活性[5]。

2.3? ?布設(shè)多層級監(jiān)測預(yù)警節(jié)點

傳統(tǒng)的塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警節(jié)點設(shè)置方式大多是單向,雖然可以實現(xiàn)預(yù)期的預(yù)警任務(wù),但是缺乏針對性和穩(wěn)定性,獲取的預(yù)警數(shù)值也并不精準(zhǔn)可靠[6]。為解決這一問題,結(jié)合實際預(yù)警需求和標(biāo)準(zhǔn),將所設(shè)計的節(jié)點預(yù)警方式分為多層級,這樣可以加強對監(jiān)測情況的多維控制,進一步滿足實際的預(yù)警要求。為此,需計算出監(jiān)測預(yù)警節(jié)點的布設(shè)間距,具體計算如公式(1)所示。

(1)

式中:P表示監(jiān)測預(yù)警節(jié)點布設(shè)間距, 表示轉(zhuǎn)換監(jiān)測均值,ε表示可控監(jiān)測差,σ表示預(yù)警次數(shù),χ表示預(yù)警響應(yīng)時間,δ表示碰撞距離,ρ表示重復(fù)預(yù)警范圍。

結(jié)合當(dāng)前的測試結(jié)果,依據(jù)設(shè)置的間距,調(diào)整節(jié)點的具體位置。同時,根據(jù)監(jiān)測位置和預(yù)警方向的變化,需將當(dāng)前的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)劃分為多個層級,以便更好地將預(yù)警的目標(biāo)進行匹配,形成相對應(yīng)的預(yù)警關(guān)系,為后續(xù)數(shù)據(jù)、信息采集,甚至對異常碰撞位置的標(biāo)定提供參考。

2.4? ?建立塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模型

采用機器視覺技術(shù),構(gòu)建房建施工塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模型。利用部署的監(jiān)測預(yù)警節(jié)點進行數(shù)據(jù)信息的采集,為此需要在當(dāng)前的模型中設(shè)計一個機器視覺監(jiān)測矩陣,進行預(yù)警限值的計算,并將其設(shè)定為預(yù)警的限制標(biāo)準(zhǔn),以構(gòu)建對應(yīng)的預(yù)警模型結(jié)構(gòu)。機器視覺房建塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模型設(shè)置程序如圖1所示。

根據(jù)圖1展示的設(shè)置程序,完成對機器視覺房建塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模型的設(shè)計與驗證分析。然后以此為基礎(chǔ),通過機器視覺技術(shù),處理各個階層的防碰撞監(jiān)測預(yù)警目標(biāo),并獲取模糊的預(yù)警結(jié)果,以待后續(xù)進行修正處理。

2.5? ?監(jiān)測鎖定與監(jiān)測預(yù)警

所謂監(jiān)測鎖定,主要指的是針對預(yù)警模型處理的結(jié)果進行修正的一種方式。當(dāng)前對于塔機防碰撞的位置以及距離進行標(biāo)定,作為初始鎖定的目標(biāo),在實際建設(shè)施工的過程中,每一個階段均需要進行對應(yīng)的鎖定處理,將各個階段的監(jiān)測鎖定數(shù)值進行匯總整合,并利用預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)作出比對,以此來消除各個環(huán)節(jié)的預(yù)警誤差,強化預(yù)警結(jié)果的真實性與可靠性,進一步擴大實際的監(jiān)測預(yù)警范圍,從多個角度保證預(yù)警結(jié)果的穩(wěn)定與可靠,營造更為真實的監(jiān)測預(yù)警環(huán)境。

3? ?監(jiān)測預(yù)警方法測試

3.1? ?測試目的

此次主要是對基于機器視覺的房建施工塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警方法的實際應(yīng)用效果進行分析與驗證研究。考慮到最終測試結(jié)果的真實性與可靠性,采用對比的方式展開分析,并選定Q房建工程作為測試的主要目標(biāo)對象。根據(jù)當(dāng)前測定需求及標(biāo)準(zhǔn)的變化,對最終得出的測試結(jié)果比照研究。然后綜合機器視覺技術(shù),進行測試環(huán)境的關(guān)聯(lián)與搭建。

3.2? ?測試準(zhǔn)備

設(shè)定了北斗定位塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警測試組、塔機與建筑物等周邊物體交會防碰撞監(jiān)測預(yù)警測試組,以及機器視覺塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警測試組。

結(jié)合機器視覺技術(shù),對選定的Q房建工程作為測試的主要目標(biāo),并建立對應(yīng)的測試環(huán)境與內(nèi)置搭接結(jié)構(gòu)。根據(jù)監(jiān)測預(yù)警的需求,可對塔機的應(yīng)用范圍進行劃定,并在可控的范圍之內(nèi)進行一定數(shù)量監(jiān)測節(jié)點的布設(shè)。需要注意的是,監(jiān)測節(jié)點的設(shè)定雖然是獨立的,但是實際應(yīng)用的過程中盡量將節(jié)點搭接在一起,以便于后續(xù)數(shù)據(jù)、信息的采集與匯總。

在當(dāng)前的檢測系統(tǒng)之中接入一個定向的承接識別程序,并在塔機的操控系統(tǒng)之中增設(shè)傳感器、聲光報警器、記錄儀以及外側(cè)傳感器等輔助設(shè)備。接下來,進行預(yù)警監(jiān)測指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置,如表2所示。

根據(jù)表2,完成對預(yù)警監(jiān)測指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置與分析。以此為基礎(chǔ),通過機器視覺技術(shù)設(shè)計一個多層級的監(jiān)測預(yù)警結(jié)構(gòu),并導(dǎo)入制定的預(yù)警目標(biāo),完成基礎(chǔ)測試環(huán)境及條件的設(shè)置,然后綜合機器視覺技術(shù),進行具體的測試與驗證。

3.3? ?測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中,結(jié)合機器視覺技術(shù),對選定的Q房建工程進行測試與驗證。因為該工程的覆蓋面積較大,所以塔機的應(yīng)用范圍會更廣一些。將塔機的應(yīng)用測定區(qū)域劃分為4個,并利用各個區(qū)域設(shè)置的節(jié)點進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、信息的采集,預(yù)設(shè)監(jiān)測預(yù)警的對應(yīng)周期,以待后續(xù)使用。利用設(shè)定的傳感器及聲光報警器等裝置,首先進行防碰撞報警距離的測試,得出以下數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3,完成對塔機防碰撞報警距離的設(shè)置,依據(jù)上述情況,利用機器視覺技術(shù),設(shè)置可控的視覺監(jiān)測預(yù)警范圍,并分析計算出最終的單元監(jiān)測預(yù)警耗時,具體如公式(2)所示:

(2)

式中:D表示單元監(jiān)測預(yù)警耗時,m表示可控監(jiān)測范圍,n表示視覺識別區(qū)域,u表示識別預(yù)警次數(shù),χ表示機器視覺標(biāo)定距離。結(jié)合當(dāng)前的測定,完成對測試結(jié)果的分析,如圖2所示。

根據(jù)圖2完成對測試結(jié)果的分析。對塔機與建筑物等周邊物體交會進行防碰撞監(jiān)測預(yù)警測試對比,此次所設(shè)計的機器視覺塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警測試組,最終得出的單元監(jiān)測預(yù)警耗時被控制在0.2s以下,這說明在機器視覺技術(shù)的輔助下,所設(shè)計的監(jiān)測預(yù)警方法效果更佳、針對性更強、誤差可控,具有實際的應(yīng)用價值。

4? ?結(jié)束語

綜合上述分析可知,將設(shè)計的基于機器視覺的房建施工塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模式,與傳統(tǒng)的塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模式對比。前者在機器視覺技術(shù)的輔助與支持下,所設(shè)計的監(jiān)測預(yù)警結(jié)構(gòu)更為多元化、穩(wěn)定化,自身針對性得到了極大地提升。

基于機器視覺的房建施工塔機防碰撞監(jiān)測預(yù)警模式,可在不同的工程施工背景下,對塔機的可應(yīng)用位置進行多維標(biāo)定。利用過程中獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和位置信息,有利于優(yōu)化預(yù)警結(jié)構(gòu),提升預(yù)警精度,給予塔機操作人員提供更為精準(zhǔn)可靠的預(yù)警信號,從多方面保證塔機群的安全作業(yè)。

參考文獻

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