塔機(jī)吊鉤可視化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000）

在我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大背景下，建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展對(duì)安全施工提出了更高的要求，在施工現(xiàn)場，大型起重設(shè)備的安全使用管理是一項(xiàng)主要工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國建筑市場塔機(jī)保有量已超過40 萬臺(tái)，并每年持續(xù)增加。由于塔機(jī)吊距超高以及存在視線盲區(qū)，常有操作不便，容易導(dǎo)致材料散落以及吊鉤傷人等安全事故。

1 吊鉤可視化技術(shù)應(yīng)用的必要性

GB/T 28264-2017《起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》在5.2.2 的視頻系統(tǒng)項(xiàng)目中，將塔式起重機(jī)的吊點(diǎn)定為“宜監(jiān)視”，明確了吊鉤吊點(diǎn)可視化的重要性。

塔機(jī)吊鉤可視化系統(tǒng)針對(duì)塔機(jī)司機(jī)工作時(shí)的視覺盲區(qū)、遠(yuǎn)距離視覺模糊以及夜間工作視野不清晰等問題，解決了塔機(jī)司機(jī)在操作中的實(shí)際需求，為塔機(jī)司機(jī)提供吊鉤周遭視野，在黑暗環(huán)境下提供紅外視野，從而有效提升安全性。系統(tǒng)能以實(shí)時(shí)視頻形式向塔機(jī)司機(jī)展現(xiàn)吊鉤周圍工作情況，幫助司機(jī)快速準(zhǔn)確地做出判斷，進(jìn)行正確操作。

塔機(jī)吊鉤可視化系統(tǒng)在施工中的應(yīng)用不到10年時(shí)間，目前已廣泛應(yīng)用于電力電建、超高層建筑施工、普通工民建等工況中，并經(jīng)歷了迅速的迭代發(fā)展。

2 有線部署的固定機(jī)位吊鉤可視化系統(tǒng)

塔機(jī)吊鉤視頻監(jiān)控系統(tǒng)最早出現(xiàn)形式為固定在塔機(jī)臂根或塔機(jī)臂尖等位置的球型攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝視頻，以網(wǎng)線連接至司機(jī)室的交換機(jī)，接入硬盤刻錄機(jī)以存儲(chǔ)歷史記錄，再接入塔機(jī)司機(jī)室中的顯示器進(jìn)行顯示。塔機(jī)司機(jī)可利用鼠標(biāo)或者操作桿控制攝像機(jī)的拍攝方向、焦距，觀察各個(gè)方向的工作環(huán)境。該系統(tǒng)控制完全基于球型攝像機(jī)自身的操作系統(tǒng)，有較好的穩(wěn)定性。由于作業(yè)期間需要頻繁切換拍攝方向和焦距，每一次吊裝都需要進(jìn)行鼠標(biāo)或操作桿操作，繁瑣復(fù)雜，影響塔機(jī)司機(jī)正常操作塔機(jī)的效率。

3 有線部署的自動(dòng)變焦吊鉤可視化系統(tǒng)

該產(chǎn)品在手動(dòng)吊鉤可視化監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過傳感器采集塔機(jī)高度和幅度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算完成自動(dòng)變焦作業(yè)。傳感器采集實(shí)時(shí)的幅度r和起升高度h，計(jì)算得到攝像頭的控制參數(shù)。對(duì)于云臺(tái)控制，設(shè)塔機(jī)高度為H，為達(dá)到最佳拍攝效果，應(yīng)使吊載物顯示在畫面正中心，此時(shí)拍攝角度應(yīng)滿足tanθ=（H-h）/r。對(duì)于焦距控制，計(jì)算出吊載物與攝像頭距離，然后根據(jù)吊載物占據(jù)畫面的比例要求（不小于1/2），得到變焦控制器的參數(shù)。攝像機(jī)布置如圖1 所示。

圖1 攝像機(jī)與吊載物位置平面示意圖

在計(jì)算出理想的拍攝角度和焦距后，即對(duì)攝像機(jī)俯仰角度和焦距進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常采用ONVIF 協(xié)議，將攝像機(jī)的具體功能抽象為一個(gè)WebService 服務(wù)，調(diào)用WebService 服務(wù)接口控制攝像機(jī)。

這種吊鉤可視化系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能依賴高度和幅度傳感器，當(dāng)傳感器出現(xiàn)累計(jì)誤差或其他因素引起數(shù)據(jù)失真時(shí)，將影響吊鉤跟蹤效果。對(duì)于小車變幅塔機(jī)，無論安裝于臂根或臂尖，仍可能存在視野盲區(qū)，不能全過程拍攝到吊鉤的情況。

4 無線自動(dòng)變焦吊鉤可視化系統(tǒng)

為解決小車變幅塔機(jī)吊鉤可視化系統(tǒng)的視野盲區(qū)問題，使攝像機(jī)能夠隨吊鉤移動(dòng)，攝像機(jī)可安裝在吊鉤或小車上。本文提出一種無線自動(dòng)變焦吊鉤可視化系統(tǒng)。

4.1 供電及數(shù)據(jù)傳輸問題

無線視頻傳輸技術(shù)需要解決的主要問題是攝像頭的供電和視頻數(shù)據(jù)的傳輸問題。在塔機(jī)的工作過程中，小車需要大范圍頻繁移動(dòng)，攝像機(jī)與駕駛室之間用于供電和信號(hào)傳輸?shù)木€纜將很難固定，且容易發(fā)生纏繞、拉扯。視頻信號(hào)可以用WLAN 傳輸方案解決，供電則通過獨(dú)立鋰電池。一臺(tái)720P 攝像機(jī)功率約為4.5W，在夜間開啟紅外模式時(shí)功率最高可達(dá)9W；工業(yè)路由器為保證穩(wěn)定的遠(yuǎn)距離大帶寬傳輸，最高功率約為15W，若塔機(jī)工作幅度較小，則所需路由器功率亦有降低，因此小車上的設(shè)備總功率最高可達(dá)24W。以普通的12V 蓄電池來計(jì)算，每工作1h 耗費(fèi)2A，即使是大容量蓄電池（如300AH）也需要頻繁更換電池。由于攝像機(jī)和電池均安裝在變幅小車上，考慮到防水因素，通常又需要較好的密閉性，因此更換電池非常繁瑣。

4.2 太陽能充電板技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過調(diào)研比較，太陽能電池板技術(shù)可為攝像頭供電提供合理的解決方案。目前常見的單晶硅太陽能充電板的發(fā)電功率約為140W/m2，考慮到早晚光照不足時(shí)發(fā)電功率有所降低，現(xiàn)場安裝1m2以上太陽能板可滿足基本供電需求。在實(shí)際應(yīng)用中，固定在小車位置的攝像頭可以更加直觀地觀察到吊鉤周遭的實(shí)時(shí)情況。另外較前兩種固定球機(jī)形式，省去了高額的球機(jī)攝像頭費(fèi)用，也在一定程度上節(jié)省了成本，得到了市場的廣泛好評(píng)。

5 結(jié)語

隨著AI 技術(shù)的發(fā)展，視頻捕捉技術(shù)也開始逐步應(yīng)用到建筑機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，AI 攝像頭可自主捕捉吊鉤并調(diào)整顯示比例，避免了對(duì)高度和幅度傳感器所采集的吊鉤運(yùn)行數(shù)據(jù)的依賴。

我國塔機(jī)保有量巨大，施工現(xiàn)場需求復(fù)雜，戶外工作環(huán)境惡劣，吊鉤可視化視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在巨大的市場潛力，相信伴隨新技術(shù)的推廣應(yīng)用，該產(chǎn)品會(huì)更加成熟完善，應(yīng)用場景會(huì)更廣泛。