基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法与流程

本发明涉及塔式起重机服役状态诊断，具体是基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法。

背景技术：

1、随着建筑业和制造业的迅速发展，对于高空作业和重型物品运输的需求日益增加。塔式起重机作为一种重要的起重设备，在建筑工地、船厂、工厂等场合被广泛应用。其起重能力大、工作范围广、安全性高等特点，使其成为高空作业中不可或缺的设备。

2、随着塔式起重机的广泛应用，其服役安全问题也日益凸显。受工期和经济利益的影响，现场经常存在超载使用的情况，这增加了设备故障和安全事故的风险。此外，塔式起重机的多次安拆和多变的工作环境，使其结构中的重大危险源集中，如标准节混用、使用非原厂标准节等，这些都可能带来严重的质量隐患。

3、塔式起重机的结构复杂，工作环境复杂多变。例如，塔式起重机在高空作业中容易受到风力、温度等环境因素的影响，同时其操作过程也涉及众多环节和人员，增加了塔式起重机工作过程中的安全隐患。塔式起重机一旦发生安全事故，通常引发较大损失。目前，应用于塔吊的安全保障技术大多属事后诊断，通过一些常规的仪器设备结合传统的简易手段对含有故障的塔吊进行诊断，然而，这类方法速度慢、准确率低，无法形成事前预测，难以预防重大事故的发生，随着人们对塔式起重机的安全性能要求也越来越高，传统的安全管理方式已经难以满足现代施工的需求，需要寻求更加高效、智能的安全保障手段。

4、机器视觉技术通过模拟人类视觉功能，可以实现对目标物体的自动识别、定位、跟踪以及测量，可用于实时监测塔式起重机的运行状态。然而，由于货物位置在起重臂上位置的变化，会影响塔式起重机的应变及变形响应。难以直接将其用于塔式起重机的服役状态评估。

5、因此，本发明利用机器视觉技术记录塔式起重机工作过程中的结构响应及货物位置，利用结构影响线原理，分析各测点变形之间的关系，进而考虑货物运动引起的纵向力和横向力，修正各点之间的关系模型，建立用于塔吊的服役安全状态评估方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，旨在解决现有技术中一些常规仪器设备结合传统的简易手段对含有故障的塔吊进行诊断，然而，这类方法速度慢、准确率低，无法形成事前预测，难以预防重大事故的发生的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：所述基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，包括具体操作如下：

3、s1，在塔式起重机的关键部位分别安装高清摄像头；

4、s2,对机器视觉系统进行校准，消除镜头畸变和安装误差，确保测量数据的准确性；

5、s3，利用机器视觉技术实时跟踪和记录货物在起重过程中的货物作用点位置信息、及起重臂的竖向变形情况；

6、s4，塔式起重机安装完成后，起重不超过额定承载力50%的货物，通过记录变幅小车的位置和关键点的变形数据，绘制各测点变形响应的影响线，分析各测点在不同位置荷载作用下的变形数据，建立各测点之间的关系模型；

7、s5，通过记录货物的摆动幅度，分析货物运动引起的纵向力和横向力，修正测点之间的关系模型以更符合实际情况；

8、s6，根据修正后的关系模型和实时记录的货物位置及结构响应数据，进行塔式起重机的安全状态评估，并设定安全阈值以及时发出预警信号；

9、s7，根据实际运行情况和安全状态评估结果，不断优化和改进机器视觉系统和评估方法的应用，并定期验证和更新评估方法以适应不同工作环境和作业需求。

10、优选的，所述机器视觉系统的校准包括利用已知标准对象在不同距离和角度下的测试图像，所述测试图像通过软件算法调整和优化图像捕捉参数。

11、优选的，所述变形数据采用数值分析方法来模拟不同荷载条件下的预期变形，计算各关键点的影响线，通过与实测影响线对比验证数值模型的准确性，计算各关键点处竖向变形的限值。

12、优选的，所述通过塔式起重机各关键点的影响线，建立各测点响应比值与变幅小车位置之间的关系，该关系模型作为塔吊服役状态的代理模型。

13、优选的，所述货物运动引起的作用力分析包括使用动态捕捉技术监测货物的速度和加速度，并将这些数据用于计算影响起重机结构的动态力，修正各测点之间的关系模型。

14、优选的，所述安全状态评估包括各测点的竖向变形超出变形限值的90%时和工作过程中，实测各测点响应比值与初始阶段各测点响应比值的误差大于10%时两个阶段。

15、优选的，所述高清摄像头包括高清摄像头a（1）和高清摄像头b（2）。

16、有益效果是：1、机器视觉技术能够实现非接触式检测，避免了对起重机的直接接触可能带来的损伤，从而提高了系统的可靠性和安全性。

17、2、机器视觉技术可以长时间稳定工作，不受疲劳等因素的限制，与人工检测相比，机器视觉系统可以持续、高效地进行安全状态评估，大大提高了工作效率和检测精度。

18、3、机器视觉系统还能获取大量的数据和信息，并进行自动化处理和分析，对塔式起重机的安全状态评估更加全面、准确和及时，有助于及时发现潜在的安全隐患。

19、4、利用影响线，可以根据叠加原理迅速解决各种移动荷载作用下的某量值计算问题，避免了复杂的动力学分析，提高了评估效率和精度。

20、5、根据影响线原理进行结构安全状态评估，无需要塔式起重机的准确模型，实际应用中具有广泛的适用性。

21、6、利用影响线的比值模型作为桥梁安全状态的代理模型，该模型仅与荷载作用位置有关，与起吊货物的重量无关。

22、7、由于塔吊的转动及变幅小车的移动，不可避免地会产生沿起重臂方向的作用力和垂直于起重臂的水平作用力。本发明通过考虑各个方向作用力作用下影响线的变化，消除了两个方向作用力对代理模型的影响。

23、8、综合应用机器视觉技术和结构影响线原理，在安全评估中的创新实践，不仅为塔吊等起重设备提供了一种全新的安全保障方案，也为其他领域的安全监测技术发展开辟了新的路径。这种跨学科的技术融合，提升了传统安全评估方法的深度和广度，为实现更高水平的工作场所安全提供了坚实的技术支持。

技术特征：

1.基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，其特征是，包括具体操作如下：

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，其特征是，所述机器视觉系统的校准包括利用已知标准对象在不同距离和角度下的测试图像，所述测试图像通过软件算法调整和优化图像捕捉参数。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，其特征是，所述变形数据采用数值分析方法来模拟不同荷载条件下的预期变形，计算各关键点的影响线，通过与实测影响线对比验证数值模型的准确性，计算各关键点处竖向变形的限值。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，其特征是，所述通过塔式起重机各关键点的影响线，建立各测点响应比值与变幅小车位置之间的关系，该关系模型作为塔吊服役状态的代理模型。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，其特征是，所述货物运动引起的作用力分析包括使用动态捕捉技术监测货物的速度和加速度，并将这些数据用于计算影响起重机结构的动态力，修正各测点之间的关系模型。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，其特征是，所述安全状态评估包括各测点的竖向变形超出变形限值的90%时和工作过程中，实测各测点响应比值与初始阶段各测点响应比值的误差大于10%时两个阶段。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，其特征是，所述高清摄像头包括高清摄像头a（1）和高清摄像头b（2）。

技术总结本发明提供基于机器视觉和影响线的塔吊服役状态监测方法，包括包括具体操作如下：S1，在塔式起重机的关键部位分别安装高清摄像头；S2,对机器视觉系统进行校准，消除镜头畸变和安装误差，确保测量数据的准确性；S3，利用机器视觉技术实时跟踪和记录货物在起重过程中的货物作用点位置信息、及起重臂的竖向变形情况；S4，塔式起重机安装完成后，起重不超过额定承载力50%的货物，通过记录变幅小车的位置和关键点的变形数据，绘制各测点变形响应的影响线，分析各测点在不同位置荷载作用下的变形数据，建立各测点之间的关系模型；机器视觉技术能够实现非接触式检测，避免了对起重机的直接接触可能带来的损伤，从而提高了系统的可靠性和安全性。技术研发人员：侯振国,陈浩峰,祝青鑫,白建普,孙维东,苏凯,程光辉,宋少卿,阴栋阳,吕仲亮,姜宝龙受保护的技术使用者：中国建筑第七工程局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18