一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法与流程
本发明涉及建筑施工塔吊机群吊装作业防碰撞预警，具体涉及一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，本方法为利用多情况分类计算预警以保障塔式起重机操作安全的算法。
背景技术：
随着我国建筑行业的发展以及用地的紧缩，为了缩短项目工期，多建筑密集高效施工已成为土木行业的常态。塔吊作为施工领域的重要角色，其作业环境日益复杂，然而传统吊装作业采用操作员与吊装员相互配合的方式指挥塔吊交叉重叠作业。虽然这些专业人员需要考取相关驾驶证和具备一定文化水平方能上岗，但这种方法总体上智能化较低，信息对接不准确或及时，难以应对某些复杂情况。近年来塔吊机碰撞事故高发也逐渐印证了这一点。传统的依靠人工值守的监测技术逐渐无法满足现代化施工工地上塔吊机群的防碰撞预警需求，急需一类能够实时监控塔吊机吊装运行且能发出预警信号的建筑施工塔吊机群防碰撞预警系统。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，本建筑施工群塔吊防碰撞预警方法具有智能化高、执行快捷以及高效精准的特点，避免了塔机操作人员因视野受阻和视觉误差导致的塔吊碰撞事故，并减少额外的劳动力支出。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，所述方法用于对施工群塔吊的吊装作业的安全性进行监测，并发出预警信息，包括以下步骤：
步骤1：对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类；
步骤2：选择施工工地上一参考物为原点，建立整体三维直角坐标系，其中z轴垂直于地面，在直角坐标系中输入各个塔吊的坐标，其中塔吊的高度坐标为吊臂至地面的距离，收集相关计算参数，所述的相关计算参数为塔吊tdi的高度hi、前吊臂长度lfi、后吊臂长度lbi、小车行程l车i、塔臂相对于参考坐标x轴逆时针回旋角度θi、吊绳下落高度h绳i、塔机塔架与塔臂交点中心坐标(xi,yi,zi)、塔吊前吊臂端点坐标(xfi,yfi,zfi)、塔吊后吊臂端点坐标(xbi,ybi,zbi)以及障碍物建筑的轮廓点坐标集合{sj(xsj,ysj,zsj),j＝1,2,3…..}，其中塔吊tdi为第i台塔吊机编号,i＝1,2,3……n；障碍物建筑的轮廓点坐标按照顺时针进行编号；
步骤3：根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域，若有，执行步骤5；
步骤4：根据施工工地上任意塔吊的塔前吊臂端点坐标、塔机塔架与塔臂交点中心坐标、前吊臂长度或后吊臂长度以及任意障碍物建筑的轮廓点坐标判断任意塔吊与障碍物建筑之间是否存在碰撞区域，若有，执行步骤6；
步骤5：根据步骤1的分类确定任意两塔吊可能发生碰撞的部件，根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否都进入碰撞区域，若是，提醒驾驶员减速；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入碰撞缓冲预警区，若是，发出预警；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入强制断电报警区，若是，发出警报并强制断电防止碰撞发生；
步骤6：根据步骤1的分类并通过相关计算参数对吊臂安全距离与对吊钩的移动轨迹进行预判从而确定塔吊是否可以安全通过障碍物建筑，若否，则发出预警，所述吊臂包括前吊臂和后吊臂，所述前吊臂为起重臂，所述的后吊臂为平衡臂。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤1包括：对两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类，具体分类为：
对于两两塔吊之间的碰撞情况，若两塔吊的高度相同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为两塔吊的前吊臂相撞或者一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂相撞；若两塔吊的高度不同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂相撞或者高塔吊的吊绳与低塔吊的后吊臂相撞；
对于塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况，将塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况分类为塔吊吊绳与障碍物建筑发生碰撞或者塔吊吊臂与障碍物建筑发生碰撞。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤2中的塔前吊臂端点坐标(xfi,yfi,zfi)和塔后吊臂端点坐标(xbi,ybi,zbi)由以下公式计算得到：
其中xfi＝xi+lfi·cosθi；
yfi＝yi+lfi·sinθi；
xbi＝xi+lbi·cos(θi+180°)；
ybi＝yi+lbi·sin(θi+180°)。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤3中的根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域具体为：
设i＝k，即施工工地上第k台塔吊tdk，在x-y平面上坐标为(xk,yk)，
设i＝m，即施工工地上第m台塔吊tdm，在x-y平面上坐标为(xm,ym)，
若
或者
或者
则判定两塔吊tdk与tdm之间存在碰撞区域，执行步骤5，否则两塔吊tdk与tdm之间无碰撞区域。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤4具体为：
对于任意塔吊tdi与轮廓点坐标为(xsj,ysj,zsj)的障碍物建筑之间：
若
或者
则判定该塔吊tdi和该障碍物建筑之间存在碰撞区域，执行步骤6。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤5具体为：
(1)、当任意两塔吊之间存在碰撞区域时，且两塔吊不一样高，根据任意塔吊tdi的高度hi，设高塔吊的编号为td1，低塔吊的编号为td2；
(1.1)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂防碰撞监测计算：
判断高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳是否同时位于碰撞区域内：
设任意塔吊tdi的吊钩的坐标为(xgi,ygi,zgi)；
其中xgi＝xi+l车icosθi，ygi＝yi+l车isinθi，zgi＝hi-h绳i；则高塔吊的吊钩的坐标为(xg1,yg1,zg1)；
若
且
且
且zg1-ξ≤h2(9)，
则高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳同时位于碰撞区域内，且高塔吊的吊钩高度低于低塔吊的高度，此时提醒驾驶员减速；其中ξ为弥补安装可能造成的吊钩高度误差；
在满足公式(6)、公式(7)、公式(8)和公式(9)的前提下：
若
若
其中：
r1＝r0+|l车1w1+lf2w2|(t0+t1)(10)，
其中r0为预留安全距离，l车1为高塔吊的小车行程幅值，lf2为低塔吊的前吊臂长度，w1为高塔吊的吊臂的旋转角速度，w2为低塔吊的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
(1.2)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行高塔吊的吊绳与低塔吊的后吊臂防碰撞监测计算：
判断高塔吊的前吊臂端点、高塔吊的吊钩与低塔吊的后吊臂端点是否同时位于碰撞区域内：
若
且
且
且zg1-ξ≤h2(15)，
则高塔吊的前吊臂端点、高塔吊的吊钩与低塔吊的后吊臂端点同时位于碰撞区域内，且高塔吊的吊钩高度低于低位塔的高度，此时提醒驾驶员减速；其中ξ为弥补安装可能造成的吊钩高度误差；
在满足公式(12)、公式(13)、公式(14)和公式(15)的前提下：
若
若
其中：
r3＝r0+|l车1w1+lb2w2|(t0+t1)(16)，
其中r0为预留安全距离，l车1为高塔吊的小车行程幅值，lb2为低塔吊的后吊臂长度，w1为高塔吊的吊臂的旋转角速度，w2为低塔吊的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
(2)、当任意两塔吊之间存在碰撞区域时，且两塔吊一样高，根据任意塔吊tdi的高度hi，设高度相同的两塔吊编号分别为td1和td2；
(2.1)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行两塔吊的前吊臂防碰撞监测计算：
判断两塔吊的前吊臂是否同时位于碰撞区域内：
若
且
则两塔吊的前吊臂同时位于碰撞区域内，此时提醒驾驶员减速；
在满足公式(18)和公式(19)的前提下：
若
或
则判定进入碰撞缓冲预警区，发出预警；
若
或
则判定进入强制断电报警区，发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中：
r5＝r0+|lf1w1+lf2w2|(t0+t1)(20)，
其中r0为预留安全距离，lf1为塔吊td1的前吊臂长度，lf2为塔吊td2的前吊臂长度，w1为塔吊td1的吊臂的旋转角速度，w2为塔吊td2的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
(2.2)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂防碰撞监测计算：
判断一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂是否同时位于碰撞区域内：
若
且
或者
且
当同时满足公式(22)和公式(23)时，塔吊td1前吊臂与塔吊td2后吊臂同时位于碰撞区域内，此时提醒驾驶员减速；
在满足公式(22)和公式(23)的前提下：
若
或
则判定进入碰撞缓冲预警区，发出预警；
若
或
则判定进入强制断电报警区，发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中：
r7＝r0+|lf1w1+lb2w2|(t0+t1)(26)，
其中r0为预留安全距离，lf1为塔吊td1的前吊臂长度，lb2为塔吊td2的后吊臂长度，w1为塔吊td1的吊臂的旋转角速度，w2为塔吊td2的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
当同时满足公式(24)和公式(25)时，塔吊td1后吊臂与塔吊td2前吊臂同时位于碰撞区域内，此时提醒驾驶员减速；
若
或
则判定进入碰撞缓冲预警区，发出预警；
若
或
则判定进入强制断电报警区，发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中：
r9＝r0+|lb1w1+lf2w2|(t0+t1)(28)，
其中r0为预留安全距离，lb1为塔吊td1的后吊臂长度，lf2为塔吊td2的前吊臂长度，w1为塔吊td1的吊臂的旋转角速度，w2为塔吊td2的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤6中根据步骤1的分类并通过相关计算参数对吊臂安全距离与对吊钩的移动轨迹进行预判从而确定塔吊是否可以安全通过障碍物建筑的具体算法包括：
(1)若障碍物建筑高度大于塔吊tdi高度hi,障碍物建筑的轮廓点坐标为(xsj,ysj,zsj)；
对于待判定的障碍物建筑的任意轮廓点(xsj,ysj,zsj)，j＝1,2,3……:
若
则判定进入碰撞缓冲预警区，发出预警；
若
则判定进入强制断电报警区，发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中：
r11＝r0+|lfiwi|(t0+t1)(30)，
其中r0为预留安全距离，wi为塔吊tdi的吊臂的旋转角速度，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间。
(2)若障碍物建筑高度低于塔吊tdi高度hi，吊钩高度为zgi；
(2.1)若zgi-ξ≤zsj，
设吊钩预警位置坐标为(xgsi,ygsi)，
其中xgsi＝xi+cos[θ+wi*(t0+t1)]*l车i；(32)，
ygsi＝yi+sin[θ+wi*(t0+t1)]*l车i；(33)，
对障碍物建筑轮廓每条边的两点(xsj,ysj)与(xsj+1,ysj+1),
若xgsi∈[xsj,xsj+1]且ygsi∈[ysj,ysj+1]，(34)，
且
则由(xgsi,ygsi)引出的沿y轴正方向的射线与该边有交点；
若xgsi∈[xsj,xsj+1]且ygsi∈[ysj,ysj+1]，(36)，
且
则由(xgsi,ygsi)引出的沿y轴负方向的射线与该边有交点；
对障碍物建筑轮廓点围成的多边形每条边，分别计算由(xgsi,ygsi)引出的两条射线与该多边形交点数，若两射线产生的交点数均为奇数，则发出预警；
(2.2)若zgi-ξ≥zsj，则塔吊可以安全通过障碍物建筑。
本发明的有益效果为：与现有的人工肉眼判断的方法相比，本发明具有高效精准的特点，不仅能节约相应的人工成本，而且能大幅提高群塔施工吊装作业的效率和安全性。具有智能化高、执行快捷以及高效精准的特点，避免了塔机操作人员因视野受阻和视觉误差导致的塔吊碰撞事故，并减少额外的劳动力支出。
附图说明
图1示出了小车变幅式塔式起重机结构示意图。
图2示出了小车变幅式塔式起重机立面简化示意图及相应数据标识。
图3示出了小车变幅式塔式起重机平面简化示意图及相应数据标识。
图4示出了依据本发明一种实施方式的施工群塔防碰撞算法的逻辑流程图。
具体实施方式
下面根据图1至图4对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
参见图1，图1为常用的小车变幅式塔式起重机结构示意图，尽管图1中所示为有限量个施工塔吊机，但本领域的技术人员应该理解，本发明中的建筑施工群塔吊是指对于某一个施工工地中所有具有图中相同特性的塔吊机。
图1中1为驾驶室，2为平衡臂(后吊臂)、3为起重臂(前吊臂)、4为变幅小车，5为吊绳，6为吊钩、7为塔身标准节，8为塔吊基础。图2和图3为塔吊tdi的参数标识和塔吊tdn的参数标识。
根据图2～3所示相关塔吊机的参数标识以及图4所示的逻辑流程图，进一步阐述本发明的计算方案，具体实施步骤如下：
一种建筑施工群塔吊防碰撞预警方法，所述方法用于对施工群塔吊的吊装作业的安全性进行监测，并发出预警信息，包括以下步骤：
第一步：对可能存在的两两塔吊之间的碰撞情况以及塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况进行分类；具体分类为：
对于两两塔吊之间的碰撞情况，若两塔吊的高度相同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为两塔吊的前吊臂相撞或者一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂相撞；若两塔吊的高度不同，则将两两塔吊之间的碰撞情况分类为高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂相撞或者高塔吊的吊绳与低塔吊的后吊臂相撞；
对于塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况，将塔吊与障碍物建筑之间的碰撞情况分类为塔吊吊绳与障碍物建筑发生碰撞或者塔吊吊臂与障碍物建筑发生碰撞。
第二步：建立相应的坐标系以及获取必要的计算参数。选择施工工地上一参考物为原点，建立整体三维直角坐标系，其中z轴垂直于地面，按照施工图人为在直角坐标系中输入各个塔吊的坐标o1、o2、o3……，其中塔吊的高度坐标z为吊臂至地面的距离。收集相关计算参数，所述的相关计算参数为塔吊tdi的高度hi、前吊臂长度lfi、后吊臂长度lbi、小车行程l车i、塔臂相对于参考坐标x轴逆时针回旋角度θi、吊绳下落高度h绳i、塔机塔架与塔臂交点中心坐标(xi,yi,zi)、塔吊前吊臂端点坐标(xfi,yfi,zfi)、塔吊后吊臂端点坐标(xbi,ybi,zbi)以及障碍物建筑的轮廓点坐标集合{sj(xsj,ysj,zsj),j＝1,2,3……}，其中塔吊tdi为第i台塔吊机编号，i＝1,2,3……n；障碍物建筑的轮廓点坐标按照顺时针进行编号；其中塔机塔架与塔臂交点中心坐标(xi,yi,zi)根据施工图纸获得。
令塔前吊臂端点坐标(xfi,yfi,zfi)，塔后吊臂端点坐标(xbi,ybi,zbi)，它们的值由以下公式计算得到：
其中xfi＝xi+lfi·cosθi；
yfi＝yi+lfi·sinθi；
xbi＝xi+lbi·cos(θi+180°)；
ybi＝yi+lbi·sin(θi+180°)。
设障碍物建筑的轮廓点坐标集合{sj(xsj,ysj,zsj),j＝1,2,3…..}。
第三步：判断施工工地上任意两塔吊是否有碰撞可能性。根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域，若有，执行第五步，进行下一步的防碰撞监测计算；
所述的第三步中的根据施工工地上任意两塔吊在x-y平面上坐标、前吊臂长度和后吊臂长度判断两塔吊是否存在碰撞区域具体为：
设i＝k，即施工工地上第k台塔吊tdk，在x-y平面上坐标为(xk,yk)，
设i＝m，即施工工地上第m台塔吊tdm，在x-y平面上坐标为(xm,ym)，
对于任意两塔吊tdk与tdm，
若
或者
或者
则判定两塔吊tdk与tdm之间存在碰撞区域，执行步骤5，否则两塔吊tdk与tdm之间无碰撞区域。
第四步，判断施工工地上任意塔吊与障碍物区域之间是否有碰撞可能性。根据施工工地上任意塔吊的塔前吊臂端点坐标、塔机塔架与塔臂交点中心坐标、前吊臂长度或后吊臂长度以及任意障碍物建筑的轮廓点坐标判断任意塔吊与障碍物建筑之间是否存在碰撞区域，若有，执行第六步；
所述的第四步具体为：
对于任意塔吊tdi与轮廓点坐标为(xsj,ysj,zsj)的任意障碍物建筑之间：
若
或者
则判定该塔吊tdi和该障碍物建筑之间存在碰撞区域，执行第六步，需要进一步监测，否则不需要进一步监测。
第五步：任意两可能发生碰撞的塔吊之间的防碰撞监测计算。防碰撞原理：考虑到风速、小车制动时间差、驾驶员反应时间、吊绳摇摆等产生的不良影响，本算法设计一个碰撞缓冲预警区以及一个强制断电报警区。当两塔吊可能发生碰撞的部件都进入碰撞区域时，提醒驾驶员减速；当两塔吊可能发生碰撞的部件都进入碰撞缓冲预警区时，发出预警；当两塔吊判定为进入强制断电报警区，即将发生碰撞时，吊车监控系统发出警报并强制断电防止碰撞发生。
根据第一步的分类确定任意两塔吊可能发生碰撞的部件，根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否都进入碰撞区域，若是，提醒驾驶员减速；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入碰撞缓冲预警区，若是，发出预警；根据相关计算参数判断任意两塔吊可能发生碰撞的部件是否同时都进入强制断电报警区，若是，发出警报并强制断电防止碰撞发生；设小车的行驶速度为v车，吊臂的回转速度为w，司机的反应时间为t1，当地风速为v风。
所述的第五步具体为：
(1)、当任意两塔吊之间存在碰撞区域时，且两塔吊不一样高，根据任意塔吊tdi的高度hi，设高塔吊的编号为td1，低塔吊的编号为td2；
(1.1)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行高塔吊的吊绳吊钩与低塔吊的前吊臂防碰撞监测计算：
首先判断高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳是否同时位于碰撞区域内：
设任意塔吊tdi的吊钩的坐标为(xgi,ygi,zgi)；
其中xgi＝xi+l车icosθi，ygi＝yi+l车isinθi，zgi＝hi-h绳i；则高塔吊的吊钩的坐标为(xg1,yg1,zg1)；
若
且
且
且zg1-ξ≤h2(9)，
则高塔吊前吊臂端点、低塔吊前吊臂端点以及高塔吊的吊绳同时位于碰撞区域内，且高塔吊的吊钩高度低于低塔吊的高度，此时驾驶室显示屏应发出提示，提醒驾驶员谨慎操作并建议减速；其中ξ为弥补安装可能造成的吊钩高度误差。
在满足公式(6)、公式(7)、公式(8)和公式(9)的前提下：
若
若
其中r1与r2是考虑到风速、角速度、小车制动距离和司机反应时间的一个安全距离，且具体表达公式如下：
r1＝r0+|l车1w1+lf2w2|(t0+t1)(10)，
其中r0为预留安全距离，视吊装作业时的风速而定，建议值为3m，l车1为高塔吊的小车行程幅值，lf2为低塔吊的前吊臂长度，w1为高塔吊的吊臂的旋转角速度，w2为低塔吊的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
(1.2)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行高塔吊的吊绳与低塔吊的后吊臂防碰撞监测计算：
首先判断高塔吊的前吊臂端点、高塔吊的吊钩与低塔吊的后吊臂端点是否同时位于碰撞区域内：
若
且
且
且zg1-ξ≤h2(15)，
则高塔吊的前吊臂端点、高塔吊的吊钩与低塔吊的后吊臂端点同时位于碰撞区域内，且高塔吊的吊钩高度低于低位塔的高度，此时驾驶室显示屏应发出提示，提醒驾驶员谨慎操作并建议减速；其中ξ为弥补安装可能造成的吊钩高度误差。
在满足公式(12)、公式(13)、公式(14)和公式(15)的前提下：
若
若
其中r3与r4是考虑到风速、角速度、小车制动距离和司机反应时间的一个安全距离，且具体表达公式如下：
r3＝r0+|l车1w1+lb2w2|(t0+t1)(16)，
其中r0为预留安全距离，l车1为高塔吊的小车行程幅值，lb2为低塔吊的后吊臂长度，w1为高塔吊的吊臂的旋转角速度，w2为低塔吊的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
(2)、当任意两塔吊之间存在碰撞区域时，且两塔吊一样高，根据任意塔吊tdi的高度hi，设高度相同的两塔吊编号分别为td1和td2；
(2.1)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行两塔吊的前吊臂防碰撞监测计算：
首先判断两塔吊的前吊臂是否同时位于碰撞区域内：
若
且
则两塔吊的前吊臂同时位于碰撞区域内，此时驾驶室显示屏应发出提示，提醒驾驶员谨慎操作并建议减速。
在满足公式(18)和公式(19)的前提下：
若
或
则判定进入碰撞缓冲预警区，系统发出预警；
若
或
则判定进入强制断电报警区，系统发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中r5与r6是考虑到风速、角速度、小车制动距离和司机反应时间的一个安全距离，且具体表达公式如下：
r5＝r0+|lf1w1+lf2w2|(t0+t1)(20)，
其中r0为预留安全距离，lf1为塔吊td1的前吊臂长度，lf2为塔吊td2的前吊臂长度，w1为塔吊td1的吊臂的旋转角速度，w2为塔吊td2的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
(2.2)根据两两塔吊之间的碰撞情况分类进行一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂防碰撞监测计算：
判断一台塔吊的前吊臂与另一塔吊的后吊臂是否同时位于碰撞区域内：
若
且
或者
且
当同时满足公式(22)和公式(23)时，塔吊td1前吊臂与塔吊td2后吊臂同时位于碰撞区域内，此时系统应发出提示，提醒驾驶员谨慎操作并建议减速。
在满足公式(22)和公式(23)的前提下：
若
或
则判定进入碰撞缓冲预警区，系统发出预警；
若
或
则判定进入强制断电报警区，系统发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中r7与r8是考虑到风速、角速度、小车制动距离和司机反应时间的一个安全距离，且具体表达公式如下：
r7＝r0+|lf1w1+lb2w2|(t0+t1)(26)，
其中r0为预留安全距离，lf1为塔吊td1的前吊臂长度，lb2为塔吊td2的后吊臂长度，w1为塔吊td1的吊臂的旋转角速度，w2为塔吊td2的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间；
当同时满足公式(24)和公式(25)时，塔吊td1后吊臂与塔吊td2前吊臂同时位于碰撞区域内，此时系统应发出提示，提醒驾驶员谨慎操作并建议减速。
若
或
则判定进入碰撞缓冲预警区，系统发出预警；
若
或
则判定进入强制断电报警区，系统发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中r9与r10是考虑到风速、角速度、小车制动距离和司机反应时间的一个安全距离，且具体表达公式如下：
r9＝r0+|lb1w1+lf2w2|(t0+t1)(28)，
其中r0为预留安全距离，lb1为塔吊td1的后吊臂长度，lf2为塔吊td2的前吊臂长度，w1为塔吊td1的吊臂的旋转角速度，w2为塔吊td2的吊臂的旋转角速度，角速度以逆时针为正，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间。
第六步，对于任意塔吊，当经过公式(4)、(5)判定与障碍物之间存在碰撞区域时，进行下一步监测。对于建筑物的任意轮廓点sj(xsj,ysj,zsj),和一塔吊中心点(xi,yi,zi)，以障碍物轮廓点为圆形，预警距离r为半径作预警圆。根据第一步的分类并通过相关计算参数对吊臂安全距离与对吊钩的移动轨迹进行预判从而确定塔吊是否可以安全通过障碍物建筑，若否，则发出预警，所述吊臂包括前吊臂和后吊臂，所述前吊臂为起重臂，所述的后吊臂为平衡臂。
具体算法包括：
(1)若障碍物建筑高度大于塔吊tdi高度hi,障碍物建筑的轮廓点坐标为(xsj,ysj,zsj)；
对于待判定的障碍物建筑的任意轮廓点(xsj,ysj,zsj)，j＝1,2,3……:
若
则判定进入碰撞缓冲预警区，系统发出预警；
若
则判定进入强制断电报警区，系统发出警报并强制断电防止碰撞发生；
其中r11与r12是考虑到风速、角速度、小车制动距离和司机反应时间的一个安全距离，且具体表达公式如下：
r11＝r0+|lfiwi|(t0+t1)(30)，
其中r0为预留安全距离，wi为塔吊tdi的吊臂的旋转角速度，t0为司机反应时间，t1为吊臂正常制动所用时间。
(2)若障碍物建筑高度低于塔吊tdi高度hi，吊钩高度为zgi；
(2.1)若zgi-ξ≤zsj，
设吊钩预警位置坐标为(xgsi,ygsi)，
其中xgsi＝xi+cos[θ+wi*(t0+t1)]*l车i；(32)，
ygsi＝yi+sin[θ+wi*(t0+t1)]*l车i；(33)，
对障碍物建筑轮廓每条边的两点(xsj,ysj)与(xsj+1,ysj+1),
若xgsi∈[xsj,xsj+1]且ygsi∈[ysj,ysj+1]，(34)，
且
则由(xgsi,ygsi)引出的沿y轴正方向的射线与该边有交点；
若xgsi∈[xsj,xsj+1]且ygsi∈[ysj,ysj+1]，(36)，
且
则由(xgsi,ygsi)引出的沿y轴负方向的射线与该边有交点；
对障碍物建筑轮廓点围成的多边形每条边，分别计算由(xgsi,ygsi)引出的两条射线与该多边形交点数，若两射线产生的交点数均为奇数，则应预警，提醒驾驶员谨慎操作。
(2.2)若zgi-ξ≥zsj，则塔吊可以安全通过障碍物建筑。
以上第五步和第六步计算应是根据实时收集到的塔吊参数同步运行，对于不存在碰撞区域的塔吊与塔吊之间或塔吊与障碍物区域之间则无需运行，有助于减少计算机计算量。
综上所述，本实施例将塔式起重机的碰撞方式进行分类，根据各类传感器收集的数据(吊车幅值、吊绳高度、吊臂回旋角度、前吊臂高度)计算两两塔吊之间以及塔吊与障碍物之间的碰撞可能性；如果不存在碰撞区域，则无需监测，否则根据传感器实时接收到的数据进行下一步判别计算程序。当两可能碰撞物之间的距离小于限制距离时，防碰撞系统发出预警信号，提醒驾驶员谨慎操作；当两可能碰撞物之间的距离小于安全距离时，防碰撞系统强制断电，防止塔臂碰撞事故的发生。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
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