群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统与流程

1.本发明属于塔式起重机施工领域中的群塔吊装作业防撞技术，具体来说是群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统。


背景技术：

2.塔式起重机是建筑工地上必不可少的一种起重设备，主要用于建筑施工中物料的垂直和水平输送，具有使用范围广、回转半径大、起升高度高和施工效率高的特点。塔式起重机工作于多样复杂的施工场合中，由于其工作高度高，塔臂跨度大等特点，覆盖面很广。在实际使用过程中，建筑工地上往往布置有多台塔式起重机同时进行工作，容易导致各塔式起重机之间的相互碰撞摩擦，从而引发一系列安全事故。预防群塔碰撞是塔式起重机安全监控的重中之重。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式起重机机群的防撞需求，迫切需要实时监控群塔吊装运行状态且能发出预警信号的群塔防撞系统。
3.为此，我国专利cn 111170184 a公开了一种塔式起重机的实时监测预警系统及方法，通过通讯组件将传感器组件所实时采集的各项参数传输至云端处理器；通过云端处理器依据各项参数进行处理，以获得处理结果；提出了一种基于三维空间的碰撞算法，基于三维空间的笛卡尔坐标系，运用直线与直线的空间关系在三维空间实现防碰撞算法。但群塔的坐标系统却需要通过检测或者专门设置的位置采集装置gps或北斗定位设备以实时获取其坐标位置。将本地数据传输至云端，防撞的实时性和可靠性在4g网络堵塞情况下难以实现。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统，能自测群塔坐标系的位置，通过高度、幅度和回转传感器分别采集塔式起重机的吊钩高度参数、小车的幅度参数和塔臂的回转角度参数，不需要专门设置的位置采集装置gps或北斗定位设备以获取坐标位置，运用射线法防撞原理，建立群塔防撞算法，通过智能边缘计算主机实现防撞。
5.为了达到上述发明目的，设计一种群塔自测位置坐标系的建立方法：通过安装于塔式起重机上的回转传感器采集塔式起重机的起重臂或者平衡臂的回转角度；通过安装于塔式起重机上的幅度传感器测量小车距离塔基中心的距离；通过安装于塔式起重机上的高度传感器测量吊钩高度；通过通信通过智能边缘计算主机将回转传感器、幅度传感器、高度传感器所实时采集的各项参数进行处理；通过4g远程传输模块将处理信息传输给外部的远程设备；
6.所述的群塔自测位置坐标系的建立方法，包括如下具体步骤：
7.步骤a：选取第一塔式起重机的塔基作为他式起重机的中心位置；选取第二塔式起重机的塔基作为中心位置；
8.步骤b：驾驶第一塔式起重机，使得第一塔式起重机的起重臂旋转到与第二塔式起重机的塔基对齐的位置，并且保持起重臂不动，将第一塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第一塔式起重机的初始状态角度；
9.步骤c：驾驶第二塔式起重机，使得第二塔式起重机的起重臂旋转到与第一塔式起重机塔基对齐的位置，并且保持起重臂不动，此时第二塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第二塔式起重机的初始状态角度；
10.步骤d：第一塔式起重机的起重臂顺时针或者逆时针旋转一个角度后，此时保持第一塔式起重机的起重臂静止不动，将第二塔式起重机的起重臂旋转到与第一塔式起重机的起重臂外端点对齐，记录下第二塔式起重机的回转传感器的角度；
11.步骤e：采用三角形正弦定理，计算出两塔塔基的中心距离；
12.步骤f：按照步骤b到步骤e的过程，再次计算出第二组两塔的塔基中心距离作为校验数据；
13.步骤g：如果第一组计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔中心距离在误差范围内，两次计算出来的塔基中心距离的平均值作为两塔的塔基中心距离，如果第一组计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔塔基中心距离误差很大，表明两塔存在故障，给出报警信息；
14.步骤h：建立以两塔塔基的中心位置为极点，起重臂为极轴的相对极坐标系；
15.步骤i：建筑工地里其他塔式起重机也采用上述方法，按照上述步骤a到步骤h，一一确立起整个工地上所有塔式起重机的相对极坐标系。
16.优选的，通过群塔自测位置坐标系的建立方法建立起整个施工现场塔式起重机的相对极坐标位置，群塔的防撞算法以下述具体步骤实现：当第一塔式起重机的高度与第二塔式起重机的高度差小于防撞高度设定值，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩不可以跨越作业；当第一塔式起重机的高度与第二塔式起重机的高度差大于防撞高度设定值，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩可以跨越作业。
17.优选的，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩不可以跨越作业时，判断第一塔式起重机是不是在第二塔式起重机的同一侧，在第二塔式起重机的同一侧，不会发生碰撞；判断第二塔式起重机是不是在第一塔式起重机的同一侧，在第一塔式起重机的同一侧也不会发生碰撞；选取塔式起重机上的平衡臂外端点、塔式起重机的塔基中心位置、塔式起重机的起重臂外端点、小车所处塔式起重机的起重臂位置，这4个位置作为碰撞敏感位置；选取第一塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4个位置与第二塔式起重机的中心角度是否全部在第二塔式起重机的同一侧；再选取第二塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4个位置与第一塔式起重机的中心的角度是否全部在第一塔式起重机的同一侧；上述只要存在其中的一种可能，就可以判断两塔不会相碰。
18.优选的，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩可以跨越作业时，如果第一塔式起重机在第二塔式起重机的同一侧，不会发生碰撞；如果第二塔式起重机在第一塔式起重机的同一侧，也不会发生碰撞；如果第一塔式起重机不在第二塔式起重机的同一侧，第二塔式起重机也不在第一塔式起重机的同一侧，两塔分别选取塔式起重机上的平衡臂外端点、塔式起重机的塔基中心位置、塔式起重机的起重臂外端点、小车所处塔式起重机的起重臂位置，这4个位置作为碰撞敏感位置；选取第一塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4
个位置与第二塔式起重机的中心角度和距离；再选取第二塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4个位置与第一塔式起重机的中心的角度和距离，按照射线法原则判断是否碰撞。
19.优选的，群塔的防撞算法，以射线法原则判断两塔是否碰撞，所述的射线法原则具体的方法如下：
20.以第一塔式起重机的平衡臂外端点为射线的起点，沿着第一塔式起重机的平衡臂向起重臂的方向发射一条射线，这条射线经过第一塔式起重机的塔基中心位置，如果选取第二塔式起重机的平衡臂和起重臂的某一个位置，这个位置与第一塔式起重机的射线存在一个夹角，如果夹角大于设定的夹角阈值，第二塔式起重机的这个位置不会与第一塔式起重机射线相交，发生碰撞；如果夹角小于设定的夹角阈值，第二塔式起重机的选取的位置距离第一塔式起重机的中心位置大于起重臂的长度，也不会发生第二塔式起重机与第一塔式起重机相碰；如果夹角小于设定的夹角阈值，第二塔式起重机选取的位置距离第一塔式起重机的中心距离小于起重臂的长度，发生第二塔式起重机与第一塔式起重机相碰。
21.优选的，实现群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法的系统，包括安装于塔式起重机上的测量起重臂或者平衡臂旋转角度的回转传感器、安装于塔式起重机上的测量小车距离塔基中心距离的幅度传感器、安装于塔式起重机上的测量吊钩高度的高度传感器、安装于塔式起重机的智能边缘计算主机、安装于塔式起重机的群塔通信模块。
22.本发明的有益效果：
23.本发明同现有技术相比，结构简单，安装的传感器数量少，只需要安装高度、幅度和回转传感器，并且易于安装与拆卸，其优点在于：通过安装的回转传感器能够自测塔式起重机的坐标位置，建立自测坐标系统，基于射线法原则实现了群塔的防撞算法；防撞算法简单明了，逻辑清晰，易于软件实现；通过安装于群塔现场的智能边缘计算主机能够实时处理算法，得出算法运行结果，快速的防止群塔碰撞事故的发生。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本发明一个实施例中提供的群塔自测位置坐标系的第一建立方法示意图；
26.图2为本发明一个实施例中提供的群塔自测位置坐标系的第二建立方法示意图；
27.图3为本发明一个实施例中提供的群塔防撞的射线法原则的示意图；
28.图4为本发明一个实施例中提供的群塔防撞的第一示意图；
29.图5为本发明一个实施例中提供的群塔防撞的第二示意图；
30.图6为本发明一个实施例中提供的群塔防撞的第三示意图；
31.图7为本发明一个实施例中提供的群塔防撞的第四示意图；
32.图8为本发明一个实施例中提供的群塔防撞系统的连接示意图；
33.图9为本发明一个实施例中提供的群塔防撞系统的回转传感器示意图；
34.图10为本发明一个实施例中提供的群塔防撞系统的高度传感器示意图。
具体实施方式
35.下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
36.图1示出了本发明实施例中提供的群塔自测位置坐标系的第一建立方法示意图，由图中可以看出，第一塔式起重机o1和第二塔塔式起重机o2；第一塔式起重机的塔基圆心坐标为o1，第一塔式起重机的平衡臂外端点为a1，第一塔式起重机的起重臂外端点为b1，第一塔式起重机的平衡臂长度为o1a1，起重臂长度为o1b1，第二塔式起重机的塔基圆心坐标为o2，第二塔式起重机的平衡臂外端点为a2，第二塔式起重机的起重臂外端点为b2，第二塔式起重机的平衡臂的长度为o2a2，起重臂长度为o2b2，塔式起重机出厂时，起重臂长度和平衡臂长度是已知确定的参数，即o1a1、o1b1、o2a2和o2b2是已知参数。
37.约定塔式起重机起重臂绕着塔基圆心顺时针旋转为负方向，塔式起重机起重臂绕着塔基圆心逆时针旋转为正方向，第一塔式起重机的塔基圆心坐标o1和第二塔式起重机的塔基圆心坐标o2之间连接一条直线为o1o2，第一塔式起重机的起重臂与直线o1o2的夹角为α1，第二塔式起重机的起重臂与直线o1o2的夹角为β1。
38.所述的群塔自测位置坐标系的建立方法具体包括如下步骤：
39.步骤a：选取第一塔式起重机的塔基o1作为塔式起重机的圆心位置；选取第二塔式起重机塔基作为圆心位置o2；
40.步骤b：驾驶第一塔式起重机，使得第一塔式起重机的起重臂o1b1逆时针旋转到图中直线o1o2，与第二塔式起重机的塔基圆心坐标o2对齐的位置，并且保持起重臂o1b1不动，将第一塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第一塔式起重机的初始状态角度，通过液晶屏操作，标定为0；
41.步骤c：驾驶第二塔式起重机，使得第二塔式起重机的起重臂o2b2逆时针旋转到与第一塔式起重机塔基o1对齐的位置，并且保持起重臂o2b2不动，此时第二塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第二塔式起重机的初始状态角度，通过液晶屏操作，标定为π；
42.步骤d：第一塔式起重机的起重臂o1b1逆时针旋转一个角度α1后，此时保持第一塔式起重机的起重臂o1b1静止不动；将第二塔式起重机的起重臂o2b2旋转到与第一塔式起重机的起重臂外端点b1对齐，停留在第一虚线处，记录下第二塔式起重机的回转传感器角度β1；
43.步骤e：在三角形δo1o2b1中，按照三角形正弦定理，
44.可得线段o1o2的长度，记为l1；
45.步骤f：按照步骤b到步骤e的过程，第一塔式起重机起重臂o1b1旋转到第二虚线位置，记录下第一塔式起重机的回转角度为α2，第二塔式起重机的起重臂的回转角度β2，此时第二塔式起重机的起重臂o2b2与第一塔式起重机的起重臂外端点b1对齐，停留在第三虚线位置。再次计算出两塔的塔基距离o1o2，此数据作为校验数据，记为l2；
46.步骤g：如果第一次计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔中心距离在误差范围内，两次计算出来的塔基中心距离的平均值作为两塔的塔基中心距离；如果第一次计算出的两塔塔基中心距离和第二次计算出的两塔中心距离误差很大，表明两塔存在故障，给出报警信息；
47.如果|l
1-l2|＜σ，σ表示误差，则得到o1o2的平均距离两次测量求平均值；
48.如果|l
1-l2|＞σ，表示测量有很大的误差，继续回到步骤b重新开始测量；
49.步骤h：建立以两塔塔基的中心位置为极点，起重臂为极轴的相对极坐标系；
50.步骤i：建筑工地中其他塔式起重机也采用上述方法，按照上述步骤a到步骤h，一一确立起整个工地上所有塔式起重机的相对极坐标系。
51.进一步的，虽然gb 5144-2006《塔式起重机安全规程》10.5一节规定了两台塔机之间的最小架设距离应保证处于低位塔机的起重臂端部与另一台塔机的塔基之间至少2m的距离；处于高位塔机的最低位置的部件(吊钩升至最高点或平衡重的最低部位)与低位塔机中处于最高位置部件之间的垂直距离不应小于2m；但在实际建筑工地时，因为环境条件的限制，第一塔式起重机与第二塔式起重机的安装位置靠得很近时，甚至其中的第一塔式起重机的起重臂端部与第二塔式起重机的塔基会相碰，群塔自测位置坐标系的第一建立方法无法满足条件时，采用群塔自测位置坐标系的第二建立方法。
52.图2示出了本发明实施例中提供的群塔自测位置坐标系的第二建立方法示意图，由图中可以看出，第一塔式起重机o1和第二塔塔式起重机o2；第一塔式起重机的塔基圆心坐标为o1，第一塔式起重机的平衡臂外端点为a1，第一塔式起重机的起重臂外端点为b1，第一塔式起重机的平衡臂长度为o1a1，起重臂长度为o1b1；第二塔式起重机的塔基圆心坐标为o2，第二塔式起重机的平衡臂外端点为a2；第二塔式起重机的起重臂外端点为b2，第二塔式起重机的平衡臂的长度为o2a2，起重臂长度为o2b2；塔式起重机出厂时，起重臂长度和平衡臂长度是已知确定的参数，即o1a1、o1b1、o2a2和o2b2是已知参数。
53.约定塔式起重机平衡臂绕着塔基圆心顺时针旋转为负方向，塔式起重机平衡臂绕着塔基圆心逆时针旋转为正方向；第一塔式起重机的塔基圆心坐标o1和第二塔式起重机的塔基圆心坐标o2之间连接一条直线为o1o2；第一塔式起重机的起重臂与直线o1o2的夹角为α3，第一塔式起重机的小车位置为p1。
54.所述的群塔自测位置坐标系的第二建立方法具体包括如下步骤：
55.步骤a：选取第一塔式起重机塔基o1作为塔式起重机的圆心位置，选取第二塔式起重机的塔基o2作为中心位置；
56.步骤b：驾驶第一塔式起重机，使得第一塔式起重机的平衡臂o1a1旋转到与第二塔式起重机的塔基o2对齐的位置，并且保持平衡臂o1a1不动，将第一塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为初始状态角度，标定为π；
57.步骤c：驾驶第二塔式起重机，使得第二塔式起重机的平衡臂o2a2旋转到与第一塔式起重机塔基o1对齐的位置，并且保持平衡臂o2a2不动，此时第二塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为初始状态角度，标定为0；
58.步骤d：第一塔式起重机的起重臂o1b1逆时针旋转一个角度α3后，此时保持第一塔式起重机的起重臂o1b1静止不动，将第二塔式起重机的起重臂o2b2旋转到与第四虚线位置处，与第一塔式起重机的起重臂外端点b1对齐，记录下第二塔式起重机的回转传感器角度β3；
59.步骤e：在三角形δo1o2b1中，按照三角形正弦定理，
60.可得线段o1o2的距离，记为l3；
61.步骤f：保持第一塔式起重机的起重臂o1b1静止不动，将第二塔式起重机的起重臂o2b2旋转到与第五虚线位置处，与第一塔式起重机的起重臂上的小车p1对齐，记录下第二塔式起重机的回转传感器角度β4；采用步骤e，
62.可得线段o1o2的距离，记为l4；
63.步骤g：如果第一次计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔中心距离在误差范围内，两次计算出来的塔基中心距离的平均值作为两塔的塔基中心距离；如果第一次计算出的两塔塔基中心距离和第二次计算出的两塔中心距离误差很大，表明两塔存在故障，给出报警信息；
64.如果|l
3-l4|＜σ，σ表示误差，则得到o1o2的平均距离两次测量求平均值；
65.如果|l
3-l4|＞σ，表示测量有很大的误差，继续回到步骤b重新开始测量；
66.步骤h：建立以两塔塔基的圆心位置为极点，起重臂为极轴的相对极坐标系；
67.步骤i：建筑工地中其他塔式起重机也采用上述方法，按照上述步骤a到步骤h，一一确立起整个工地上所有塔式起重机的相对极坐标系。
68.图3为本发明一个实施例中提供的群塔防撞的射线法原则的示意图，由图中可以看出，第一塔式起重机的塔基圆心坐标为o1，第一塔式起重机的平衡臂外端点为a1，第一塔式起重机的起重臂外端点为b1，第一塔式起重机的平衡臂长度为o1a1，起重臂长度为o1b1；第二塔式起重机的平衡臂或者起重臂上有一位置q1点，位置q1点与第一塔式起重机的起重臂o1b1的夹角∠q1o1b1为α4，位置q1点距离第一塔式起重机的塔基圆心o1的长度o1q1。
69.所述的射线法防撞原则具体如下：
70.以第一塔式起重机的塔基圆心o1为射线的起点，沿着图中第六虚线向位置q1点方法发射一条射线出去，这条射线经过第一塔式起重机的塔基圆心位置o1和位置q1点；
71.原则1：夹角α4大于设定的夹角安全阈值δα时，第二塔式起重机的这个位置q1不会与第一塔式起重机的射线相交，不会发生碰撞；
72.原则2：如果夹角α4小于设定的夹角安全阈值δα，第二塔式起重机的选取的位置q2距离第一塔式起重机的塔基中心位置的长度o1q2大于第一塔式起重机起重臂的长度o1b1，也不会发生第二塔式起重机与第一塔式起重机相碰，图中的位置q2也不会发生碰撞；
73.原则3：如果夹角α4小于设定的夹角安全阈值δα，第二塔式起重机的位置q3距离第一塔式起重机的塔基圆心距离小于第一塔式起重机起重臂的长度o1b1，发生第二塔式起重机与第一塔式起重机相碰事故，图中的位置q3为碰撞点。
74.第一塔式起重机的塔高高度为h1，第二塔式起重机的塔高高度为h2，如果两个塔式起重机满足|h
1-h2|＜δh时，δh为设定的安全高度阈值，则执行按照如下的防撞算法，具体的是：
75.第一种情形：如图4所示，当第二塔式起重机的角度β∈(0,π]，第二塔式起重机o2的回转传感器为β，第一塔式起重机o1和第二塔塔式起重机o2，第一塔式起重机的塔基圆心坐标为o1，第一塔式起重机的平衡臂外端点为a1，第一塔式起重机的起重臂外端点为b1，第
一塔式起重机的平衡臂长度为o1a1，起重臂长度为o1b1，第一塔式起重机的小车位置为p1，小车p1与第一塔式起重机的塔基圆心的距离为o1p1。第二塔式起重机的塔基圆心坐标为o2，第二塔式起重机的平衡臂外端点为a2。第二塔式起重机的起重臂外端点为b2，第二塔式起重机的平衡臂的长度为o2a2，起重臂长度为o2b2，第二塔式起重机的小车位置为p2，小车p2与第二塔式起重机的塔基圆心的距离为o2p2。
76.第一塔式起重机的起重臂o1b1与o1o2的夹角∠o2o1b1为α；第二塔式起重机的小车位置p2、起重臂外端点b2、平衡臂外端点a2、塔基圆心o2与第一塔式起重机的塔基圆心o1构成的夹角分别是∠o2o1p2、∠o2o1b2、∠o2o1a2和∠o2o1o2，分别记∠o2o1p2、∠o2o1b2、∠o2o1a2和∠o2o1o2为α5、α6、α7和α8，
77.在三角形δo1o2a2、δo1o2p2和δo1o2b2，可得：
[0078][0079][0080][0081]
从而可以求出各个夹角：
[0082][0083][0084][0085]
α8＝0
[0086]
第二种情形：如图5所示，当第二塔式起重机的角度β∈[π，2π)，第二塔式起重机o2的回转传感器为β，第一塔式起重机o1和第二塔塔式起重机o2，第一塔式起重机的塔基圆心坐标为o1，第一塔式起重机的平衡臂外端点为a1，第一塔式起重机的起重臂外端点为b1，第一塔式起重机的平衡臂长度为o1a1，起重臂长度为o1b1，第一塔式起重机的小车位置为p1，小车p1与第一塔式起重机的塔基圆心的距离为o1p1，第二塔式起重机的塔基圆心坐标为o2，第二塔式起重机的平衡臂外端点为a2，第二塔式起重机的起重臂外端点为b2，第二塔式起重机的平衡臂的长度为o2a2，起重臂长度为o2b2，第二塔式起重机的小车位置为p2，小车p2与第二塔式起重机的塔基圆心的距离为o2p2。
[0087]
第一塔式起重机的起重臂o1b1与o1o2的夹角∠o2o1b1为α，第二塔式起重机的小车位置p2、起重臂外端点b2、平衡臂外端点a2、塔基圆心o2与第一塔式起重机的塔基圆心o1构成的夹角分别是∠o2o1p2、∠o2o1b2、∠o2o1a2和∠o2o1o2，分别记∠o2o1p2、∠o2o1b2、∠o2o1a2和∠o2o1o2为α9、α
10
、α
11
和α
12
，
[0088]
在三角形δo1o2a2、δo1o2p2和δo1o2b2，可得：
[0089][0090][0091]
[0092]
从而可以求出各个夹角：
[0093][0094][0095][0096]
α
12
＝0
[0097]
第三种情形：如图6所示，当第一塔式起重机的角度α∈(0,π]，第一塔式起重机的起重臂o1b1与o1o2的夹角∠o2o1b1为α，第一塔式起重机o1和第二塔塔式起重机o2，第一塔式起重机的塔基圆心坐标为o1，第一塔式起重机的平衡臂外端点为a1，第一塔式起重机的起重臂外端点为b1，第一塔式起重机的平衡臂长度为o1a1，起重臂长度为o1b1，第一塔式起重机的小车位置为p1，小车p1与第一塔式起重机的塔基圆心的距离为o1p1；第二塔式起重机的塔基圆心坐标为o2，第二塔式起重机的平衡臂外端点为a2，第二塔式起重机的起重臂外端点为b2，第二塔式起重机的平衡臂的长度为o2a2，起重臂长度为o2b2，第二塔式起重机的小车位置为p2，小车p2与第二塔式起重机的塔基圆心的距离为o2p2。
[0098]
第二塔式起重机o2的回转传感器为β，第一塔式起重机的小车位置p1、起重臂外端点b1、平衡臂外端点a1、塔基圆心o1与第二塔式起重机的塔基圆心o2构成的夹角分别是∠ko2p1、∠ko2b1、∠ko2a1和∠ko2o1，分别记∠ko2p1、∠ko2b1、∠ko2a1和∠ko2o1为β5、β6、β7和β8，
[0099]
在三角形δo2o1p1、δo2o1b1和δo2o1a1，可得：
[0100][0101][0102][0103][0104][0105][0106]
β8＝π
[0107]
第四种情形：如图7所示，当第一塔式起重机的角度α∈(π,2π]，第一塔式起重机的起重臂o1b1与o1o2的夹角∠o2o1b1为α，第一塔式起重机o1和第二塔塔式起重机o2；第一塔式起重机的塔基圆心坐标为o1，第一塔式起重机的平衡臂外端点为a1，第一塔式起重机的起重臂外端点为b1，第一塔式起重机的平衡臂长度为o1a1，起重臂长度为o1b1，第一塔式起重机的小车位置为p1，小车p1与第一塔式起重机的塔基圆心的距离为o1p1，第二塔式起重机的塔基圆心坐标为o2，第二塔式起重机的平衡臂外端点为a2，第二塔式起重机的起重臂外端点为b2，第二塔式起重机的平衡臂的长度为o2a2，起重臂长度为o2b2，第二塔式起重机的小车位置为p2，小车p2与第二塔式起重机的塔基圆心的距离为o2p2。
[0108]
第二塔式起重机o2的回转传感器为β，第一塔式起重机的小车位置p1、起重臂外端点b1、平衡臂外端点a1、塔基圆心o1与第二塔式起重机的塔基圆心o2构成的夹角分别是∠ko2p1、∠ko2b1、∠ko2a1和∠ko2o1，分别记∠ko2p1、∠ko2b1、∠ko2a1和∠ko2o1为β9、β
10
、β
11
和β
12
，
[0109][0110][0111][0112][0113][0114][0115]
β
12
＝π
[0116]
第二塔式起重机上的小车位置p2、起重臂外端点b2、平衡臂外端点a2、塔基圆心o2与第一塔式起重机的塔基圆心o1构成的夹角α5、α6、α7、α8或者α9、α
10
、α
11
和α
12
是否满足如下判别式1或者判别式2：
[0117]
判别式1
[0118]
判别式2
[0119]
第一塔式起重机的小车位置p1、起重臂外端点b1、平衡臂外端点a1、塔基圆心o1与第二塔式起重机的塔基圆心o2构成的夹角β5、β6、β7、β8或者β9、β
10
、β
11
、β
12
是否满足判别式3或者判别式4：
[0120]
判别式3
[0121]
判别式4
[0122]
如果第一塔式起重机和第二塔式起重机不满足上述判别式1、判别式2、判别式3或者判别式4，那么第一塔式起重机与第二塔式起重机已经发生碰撞；
[0123]
如果第一塔式起重机和第二塔式起重机满足上述判别式1、判别式2、判别式3或者判别式4中的一个或者2个，那么引入预警δθ
alarm
和报警弧度δθ
warn
，预警δθ
alarm
和报警弧度δθ
warn
值是设定的参考值。
[0124]
针对第二塔式起重机，给出报警和预警判断条件：
[0125]
若|∠o2o1p
2-α|＞δθ
warn
，则p2点不会与第一塔式起重机碰撞；
[0126]
若δθ
warn
≥|∠o2o1p
2-α|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，p2点马上会与第一塔式起重机碰撞；
[0127]
若|∠o2o1p
2-α|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，p2点将会与第一塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0128]
若|∠o2o1b
2-α|＞δθ
warn
，则b2点不会与第一塔式起重机碰撞；
[0129]
若δθ
warn
≥|∠o2o1b
2-α|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，b2点将会与第一塔式起重机碰撞；
[0130]
若|∠o2o1b
2-α|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，b2点将会与第一塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0131]
若|∠o2o1a
2-α|＞δθ
warn
，则a2点不会与第一塔式起重机碰撞；
[0132]
若δθ
warn
≥|∠o2o1a
2-α|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，a2点将会与第一塔式起重机碰撞；
[0133]
若|∠o2o1a
2-α|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，a2点将会与第一塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0134]
若|∠o2o1o
2-α|＞δθ
warn
，则o2点不会与第一塔式起重机碰撞；
[0135]
若δθ
warn
≥|∠o2o1o
2-α|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，o2点将会与第一塔式起重机碰撞；
[0136]
若|∠o2o1o
2-α|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，o2点将会与第一塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0137]
针对第一塔式起重机，给出报警和预警判断条件：
[0138]
若|ko2p
1-β|＞δθ
warn
，则p1点不会与第二塔式起重机碰撞；
[0139]
若δθ
warn
≥|ko2p
1-β|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，p1点马上会与第二塔式起重机碰撞；
[0140]
若|ko2p
1-β|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，p1点将会与第二塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0141]
若|∠ko2b
1-β|＞δθ
warn
，则b1点不会与第二塔式起重机碰撞；
[0142]
若δθ
warn
≥|∠ko2b
1-β|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，b1点将会与第二塔式起重机碰撞；
[0143]
若|∠ko2b
1-β|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，b1点将会与第二塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0144]
若|∠ko2a
1-β|＞δθ
warn
，则a1点不会与第二塔式起重机碰撞；
[0145]
若δθ
warn
≥|∠ko2a
1-β|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，a1点将会与第二塔式起重机
碰撞；
[0146]
若|∠ko2a
1-β|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，a1点将会与第二塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0147]
若|∠ko2o
1-β|＞δθ
warn
，则o1点不会与第二塔式起重机碰撞；
[0148]
若δθ
warn
≥|∠ko2o
1-β|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，o1点将会与第二塔式起重机碰撞；
[0149]
若|∠ko2o
1-β|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，o1点将会与第二塔式起重机碰撞，处在危险状态；
[0150]
第一塔式起重机的塔高高度为h1，第二塔式起重机的塔高高度为h2，如果两个塔式起重机满足|h
1-h2|＞δh时，δh为设定的安全高度阈值，第一塔式起重机的吊钩离地高度h1，第二塔式起重机的吊钩离地高度h2，则执行按照如下的防撞算法，具体的是：
[0151]
不妨假设，第一塔式起重机的高度要高于第二塔式起重机，当h1＞h2时，第一塔式起重机的吊钩很高，即使两塔塔臂交叉，第一塔式起重机吊钩的钢丝绳也不会与第二塔式起重机的塔臂相碰。
[0152]
当h1＜h2时，第一塔式起重机的吊钩很低，第一塔式起重机o1吊钩的钢丝绳可能会与第二塔式起重机o2的塔臂相碰；此时需要判断第一塔式起重机小车位置点p1与第二塔式起重机o2的夹角∠ko2p，判断方法：
[0153]
若|∠ko2p
1-β|＞δθ
warn
，则p1点不会与第二塔式起重机碰撞；
[0154]
若δθ
warn
≥|∠ko2p
1-β|＞δθ
alarm
，则发出预警信号，p1点马上会与第二塔式起重机碰撞；
[0155]
若|∠ko2p
1-β|≤δθ
alarm
，则发出报警信号，p1点将会与第二塔式起重机碰撞，处在危险状态。
[0156]
特别的，不满足gb 5144-2006《塔式起重机安全规程》10.5节时，第一塔式起重机和第二塔式起重机的回转角度存在禁行区角度，禁行区角度的设定如下：
[0157]
若δθ
warn
＜|∠ko1b1|＜2π-δθ
warn
，则b1点不存在与第二塔式起重机的塔基碰撞；
[0158]
若δθ
warn
≥|∠ko1b1|＞δθ
alarm
或者2π-δθ
warn
≤|∠ko1b1|＜2π-δθ
alarm
则发出预警信号，b1点存在与第二塔式起重机的塔基碰撞；
[0159]
若|∠ko1b1|≤δθ
alarm
，或者|∠ko1b1|≥2π-δθ
alarm
则发出报警信号，b1点将会与第二塔式起重机的塔基碰撞，处在危险状态。
[0160]
若0≤|∠ko2b2|＜π-δθ
warn
或者2π-δθ
warn
＜|∠ko2b2|≤2π，则b2点不存在与第一塔式起重机的塔基碰撞；
[0161]
若π-δθ
warn
≤|∠ko2b2|＜π-δθ
alarm
或者π+δθ
alarn
＜|∠ko2b2|≤π+δθ
warn
则发出预警信号，b2点存在与第一塔式起重机的塔基碰撞；
[0162]
若π-δθ
alarm
≤|∠ko2b2|≤π+δθ
alarm
，则发出报警信号，b2点将存在与第一塔式起重机的塔基碰撞，处在危险状态。
[0163]
计算式中有正弦函数和余弦函数，和反正弦函数，计算量较多，因此采用查表法，做好一张正余弦函数表、反正弦函数表存放在程序中，每次程序都是查表，减少智能边缘计算主机1的压力。
[0164]
图8示出了本发明实施例中提供的群塔防撞系统的连接结构示意图，由图可以看
出，该群塔防撞系统主要包括智能边缘计算主机1、回转传感器2、高度传感器3、幅度传感器4、lora通信模块5、4g远程传输模块6、液晶显示屏7。
[0165]
所述的智能边缘计算主机1接收所述的回转传感器2的塔式起重机的回转角度，所述的智能边缘计算主机1接收所述的高度传感器3的塔式起重机的吊钩的高度参数，智能边缘计算主机1也接收所述的幅度传感器4的塔式起重机的小车与塔基的距离。
[0166]
所述的智能边缘计算主机1通过所述的lora通信模块5进行塔式起重机与塔式起重机之间的回转角度、吊钩的高度和小车与塔基的距离数据的交互，所述的lora通信模块5采用lora alliance的创始成员semtech公司的sx1278芯片方案，所述的lora通信模块5功耗低、通信距离远、低硬件成本、可连接设备数量众多，满足大规模大型工地几十台塔式起重机并行的应用场景。
[0167]
所述的智能边缘计算主机1通过4g远程传输模块6将信号传输给外部的远程设备。
[0168]
所述的智能边缘计算主机1采用所述的液晶显示屏7进行数据的人机交互接口，所述的液晶显示屏7进行所述回转传感器2、所述高度传感器3和所述的幅度传感器4的数据标定。
[0169]
图9示出了本发明实施例中提供的群塔防撞系统的回转传感器示意图，由图可以看出，该群塔防撞系统的回转传感器主要包括防水外壳8、编码器9、联轴10、齿轮传动装置11、第一可调节的旋转节12、第二可调节的旋转节13、第三可调节的旋转节14、第四可调节的旋转节15、第一金属直杆16、第二金属直杆17、第三金属直杆18、可调节的夹紧抱箍19、紧固螺栓20。
[0170]
所述的编码器9内置于所述的防水外壳8内部，所述的编码器9采用绝对式编码器，停电后可以无须重新标定，能够绝对的记录塔式起重机的回转角度，所述的联轴10的一端与所述的齿轮传动装置11紧固，所述的联轴10的另一端与所述的编码器8相连紧固，所述的齿轮传动装置11与塔式起重机的回转齿轮啮合，塔式起重机回转时带动所述的齿轮传动装置11旋转，通过所述的联轴10带动所述的编码器同步旋转，从而得到塔式起重机的回转角度和方向，通过所述的第一可调节的旋转节12、第二可调节的旋转节13、第三可调节的旋转节14、第四可调节的旋转节15、第一金属直杆16、第二金属直杆17、第三金属直杆18、可调节的夹紧抱箍19、紧固螺栓20进行万向调节，使得回转传感器能够适配各种型号塔式起重机的工程安装。
[0171]
所述的第一塔式起重机的回转传感器2的标定方法，通过旋转第一塔式起重机与第二塔式起重机的塔基对齐，此时通过液晶屏显示器7将第一塔式起重机的回转传感器2标定为0。
[0172]
所述的第二塔式起重机的回转传感器2的标定方法，通过旋转第二塔式起重机与第一塔式起重机的塔基对齐，此时通过第二塔式起重机的液晶屏显示器7将第二塔式起重机的回转传感器2标定为π。
[0173]
所述的高度传感器3和所述的幅度传感器4的结构相同，均如图10所示，均包括防水外壳21、编码器22、连轴23、套筒24，所述的高度传感器3和所述的幅度传感器4在结构上完全一致，只是安装于塔式起重机的位置不同。
[0174]
所述的高度传感器3安装于塔式起重机的吊钩钢丝绳卷扬筒的中心轴上，通过所述的套筒实现卷扬筒的中心轴与所述高度传感器的连轴23同步旋转，所述的防水外壳21内
部有所述的编码器22，所述的编码器22采用绝对式编码器。
[0175]
所述的第一塔式起重机的高度传感器3的标定方法，将第一塔式起重机的吊钩缓缓下垂至地面，此时通过所述的液晶屏7将第一塔式起重机的吊钩高度标定为hd
min1
，然后缓缓地将第一塔式起重机的吊钩上升至起重臂的限制高度，此时通过所述的液晶屏7将第一塔式起重机的吊钩高度标定为离地高度hd
max1
，吊钩的高度计算式为：h1＝s1·
(hd
max1-hd
min1
)
·
hd1，s1为一个确定的常数，hd1为某一时刻高度传感器采集到的高度参数。
[0176]
所述的第二塔式起重机的高度传感器3的标定方法，将第二塔式起重机的吊钩缓缓下垂至地面，此时通过所述的液晶屏7将第二塔式起重机的吊钩高度标定为hd
min2
，然后缓缓地将第二塔式起重机的吊钩上升至起重臂的限制高度，此时通过所述的液晶屏7将第二塔式起重机的吊钩高度标定为离地高度hd
max2
；吊钩的高度计算式为：h2＝s2·
(hd
max2-hd
min2
)
·
hd2，s2为一个确定的常数，hd2为某一时刻高度传感器采集到的高度参数。
[0177]
所述的第一塔式起重机的幅度传感器4的标定方法，将第一塔式起重机的小车缓缓回收至塔基安全设计的位置，此时通过所述的液晶屏7将第一塔式起重机的幅度标定为ld
min1
，然后缓缓地将第一塔式起重机的小车远离塔基至起重机安全设计最远位置，此时通过所述的液晶屏7将第一塔式起重机的幅度标定为ld
max1
，第一塔式起重机的小车幅度计算式为：o1p1＝s3·
(ld
max1-ld
min1
)
·
ld，s3为一个确定的常数，ld1为某一时刻幅度传感器采集到的幅度参数。
[0178]
所述的第二塔式起重机的幅度传感器4的标定方法，将第二塔式起重机的小车缓缓回收至塔基安全设计的最近位置，此时通过所述的液晶屏7将第二塔式起重机的幅度标定为ld
min2
；然后缓缓地将第二塔式起重机的小车远离塔基至起重机安全设计最远位置，此时通过所述的液晶屏7将第二塔式起重机的幅度标定为ld
max2
；第二塔式起重机的小车幅度计算式为：o2p2＝s4·
(ld
max2-ld
min2
)
·
ld2，s4为一个确定的常数,ld2为某一时刻幅度传感器采集到的幅度参数。
[0179]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
[0180]
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。