一种基于激光雷达的塔吊防护装置的制作方法

本发明涉及激光检测预警领域，特别涉及一种利用激光雷达进行塔吊施工预警防护的装置。

背景技术：

随着城市建设的发展，老城区的改造和新地区的开发，建筑工地也日益增多。塔吊作为建筑机械必不可少的一部分，需求也越来越大。在塔吊施工的过程中，往往受到附近的高压线缆或者居民建筑的阻碍，一旦塔吊触碰高压线缆或者撞击到建筑物，将会产生严重的后果。

在现有的施工方案中，往往对高压线缆或者建筑物搭接脚手架进行防护。这样不仅工程量大，耗时长，还需要投入大量的人力物力进行安装和拆卸。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于激光雷达的塔吊防护装置。本实用新型的技术方案如下：

一种基于激光雷达的塔吊防护装置，其特征在于包含激光雷达、数据处理单元、无线报警单元和塔吊断路控制单元，其中，所述激光雷达用于监测塔吊货物运行状况、获取目标区域的测距信息；所述数据处理单元分别与激光雷达、无线报警单元和塔吊断路控制单元相连，用于分析测距信息，进行塔吊货物入侵预警检测；所述无线报警单元用于接收数据处理单元的信息，发送报警信号到塔吊驾驶室和作业监控中心；所述塔吊断路控制单元用于控制塔吊下电箱电路通断，进行塔吊的紧急制动。

所述的基于激光雷达的塔吊防护装置，优选的，所述激光雷达为二维激光扫描测距仪，或为单个或多个单点激光测距仪，或为三维多线激光扫描测距仪；

当所述激光雷达为二维激光扫描测距仪时，所述二维激光扫描测距仪安装于立杆或围栏上，其扫描截面垂直于地面且预警区域处于所述扫描截面范围内；

当所述激光雷达为多个单点激光测距仪时，各个单点激光测距仪的采样线相互平行，且与地面所成夹角为0°到180°之间；当为单个单点激光测距仪时，其采样线指向预警区域；

当所述激光雷达为三维多线激光扫描测距仪时，所述三维多线激光扫描测距仪垂直安装于立杆或围栏上，使其一个扫描截面与预警区域平面平行；

所述的基于激光雷达的塔吊防护装置，优选的，所述数据处理单元为具有数据处理能力的嵌入式计算机；

所述的无线报警单元为具有无线收发能力的数据传输单元，具体为 433M模块、3G模块、ZigBee模块；

所述的塔吊断路控制单元包含光耦隔离电路、中间继电器和接触器。

本实用新型具有如下有益效果：

激光雷达可以精确测量扫描截面的测距信息，可以很方便的设置目标报警区域，且报警区域的大小和形状可以任意设置；同时，由于激光雷达扫描频率快，可以及时准确的检测到入侵信息，并可将入侵物体的高度值信息反馈给塔吊司机或相关工作人员，必要时，也可以发送紧急制动命令使塔吊停止工作。

本实用新型装置小巧便携，安装拆卸简单，可以检测多个目标区域，可以重复利用。

附图说明

图1为本实用新型装置的系统原理框图。

图2为本实用新型一实施例的工作示意图。

图3为本实用新型一实施例的坐标变换示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的以及方案的优点更加清楚明白。下面结合附图对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型装置由激光雷达、数据处理单元、无线报警单元和塔吊断路控制单元组成，其中，激光雷达用于监测塔吊货物运行状况、获取目标区域的测距信息；数据处理单元分别与激光雷达、无线报警单元和塔吊断路控制单元相连，用于分析测距信息，进行塔吊货物入侵预警检测；无线报警单元用于接收数据处理单元的信息，发送报警信号到塔吊驾驶室和作业监控中心；塔吊断路控制单元用于控制塔吊下电箱电路通断，进行塔吊的紧急制动。

装置的工作示意图如图2所示，激光雷达1对预先设定的报警平面区域3进行测距扫描，得到一系列的激光测距数据，本实施例采用二维扫描式激光测距仪，可以理解的是，若为多个单点激光测距仪或是三维激光测距仪，同样可以完成检测。

数据处理单元对所述的激光测距数据进行处理，首先将测距数据进行坐标变换，如图3所示的坐标系，以激光雷达在地面上的投影为原点建立二维坐标系，则激光雷达的坐标O’为(0，H)，待检测目标区域为ABCD围成的范围，激光雷达扫描线与水平面的夹角为α，激光雷达一次扫描中的其中一条扫描线所测得的距离为L，那么对应的坐标转换公式为：

X＝L*cosα，Y＝H+L*sinα；

对于激光雷达一次扫描的一帧数据，通过坐标变换后，得到该平面的二维信息数组，分析该二维数组，查看是否有坐标点落入目标区域 ABCD中，若发现一帧数据中有连续的采样点落入目标区域，且前后多帧数据都检测到物体，这说明存在物体闯入，计算该物体的Y坐标值作为高度，并输出报警信号。如图2的塔吊货物4可以从上下左右以及水平方向闯入目标区域3中，当检测到货物4距离区域3较近时，例如1米范围内，数据处理单元发出报警信号给塔吊司机6和监控中心，当货物继续靠近直到闯入区域3中，数据处理单元发出制动信号给塔吊断路控制单元5，使塔吊停止工作。

可理解的是，该安装方式为本实用新型的一种优选方式，对于本领域的技术人员应该明白，将二维扫描式激光雷达水平放置或者呈一定角度放置，同样可以获取目标区域的测距信息，完成检测功能；或者采用多个单点式激光测距仪完成检测功能；或者采用多个二维扫描式激光雷达进行级联，完成更大目标区域的检测；或者采用三维激光雷达进行更立体丰富精确信息的检测。

塔吊断路控制单元，将数据处理单元的制动信号通过光耦隔离，控制中间继电器的开关闭合来控制接触器工作状态，达到控制图2中塔吊下电箱5电路的通断目的，从而实现紧急保护功能。显然，利用激光雷达进行报警防护，不仅安装简单方便，而且定位精准及时。

以上所述仅是本实用新型优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。