用于塔吊机构安装位置校准的检测方法及其装置与流程

1.本技术涉及智能塔吊技术领域，尤其涉及一种用于塔吊机构安装位置校准的检测方法和装置。


背景技术：

2.塔吊由于其起升高度、起重量大和工作幅度大等特点，是目前建筑施工中使用较多的起重机械。
3.由于塔机结构庞大，并伴有高空作业，容易发生重大人身伤亡事故，一旦发生事故，就会给施工企业和个人带来巨大的经济损失。因此，塔吊在安装环节及升节环节，需要测量塔吊的偏移量，以保证塔吊的安全。
4.目前塔吊的偏移量测量是在塔吊安装及升节环节完成的，其需要准备诸多检测仪器，测量前需架构校准仪器，然后进行测量。其在使用过程中，存在以下问题：
5.(一)不能实时监测塔吊偏移量的变化，若出现偏移量变大，不能及时报警，存在安全隐患；
6.(二)在每次测量时，都需要架构校准仪器，进行校准作业，操作繁琐，费时费力。
7.目前有些现有技术通过塔吊偏移量监测装置，该装置包括红外线发射器，红外线接收器，偏移量显示器及报警器；红外线发射器安装在塔吊的底架上，红外线接收器设置在水平臂架与标准节的交汇处，红外线由红外线发射器传输至红外线接收器；偏移量显示器设置在底架上，报警器与偏移量显示器连接；偏移量显示器上设置有红外圈及警戒圈，当偏移量显示器上的红外圈超过警戒圈时或红外圈消失时，报警器启动，发出安全警报。
8.然而上述偏移量测量，不能测量水平臂架在高度上的误差，而且在水平面上的误差仅仅是一种粗略的超出阈值范围然后报警的功能，无法进行校正的精确计算。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种用于塔吊机构安装位置校准的检测方法和装置，本技术能够针对性的解决现有的塔吊机构安装误差检测和控制问题。
10.基于上述目的，本技术提出了一种用于塔吊机构安装位置校准的检测方法，包括：
11.在塔吊的水平臂架和标准节的交汇处安装图像传感器，在塔吊底部安装校准标记，所述图像传感器指向所述校准标记的方向，且所述图像传感器和校准标记的竖直投影位置重合；
12.按照水平臂架和标准节无误差安装后图像传感器、校准标记的相对位置信息，在地面上以相同的相对位置关系布置相同的图像传感器和校准标记，拍摄校准标记的参考图像；
13.当实际施工中的塔吊的水平臂架和标准节的初步安装结束后，启动所述图像传感器，拍摄所述校准标记的粗安装图像；
14.根据所述粗安装图像与所述参考图像之间的差异进行图像分析，计算塔吊的水平
臂架在标准节上的安装位置在空间坐标中xyz三个方向上的偏差；所述x方向为平行于水平臂架指向的水平方向，y方向为垂直于水平臂架指向的水平方向，z方向为垂直于水平臂架指向的竖直方向；
15.根据所述偏差进行校准，依次调整水平臂架在所述xyz三个方向上的安装位置。
16.进一步地，所述图像传感器为摄像头或工业相机。
17.进一步地，所述根据所述粗安装图像与所述参考图像之间的差异进行图像分析，计算塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在空间坐标中xyz三个方向上的偏差，包括：
18.根据粗安装图像与参考图像之间的缩放大小比例，得到塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在空间坐标中z方向上的偏差；
19.将粗安装图像缩放到与参考图像的长宽大小相同，得到第二粗安装图像；
20.通过最大互相关算法分析第二粗安装图像与参考图像的位置偏差，确定最大的匹配点的中心坐标，与参考图像的中心坐标相减，得到第二粗安装图像与参考图像的在xy两个方向上的位置偏差；
21.根据第二粗安装图像与参考图像的在xy两个方向上的位置偏差，乘以所述粗安装图像与参考图像的缩放大小比例，得到塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在xy两个方向上的位置偏差。
22.进一步地，所述确定最大的匹配点的中心坐标时，同时采用粗匹配和精匹配确定最终匹配点。
23.进一步地，所述根据所述偏差进行校准，依次调整水平臂架在所述xyz三个方向上的安装位置，包括：
24.根据所述z方向上的偏差进行校准，上下调整水平臂架在所述z方向上的安装位置；
25.根据所述x方向上的偏差进行校准，左右调整水平臂架在所述x方向上的安装位置；
26.根据所述z方向上的偏差进行校准，前后调整水平臂架在所述y方向上的安装位置。
27.基于上述目的，本技术还提出了一种用于塔吊机构安装位置校准的检测装置，包括：
28.传感器模块，用于在塔吊的水平臂架和标准节的交汇处安装图像传感器，在塔吊底部安装校准标记，所述图像传感器指向所述校准标记的方向，且所述图像传感器和校准标记的竖直投影位置重合；
29.参考图像模块，用于按照水平臂架和标准节无误差安装后图像传感器、校准标记的相对位置信息，在地面上以相同的相对位置关系布置相同的图像传感器和校准标记，拍摄校准标记的参考图像；
30.粗安装图像模块，用于当实际施工中的塔吊的水平臂架和标准节的初步安装结束后，启动所述图像传感器，拍摄所述校准标记的粗安装图像；
31.三方向偏差计算模块，用于根据所述粗安装图像与所述参考图像之间的差异进行图像分析，计算塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在空间坐标中xyz三个方向上的偏差；所述x方向为平行于水平臂架指向的水平方向，y方向为垂直于水平臂架指向的水平方
向，z方向为垂直于水平臂架指向的竖直方向；
32.位置调整模块，用于根据所述偏差进行校准，依次调整水平臂架在所述xyz三个方向上的安装位置。
33.总的来说，本技术的优势及给用户带来的体验在于：
34.本技术通过图像分析算法来分析塔吊机构安装后在立体空间三个方向上的误差，并根据误差进行校准，提高了塔吊安装准确性、智能性、安全性。
附图说明
35.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本技术公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本技术范围的限制。
36.图1示出本技术的装置架构原理示意图。
37.图2示出根据本技术实施例的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法的流程图。
38.图3示出根据本技术实施例的用于塔吊机构安装位置校准的检测装置的构成图。
39.图4示出了本技术一实施例所提供的一种电子设备的结构示意图；
40.图5示出了本技术一实施例所提供的一种存储介质的示意图。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
43.图1示出本技术的装置架构原理示意图。本技术的实施例中，设备包括施工现场内的受控塔吊、吊钩及安装在在水平臂架和标准节交汇处的图像传感器，以及塔吊底部的校准标记等。
44.图像传感器可以采用摄像头或者工业相机等形式。
45.图2示出根据本技术实施例的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法的流程图。如图2所示，该用于塔吊机构安装位置校准的检测方法包括：
46.步骤101：在塔吊的水平臂架和标准节的交汇处安装图像传感器，在塔吊底部安装校准标记，所述图像传感器指向所述校准标记的方向，且所述图像传感器和校准标记的竖直投影位置重合。
47.本实施例的发明思想是提出了根据塔吊实际拍摄图像与预想、预设的标准拍摄图像相比较来确定空间误差，因此在塔吊上首先要布置摄像头等图像传感器，并在塔吊底部布置校准标记，作为标准拍摄图像的对象。
48.步骤102：按照水平臂架和标准节无误差安装后图像传感器、校准标记的相对位置信息，在地面上以相同的相对位置关系布置相同的图像传感器和校准标记，拍摄校准标记的参考图像。
49.本实施例中，为了得到预想、预设的标准拍摄图像相比较来确定空间误差，因此在
地面上首先要布置相同的摄像头和校准标记，两者之间的距离和位置关系需要按照无误差的水平臂架与标准节安装之后的距离、角度等相对位置关系来确定。
50.步骤103：当实际施工中的塔吊的水平臂架和标准节的初步安装结束后，启动所述图像传感器，拍摄所述校准标记的粗安装图像。
51.本实施例中，为了根据塔吊实际拍摄图像与预想、预设的标准拍摄图像相比较来确定空间误差，因此在当实际施工中的塔吊的水平臂架和标准节的初步安装结束后，启动所述图像传感器，拍摄所述校准标记的粗安装图像。
52.步骤104：根据所述粗安装图像与所述参考图像之间的差异进行图像分析，计算塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在空间坐标中xyz三个方向上的偏差；所述x方向为平行于水平臂架指向的水平方向，y方向为垂直于水平臂架指向的水平方向，z方向为垂直于水平臂架指向的竖直方向。
53.本实施例中，根据粗安装图像与参考图像之间的缩放大小比例，得到塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在空间坐标中z方向上的偏差；
54.一般来说，由于在z方向即竖直方向上存在误差，会导致摄像头与校准标记之间的距离比标准距离大或小，那么拍摄出来的校准标记图像会相应的缩小或者放大，这是基本图像原理。利用这个基本原理，我们可以算出在z方向上的误差。
55.将粗安装图像缩放到与参考图像的长宽大小相同，得到第二粗安装图像；由于经过z方向偏差也会导致的该xy方向偏差也会被相应的放大或缩小，所以本技术需要先把粗安装图像缩放到与参考图像相同的长宽，然后再计算缩放后的偏差，再把该偏差反向缩放，就可以得到真实的xy方向偏差。
56.再计算缩放后的偏差的方法是：通过最大互相关算法分析第二粗安装图像与参考图像的位置偏差，确定最大的匹配点的中心坐标，与参考图像的中心坐标相减，得到第二粗安装图像与参考图像的在xy两个方向上的位置偏差；
57.下一步反向缩放：根据第二粗安装图像与参考图像的在xy两个方向上的位置偏差，乘以所述粗安装图像与参考图像的缩放大小比例，得到塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在xy两个方向上的位置偏差。
58.本实施例中，所述图像匹配最大互相关算法包括：
59.设f(x，y)为一副大小为m＊n的粗安装图像，记为a，g(x，y)是一副m＊n的参考图像，记为b，根据相关匹配在b中找出与a相匹配的子块；
60.用s
x,y
表示a中以(x，y)为左上角点与b大小相同的a的子块，同时也表示该子块对应的矩阵，即
[0061][0062]
ρ(x,y)表示sx，y与b的相关系数，具体定义如下：
[0063][0064]
其中dx，y为sx，y的方差，d为b的方差，cov(sx，y，b)为sx，y和b的协方差；从而
[0065][0066][0067][0068]
其中和分别表示图像sx，y和b的灰度均值；
[0069]
如果ρ(x,y)很大或者很接近1，则表明图像b在这一点与图像a匹配。
[0070]
本实施例中，分析可得，在相邻点的计算中含有大量重复操作，由于sx，(y+1)是子图sx，y在a中右移一列的位置对应的子图，这样sx，(y+1)的前n－1列正好是sx，y的后n－1列，在计算sx，(y+1)时利用sx，y的值来减少计算量：
[0071][0072][0073][0074][0075]
相似的，在计算dx，(y+1)时可以利用dx，y的值来减小计算量；即对于一幅灰度图像，有如下递推公式：
[0076][0077][0078][0079][0080]
所述确定最大的匹配点的中心坐标时，同时采用粗匹配和精匹配确定最终匹配点。
[0081]
与原来的方差定义式相比，该快速算法使dx，(y+1)的计算量减少n倍，d(x+1)，y的计算量减少m倍。通过上面的简化算法，可以省略大量的不必要的重复运算，提高运算速度。但若计算所有位置的点，需记录(m－m)
×
(n－n)个ρ(x,y)，计算量仍很大，因此本发明在搜索相关匹配点方面也进行了改进。
[0082]
1、粗匹配
[0083]
粗匹配分为两个方面：第一方面，排除不可能的区域，这些区域的相关系数值小于一定的门限制(一般取0.2)；第二方面，对可能的区域根据相关系数值的大小进行排序，找
出相关系数值最大的几个区域，作为精匹配的匹配区域。
[0084]
在粗匹配中，不需要对粗安装图像中的所有点都进行相关系数的计算，而只需要每隔一定的步长算一个点。在粗匹配中，如果发现有一个点的相关系数数值超过了预先给定的门限(一般取0.85)，那么最后的精确匹配点就在这个点所在的区域。从而提前结束粗匹配，进入精匹配。
[0085]
2、精匹配
[0086]
需要对粗匹配过程得到几个区域进行精匹配，并对结果经行排序，其中最大相关系数值的点就是最后的匹配点。精匹配采用的是十字交叉快速搜索法。搜索步长由上次得到的相关系数值决定，相关系数值大的点，搜索步长小，反之，搜索步长则大。
[0087]
首先以粗匹配得到的点为中心，以相应的步长，分别计算其十字方向上的四个点，根据这四个点相关系数的大小，决定下次搜索方向的优先级。在下次搜索中，如果第一个计算的点的相关系数值大于上一次计算的点的相关系数值，则这次搜索完毕，进入下一次搜索，否则根据方向优先级的顺序，计算另一个方向的值，如果四个方向的值都小于上一次搜索得到的值，搜索步长加倍，重新搜索，如果四个方向的值还是小于上一次搜索得到的值，则上次搜索点，就是该区域精匹配结果。
[0088]
例如，经过上面的图像分析水平臂架在所述xyz三个方向上的安装位置的偏差分别为+5cm，+3cm和－10cm，那么我们就可以很容易的根据这个误差进行下一步的调整。
[0089]
步骤105：根据所述偏差进行校准，依次调整水平臂架在所述xyz三个方向上的安装位置，包括：
[0090]
根据所述z方向上的偏差进行校准，上下调整水平臂架在所述z方向上的安装位置；
[0091]
根据所述x方向上的偏差进行校准，左右调整水平臂架在所述x方向上的安装位置；
[0092]
根据所述z方向上的偏差进行校准，前后调整水平臂架在所述y方向上的安装位置。
[0093]
例如，根据所述z方向上的偏差－10cm进行校准，向上调整水平臂架在所述z方向上的安装位置，提高10cm的高度；
[0094]
根据所述x方向上的偏差+5cm进行校准，向左水平移动5cm调整水平臂架在所述x方向上的安装位置；
[0095]
根据所述z方向上的偏差+3cm进行校准，向前水平移动3cm调整水平臂架在所述y方向上的安装位置。
[0096]
本技术通过图像分析算法来分析塔吊机构安装后在立体空间三个方向上的误差，并根据误差进行校准，提高了塔吊安装准确性、智能性、安全性。
[0097]
申请实施例提供了一种用于塔吊机构安装位置校准的检测装置，该装置用于执行上述实施例所述的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法，如图3所示，该装置包括：
[0098]
传感器模块501，用于在塔吊的水平臂架和标准节的交汇处安装图像传感器，在塔吊底部安装校准标记，所述图像传感器指向所述校准标记的方向，且所述图像传感器和校准标记的竖直投影位置重合；
[0099]
参考图像模块502，用于按照水平臂架和标准节无误差安装后图像传感器、校准标
记的相对位置信息，在地面上以相同的相对位置关系布置相同的图像传感器和校准标记，拍摄校准标记的参考图像；
[0100]
粗安装图像模块503，用于当实际施工中的塔吊的水平臂架和标准节的初步安装结束后，启动所述图像传感器，拍摄所述校准标记的粗安装图像；
[0101]
三方向偏差计算模块504，用于根据所述粗安装图像与所述参考图像之间的差异进行图像分析，计算塔吊的水平臂架在标准节上的安装位置在空间坐标中xyz三个方向上的偏差；所述x方向为平行于水平臂架指向的水平方向，y方向为垂直于水平臂架指向的水平方向，z方向为垂直于水平臂架指向的竖直方向；
[0102]
位置调整模块505，用于根据所述偏差进行校准，依次调整水平臂架在所述xyz三个方向上的安装位置。
[0103]
本技术的上述实施例提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测装置与本技术实施例提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
[0104]
本技术实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法对应的电子设备，以执行上用于塔吊机构安装位置校准的检测方法。本技术实施例不做限定。
[0105]
请参考图4，其示出了本技术的一些实施方式所提供的一种电子设备的示意图。如图4所示，所述电子设备2包括：处理器200，存储器201，总线202和通信接口203，所述处理器200、通信接口203和存储器201通过总线202连接；所述存储器201中存储有可在所述处理器200上运行的计算机程序，所述处理器200运行所述计算机程序时执行本技术前述任一实施方式所提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法。
[0106]
其中，存储器201可能包含高速随机存取存储器(ram：random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口203(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。
[0107]
总线202可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器201用于存储程序，所述处理器200在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本技术实施例任一实施方式揭示的所述用于塔吊机构安装位置校准的检测方法可以应用于处理器200中，或者由处理器200实现。
[0108]
处理器200可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器200中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器200可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存
储介质位于存储器201，处理器200读取存储器201中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0109]
本技术实施例提供的电子设备与本技术实施例提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
[0110]
本技术实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法对应的计算机可读存储介质，请参考图5，其示出的计算机可读存储介质为光盘30，其上存储有计算机程序(即程序产品)，所述计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法。
[0111]
需要说明的是，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。
[0112]
本技术的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本技术实施例提供的用于塔吊机构安装位置校准的检测方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
[0113]
需要说明的是：
[0114]
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备有固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本技术也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本技术的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本技术的最佳实施方式。
[0115]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0116]
类似地，应当理解，为了精简本技术并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本技术的示例性实施例的描述中，本技术的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本技术要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本技术的单独实施例。
[0117]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0118]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0119]
本技术的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本技术实施例的虚拟机的创建系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本技术还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本技术的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0120]
应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0121]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。