本發(fā)明涉及吊機(jī)安全監(jiān)測，具體涉及一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、目前，吊機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)時，吊臂與周圍障礙物(特別是高壓電線)發(fā)生碰撞的風(fēng)險較高；現(xiàn)有技術(shù)主要依賴于人工監(jiān)控或者傳統(tǒng)的傳感器來進(jìn)行障礙物檢測，以預(yù)防碰撞事故的發(fā)生，但是，在視線盲區(qū)或者復(fù)雜多變的環(huán)境中，這些現(xiàn)有措施難于確保作業(yè)安全。
2、采用傳感器直接進(jìn)行距離測量，盡管其系統(tǒng)架構(gòu)簡潔且實(shí)施便捷，卻僅限于測定單一障礙物的距離信息。在復(fù)雜多變的環(huán)境中，這種方法難以全面捕捉周圍環(huán)境的詳盡細(xì)節(jié)。此外，它缺乏對障礙物進(jìn)行全面特征識別的能力，特別是對于諸如電線等細(xì)微物體的有效辨識。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)依賴于人工監(jiān)控或者傳統(tǒng)傳感器來進(jìn)行障礙物檢測的問題，提出一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法及系統(tǒng)，顯著提升吊機(jī)作業(yè)的安全性和效率，降低事故發(fā)生的風(fēng)險。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，包括以下步驟：
3、s1，雷達(dá)掃描獲取3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)并形成雷達(dá)反射信號序列，對雷達(dá)反射信號序列進(jìn)行預(yù)處理得到處理后的時域信號；
4、s2，基于pointnet++模型來對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，識別電線點(diǎn)云數(shù)據(jù)并計算電線點(diǎn)云數(shù)據(jù)相對于雷達(dá)的距離；
5、s3，根據(jù)電線點(diǎn)云數(shù)據(jù)相對于雷達(dá)的距離來確定是否存在碰撞風(fēng)險，若是，則發(fā)出預(yù)警信號；若否，則吊機(jī)繼續(xù)工作。
6、本技術(shù)方案中，采用毫米波雷達(dá)進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)掃描，獲取高精度的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，實(shí)時檢測吊臂周圍的障礙物。系統(tǒng)能夠精確計算吊臂與障礙物(特別是電線)之間的相對距離，并在檢測到潛在碰撞風(fēng)險時自動發(fā)出預(yù)警或控制停機(jī)，從而顯著提升吊機(jī)作業(yè)的安全性和效率。
7、本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置為：所述雷達(dá)掃描獲取環(huán)境的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)并形成雷達(dá)反射信號序列，具體包括：
8、設(shè)置在吊機(jī)頂端的毫米波雷達(dá)掃描獲取環(huán)境的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)每個點(diǎn)的反射強(qiáng)度si和時間戳ti進(jìn)行結(jié)合，形成基于每個時間點(diǎn)的反射強(qiáng)度值，記為雷達(dá)反射信號序列。
9、所述雷達(dá)掃描獲取環(huán)境的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)并形成雷達(dá)反射信號序列，具體包括：
10、設(shè)置在吊機(jī)頂端的毫米波雷達(dá)掃描獲取環(huán)境的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)每個點(diǎn)的反射強(qiáng)度和時間戳進(jìn)行結(jié)合，形成基于每個時間點(diǎn)的反射強(qiáng)度值，記為雷達(dá)反射信號序列。
11、本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置為：所述對雷達(dá)反射信號序列進(jìn)行預(yù)處理得到處理后的時域信號，具體包括：
12、s11，對雷達(dá)反射信號序列進(jìn)行快速傅里葉變換；
13、s12，通過低通濾波器來抑制高頻成分；通過與傅里葉變換的結(jié)果相乘，得到濾波后的頻域信號；
14、s13，對濾波后的頻域信號進(jìn)行逆傅里葉變換，得到去噪后的時域信號，并將其更新到點(diǎn)云數(shù)據(jù)中。
15、本技術(shù)方案中，首先利用傅里葉變換，以完成從時域到頻域的轉(zhuǎn)換，接著，設(shè)計一個低通濾波器來抑制不必要的高頻成分，去除一些高頻噪聲；通過與傅里葉變換結(jié)果相乘得到濾波后的頻域信號；最后進(jìn)行逆傅里葉變換，得到處理后的時域信號，將其更新到點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，并作為pointnet++模型的輸入。
16、本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟s2包括局部特征學(xué)習(xí)過程和全局特征聚合過程，所述局部特征學(xué)習(xí)過程采用k近鄰為每個點(diǎn)選擇其局部鄰域，并通過多層感知機(jī)對該鄰域進(jìn)行特征聚合。
17、本技術(shù)方案中，在每一層的特征學(xué)習(xí)過程中，模型根據(jù)每個點(diǎn)及其鄰域的點(diǎn)來提取局部特征。
18、本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置為：所述全局特征聚合過程將所有特征聚合為一個全局特征表示，通過全連接層為每個點(diǎn)分配一個類別標(biāo)簽；在訓(xùn)練過程中，通過標(biāo)注好的電線點(diǎn)數(shù)據(jù)，模型學(xué)習(xí)如何分割和識別電線所在區(qū)域，使用交叉熵?fù)p失函數(shù)來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。
19、本技術(shù)方案中，局部特征逐層向上聚合，最終形成全局特征。通過最大池化操作，將所有特征聚合為一個全局特征表示，進(jìn)而為更高層次的特征學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。
20、本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟s3包括：
21、將雷達(dá)所在位置設(shè)為原點(diǎn)坐標(biāo)，計算電線點(diǎn)云數(shù)據(jù)相對于雷達(dá)所在位置的距離，將該距離與預(yù)設(shè)的安全閾值進(jìn)行比較，若該距離小于安全閾值，則存在碰撞風(fēng)險，觸發(fā)防撞機(jī)制并發(fā)出預(yù)警信號；若該距離大于安全閾值，則吊機(jī)繼續(xù)工作。
22、本技術(shù)方案中，將計算得到的相對距離與安全閾值進(jìn)行比對，進(jìn)而確定是否發(fā)出碰撞預(yù)警。
23、本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置為：所述3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括點(diǎn)云中每個點(diǎn)的三維坐標(biāo)、對應(yīng)點(diǎn)的雷達(dá)回波的時間戳以及對應(yīng)點(diǎn)的反射強(qiáng)度。
24、本技術(shù)方案中，3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)點(diǎn)的雷達(dá)回波的時間戳能夠反應(yīng)雷達(dá)波從發(fā)射到接收的時間，并能夠進(jìn)行后續(xù)距離的計算。
25、本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟s3還包括：在吊機(jī)的工作過程中，持續(xù)對其進(jìn)行全過程的監(jiān)控。
26、本技術(shù)方案中，對吊機(jī)吊臂進(jìn)行全方程的監(jiān)控，提供足夠的安全保障。
27、一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，適用上述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，包括：
28、采集模塊，利用毫米波雷達(dá)獲取環(huán)境點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
29、預(yù)處理模塊，對雷達(dá)反射信號序列進(jìn)行預(yù)處理得到處理后的時域信號；
30、深度學(xué)習(xí)模塊，利用pointnet++模型進(jìn)行3d點(diǎn)云分割與識別；
31、預(yù)警模塊，根據(jù)電線點(diǎn)云數(shù)據(jù)相對于雷達(dá)的距離來進(jìn)行實(shí)時預(yù)警。
32、本技術(shù)方案的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警系統(tǒng)主要包括有采集模塊、預(yù)處理模塊、深度學(xué)習(xí)模塊以及預(yù)警模塊，通過采集模塊采集獲取3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過預(yù)處理模塊來進(jìn)行數(shù)據(jù)的濾波以及特征提取，通過深度學(xué)習(xí)模塊來進(jìn)行模型的訓(xùn)練和檢測，通過預(yù)警模塊來實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控與預(yù)警。
33、本發(fā)明能夠帶來如下的有益效果：
34、本發(fā)明涉及的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，通過毫米波雷達(dá)掃描獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行3d建模，實(shí)時檢測吊臂周圍的障礙物，精確計算相對距離，并在檢測到潛在碰撞風(fēng)險時自動發(fā)出預(yù)警或控制停機(jī)，從而顯著提升吊機(jī)作業(yè)的安全性和效率。
1.一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述雷達(dá)掃描獲取環(huán)境的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)并形成雷達(dá)反射信號序列，具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述對雷達(dá)反射信號序列進(jìn)行預(yù)處理得到處理后的時域信號，具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟s2包括局部特征學(xué)習(xí)過程和全局特征聚合過程，所述局部特征學(xué)習(xí)過程采用k近鄰為每個點(diǎn)選擇其局部鄰域，并通過多層感知機(jī)對該鄰域進(jìn)行特征聚合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述全局特征聚合過程將所有特征聚合為一個全局特征表示，通過全連接層為每個點(diǎn)分配一個類別標(biāo)簽；在訓(xùn)練過程中，通過標(biāo)注好的電線點(diǎn)數(shù)據(jù)，模型學(xué)習(xí)如何分割和識別電線所在區(qū)域，使用交叉熵?fù)p失函數(shù)來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟s3包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括點(diǎn)云中每個點(diǎn)的三維坐標(biāo)、對應(yīng)點(diǎn)的雷達(dá)回波的時間戳以及對應(yīng)點(diǎn)的反射強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟s3還包括：在吊機(jī)的工作過程中，持續(xù)對其進(jìn)行全過程的監(jiān)控。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟s3之后還包括：在發(fā)送預(yù)警信號后，可通過手機(jī)端app進(jìn)行顯示，并通過對講機(jī)提醒吊機(jī)操作人員。
10.一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，適用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種吊機(jī)吊臂防碰撞預(yù)警方法，其特征在于，包括：