在造船上的實(shí)際工作場(chǎng)景中，常常用到龍門吊和塔吊，塔機(jī)的吊裝高度往往小于龍門吊，也就是說龍門吊在上方，塔機(jī)在龍門吊下進(jìn)行工作，由此就會(huì)產(chǎn)生許多盲點(diǎn)盲區(qū)，對(duì)吊裝司機(jī)的工作產(chǎn)生障礙和安全隱患。愷德爾針對(duì)造船廠的實(shí)際工作背景下，闡述通過起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)GPS高精度定位技術(shù)監(jiān)控管理相鄰機(jī)械間的防碰撞。并介紹起重機(jī)安全監(jiān)控直觀的圖形化仿真監(jiān)控軟件，實(shí)時(shí)及事后回放機(jī)械作業(yè)動(dòng)態(tài)情況的功能。

GPS在物流領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，可在環(huán)境惡劣場(chǎng)所工作、不易受外界干擾、定位精度高、投資成本較低， 本系統(tǒng)采用雙GPS檢測(cè)塔吊的位置與轉(zhuǎn)向角度，確定塔吊及起重臂前端的位置，采用單GPS檢測(cè)龍門吊的位置，從而實(shí)現(xiàn)塔吊之間及與龍門吊的實(shí)時(shí)位置監(jiān)控和防碰撞；所有實(shí)時(shí)工況均在一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)塔吊、龍門吊的集中監(jiān)視和防碰撞管理。

整體系統(tǒng)可分成三個(gè)分系統(tǒng)：系統(tǒng)監(jiān)控分系統(tǒng)、GPS基準(zhǔn)站分系統(tǒng)、移動(dòng)站分系統(tǒng)。為滿足差分?jǐn)?shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)的發(fā)送、控制指令的接收，建立200M、400M的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)差分?jǐn)?shù)據(jù)、機(jī)械定位數(shù)據(jù)與控制指令的實(shí)時(shí)傳輸，相互間的關(guān)系如圖1所示。

圖1

控制系統(tǒng)軟件分為GPS數(shù)據(jù)處理中心軟件與可視化監(jiān)控軟件，數(shù)據(jù)處理中心軟件運(yùn)行在服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的后臺(tái)處理，以及數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)與查詢；監(jiān)控終端上運(yùn)行可視化監(jiān)控軟件，展示場(chǎng)區(qū)作業(yè)狀況包括作業(yè)機(jī)械位置、船廠地物等要素、顯示機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)、作業(yè)機(jī)械位置監(jiān)控、監(jiān)控作業(yè)龍門吊以及塔吊與起重臂的位置和狀態(tài)、可指定任意作業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)跟蹤漫游，三維軟件界面如圖2所示。

圖2

機(jī)械安全防碰撞控制，根據(jù)各龍門吊位置以及塔吊的起重臂實(shí)時(shí)位置計(jì)算判斷，如相鄰機(jī)械運(yùn)動(dòng)過近，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警及安全防撞控制信號(hào)，通過PLC控制龍門吊及塔吊起重臂的運(yùn)動(dòng)減速，在達(dá)到限定的距離時(shí)采取停機(jī)的控制，保證了作業(yè)的安全，同時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)界面上給出報(bào)警提醒。

GPS基準(zhǔn)站分系統(tǒng)產(chǎn)生GPS差分改正數(shù)，通過無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)向機(jī)械上的GPS設(shè)備播發(fā)，各GPS設(shè)備接收GPS基準(zhǔn)站播發(fā)的差分改正數(shù)，實(shí)現(xiàn)RTK高精度定位，并利用雙GPS的相對(duì)定位數(shù)據(jù)計(jì)算出塔吊行走臺(tái)車和起重臂頂端當(dāng)前的實(shí)時(shí)高精度位置，單GPS計(jì)算出當(dāng)前龍門吊的位置，結(jié)合編碼器及機(jī)械尺寸，塔吊和龍門吊的位置經(jīng)過綜合處理后，通過無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)發(fā)送給基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站再轉(zhuǎn)發(fā)到中控室服務(wù)器，經(jīng)綜合處理后，監(jiān)控系統(tǒng)在地圖上實(shí)現(xiàn)對(duì)各塔吊及龍門吊的位置狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

GPS基準(zhǔn)站主要功能為生成、播發(fā)差分改正數(shù)，差分信息通過無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)鏈路播發(fā)出去；差分信號(hào)需要覆蓋整個(gè)船廠作業(yè)區(qū)?；鶞?zhǔn)站設(shè)備包括GPS基準(zhǔn)站接收機(jī)，GPS天線和數(shù)字電臺(tái)及天線，以及UPS供電設(shè)備?；鶞?zhǔn)站天線安裝在開闊地點(diǎn)，應(yīng)保證其周圍沒有較高的遮擋物。實(shí)現(xiàn)高精度RTK定位的基準(zhǔn)站差分有效距離約 10km，一個(gè)基準(zhǔn)站可滿足整個(gè)船廠作業(yè)區(qū)的差分需要?；鶞?zhǔn)站接收板卡采用國(guó)際品質(zhì)的雙頻多系統(tǒng)板卡，系統(tǒng)滿足北斗二代 、GPS、GLONAS多系統(tǒng)信號(hào)的應(yīng)用，輸出CMR，RTCM 等多種差分格式， 滿足各類衛(wèi)星定位產(chǎn)品的差分定位需要，方便未來(lái)擴(kuò)展接入其他類型的衛(wèi)星定位產(chǎn)品。

移動(dòng)站設(shè)備包括GALAXY IPC-PD控制器、電源模塊、1個(gè)GPS天線和2 個(gè)數(shù)字電臺(tái)及天 線。GALAXY IPC-PD控制器內(nèi)部集成高精度雙頻多系統(tǒng)定位板卡和嵌入式控制板，該控制器采用了防水和防塵封裝，適合于船廠使用環(huán)境。GPS天線和電臺(tái)天線安裝在龍門吊頂端，GALAXY IPC-PD控制器、電臺(tái)電源等集成在機(jī)箱內(nèi)，安裝于電氣房。移動(dòng)站設(shè)備包括 GALAXY IPC-VT控制器、電源模塊、2 個(gè) GPS 天線和 2 個(gè)數(shù)字電臺(tái)及天線。GALAXY IPC-VT控制器集成具有組合測(cè)向的高精度定位測(cè)向的接收板卡和嵌入式控制板，該控制器采用了防水和防塵封裝， 適合于船廠使用環(huán)境。GALAXY IPC-VT的兩個(gè)測(cè)向天線根據(jù)機(jī)械的具體情況確定安裝位置，并保證基線大于2m。GALAXY IPC-VT控制器、電臺(tái)、電源模塊等集成在機(jī)箱內(nèi)，安裝于電氣房。 移動(dòng)站分系統(tǒng)同時(shí)接收中心 監(jiān)控分系統(tǒng)發(fā)送過來(lái)的安全報(bào)警與控制指令信息，從而提醒司機(jī)避免事故的發(fā)生，并自動(dòng)通過PLC實(shí)現(xiàn)塔吊行走臺(tái)車的行走速度減速、 停止及起重臂回轉(zhuǎn)減速、停止等控制。起重機(jī)移動(dòng)站采用GPS和編碼器融合定位、側(cè)向模式，相互校準(zhǔn)，提高定位、側(cè)向可靠性。

建立基于無(wú)線數(shù)字電臺(tái)的GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)線播發(fā)網(wǎng)絡(luò)，利用無(wú)線數(shù)字電臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械位置（含懸臂姿態(tài)）以及報(bào)警自動(dòng)控制指令信息的數(shù)據(jù)雙向通訊。

龍門吊位置定位：利用一臺(tái)GPS定位，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)機(jī)械的中心位置，并與編碼器及機(jī)械尺寸結(jié)合，確定整個(gè)龍門吊的三維空間位置。

塔吊位置定位：利用兩臺(tái)GPS的定位，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)到機(jī)械的定位位置以及塔身、起重臂的姿態(tài)，并與編碼器及機(jī)械尺寸結(jié)合，確定塔吊的三維空間位置。

GPS與編碼器融合，當(dāng)GPS信號(hào)受到遮擋時(shí)，可通過編碼器信息保證定位的連續(xù)性；CMS預(yù)警信息顯示實(shí)時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送PLC，當(dāng)設(shè)備可能產(chǎn)生碰撞時(shí)CMS顯示預(yù)警，并記錄預(yù)警信息。實(shí)時(shí)監(jiān)控：在中控室提供集中的塔吊、龍門吊位置的實(shí)時(shí)可視化直觀顯示；以電子地圖為背景實(shí)時(shí)顯示各塔吊（包括塔身及起重臂）、龍門吊的當(dāng)前位置。

當(dāng)塔吊接近或者穿過龍門吊將要發(fā)生碰撞時(shí)或是兩臺(tái)塔吊行走臺(tái)車間距離以及起重臂頂端的間隔距離小于相關(guān)設(shè)定值時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示，通過PLC控制塔身或起重臂的移動(dòng)，防止碰撞發(fā)生。當(dāng)塔吊或者龍門吊吊運(yùn)物體移動(dòng)靠近地面障礙物時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示，通過 PLC 控制停止。對(duì)機(jī)械的定位與作業(yè)狀態(tài)信息進(jìn)行自動(dòng)存檔，可對(duì)任意時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢回放，同樣以可視化地圖形式展示機(jī)械的作業(yè)過程。

防碰撞系統(tǒng)根據(jù)位置信息和機(jī)械狀態(tài)信息動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并對(duì)各機(jī)械之間的位置關(guān)系進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷檢測(cè)，當(dāng)龍門吊及塔吊操作人員、指揮人員發(fā)生違章作業(yè)，進(jìn)入危險(xiǎn)防撞預(yù)設(shè)距離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行安全制動(dòng)，防止發(fā)生碰撞，從而保證設(shè)備的安全使用。

根據(jù)造船廠吊裝需要，起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)提供船廠的多臺(tái)塔吊以及龍門吊的防碰撞需求利用GPS高精度定位，實(shí)現(xiàn)相鄰機(jī)械間的防撞自動(dòng)控制，并提供了直觀的圖形化仿真監(jiān)控軟件，實(shí)時(shí)及事后回放機(jī)械作業(yè)動(dòng)態(tài)情況。