一種施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種立井吊桶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，特別涉及一種施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 吊桶是立井施工中經(jīng)常使用到的一種運(yùn)輸工具，主要用于在地面、吊盤(pán)和井底之 間運(yùn)送人員和物料。由于天輪存在圓度誤差、井筒內(nèi)的風(fēng)載等原因會(huì)造成吊桶在運(yùn)行中產(chǎn) 生偏擺。這種偏擺會(huì)嚴(yán)重威脅吊桶運(yùn)行的安全，進(jìn)而威脅到立井施工過(guò)程中的人員和設(shè)備 安全。但是目前尚無(wú)有效辦法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊桶的偏擺，給立井施工安全生產(chǎn)埋下了隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，解決在施工立 井吊桶運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法對(duì)吊桶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān) 測(cè)的實(shí)時(shí)化、可視化，對(duì)吊桶危險(xiǎn)狀態(tài)判斷的自動(dòng)化。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝 在滑架上的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集發(fā)射系統(tǒng)，安裝在井壁上的無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)，安裝在控制機(jī)房 的計(jì)算機(jī)集控中心。
[0005] 所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集發(fā)射系統(tǒng)包括：安裝在滑架上的激光位移傳感器、安裝在滑 架兩側(cè)的兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)、用于補(bǔ)光的光源、放置在滑架上的終端采集發(fā)射控制器；終端采集 發(fā)射控制器與工業(yè)相機(jī)、光源和激光位移傳感器相聯(lián)接。
[0006] 所述的激光位移傳感器共有兩臺(tái)，水平布置于滑架上，兩臺(tái)激光位移傳感器測(cè)量 方向相互垂直，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)相互垂直方向上的滑架相對(duì)于施工立井井壁的距離。
[0007] 所述的終端采集發(fā)射控制器與無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)的無(wú)線mesh節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線進(jìn)行 聯(lián)接。
[0008] 所述的終端采集發(fā)射控制器由電池組、單片機(jī)控制器、視頻采集卡和mesh網(wǎng)絡(luò)客 戶(hù)端組成；電池組負(fù)責(zé)整個(gè)終端采集發(fā)射控制器以及安裝在滑架上的激光位移傳感器、安 裝在滑架兩側(cè)的工業(yè)相機(jī)、光源的供電；單片機(jī)根據(jù)設(shè)定程序控制終端采集發(fā)射控制器各 部分的協(xié)調(diào)并負(fù)責(zé)和直接和激光位移傳感器通信；視頻采集卡將工業(yè)相機(jī)采集到的模擬信 號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式并傳給mesh網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端；mesh網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端通過(guò)mesh網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)通 信。
[0009] 工業(yè)相機(jī)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)和激光位移傳感器產(chǎn)生的距離數(shù)據(jù)通過(guò)終端采集發(fā)射 控制器上傳至控制主機(jī)；終端采集發(fā)射控制器能夠識(shí)別工業(yè)相機(jī)采集的圖像是否長(zhǎng)時(shí)間處 于靜止?fàn)顟B(tài)，在確定工業(yè)相機(jī)采集的圖像長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)暫停圖像信號(hào)的傳輸以節(jié) 省電能。
[0010] 所述的無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)包括多個(gè)分布于施工井壁的無(wú)線mesh節(jié)點(diǎn)，無(wú)線mesh 節(jié)點(diǎn)與終端采集發(fā)射控制器通過(guò)無(wú)線進(jìn)行聯(lián)接；無(wú)線mesh節(jié)點(diǎn)用于將工業(yè)相機(jī)和激光位 移傳感器采集到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)集控中心以及將控制信號(hào)傳輸?shù)絼?dòng)態(tài)信號(hào)采集發(fā)射 系統(tǒng)。
[0011] 所述的計(jì)算機(jī)集控中心包括控制主機(jī)和無(wú)線信號(hào)采集器；控制主機(jī)和無(wú)線信號(hào)采 集器相連接；無(wú)線信號(hào)采集器將通過(guò)無(wú)線接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)上傳至控制主機(jī)。
[0012] 一種施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，該方法的終端采集發(fā)射控制器控制主機(jī)將 兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)采集到吊桶圖像信號(hào)進(jìn)行綜合分析，利用事先對(duì)兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)標(biāo)定得到的參 數(shù)還原吊桶相對(duì)于工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)的三維坐標(biāo)參數(shù)，根據(jù)激光位移傳感器得到的位置數(shù)據(jù)計(jì) 算出滑架相對(duì)于施工立井的坐標(biāo)，最后綜合計(jì)算出吊桶相對(duì)于施工立井的位置坐標(biāo)；
[0013] 該方法包括以下步驟：
[0014] 1)攝像機(jī)標(biāo)定：使用棋盤(pán)狀標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定物分別對(duì)兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)進(jìn)行精確標(biāo)定；得到 工業(yè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣和外參數(shù)矩陣以及兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)之間的本征矩陣和基礎(chǔ)矩陣；
[0015] 2)數(shù)據(jù)采集：控制主機(jī)發(fā)出信號(hào)控制兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)采集立井施工吊桶的連續(xù)運(yùn) 動(dòng)圖像，同時(shí)激光位移傳感器采集滑架相對(duì)于施工立井井壁的位置數(shù)據(jù)；
[0016] 3)數(shù)據(jù)上傳：通過(guò)終端控制器、無(wú)線mesh節(jié)點(diǎn)和無(wú)線信號(hào)采集器將工業(yè)相機(jī)采集 到的吊桶圖像數(shù)據(jù)以及激光位移傳感器采集滑架相對(duì)于施工立井的位置數(shù)據(jù)上傳到的控 制主機(jī)中；
[0017] 4)分析吊桶位置：采用Mean-Shift跟蹤模型確定吊桶在步驟2中得到的圖像中 的位置，根據(jù)吊桶自身固有的棱角特征識(shí)別吊桶的姿態(tài)，根據(jù)步驟1得到的工業(yè)相機(jī)標(biāo)定 參數(shù)計(jì)算出吊桶的空間三維坐標(biāo)，根據(jù)激光位移傳感器得到的位置數(shù)據(jù)計(jì)算出滑架相對(duì)于 施工立井的坐標(biāo)，最后綜合計(jì)算出吊桶相對(duì)于施工立井的位置坐標(biāo)；
[0018] 5)動(dòng)態(tài)測(cè)量與數(shù)據(jù)保存：對(duì)在步驟2中得到的圖像連續(xù)按照步驟4進(jìn)行分析得到 吊桶于不同時(shí)刻的空間位置信息，從而得到吊桶的運(yùn)動(dòng)情況；通過(guò)對(duì)吊桶運(yùn)動(dòng)位置數(shù)據(jù)的 分析，得到吊桶運(yùn)動(dòng)的速度、加速度、偏擺頻率參數(shù)，將得到的數(shù)據(jù)保存在控制主機(jī)中；
[0019] 6)監(jiān)測(cè)顯示：控制主機(jī)將步驟2得到的吊桶圖像和步驟5得到的吊桶運(yùn)動(dòng)參數(shù)顯 示在控制主機(jī)屏幕上以便于監(jiān)測(cè)吊桶運(yùn)動(dòng)情況；
[0020] 7)數(shù)據(jù)研判與報(bào)警：根據(jù)步驟6得到的吊桶運(yùn)動(dòng)參數(shù)判斷吊桶是否處于正常運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)；一旦發(fā)現(xiàn)吊桶擺動(dòng)幅度超過(guò)設(shè)定閾值即啟動(dòng)報(bào)警程序報(bào)警。
[0021] 計(jì)算吊桶位置坐標(biāo)的具體方法，當(dāng)?shù)跬跋鄬?duì)于工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)的位置是 P^ (X，y，Z)，滑架相對(duì)于施工立井的坐標(biāo)位置是Q (X，y)，工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)系到施工立井坐標(biāo) 系的轉(zhuǎn)換矩陣為T(mén)，由于工業(yè)相機(jī)是固定在滑架上的，因此吊桶相對(duì)于施工立井的位置坐 標(biāo)：
[0023] 有益效果，由于采用了上述方案，安裝了施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的施工 立井能夠在吊桶運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄吊桶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并在發(fā)生吊桶擺動(dòng)幅度過(guò)大 時(shí)及時(shí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的可視化、自動(dòng)化、智能化。
[0024] 優(yōu)點(diǎn)：該施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法可靠性和自動(dòng)化程度高，同時(shí)使 用了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)施工立井吊桶進(jìn)行位置判斷，通過(guò)無(wú)線mesh節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)圖像實(shí)時(shí)快 速上傳至控制主機(jī)，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。整套系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)立井施工吊桶的運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)并對(duì)異常狀態(tài)自動(dòng)報(bào)警，確保了施工立井吊桶的安全運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本發(fā)明一種施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置圖。
[0026] 圖2是本發(fā)明一種施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法示意框圖。
[0027] 圖3是本發(fā)明終端采集控制器組成圖。
[0028] 圖中：1、滑架；2、工業(yè)相機(jī)；3、光源；4、終端采集發(fā)射控制器；5、無(wú)線mesh節(jié)點(diǎn)； 6、控制主機(jī)；7、無(wú)線信號(hào)采集器；8、吊桶；9、激光位移傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明一種施工立井吊桶動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及方法作詳 細(xì)具體描述。
[0030] 實(shí)施例：圖1是施工立井吊桶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置圖，該系統(tǒng)包括安裝在滑架 1上的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集發(fā)射系統(tǒng)，安裝在井壁上的無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)，安裝在控制機(jī)房的計(jì)算 機(jī)集控中心。
[0031] 所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集發(fā)射系統(tǒng)包括安裝在滑架1上激光位移傳感器9、安裝在滑 架兩側(cè)的兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)2、用于補(bǔ)光的兩組光源3和放置在滑架1上的的終端采集發(fā)射控制 器4,終端采集發(fā)射控制器4與工業(yè)相機(jī)2、光源3以及激光位移傳感器9相聯(lián)接。
[0032] 所述的激光位移傳感器9共有兩臺(tái)，兩臺(tái)激光位移傳感器9水平布置于滑架上，兩 臺(tái)激光位移傳感器9測(cè)量方向相互垂直，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)相互垂直方向上的滑架1相對(duì)于施 工立井井壁的距離。
[0033] 所述的終端采集發(fā)射控制器4由電池組、單片機(jī)控制器、視頻采集卡和mesh網(wǎng)絡(luò) 客戶(hù)端組成。電池組負(fù)責(zé)整個(gè)終端采集發(fā)射控制器以及安裝在滑架上的激光位移傳感器、 安裝在滑架兩側(cè)的工業(yè)相機(jī)、光源的供電；單片機(jī)根據(jù)設(shè)定程序控制終端采集發(fā)射控制器 各部分的協(xié)調(diào)并負(fù)責(zé)和直接和激光位移傳感器通信；視頻采集卡將工業(yè)相機(jī)采集到的模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式并傳給mesh網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端；mesh網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端通過(guò)mesh網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)通 信。
[0034] 工業(yè)相機(jī)2產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)和激光位移傳感器9產(chǎn)生的距離數(shù)據(jù)通過(guò)終端采集發(fā) 射控制器4上傳至控制主機(jī)6 ;終端采集發(fā)射控制器4能夠識(shí)別工業(yè)相機(jī)2采集的圖像是 否長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，在確定工業(yè)相機(jī)2采集的圖像長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)暫停圖像信 號(hào)的傳輸以節(jié)省電能；終端采集發(fā)射控制器4采用電池供電，在終端控制器4電池電量過(guò)低 時(shí)終端控制器4發(fā)出更換電池請(qǐng)求，待滑架1上升至地面時(shí)更換終端控制器4電池。
[0035] 所述的無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)包括多個(gè)