汽車吊臂安裝測距雷達的可行性探討

摘要：汽車吊車在使用安全距離確定中，未做出相應的規章制度，在進行實際作業中為應對有效安全施工距離，需要針對吊車這種特殊機具進行安全性計算，在確保其達到安全施工的條件下才能進行安全施工。目前主要采用測距雷達對安裝吊車的各項機動問題進行作業地點的合理安排，從而保障整體施工的安全有效。

關鍵詞：汽車吊臂；測距雷達；施工安全距離；安裝吊車；電力安全生產 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP216 文章編號：1009-2374（2015）34-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.044

我們根據現有的安全生產規程，針對安裝吊車的測距雷達進行分析，可以明確地分析出在進行合理化施工的過程中，我們主要針對的就是在機動施工車輛和建筑物、移動物體、帶電體之間的安全距離，應當按照規章內的最小安全距離。這樣在確保人身安全的同時，也能夠確保其施工作業的安全和社會生產的安全進行，這對施工整體的發展來說，都更具安全預防性。而在進行起吊安裝過程中的安全工作距離，則應當嚴格地按照最小安全作業間距進行安排。

隨著電力技術的不斷發展和更新，電力變電器、鐵塔、電桿、電纜、大型開關、斷路器等大型設備越來越普遍，相應的在施工安裝過程中使用大型吊車吊裝施工越來越普遍。特別是變電站內建設與改造、帶電線路附近的施工風險等級高，發生安全事故的幾率也越大，單單依靠現場工作負責人的監督和指揮及吊車操作員的經驗判斷控制的移動機械與帶電設備或物體的安全距離是不夠的，技術手段尚有改進的空間。

1 背景

目前電力安全生產規程尚沒有對汽車吊裝測距報警系統規范和要求，就吊車上安裝雷達測距報警器來填補這方面的不足。通過測距報警器安裝與設定安全值，施工過程中吊車吊臂移動到帶電設備或物體的設定安全距離時發出報警，使吊車操作員在操作過程中根據報警器提醒能及時發現與上空及周圍帶電體、固體物的安全距離，達到安全施工中的有效預防，從而避免事故事件的發生，達到“安全生產，預防為主”的目標。

2 典型試驗項目

在工地施工中，吊車有塔式和移動式兩種，而在應用測距雷達的裝備中，這里我們主要談及的是汽車吊車。伴隨著施工技術的發展以及信息技術在施工中的應用，對測距雷達的廣泛應用也可能成為改變現代吊車施工的主要應用手段。雷達進行測距，與激光測距相比，具有不受氣候條件限制、距離遠、精度高、連續探測等優點；也可以精確地分析出在進行施工過程中的有效安全距離，在確保其工作在有效進程中，同時更為有效地保證作業人員的人身安全。我們通過針對測距雷達安裝在汽車吊臂頂部或周圍，來探測到吊車施工過程中與周邊高空物體或帶電體有效距離。而在這里的測距雷達則主要為微型測距雷達，主要應用于對施工現場的監視、報警提示等管理作用。

3 測距雷達系統設計方案

測距雷達的工作原理及組成主要如下：

3.1 測距方法與選用

如限吊沒有超出汽車吊頭高度內，假設汽車吊臂頭范圍內安裝微型雷達測距器，在吊臂上雷達測距器如何在移動過程中連續探測出物體、測距方法是我們研究重點對象之一。一般情況下雷達測距器常用雷達測距的方法有四種：脈沖法測距、調頻連續波法測距、相位法測距、自動距離跟蹤。雷達測距時經常需要對目標距離進行連續的測量稱為距離跟蹤，自動完成距離跟蹤的方法稱為自動距離跟蹤。自動距離跟蹤分為模擬式和數字式，兩個系統都是由時間鑒別器、控制器、跟蹤脈沖產生器組成。實際施工過程中汽車吊施工過程是不斷變化的過程，在汽車吊頭范圍內安裝雷達測距器需要自動距離跟蹤才能達到預防安全距離的目的，符合汽車吊安裝測距雷達的高機動性與精度要求，這里選擇數字式脈沖法測距方法與雷達器。

為了減少測量誤差，通常計數脈沖產生器和雷達定時器觸發器脈沖的時間上是同步的。數字式脈沖法測距時能方便地完成對多個目標的距離測量，使用時僅僅需要控制觸發器，“0”的脈沖應在最大作用距離以后產生，各個目標距離數據的讀出依靠回波的延遲時間去控制讀出數，讀出的數據寄存于對應的距離寄存器中。此外，數字脈沖測距對目標距離R的測量轉換為對數字量n測量，提高計數脈沖頻率就可提高測量的精度，要提高計數脈沖頻率則要提高器件的速度，計數器的級數也相應增加。數字式脈沖法測距公式為：

式中：R為距離；c為光速；n為計數脈沖個數；f為計數脈沖頻率。

3.2 測距雷達的工作原理

自動距離跟蹤系統框圖如圖1所示，顯示器在自動距離跟蹤系統中僅起到監視與顯示目標的作用，假設一空間目標已被雷達捕獲，目標反射波經雷達接收機的信號處理過程后成為具有一定幅度的視頻脈沖加到時間鑒別器上，跟蹤脈沖產生器的跟蹤脈沖也同時加到時間鑒別器上。此跟蹤脈沖要求延時在測距范圍內均勻可變，且延遲時間能精確地讀出。時間鑒別器將輸入的跟蹤脈沖與回波脈沖在時間上加以比較，鑒別出它們之間的時差。

圖1 自動距離跟蹤系統框圖 圖2 脈沖測距雷達系統框圖

3.3 數字式自動距離跟蹤系統的組成

3.3.1 時間鑒別器。數字式時間鑒別器的作用由回路波信號延遲時間t與跟蹤脈沖延遲時間的相差時間控制產生正比于的二進制數碼，不同于模擬式時間鑒別器的模擬電壓。

3.3.2 跟蹤波門產生器。數字式跟蹤波門產生器類似于模擬法中的鋸齒電壓波法。

3.3.3 距離產生器（控制器）。距離產生器的作用是對時間鑒別器輸出距離誤差進行處理后，輸出控制跟蹤波門移動的控制電壓。如圖1所示，在一階無差的數字式距離跟蹤系統里，控制器由1個誤差寄存器、1個距離寄存器、1個串行累加器組成，工作時，時間鑒別器將輸出的距離誤差數碼送入誤差寄存器。

3.4 工作原理與脈沖測距實例

雷達通過發射脈沖信號，測定回波延時來測量與目標之間距離，發射機發射信號通過收發開關后經過天線發出測量波、天線測量后將信號收發開關到接收機、再經過信號處理器輸出到顯示模塊部件組成工作原理。

實際應用中，脈沖測距雷達系統一般由發射電路、接收電路、模數轉換、信號處理機、顯示模塊部件組成，如圖2所示，利用脈沖調制模塊PWM產生一串測距脈沖，經驅動電路送至發射端，并轉換為射頻信號向空間發射，電磁波在空間傳播遇到障礙物發生反射，反射的回波信號被接收機接收，并轉換為電信號，經放大電路送至模數轉換模塊ADC，對得到的數字信號進行處理，求出回波到來時刻及延遲時間，并求出與障礙物之間的距離R，將距離信息送至顯示電路。

3.5 軟件組成

軟件用匯編語言編寫，軟件用匯編語言編寫，流程主要是通過初始化、掃描濾波器信號檢測=1、讀整形輸出、測波形周期、計算R值、顯示并輸出流程組成。

4 測距雷達對施工安全距離的控制預防

通過上述分析，測距雷達經實驗在原理上是行得通的，從分析與計算上可知，整套測距雷達一般由發射機（包括天線）、接收機、信號處理器、顯示模塊部件組成，發射機（包括天線）安裝在吊車吊臂上，接收機、信號處理器、顯示模塊則安裝在操控室內，通過發射機（包括天線）連續不斷地探測與實物的距離傳送到操控室內，使操作員及時掌握到吊車吊臂與室外的實際情況，從而達到了在操作室內能掌握吊臂與其他物體的實時距離。所以，在汽車吊臂上安裝雷達測距可以填補施工過程吊臂與帶電體或物體之間安全距離不足造成事故或破壞等方面的問題；通過測距雷達器的安裝與實時且連續的監控，能使施工過程中吊車吊臂移動到帶電設備或物體的程序設定安全距離（最小安全距離）發出報警，使吊車操作員在操作過程中根據報警器提醒能及時發現與上空及周圍帶電體、固體物的安全距離，從而在技術上多了一種選擇與預防方法。汽車吊臂安裝測距雷達可保障安全距離的有效性，保障施工安全距離，達到控制其生產質量過程、安全進程。這對整體的結構生產，都可以提供行之有效的預防處理技術手段，也為改進施工方法達到施工過程中安全的預控，減少施工工時，減少財產、經濟損失，提高施工質量與效率起到明顯作用，從而達到“安全生產，預防為主”的目的。

5 結語

在確保的安全施工中，通過選用監控控制技術的合理性，對整體的安全建設方面的作用是顯著的。這對整體的項目建設，都能夠提供精確的數據分析依據，為保障施工的安全進行提供了有效的技術手段。所以，安裝測距雷達在對施工的安全進行，保障最基本的最小安全距離問題上是行之有效的。

參考文獻

[1] 姜義成，張云，黃勇.電子信息科學與工程專業規劃教材：無線電定位原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2011.

作者簡介：梁祿強（1979-），男，廣西人，廣西電網有限責任公司欽州供電局助理工程師。

（責任編輯：黃銀芳）