塔機吊鉤可視化技術的發展應用

（中國建筑科學研究院有限公司 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

在我國建筑業轉型升級的大背景下，建筑業高質量發展對安全施工提出了更高的要求，在施工現場，大型起重設備的安全使用管理是一項主要工作。據統計，我國建筑市場塔機保有量已超過40 萬臺，并每年持續增加。由于塔機吊距超高以及存在視線盲區，常有操作不便，容易導致材料散落以及吊鉤傷人等安全事故。

1 吊鉤可視化技術應用的必要性

GB/T 28264-2017《起重機安全監控管理系統》在5.2.2 的視頻系統項目中，將塔式起重機的吊點定為“宜監視”，明確了吊鉤吊點可視化的重要性。

塔機吊鉤可視化系統針對塔機司機工作時的視覺盲區、遠距離視覺模糊以及夜間工作視野不清晰等問題，解決了塔機司機在操作中的實際需求，為塔機司機提供吊鉤周遭視野，在黑暗環境下提供紅外視野，從而有效提升安全性。系統能以實時視頻形式向塔機司機展現吊鉤周圍工作情況，幫助司機快速準確地做出判斷，進行正確操作。

塔機吊鉤可視化系統在施工中的應用不到10年時間，目前已廣泛應用于電力電建、超高層建筑施工、普通工民建等工況中，并經歷了迅速的迭代發展。

2 有線部署的固定機位吊鉤可視化系統

塔機吊鉤視頻監控系統最早出現形式為固定在塔機臂根或塔機臂尖等位置的球型攝像機實時拍攝視頻，以網線連接至司機室的交換機，接入硬盤刻錄機以存儲歷史記錄，再接入塔機司機室中的顯示器進行顯示。塔機司機可利用鼠標或者操作桿控制攝像機的拍攝方向、焦距，觀察各個方向的工作環境。該系統控制完全基于球型攝像機自身的操作系統，有較好的穩定性。由于作業期間需要頻繁切換拍攝方向和焦距，每一次吊裝都需要進行鼠標或操作桿操作，繁瑣復雜，影響塔機司機正常操作塔機的效率。

3 有線部署的自動變焦吊鉤可視化系統

該產品在手動吊鉤可視化監控系統基礎上，通過傳感器采集塔機高度和幅度的實時數據，進行運算完成自動變焦作業。傳感器采集實時的幅度r和起升高度h，計算得到攝像頭的控制參數。對于云臺控制，設塔機高度為H，為達到最佳拍攝效果，應使吊載物顯示在畫面正中心，此時拍攝角度應滿足tanθ=（H-h）/r。對于焦距控制，計算出吊載物與攝像頭距離，然后根據吊載物占據畫面的比例要求（不小于1/2），得到變焦控制器的參數。攝像機布置如圖1 所示。

圖1 攝像機與吊載物位置平面示意圖

在計算出理想的拍攝角度和焦距后，即對攝像機俯仰角度和焦距進行調節。通常采用ONVIF 協議，將攝像機的具體功能抽象為一個WebService 服務，調用WebService 服務接口控制攝像機。

這種吊鉤可視化系統的自動調節功能依賴高度和幅度傳感器，當傳感器出現累計誤差或其他因素引起數據失真時，將影響吊鉤跟蹤效果。對于小車變幅塔機，無論安裝于臂根或臂尖，仍可能存在視野盲區，不能全過程拍攝到吊鉤的情況。

4 無線自動變焦吊鉤可視化系統

為解決小車變幅塔機吊鉤可視化系統的視野盲區問題，使攝像機能夠隨吊鉤移動，攝像機可安裝在吊鉤或小車上。本文提出一種無線自動變焦吊鉤可視化系統。

4.1 供電及數據傳輸問題

無線視頻傳輸技術需要解決的主要問題是攝像頭的供電和視頻數據的傳輸問題。在塔機的工作過程中，小車需要大范圍頻繁移動，攝像機與駕駛室之間用于供電和信號傳輸的線纜將很難固定，且容易發生纏繞、拉扯。視頻信號可以用WLAN 傳輸方案解決，供電則通過獨立鋰電池。一臺720P 攝像機功率約為4.5W，在夜間開啟紅外模式時功率最高可達9W；工業路由器為保證穩定的遠距離大帶寬傳輸，最高功率約為15W，若塔機工作幅度較小，則所需路由器功率亦有降低，因此小車上的設備總功率最高可達24W。以普通的12V 蓄電池來計算，每工作1h 耗費2A，即使是大容量蓄電池（如300AH）也需要頻繁更換電池。由于攝像機和電池均安裝在變幅小車上，考慮到防水因素，通常又需要較好的密閉性，因此更換電池非常繁瑣。

4.2 太陽能充電板技術的應用

經過調研比較，太陽能電池板技術可為攝像頭供電提供合理的解決方案。目前常見的單晶硅太陽能充電板的發電功率約為140W/m2，考慮到早晚光照不足時發電功率有所降低，現場安裝1m2以上太陽能板可滿足基本供電需求。在實際應用中，固定在小車位置的攝像頭可以更加直觀地觀察到吊鉤周遭的實時情況。另外較前兩種固定球機形式，省去了高額的球機攝像頭費用，也在一定程度上節省了成本，得到了市場的廣泛好評。

5 結語

隨著AI 技術的發展，視頻捕捉技術也開始逐步應用到建筑機械設備領域，AI 攝像頭可自主捕捉吊鉤并調整顯示比例，避免了對高度和幅度傳感器所采集的吊鉤運行數據的依賴。

我國塔機保有量巨大，施工現場需求復雜，戶外工作環境惡劣，吊鉤可視化視頻監控系統存在巨大的市場潛力，相信伴隨新技術的推廣應用，該產品會更加成熟完善，應用場景會更廣泛。