CN116022673A - 一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***，包括工业控制计算机模块、塔机位姿感知模块、基于雷达的防碰撞模块、吊钩可视化模块、故障诊断采集模块、驾驶员行为监测模块、边缘计算***和工业中心云数据平台；通过云边协同，充分整合云计算和边缘计算的优势，是塔机数字化与智能化的一大关键。通过对塔机包括驾驶员的全方位监测，并提供辅助驾驶功能，保证塔机和驾驶员全程工作在安全状况内，极大地降低了塔机工作的危险性。本发明将云边协同将云计算强大的资源能力与边缘计算超低的时延特性结合起来，实现了协同优化的目标。

Description

一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***

技术领域

本发明涉及塔式起重机施工技术领域，具体涉及一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***。

背景技术

塔式起重机(简称塔机)是建筑工地上最常用的一种起重设备，因其工作范围大，起升高度灵活等特性极大地提高了建设工作效率，但其高空作业所引发的各种安全事故屡见不鲜，伤亡率极高，极易造成重大生命财产损失。如何在塔机高效作业的同时保证安全性，规避事故发生是建筑行业亟需解决的问题。

在如今工程机械数字化转型的风口时代，国内的塔机安全***仍然在相对传统的初级物联网水平摸索，防碰撞方法依然停留在依据坐标被动计算，误报警严重，极大降低效率，且功能不全面，缺乏对人的异常行为检测及远程故障诊断等一系列功能。

针对此现状，塔机行业亟需一套功能考虑全面兼顾安全和效率的辅助驾驶***，能够对塔机进行基本状态监测，吊钩可视化，驾驶员疲劳识别及异常行为判断。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***，提供基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***及其硬件设备，引进全新一代编码器及九轴传感器并进行冗余度算法验证，采取了一种基于雷达和位姿参数数据融合主动式防碰撞算法，再结合无线吊钩可视化、远程故障诊断、驾驶员身份识别、驾驶员异常行为预警、云端数据复用计算等先进技术，整体运算便捷、可靠，以此实现塔机的高效率高安全高智能化作业。

本发明***包括工业控制计算机模块、塔机位姿感知模块、基于雷达的防碰撞模块、吊钩可视化模块、故障诊断采集模块、驾驶员行为监测模块、边缘计算***和工业中心云数据平台；

所述塔机位姿感知模块、基于雷达的防碰撞模块、吊钩可视化模块、故障诊断采集模块、驾驶员行为监测模块均并行连接到计算机模块，所述计算机模块连接到边缘计算***，所述边缘计算***与工业中心云数据平台进行通讯连接。

所述工业控制计算机模块包括：工业控制计算机、输入信号转换模块、本地数据存储模块、弱电信号输出单元、4G通讯模块、无线网桥接收模块和高亮度电阻触摸显示屏；

所述输入信号转换模块、本地数据存储模块、弱电信号输出单元、4G通讯模块、高亮度电阻触摸显示屏均采用有线方式连接扩展在工业控制计算机周边并布置在驾驶室内；所述无线网桥接收模块通过有线方式连接，安装在起重臂根部以接收来自吊钩可视化模块的视频数据；

所述塔机位姿感知模块包括：

起升高度编码器，用于采集吊钩的起升高度值，安装于起升卷扬机轴根部；

小车变幅编码器，用于采集变幅小车的幅度值，安装于变幅卷扬机轴根部；

九轴传感器，用于采集塔机回转的角度值，安装于回转中心同轴处；

风速传感器，用于采集塔身高度处的实时风速值，安装于驾驶室外；

重量传感器，用于采集吊装货物的重量值，安装于起升钢缆的定滑轮处；

倾角传感器，用于采集塔身实时的倾斜值，安装于回转中心同轴处；

所述基于雷达的防碰撞模块包括6个激光雷达，安装位置分别在臂端和臂架上，通过以太网双绞线连接至工业控制计算机，其中，平衡臂臂端和起重臂臂端分别安装一个激光雷达，正方向沿臂架的延长线向外；臂架上安装4个激光雷达，分别在臂架的三等分点上，每个等分点安装2个，正方向垂直与臂架向外。

所述吊钩可视化模块包括枪击摄像头、锂电池模组、无线网桥发射模块、无线充电接收模块、无线充电发射模块，其中枪机摄像头、锂电池模组、无线网桥发射模块和无线充电接收模块通过有线连接均安装于变幅小车处，枪击摄像头方向朝下；无线充电发射模块安装于起重臂臂根处，当变幅小车回到起重臂臂根处时为锂电池模组进行充电。

所述故障诊断采集模块包括PLC扩展模块和变频器扩展模块，PLC扩展模块和变频器扩展模块均安装于塔机电器柜中，通过有线连接至工业控制计算机。PLC表示Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器。

所述驾驶员行为监测模块包括USB广角摄像头，安装于驾驶室内，通过USB接口有线连接至工业控制计算机。

所述输入信号转化模块用于将各类传感器数据、PLC数据、变频器数据集合在一根数据总线之中，并输入工业控制计算机。

所述本地数据存储模块用以实时存储本地端数据，包括：

基本传感器数据，包括实时的塔机起升高度、塔机变幅幅度、塔机回转角度、塔机起升重量、塔机起重力矩、塔机倾角、风速、变幅实时速度、起升实时速度、回转实时速度，用以在塔机驾驶室进行实时数据展示辅助驾驶员掌握塔机姿态，对超过安全范围的数值进行塔机报警或停机操作，并在工业中心云数据平台进行塔机远程运行状态监控；

塔机PLC中的驾驶员操作数据，包括手柄档位数据和电气设备状态数据，手柄档位数据反映驾驶员进行塔机起升变幅回转的操作过程，用于判断驾驶员是否进猛打回车等违规操作，电气设备状态数据反映塔机电控柜内断路器的工作是否正常，用于简化维保人员检修的检修过程；

起升变频器、回转变频器、变幅变频器的实时状态数据，包括实时电流，用以监控变频器及电机工作状态，是否超负荷工作；

驾驶室广角摄像头的人员行为动作表情的视频数据，如果实时分析出驾驶员有打哈欠，注意力不集中等疲劳表现，进行提醒和报警；

激光雷达传感器的实时扫描数据，包括碰撞物与本塔机起重臂定位点距离，用于进行碰撞预警提醒或停机操作；

吊钩可视化枪机摄像头的视频数据，用于分析吊物的俯视尺寸，吊物周围环境，如果出现吊物周围有人员误碰可能，进行提醒和报警。

所述弱电输出单元通过有线连接至塔机的电气柜中，根据基本传感器数据、塔机PLC中的驾驶员操作数据、起升变频器、回转变频器、变幅变频器的实时状态数据、驾驶室广角摄像头的人员行为动作表情的视频数据、激光雷达传感器的实时扫描数据和吊钩可视化枪机摄像头的视频数据进行综合判断，如果有一项数据达到危险区域进行塔机部分机构或整机停机操作；

所述4G通讯模块利用无线通讯将本地数据存储模块中的本地数据库信息上传至本区域的边缘计算***，进行区域塔机间位姿信息交互的同时将信息传入工业中心云数据平台，云数据平台能够进行塔机各项信息在线监控，对于某一型号塔机从出厂使用到淘汰报废，进行全生命周期的数据存储，用以对吊载工作状况与塔机使用寿命进行关联；

所述无线网桥接收模块通过近场无线通讯方式以接收来自无线网桥发射模块端的吊钩可视化视频信息；

所述高亮度电阻触摸显示屏采用比例为21:9的长屏，用于显示工业控制计算机中的各类实时数据，辅助司机高效作业，并在视野盲区时提供塔机位姿及防碰撞保护，显示内容包括塔机的实时状态信息(如起升高度、变幅长度、回转角度、起升重量、塔身倾角、风速等级、起重力矩、起重特性实时曲线等)、吊钩可视化视频信息、基于雷达的防碰撞信息和多塔机回转俯视图，并显示3D塔机动画；

基于雷达的防碰撞信息如一、二级预警区状况，多塔机回转俯视图；

所述雷达防碰撞模块利用激光雷达在臂架周围形成预警区，当有碰撞物靠近此塔机，进入到以激光雷达形成的预警区内时进行防碰撞预警。

所述吊钩可视化模块通过实时放大变焦技术，随着货物起升高度的变化实时进行对焦并放大画面，将采集到的视频信号传送到工业控制计算机并通过高亮度电阻触摸显示屏显示，当发生视野盲区状况时，给予驾驶员吊重货物视野；

所述故障诊断采集模块用于采集PLC中手柄档位数据、电气设备状态数据，起升、变幅、回转变频器的实时电流和变频信息；

所述驾驶员行为监测模块，通过驾驶室内的USB广角摄像头采集视频数据，一方面利用视觉判别算法实现对于面部疲劳特征的提取和识别，实时监测驾驶员的面部及身体行为，对驾驶员分心行为如玩手机或疲劳行为如打瞌睡进行提醒或报警，另一方面操作人员人脸身份信息提前通过工业中心云数据平台加载入工业控制计算机中，塔机开机前进行驾驶员身份验证；

所述边缘计算***由各个塔机群区域内的边缘计算结点组成，通过布置在塔机群内的边缘计算节点进行区域内塔机间位姿数据交互实现塔群防碰撞，并在边缘节点实现对数据的分类整合以提高传输速度减轻云端压力，并将处理后的塔机群数据发送至工业中心云数据平台；

所述工业中心云数据平台能够进行远程在线监测，在远程设备上进行塔机历史数据，实时数据访问，远程完成数据加载修改。对于某一型号塔机从出厂使用到淘汰报废时间中产生的全生命周期数据进行塔机数据挖掘分析，即进行大数据处理与分析，建立吊载工作状况与塔机使用寿命关联模型，并完成算法模型的训练和升级，升级后推送到工业控制计算机更新同型号设备，实现塔机实时寿命预测，此过程分析旧塔机的全生命周期，利用数据共享，为塔机维护、业务决策提供支撑；

边缘计算节点在区域内故障不会影响区域外塔机群的工作和数据收集状态，工业中心云数据平台上的存储信息不会丢失；

所述工业中心云数据平台升级或故障不会干涉边缘计算节点的工作，塔机与塔机的信息交互不间断。

所述云边协同是将云与边缘连接起来，将云端能力延伸到靠近设备的边缘节点，边缘计算距离塔机更近，更低延时，更高效率,联动云端和边缘侧数据，实现边缘节点的远程管控、数据分析、智能决策等。云计算擅长而边缘计算具有实时性高、连接广泛、数据安全和隐私性保护等优势，适用于实时、短周期的数据处理与分析。

本发明具有如下有益效果：

通过云边协同，充分整合云计算和边缘计算的优势，是塔机数字化与智能化的一大关键。通过对塔机包括驾驶员的全方位监测，并提供辅助驾驶功能，保证塔机和驾驶员全程工作在安全状况内，极大地降低了塔机工作的危险性。本发明将云边协同将云计算强大的资源能力与边缘计算超低的时延特性结合起来，实现了协同优化的目标。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明的各硬件在塔式起重机上的布置示意图。

图2是本发明的***组成示意图。

具体实施方式

图1标记说明：

激光雷达点位1、起升编码器点位2、倾角传感器点位3、九轴传感器点位4、风速仪点位5、重量传感器点位6、无线充电发射端点位7、激光雷达点位8、变幅编码器点位9、无线充电接收端点位10、枪击摄像头点位11、无线网桥发射端点位12、激光雷达点位13、激光雷达点位14、弱电输出单元点位15、无线网桥接收端点位16、工业控制计算机点位17、USB广角摄像头点位18、高亮度电阻触摸显示屏点位19；

图2是本发明的***组成示意图；

图2标记说明：

工业控制计算机模块100、工业控制计算机110、输入信号转换模块120、本地数据存储模块130、弱电输出单元140、4G通讯模块150、无线网桥接收模块160、高亮度电阻触摸显示屏170、位姿感知模块200、风速传感器210、起升编码器220、重量传感器230、变幅编码器240、倾角传感器250、九轴传感器260、雷达防碰撞模块300、吊钩可视化模块400、枪击摄像头410、无线网桥发射模块420、锂电池模组430、无线充电接收模块440、无线充电发射模块450、故障诊断模块500、驾驶员行为检测模块600、USB广角摄像头610、边缘计算***700、工业中心云数据平台800。

如图1、2所示。

本发明提供了一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***，包括工业控制计算机模块100、塔机位姿感知模块200、基于雷达的防碰撞模块300、吊钩可视化模块400、故障诊断采集模块500、驾驶员行为监测模块600、边缘计算***700和工业中心云数据平台800；

所述的塔机位姿感知模块200、基于雷达的防碰撞模块300、吊钩可视化模块400、故障诊断采集模块500、驾驶员行为监测模块600均并行连接到计算机模块100，计算机模块100连接到边缘计算***700，边缘计算***700与工业中心云数据平台800进行通讯连接。

所述工业控制计算机模块100包括：工业控制计算机(简称工业控制计算机)110、输入信号转换模块120、本地数据存储模块130、弱电信号输出单元140、4G通讯模块150、无线网桥接收模块160和高亮度电阻触摸显示屏170；

所述输入信号转换模块120、本地数据存储模块130、弱电信号输出单元140、4G通讯模块150、高亮度电阻触摸显示屏170均采用有线方式连接扩展在工业控制计算机110周边并布置在驾驶室内；所述无线网桥接收模块160通过有线方式连接，安装在起重臂根部以接收来自吊钩可视化模块400的视频数据；

所述塔机位姿感知模块200包括起升高度编码器220，采集吊钩的起升高度值，安装于起升卷扬机轴根部；小车变幅编码器240，采集变幅小车的幅度值，安装于变幅卷扬机轴根部；九轴传感器260，采集塔机回转的角度值，安装于回转中心同轴处；风速传感器210，采集塔身高度处的实时风速值，安装于驾驶室外；重量传感器230，采集吊装货物的重量值，安装于起升钢缆的定滑轮处；倾角传感器250，采集塔身实时的倾斜值，安装于回转中心同轴处；

所述基于雷达的防碰撞模块300包括6个激光雷达310，安装位置分别在臂端和臂架上，通过以太网双绞线连接至上述工业控制计算机110，其中：

平衡臂臂端和起重臂臂端分别安装一个，正方向沿臂架的延长线向外。

臂架上安装4个，分别在臂架的三等分点上，每个等分点安装2个，正方向垂直与臂架向外。

所述吊钩可视化模块400包括枪击摄像头410、锂电池模组430、无线网桥发射模块420、无线充电接收模块440、无线充电发射模块450，其中枪机摄像头410、锂电池模组430、无线网桥发射模块420和无线充电接收模块440通过有线连接均安装于变幅小车处，枪击摄像头410方向朝下；无线充电发射模块450安装于起重臂臂根处，当变幅小车回到起重臂臂根处时为所述锂电池模组430进行充电；

所述故障诊断采集模块500包括PLC扩展模块510和变频器扩展模块520，安装于塔机电器柜中，通过有线连接至上述工业控制计算机110；

所述的PLC为Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器。

所述驾驶员行为监测模块600为USB广角摄像头610安装于驾驶室内，通过USB接口有线连接至所述工业控制计算机110；

在工业控制计算机模块100中：

所述信号转化模块120用于将各类传感器数据、PLC数据、变频器数据集合在一根数据总线之中，并以极高频率输入工业控制计算机110；

所述本地数据存储模块130用以实时存储本地端数据，包括：

基本传感器数据如实时的塔机起升高度、塔机变幅幅度、塔机回转角度、塔机起升重量、塔机起重力矩、塔机倾角、风速、变幅实时速度、起升实时速度、回转实时速度，用以在塔机驾驶室进行实时数据展示辅助驾驶员掌握塔机姿态，对超过安全范围的数值进行塔机报警或停机操作，并在工业中心云数据平台进行塔机远程运行状态监控；

塔机PLC中的驾驶员操作数据如手柄档位数据、电气设备状态数据，手柄档位数据反映驾驶员进行塔机起升变幅回转的操作过程，可判断驾驶员是否进猛打回车等违规操作，电气设备状态数据反映塔机电控柜内断路器的工作是否正常，可简化维保人员检修的检修过程；

起升变频器、回转变频器、变幅变频器的实时状态数据如实时电流，用以监控变频器及电机工作状态，是否超负荷工作；

驾驶室广角摄像头的人员行为动作表情的视频数据，若实时分析出驾驶员有打哈欠，注意力不集中等疲劳表现，进行提醒和报警；

激光雷达传感器的实时扫描数据如碰撞物与本塔机起重臂定位点距离，可进行碰撞预警提醒或停机操作；

吊钩可视化枪机摄像头的视频数据，可以分析吊物的俯视尺寸，吊物周围环境，若出现吊物周围有人员误碰可能，进行提醒和报警。

所述弱电输出单元140通过有线连接至塔机的电气柜中，根据基本传感器数据、塔机PLC中的驾驶员操作数据、起升变频器、回转变频器、变幅变频器的实时状态数据、驾驶室广角摄像头的人员行为动作表情的视频数据、激光雷达传感器的实时扫描数据和吊钩可视化枪机摄像头的视频数据进行综合判断，即有一项数据达到危险区域进行塔机部分机构或整机停机操作；

所述4G通讯模块150利用无线通讯将所述本地数据存储模块130中的本地数据库信息上传至本区域的边缘计算节点710，进行区域塔机间位姿信息交互的同时将信息传入工业中心云数据平台800，云数据平台前端可进行塔机各项信息在线监控，对于某一型号塔机从出厂使用到淘汰报废，进行全生命周期的数据存储，用以对吊载工作状况与塔机使用寿命进行关联；

所述无线网桥接收模块160通过近场无线通讯方式以接收来自上述无线网桥发射端420的吊钩可视化视频信息；

所述高亮度电阻触摸显示屏170采用比例为21:9的长屏，用于显示工业控制计算机中110的各类实时数据，辅助司机高效作业，并在视野盲区时提供塔机位姿及防碰撞保护，显示内容包括：

塔机的实时状态信息如起升高度、变幅长度、回转角度、起升重量、塔身倾角、风速等级、起重力矩、起重特性实时曲线等，并显示3D塔机动画；

吊钩可视化视频信息；

基于雷达的防碰撞信息如一、二级预警区状况，多塔机回转俯视图；

所述雷达防碰撞模块300利用激光雷达在臂架周围形成预警区，当有碰撞物靠近此塔机，进入到以激光雷达形成的预警区内时进行防碰撞预警。

所述吊钩可视化模块400通过实时放大变焦技术，随着货物起升高度的变化实时进行对焦并放大画面，将采集到的视频信号传送到工业控制计算机并显示在所述高亮度电阻触摸显示屏，当发生视野盲区状况时，给予驾驶员吊重货物视野；

所述故障诊断采集模块500用于采集PLC中手柄档位数据、电气设备状态数据，起升、变幅、回转变频器的实时电流和变频信息。其中手柄档位数据反映驾驶员进行塔机起升变幅回转的操作过程，可判断驾驶员是否进猛打回车等违规操作，电气设备状态数据反映塔机电控柜内断路器的工作是否正常，可简化维保人员检修的检修过程。起升变频器、回转变频器、变幅变频器的实时状态数据如实时电流，用以监控变频器及电机工作状态，是否超负荷工作；

所述驾驶员行为监测模块600，通过驾驶室内的USB广角摄像头610采集视频数据，一方面利用视觉判别算法实现对于面部疲劳特征的提取和识别，实时监测驾驶员的面部及身体行为，对驾驶员分心行为如玩手机或疲劳行为如打瞌睡进行进行提醒或报警，另一方面操作人员人脸身份信息提前通过工业中心云数据平台800加载入工业控制计算机中110，塔机开机前进行驾驶员身份验证；

根据本发明优选的，所述边缘计算***700由各个塔机群区域内的边缘计算结点710组成，通过布置在塔机群内的边缘计算节点710进行区域内塔机间位姿数据交互实现塔群防碰撞，并在边缘节点实现对数据的分类整合以提高传输速度减轻云端压力，并将处理后的塔机群数据发送至工业中心云数据平台800；

根据本发明优选的，所述工业中心云数据平台800可以进行远程在线监测，在远程设备上进行塔机历史数据，实时数据访问，远程完成数据加载修改。对于某一型号塔机从出厂使用到淘汰报废时间中产生的全生命周期数据进行塔机数据挖掘分析，即进行大数据处理与分析，建立吊载工作状况与塔机使用寿命关联模型，并完成算法模型的训练和升级，升级后推送到工业控制计算机110更新同型号设备，实现塔机实时寿命预测，此过程分析旧塔机的全生命周期，利用数据共享，为塔机维护、业务决策提供支撑；

所述边缘计算节点710在某区域内故障不会影响区域外塔机群的工作和数据收集状态，工业中心云数据平台中心800存储信息也不会丢失；

所述工业中心云数据平台800升级或故障不会干涉所述边缘计算节点710的工作，塔机与塔机的信息交互不间断；

所述云边协同是将云与边缘连接起来，将云端能力延伸到靠近设备的边缘节点710，边缘计算距离塔机更近，更低延时，更高效率,联动云端和边缘侧数据，实现边缘节点的远程管控、数据分析、智能决策等。云计算擅长而边缘计算具有实时性高、连接广泛、数据安全和隐私性保护等优势，适用于实时、短周期的数据处理与分析。

具体实现中，本申请提供计算机存储介质以及对应的数据处理单元，其中，该计算机存储介质能够存储计算机程序，所述计算机程序通过数据处理单元执行时可运行本发明提供的一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***的发明内容以及各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，ROM)或随机存储记忆体(random access memory，RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术方案可借助计算机程序以及其对应的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机程序即软件产品的形式体现出来，该计算机程序软件产品可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台包含数据处理单元的设备(可以是个人计算机，服务器，单片机。MUU或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本发明提供了一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种基于云边协同技术的塔式起重机辅助驾驶***，其特征在于，包括工业控制计算机模块(100)、塔机位姿感知模块(200)、基于雷达的防碰撞模块(300)、吊钩可视化模块(400)、故障诊断采集模块(500)、驾驶员行为监测模块(600)、边缘计算***(700)和工业中心云数据平台(800)。

所述塔机位姿感知模块(200)、基于雷达的防碰撞模块(300)、吊钩可视化模块(400)、故障诊断采集模块(500)、驾驶员行为监测模块(600)均并行连接到计算机模块(100)，所述计算机模块(100)连接到边缘计算***(700)，所述边缘计算***(700)与工业中心云数据平台(800)进行通讯连接。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述工业控制计算机模块(100)包括：工业控制计算机(110)、输入信号转换模块(120)、本地数据存储模块(130)、弱电信号输出单元(140)、4G通讯模块(150)、无线网桥接收模块(160)和高亮度电阻触摸显示屏(170)；

所述输入信号转换模块(120)、本地数据存储模块(130)、弱电信号输出单元(140)、4G通讯模块(150)、高亮度电阻触摸显示屏(170)均采用有线方式连接扩展在工业控制计算机(110)周边并布置在驾驶室内；所述无线网桥接收模块(160)通过有线方式连接，安装在起重臂根部以接收来自吊钩可视化模块(400)的视频数据。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述塔机位姿感知模块(200)包括：

起升高度编码器(220)，用于采集吊钩的起升高度值，安装于起升卷扬机轴根部；

小车变幅编码器(240)，用于采集变幅小车的幅度值，安装于变幅卷扬机轴根部；

九轴传感器(260)，用于采集塔机回转的角度值，安装于回转中心同轴处；

风速传感器(210)，用于采集塔身高度处的实时风速值，安装于驾驶室外；

重量传感器(230)，用于采集吊装货物的重量值，安装于起升钢缆的定滑轮处；

倾角传感器(250)，用于采集塔身实时的倾斜值，安装于回转中心同轴处。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述基于雷达的防碰撞模块(300)包括6个激光雷达，安装位置分别在臂端和臂架上，通过以太网双绞线连接至工业控制计算机，其中，平衡臂臂端和起重臂臂端分别安装一个激光雷达，正方向沿臂架的延长线向外；臂架上安装4个激光雷达，分别在臂架的三等分点上，每个等分点安装2个，正方向垂直与臂架向外。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述吊钩可视化模块(400)包括枪击摄像头(410)、锂电池模组(430)、无线网桥发射模块(420)、无线充电接收模块(440)、无线充电发射模块(450)，其中枪机摄像头(410)、锂电池模组(430)、无线网桥发射模块(420)和无线充电接收模块(440)通过有线连接均安装于变幅小车处，枪击摄像头(410)方向朝下；无线充电发射模块(420)安装于起重臂臂根处，当变幅小车回到起重臂臂根处时为锂电池模组(430)进行充电。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述故障诊断采集模块(500)包括PLC扩展模块(510)和变频器扩展模块(520)，PLC扩展模块(510)和变频器扩展模块(520)均安装于塔机电器柜中，通过有线连接至工业控制计算机(110)。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述驾驶员行为监测模块(600)包括USB广角摄像头(610)，安装于驾驶室内，通过USB接口有线连接至工业控制计算机(110)。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述输入信号转化模块(120)用于将各类传感器数据、PLC数据、变频器数据集合在一根数据总线之中，并输入工业控制计算机(110)。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述本地数据存储模块(130)用以实时存储本地端数据，包括：

基本传感器数据，包括实时的塔机起升高度、塔机变幅幅度、塔机回转角度、塔机起升重量、塔机起重力矩、塔机倾角、风速、变幅实时速度、起升实时速度、回转实时速度，用以在塔机驾驶室进行实时数据展示辅助驾驶员掌握塔机姿态，对超过安全范围的数值进行塔机报警或停机操作，并在工业中心云数据平台进行塔机远程运行状态监控；

塔机PLC中的驾驶员操作数据，包括手柄档位数据和电气设备状态数据，手柄档位数据反映驾驶员进行塔机起升变幅回转的操作过程，用于判断驾驶员是否进猛打回车等违规操作，电气设备状态数据反映塔机电控柜内断路器的工作是否正常，用于简化维保人员检修的检修过程；

起升变频器、回转变频器、变幅变频器的实时状态数据，包括实时电流，用以监控变频器及电机工作状态，是否超负荷工作；

驾驶室广角摄像头的人员行为动作表情的视频数据，如果实时分析出驾驶员有疲劳表现，进行提醒和报警；

激光雷达传感器的实时扫描数据，包括碰撞物与本塔机起重臂定位点距离，用于进行碰撞预警提醒或停机操作；

吊钩可视化枪机摄像头的视频数据，用于分析吊物的俯视尺寸，吊物周围环境，如果出现吊物周围有人员误碰可能，进行提醒和报警。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述弱电输出单元(140)通过有线连接至塔机的电气柜中，根据基本传感器数据、塔机PLC中的驾驶员操作数据、起升变频器、回转变频器、变幅变频器的实时状态数据、驾驶室广角摄像头的人员行为动作表情的视频数据、激光雷达传感器的实时扫描数据和吊钩可视化枪机摄像头的视频数据进行综合判断，如果有一项数据达到危险区域进行塔机部分机构或整机停机操作；

所述4G通讯模块(150)利用无线通讯将本地数据存储模块(130)中的本地数据库信息上传至本区域的边缘计算***(700)，进行区域塔机间位姿信息交互的同时将信息传入工业中心云数据平台(800)，云数据平台(800)能够进行塔机各项信息在线监控；

所述无线网桥接收模块(160)通过近场无线通讯方式以接收来自无线网桥发射模块(420)端的吊钩可视化视频信息；

所述高亮度电阻触摸显示屏(170)用于显示工业控制计算机中的各类实时数据，辅助司机作业，并在视野盲区时提供塔机位姿及防碰撞保护，显示内容包括塔机的实时状态信息、吊钩可视化视频信息、基于雷达的防碰撞信息和多塔机回转俯视图，并显示3D塔机动画；

所述雷达防碰撞模块(300)利用激光雷达在臂架周围形成预警区，当有碰撞物靠近塔机，进入到以激光雷达形成的预警区内时进行防碰撞预警；

所述吊钩可视化模块(400)通过实时放大变焦技术，随着货物起升高度的变化实时进行对焦并放大画面，将采集到的视频信号传送到工业控制计算机(110)并通过高亮度电阻触摸显示屏(170)显示，当发生视野盲区状况时，给予驾驶员吊重货物视野；

所述故障诊断采集模块(500)用于采集PLC中手柄档位数据、电气设备状态数据，起升、变幅、回转变频器的实时电流和变频信息；

所述驾驶员行为监测模块(600)，通过驾驶室内的USB广角摄像头(610)采集视频数据，一方面利用视觉判别算法实现对于面部疲劳特征的提取和识别，实时监测驾驶员的面部及身体行为，对驾驶员分心行为如玩手机或疲劳行为如打瞌睡进行提醒或报警，另一方面操作人员人脸身份信息提前通过工业中心云数据平台(800)加载入工业控制计算机中(110)，塔机开机前进行驾驶员身份验证；

所述边缘计算***(700)由各个塔机群区域内的边缘计算结点组成，通过布置在塔机群内的边缘计算节点进行区域内塔机间位姿数据交互实现塔群防碰撞，并在边缘节点实现对数据的分类整合以提高传输速度减轻云端压力，并将处理后的塔机群数据发送至工业中心云数据平台(800)；

所述工业中心云数据平台(800)能够进行远程在线监测，在远程设备上进行塔机历史数据，实时数据访问，远程完成数据加载修改；

边缘计算节点在区域内故障不会影响区域外塔机群的工作和数据收集状态，工业中心云数据平台(800)上的存储信息不会丢失；

所述工业中心云数据平台(800)升级或故障不会干涉边缘计算节点的工作，塔机与塔机的信息交互不间断。

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