【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于起重设备，尤其涉及一种基于toa定位的起重机作业预警方法及系统。
技术介绍
1、起重运输设备作为支撑国民经济运行的基础装备，广泛应用于工矿企业、港口码头、航空航天等工业部门，超大型起重运输设备更是支撑核电、风电、石化等国家战略工程的核心装备。
2、起重运输设备在使用过程中，由于现场的作业人员以及设备之间频繁密切的交叉作业，经常发生设备撞人或者撞击设备等事故，尤其是一些大型设备车间，碰撞会导致人员伤亡及财产损失，安全生产责任重大。为了减少车间人员撞伤、设备损坏事故，对施工作业现场中起重机设备与现场作业人员、物体和设备的位置关系进行可靠监测和预警，显得尤为重要。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于toa定位的起重机作业预警方法及系统，基于toa技术对采集到的障碍物及起重机设备进行实时定位，并确定安全距离，能够有效避免起重设备作业过程中与障碍物发生碰撞，减少作业现场人员撞伤、设备损坏事故。
2、为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于toa定位的起重机作业预警方法，包括：
3、s1：响应起重设备工作启动信号，通过各uwb基站实时获取起重设备及障碍物的距离信息；
4、s2：通过各uwb基站采集到的障碍物及起重设备的距离信息，基于toa定位技术实时获取各障碍物与起重设备的坐标位置；
5、s3：根据起重设备及障碍物的位置信息，预测两者的运行状态并确定起重设备与障碍物之间的安全
6、s4：当起重机设备与障碍物间实际距离小于该时刻确定出的安全距离时，则进行预警提示。
7、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤s1中响应起重设备工作启动信号，通过各uwb基站实时获取起重设备及障碍物的距离信息；具体包括如下步骤：
8、s1.1：在现场布置若干uwb基站，并在起重设备以及各障碍物上配置相应的定位标签；
9、s1.2：响应起重设备工作启动信号，通过各uwb基站实时获取各基站与起重设备及各障碍物间的距离信息；
10、其中，所述障碍物包括现场作业人员、物体和设备；所述障碍物及起重设备的定位标签上均标记有唯一身份标识码，通过身份标识码可识别障碍物及起重设备的身份信息。
11、作为一种可能的实施方式，进一步，若干uwb基站分上下两层设置，同层uwb基站的布置高度相同。
12、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤s2中通过各uwb基站采集到的障碍物及起重设备的距离信息，基于toa定位技术实时获取各障碍物与起重设备的坐标位置，具体包括如下步骤：
13、s2.1：根据每个uwb基站采集到的各障碍物与起重设备的距离信息，分别构建上下两层uwb基站关于各身份标识码物体的距离数据集；
14、s2.2：分别将上下两层uwb基站获得的数据集中的距离数据按照从小到大进行排序，根据预设方式选取上下两层uwb基站获得的数据集中排序较小的四个距离数据作为特征数据，并获取四个距离数据所对应uwb基站的空间坐标位置；
15、s2.3：根据四个uwb基站的空间坐标位置及测得的距离数据，并基于toa定位技术得到对应身份标识码物体的坐标位置，进而得到各障碍物与起重设备实时的坐标位置。
16、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤s2.2中根据预设方式选取上下两层uwb基站获得的数据集中排序较小的四个距离数据，具体步骤如下：
17、a)：分别选取上下两层uwb基站获得的数据集中排序前三的距离数据，将其按照从小到大的顺序进行排序，并选取排序前三的距离数据
18、b)：判断排序前三距离数据所对应的uwb基站是否为不同层的uwb基站，若是，则以排序前四的距离数据作为特征数据；若否，则判断排序前三的距离数据为上层或下层uwb基站；
19、c)：若排序前三的距离数据为上层uwb基站，则以步骤a)中选取的排序前三的距离数据以及下层uwb基站获得的数据集中排序第一的距离数据作为特征数据；
20、若排序前三的距离数据为下层uwb基站，则以步骤a)中选取的排序前三的距离数据以及上层uwb基站获得的数据集中排序第一的距离数据作为特征数据。
21、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤s2.3中根据四个uwb基站的空间坐标位置及测得的距离数据，并通过toa定位技术得到对应身份标识码物体的坐标位置，进而得到各障碍物与起重设备实时的坐标位置，具体步骤如下：
22、以选取的四个距离数据为半径，四个距离数据所对应uwb基站的空间坐标位置为圆心，建立四个空间球体；
23、判断四个球体外表面是否相交于一点，若是，则以该点坐标作为对应身份标识码物体的坐标位置；
24、若否，则定位四个球体的相交区域，对相交区域中各角点进行标号，并获取相交区域中各角点的坐标信息，接着将所有角点的坐标信息进行拟合，以拟合后的坐标信息作为对应身份标识码物体的坐标位置；
25、其中，角点坐标信息的拟合方式如下：
26、
27、上式中，x、y、z分别表示对应身份标识码物体的x轴坐标、y轴坐标以及z轴坐标；n表示相交区域中角点数量；xi、yi、zi分别表示相交区域中第i个角点的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标；
28、通过上式求得拟合坐标点(x，y，z)，以该拟合后的坐标点作为对应身份标识码物体的坐标位置。
29、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤s3中根据起重设备及障碍物的位置信息，预测两者的运行状态并确定起重设备与障碍物之间的安全距离；具体包括如下步骤：
30、s3.1：根据起重设备与障碍物的历史坐标位置信息随时间的变化情况，构建构建关于起重设备与障碍物的运动状态模型v(t)，其中运动状态模型v(t)的表达式如下：
31、
32、上式中，v(t)表示对应身份标识码物体t时刻的速度；xt、yt、zt分别表示t时刻目标对象的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标；xt-1、yt-1、zt-1分别表示t-1时刻目标对象的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标；t表示t时刻至t-1时刻的时间间隔；
33、s3.2：根据运动状态模型v(t)生成起重设备与障碍物随时间变化的速度曲线，并以速度曲线当前时刻的切线斜率作为起重设备与障碍物当前时刻的加速度anow；
34、s3.3：定义起重设备与障碍物当前时刻坐标点连线为l，判断当前时刻起重设备及障碍物运动方向与对应连线l所成夹角的角度是否均小于90°；
35、若否，则以预设的距离值ls作为该时刻下的安全距离值ds；
36、若是，则基于预设时长ts、预设的距离值ls、起重设备与障碍物当前时刻的速度vnow、加速度anow，以及当前时刻起重设备及障碍物运动方向与对应连线l所成夹角的角度，计算校正安全距离ln，并以该校正安全距离ln作为该时刻下的安全距离值ds本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤S1中响应起重设备工作启动信号，通过各UWB基站实时获取起重设备及障碍物的距离信息；具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，若干UWB基站分上下两层设置，同层UWB基站的布置高度相同。
4.根据权利要求3所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤S2中通过各UWB基站采集到的障碍物及起重设备的距离信息，基于TOA定位技术实时获取各障碍物与起重设备的坐标位置，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤S2.2中根据预设方式选取上下两层UWB基站获得的数据集中排序较小的四个距离数据，具体步骤如下：
6.根据权利要求4所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤S2.3中根据四个UWB基站的空间坐标位置及测得的距离数据，并通过TOA定位技术得到对应身份标识
7.根据权利要求2所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤S3中根据起重设备及障碍物的位置信息，预测两者的运行状态并确定起重设备与障碍物之间的安全距离；具体包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤S4中当起重机设备与障碍物间实际距离小于该时刻确定出的安全距离时，则进行预警提示；具体步骤如下：
9.根据权利要求1所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤S2中利用交互多模型卡尔曼滤波算法对各UWB基站采集到的障碍物及起重设备的距离信息进行处理。
10.一种基于TOA定位的起重机作业预警系统，其特征在于，应用如权利要求1～9任意一项所述的基于TOA定位的起重机作业预警方法，其包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于toa定位的起重机作业预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于toa定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤s1中响应起重设备工作启动信号，通过各uwb基站实时获取起重设备及障碍物的距离信息；具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于toa定位的起重机作业预警方法，其特征在于，若干uwb基站分上下两层设置，同层uwb基站的布置高度相同。
4.根据权利要求3所述的基于toa定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤s2中通过各uwb基站采集到的障碍物及起重设备的距离信息，基于toa定位技术实时获取各障碍物与起重设备的坐标位置，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于toa定位的起重机作业预警方法，其特征在于，步骤s2.2中根据预设方式选取上下两层uwb基站获得的数据集中排序较小的四个距离数据，具体步骤如下：
6.根据权利要求4所述的基于toa定位的起重机作业预警方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：方维，巫波，魏斌，易平，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：
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