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基于超声信号塔式起重机安全预警信息获取技术研究

作　者: 陈颖
导　师: 谷立臣
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 塔式起重机防碰撞事故树超声波传感器 Kalman滤波
分类号: X928.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

塔式起重机(以下简称塔机)作为起重运输设备,有着起吊高度高、工作幅度大等优点,广泛应用于建筑施工环境中,创造了很好的经济效益和社会效益。但是,塔机在使用过程中倒塌、断臂、碰撞等机毁人亡重大事故的出现频率随着使用频率呈上升趋势。国内施工单位现有塔机安全装置通常只有限制器和限位器两种,由于没有安全监控管理系统和工作状态参数显示装置,司机在操作时潜伏着很大危险。尽快开发适合我国国情的塔机安全监控系统和防碰撞系统都是迫在眉睫的主攻方向。本文从塔机使用过程中的防碰撞角度出发,研究塔机安全预警信息的获取技术。主要包括三部分内容：塔机事故树的分析研究,超声传感器在吊臂上的测点布置,障碍物的跟踪预测。具体内容如下：1.塔机事故树的分析研究。通过确定塔机易发生的事故及易造成事故发生的结构部位并对其薄弱环节进行重点监测,做到提前预警。本文采用两种方法建立塔机事故树：1)利用传统方法建立塔机事故树,目的是总结塔机易发生的事故形式；2)采用与传统塔机事故分析法不同的建树方法,针对塔机整机事故采用由下向上的方法建立事故树模型,并对其进行定性分析和重要度分析,找到塔机结构中的薄弱环节,为确定事故的因果关系提供理论指导。2.多传感器在吊臂上的测点布置研究。根据防碰撞系统的要求,本文选用超声波传感器构建吊臂保护区域。通过在塔机吊臂上设置传感器测点,在每个测点上布置多个传感器以满足创建保护区的要求。同时,根据塔机运转的特点对塔机周围的障碍物进行分类与定位,将障碍物的信息进行数据融合并完成了坐标转换,为塔机操作人员提供障碍物的详细信息。3.障碍物的轨迹跟踪预测方法研究。塔机周围障碍物机动性高,尺寸多样,高度多变,且障碍物的布置随意性大。为了给塔机操作人员提供更精确的障碍物位置信息,本文将Kalman滤波原理运用到塔机周围障碍物的轨迹跟踪中。通过对测量得到的障碍物的轨迹进行Kalman滤波,可以得到更精确的障碍物位置及轨迹情况。通过这些塔机的相关信息,塔机司机可以提前预知危险,控制塔机吊臂的工作进度或者起停等,降低塔机事故的发生率。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状综述  10-13
  1.3 课题来源和主要研究内容  13-14
  1.4 创新点  14-15
第2章基于事故树分析方法的塔机安全事故研究  15-29
  2.1 事故树概述  15-16
    2.1.1 进行事故树分析的必要性  15
    2.1.2 事故树分析方法的基本概念  15-16
    2.1.3 事故树的基本符号  16
  2.2 事故树的编制  16-21
    2.2.1 人工编制  16-17
    2.2.2 计算机辅助编制  17
    2.2.3 建立塔机事故树  17-21
  2.3 事故树的定性分析  21-23
    2.3.1 最小割集的确定  21-22
    2.3.2 径集与最小径集  22-23
  2.4 基本事件的重要度分析  23-26
    2.4.1.基本事件的结构重要度系数  23-24
    2.4.2.基本事件的割集重要度系数  24-25
    2.4.3 基本事件的概率重要度  25
    2.4.4 基本事件的关键重要度  25-26
  2.5 塔机事故树分析  26-28
    2.5.1 事故树最小割集的求解  26-27
    2.5.2 事故树最小径集的求解  27
    2.5.3 基本事件的结构重要度分析  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第3章传感器的布置及障碍物的分类与定位  29-39
  3.1 塔机碰撞方式  29-31
  3.2 塔机防碰撞系统的原理及构成  31-32
  3.3 传感器的选择及布置  32-35
    3.3.1 传感器的选择  32-33
    3.3.2 吊臂上传感器的布置原则  33-34
    3.3.3 传感器的布置  34-35
  3.4 基于超声波传感器的障碍物定位  35-38
    3.4.1 障碍物的分类  35-37
    3.4.2 障碍物的定位  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章基于Kalman滤波的障碍物预测  39-51
  4.1 Kalman滤波器  39-40
  4.2 Kalman滤波算法  40-41
  4.3 基于Kalman滤波理论的障碍物预测  41-43
  4.4 Kalman滤波仿真及实验  43-49
    4.4.1 Kalman仿真结果  43-44
    4.4.2 Kalman滤波实验  44-49
  4.5 本章小结  49-51
第5章总结及展望  51-53
  5.1 总结  51
  5.2 展望  51-53
致谢  53-55
参考文献  55-58
附录1  58-59
附录2  59-60

基于超声信号塔式起重机安全预警信息获取技术研究

内容摘要

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