融合D-GPS与RFID的缆机吊罐致灾风险预警方法

摘要

融合D‑GPS与RFID的缆机吊罐致灾风险预警方法，包括以下步骤：用预警装置判断施工人员所处区域，当工人位于不安全区域内，进行语音警示；测量缆机吊罐的实时空间位置坐标(X1，Y1，Z1)、运行速度v以及工人空间位置坐标(X2，Y2，Z2)，比较缆机吊罐与工人之间的水平位移和缆机吊罐物体打击影响区域，采取距离预警的形式，对施工人员进行预警；当工人进入缆机吊罐物体打击影响区域内时，进行蜂鸣警示，直到工人撤离至安全区域。本发明方法通过定位技术计算缆机吊罐物体打击的影响区域，有效降低空间冲突致灾风险，提高施工过程中作业人员安全性。

说明书

技术领域

本发明一种融合D-GPS与RFID的缆机吊罐致灾风险预警方法，涉及大坝建设浇筑和吊装技术领域。

背景技术

国内外已建的高坝工程中，混凝土浇筑不可或缺。其中缆机在大坝建设浇筑和吊装等工作中广泛应用，以其起吊高度高、作业幅度大、工作时间长、吊装效率高等优点在在整个大坝建设期间发挥重要作用。然而，大坝建设过程中缆机和不同工种在有限的坝面空间内同时施工时，受施工进度和施工工艺限制，易产生大量的立体交叉作业。立体交叉作业在空间上贯通、工作范围上重叠，易形成空间冲突，诱发高空坠物、物体打击等安全事故。鉴于此，研究缆机吊罐工作立体交叉作业空间预警方法，对于降低空间冲突致灾风险的损失具有重要意义。

中国专利申请“基于GPS的大坝混凝土料罐碰撞监测与导航定位方法”(专利申请号：201110287017.6)该申请公开了一种碰撞检测和导航定位的方法，基于GPS对大坝混凝土浇筑中缆机料罐碰撞监测预警以及在此基础上对料罐运行轨迹进行导航定位的方法。该专利从操作人员角度出发提供安全并且直观的最优运行路径，只考虑单向的安全操作规范，没有从缆机吊罐下方施工人员的角度考虑安全风险因素，导致预警信息传达不够及时。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种融合D-GPS与RFID的缆机吊罐致灾风险预警方法，将RFID芯片与D-GPS芯片连接于安全帽上，并对缆机运行区域用RFID天线进行布置；通过RFID芯片判断出工人位于不安全区域，进行语音警示；利用D-GPS实时监测采集的缆机位置、运行速度信息以及现场施工人员信息，设计缆机吊罐物体打击的检测算法，对进入不安全区域的施工人员预警。该方法通过定位技术计算缆机吊罐物体打击的影响区域，有效降低空间冲突致灾风险，提高施工过程中作业人员安全性。

本发明采取的技术方案为：

融合D-GPS与RFID的缆机吊罐致灾风险预警方法，包括以下步骤：

步骤一：用预警装置判断施工人员所处区域，当工人位于不安全区域内，进行语音警示；

步骤二：测量缆机吊罐的实时空间位置坐标(X₁，Y₁，Z₁)、运行速度v以及工人空间位置坐标(X₂，Y₂，Z₂)，比较缆机吊罐与工人之间的水平位移和缆机吊罐物体打击影响区域，采取距离预警的形式，对施工人员进行预警；

步骤三：当工人进入缆机吊罐物体打击影响区域内时，进行蜂鸣警示，直到工人撤离至安全区域。

所述步骤一中，所述预警装置，是在工人安全帽上安装D-GPS与RFID芯片，对缆机运行区域用RFID天线进行布置，通过RFID芯片判断工人安全状况并进行预警。

所述步骤二中，距离预警包括以下步骤：

(1)、缆机在运行过程中发生吊罐物体打击事故，受惯性影响其坠落轨迹呈抛物线形状，对缆机吊罐坠落运动过程进行分解，将其水平方向视为匀速运动、竖直方向视为自由落体运动，则水平方向最大距离为：

s＝v×t

式中：v为缆机吊罐在某一时刻水平方向的实时速度，t为缆机吊罐坠落到目标位置的时间，即：

式中：h为缆机吊罐与目标位置的高程差，g为重力加速度，为9.8m/s²，则缆机吊罐在坠落过程中发生的水平位移为：

(2)、工人在安全撤离时会有一个反应距离，人的平均逃生速度为v'＝1.5m/s，在本发明中反应时间取t'＝1.2s，则反应距离为：

l'＝v'×t'

(3)、计算预警距离L：

L＝l_AB+l_BC

其中l_AB为缆机吊罐物体打击影响距离，l_BC为工人反应距离。

(4)、计算缆机吊罐与位于运行区域工人的水平位移S：

(5)、比较缆机吊罐与位于运行区域工人水平位移S和预警距离L的大小，如果S>L，表示此工人所处区域正常；如果S≤L,那么将对工人进行蜂鸣警示，直到工人撤离至安全区域。

本发明一种融合D-GPS与RFID的缆机吊罐致灾风险预警方法，有益效果如下：

1：本发明利用RFID技术，明确划分出大坝混凝土施工过程中安全与不安全区域的界限，通过RFID芯片筛选出位于不安全区域内的施工人员，提高预警的精确性。

2：本发明利用D-GPS技术，精确提供缆机吊罐与施工人员的空间位置坐标，并实时计算出缆机吊罐的运行速度，使得缆机吊罐物体打击影响区域更加精确，为工人有效安全撤离提供依据。

3：本发明所采取的预警装置，将RFID芯片与D-GPS芯片连接于安全帽中，具有准确性高、实时性好、成本低、抗干扰能力强、简单易用的特点。

4：本发明能够通过语音提示和蜂鸣警示及时预警，提高了施工安全性，有效降低空间冲突致灾风险。

附图说明

图1为本发明缆机吊罐致灾风险影响示意图。

图2为本发明缆机吊罐危害能量影响界限示意图。

图3为本发明质点冲突侧面图。

图4为本发明预警算法流程图。

具体实施方式

一种融合D-GPS与RFID的缆机吊罐致灾风险预警方法，是警示大坝浇筑立体交叉作业下施工人员安全撤离的一种技术。利用RFID芯片筛选出位于不安全区域内的施工人员；通过D-GPS数据库读取缆机吊罐当前位置、运行状态和工人位置；判断缆机吊罐物体打击影响区域，对施工人员起到警示作用。

本发明方法包括以下步骤：

步骤一：用预警装置判断施工人员所处区域，当工人位于不安全区域内，进行语音警示。

步骤二：测量缆机吊罐的实时空间位置坐标(X₁，Y₁，Z₁)、运行速度v以及工人空间位置坐标(X₂，Y₂，Z₂)，比较缆机吊罐与工人之间的水平位移和缆机吊罐物体打击影响区域，采取距离预警的形式对施工人员进行预警。

步骤三：当工人进入缆机吊罐物体打击影响区域内时，进行蜂鸣警示，直到工人撤离至安全区域。

步骤一所述的预警装置，是在工人安全帽上安装D-GPS与RFID芯片，对缆机运行区域用RFID天线进行布置，通过RFID芯片判断工人安全状况并进行预警。

步骤二所述的距离预警包括的步骤如下：

(1)、缆机在运行过程中发生吊罐物体打击事故，受惯性影响其坠落轨迹呈抛物线形状，如图2所示缆机吊罐危害能量影响界限图。对缆机吊罐坠落运动过程进行分解，将其水平方向视为匀速运动、竖直方向视为自由落体运动，则水平方向最大距离为：

s＝v×t

式中：v为缆机吊罐在某一时刻水平方向的实时速度，t为缆机吊罐坠落到目标位置的时间，即：

式中：h为缆机吊罐与目标位置的高程差，g为重力加速度，为9.8m/s²，则缆机吊罐在坠落过程中发生的水平位移为：

(2)、工人在安全撤离时会有一个反应距离，据李怀仲,郭群英,陈军,刘俊峰.应急疏散及应急逃生[J].石油工业技术监督,2010,26(12):22-24+38.介绍，人的平均逃生速度为v'＝1.5m/s。依据《安全生产技术》(2011版)第36页，一般反应时间约为0.1～0.5s，对于复杂的选择性反应时间达1～3s，要进行复杂判断和认识的反应时间平均达3～5s，在本发明中反应时间取t'＝1.2s，则反应距离为：

l'＝v'×t'

(3)、预警方法：

如图3质点冲突侧面图，危险源为缆机吊罐O，承灾体为工人R，本发明中将缆机吊罐与工人看作两个质点，研究工人是否位于缆机吊罐物体打击影响区域内。其中AB段为缆机吊罐O的平抛水平位移，BC段为工人在安全撤离过程的反应距离，R代表工人所处位置。

(1)、从GPS数据库中读取位置参数，即吊罐的空间位置坐标(X₁，Y₁，Z₁)和运行速度v，和位于缆机运行区域内的工人空间位置坐标(X₂，Y₂，Z₂)。

(2)、计算预警距离L：

L＝l_AB+l_BC

其中：l_AB为缆机吊罐物体打击影响距离，l_BC为工人反应距离。

(3)、计算缆机吊罐与位于运行区域工人的水平位移S：

(4)、预警判断：比较缆机吊罐与位于运行区域工人水平位移S和预警距离L的大小，如果S>L，那么此工人所处区域正常；如果S≤L,那么将对工人进行蜂鸣警示，直到工人撤离至安全区域。

步骤三所述的缆机吊罐物体打击影响区域，如图1所示缆机吊罐致灾风险影响图。其中缆机吊罐a下方区域为不安全区域b，区域c为缆机吊罐物体打击影响区域；当工人进入不安全区域b时，进行语音警示；工人进入区域c时，进行蜂鸣警示，直到工人撤离至安全区域。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。