防碰撞措施（共9篇）
防碰撞措施 篇1
摘要：防止碰撞是数控加工中心安全运行的关键问题。从数控加工中心的PLC程序、报警文本编制两方面阐述防碰撞、保安全的措施。
关键词：CNC加工中心,防碰撞,强制规范,事前预防
在生产实践中, 由于加工中心自动循环中途被按下“RESET”键或意外断电重启后, 因操作者采取措施不当, 造成刀具和夹具系统或主轴与机床工作台发生碰撞的事故时有发生。下面介绍规范加工中心操作, 防范此类碰撞的方法和措施。
一、防碰撞具体方法与措施
1. 存在问题
加工中心在自动加工过程中如果按下了“RESET”键或意外断电重启, 则会终止执行当前零件程序、监测功能的信号被清除、通道被转换到“复位”状态中, 即NC控制保持与机床同步、控制系统处于初始状态中并准备好执行另一程序。当前Z轴可能会停在危险区域 (加工中心的线性测量系统为绝对值光栅尺) , 因为之前机床FEED倍率开关在100%。此时如直接调用程序恢复自动加工, 极易造成刀具和夹具系统或电主轴与工作台夹具发生猛烈碰撞, 造成严重设备事故。2008年在有记录的碰撞事故中90%都是操作人员操作不当引起的。其中较为严重的一起是操作人员误关闭机床主电源, 重新送电后直接调用程序启动自动加工, 导致双电主轴与工作台相撞, 其中右边电主轴端部损坏严重, 两把刀具全部折断, 直接经济损失超过30万元。后随机对加工中心操作者进行现场模拟状态操作测试, 发现在此状态下恢复自动加工时, 操作者根本不检查倍率开关和Z轴的当前位置, 为碰撞事故的发生埋下了巨大的隐患。
2. 原因分析
加工中心的PLC程序存在安全漏洞, 在加工中“RESET”键被按下或意外断电重启后, 对FEED倍率开关状态、Z轴安全距离既未进行实时监控, 也未进行预防性信息警告是造成此类碰撞的技术原因。无论是德系还是日系的加工中心都未对此类问题采取防护措施, 有的也仅是在换刀区域设置了碰撞象限检测, 但正是此疏忽给公司造成了巨大的经济损失, 电主轴的维修费用超过10万元, 维修周期一般为3个月 (停产3个月) 。
3. 防撞措施
在自动加工中“RESET”键被按下或意外断电重启中断当前加工程序后, 对再次启动自动加工循环的条件进行实时监控 (包括FEED倍率开关状态、Z轴安全距离) :在非手动模式下出现上述情况时, 如果FEED倍率开关不在0或Z轴停在危险区域, 按下Cycle Start (循环启动) 按键时所有轴的使能禁止、程序读入使能禁止, 并出现弹出式对话框 (700119) 报警告知无法启动的原因和解决的方法。只有在手动模式下将FEED倍率开关降为0并将Z轴移到>650mm的安全位置, 方可解除报警禁止, 再次进入AUTO或MDI模式, 按下Cycle Start (循环启动) 按键进行自动循环加工;此方法不影响Cycle Stop (循环停止) 、Step (单步) 、Program Search (程序搜寻) 正常功能的实现。以下为德国产StarragHeckert加工中心功能编程举例 (FC210) 。
其中Z轴安全区域的定义有两种方法: (1) 将Z轴当前实际位置读取与定义的安全间距比较。 (2) 设置NC软凸轮点, 直接定义为安全距离 (SINUMERIK 840D ncu版本为v572.3以上都有电子凸轮功能。MD10450 () 定义轴号;SD41500、41502、41504、41506 () 凸轮负方向值的定义;SD41501、41503、41505、41507 () 凸轮正方向值的定义。NC凸轮点与PLC点的对应关系:凸轮负方向值1-32对应DB10.DBX110.0-DBX113.7;凸轮正方向值1-32对应DB10.DBX114.0-DBX117.7) 。在调试过程中还遇到了以下问题:按下Cycle Stop (循环停止) 键时也会产生报警, 影响了正常的操作。按以下方法得以解决:正常加工时DB21.DBX35.0 (PROGRAM IS RUNNING) 从0到1跳变 (上升沿) 实现M62.0复位, 此时按CYCLE STOP键报警不会产生;如果加工中按RESET键则会锁存M62.0, 虽然DB21.DBX35.0时序会滞后于“RESET”, 但DB21.DBX35.0此时是从1到0变化 (下降沿) 不会产生M62.0的复位, 此时按Cycle Start键若监控条件满足则会产生报警。
仅具备实时监控还不完善, 还必须得有一个详细、准确、可靠的报警信息及时提供给操作者。SIEMENS PCU50的报警文本可以直接在HMI上编写, 也可以在计算机上编好后, 通过RS232/软盘/U盘/网络传入PCU50。其所有报警文本都存放在F:DHMB.DIR目录下。其中有MMC报警文本C:dhmb.diralm_XX.com、NCK报警文本C:dhmb.diraln_XX.com、PLC报警文本 (非用户PLC报警文本) C:dhmb.diralp_XX.com、ZYK循环报警文本C:dhmb.diralc_XX.com、CZYK用户循环报警文本C:dhmb.diralz_XX.com。后缀名com是comment的缩写, 而XX则是语言代码:German德语语言代码_gr、English英语语言代码_uk、French法语语言代码_fr、Italian意大利语语言代码_it、Spanish西班牙语语言代码_sp、Chinese中文语言代码_ch。用户报警的文件名可以随意起名, 但也要服从上面文件名的格式, 其格式应该是:nnnnn_XX.com (nnnnn可以是任意字符) , 具体报警文本的格式如下:报警号显示方式帮助代码报警文本或报警号, 用户报警号范围:500000～599999通道PLC报警、600000～699999轴和主轴PLC报警、700000～799999用户PLC报警、800000～899999顺序控制PLC报警, 显示方式:0:在报警行显示报警、1:对话框形式显示报警, 报警文本中不能出现字符”和#.字符%被留作显示参数。如果用户希望使用已经有的文本, 可直接写已有文本的报警号。报警文本可加注释, 注释必须以“//”开始。报警文本最大长度110个字符 (两行显示) , 如果报警文本太长, 系统会自动截断并以“*”表示。参数“%K”:表示通道号、参数“%A”:表示信号组号 (如轴号) 、参数“%N”:表示信号号码、参数“%Z”:表示状态号码。
用户报警需要通过PLC程序激活。 (用SETAL (“报警号”) 语句激活的报警是用户循环报警) DB2中的每一位对应一个报警号, 它们分为两类:一类是EM—Error Message (错误信息) , 错误信息当产生错误的条件纠正后需要操作者复位该信息;另一类是OM—Operator Message (操作信息) , 而操作信息会随产生该信息的条件的消失而自动消失。德国设备大多在F:user或F:OEM用户目录下又建立一个MBDDE.INI文件, 在USER和OEM目录中的mbdde.ini文件中的内容会自动替代MMC2目录下的mbdde.ini的相关内容。这里所说的替代是在调用时的替代, 而不是文件物理写入的覆盖。所以防撞功能调试的StarragHeckert加工中心采用用户报警文件路径为F:userMB.DIR、名为chery_uk.com, 它还具有额外的功能:Read-in disable (读入使能禁止) , Feed Disable (进给禁止) 等。这些功能的实现依赖于调用PLC块FC10的参数。
二、应用效果
自2009年1月增加此防撞措施以来, 取得了明显的经济效果, 至今未发生一起因操作不当造成的碰撞事故。按2008年有记录的碰撞事故为五次计算, 推广此项措施后, 可避免损失近50万元, 由于维修周期长而造成的停产损失同时避免了。另外改善后使设备操作更加人性化, 降低了操作者的心理负担, 防撞改善完成了既定目标。
针对不同数控系统将此防碰撞措施植入StarragHeckert、HELLER、HUELLER HILLE、BW、Lgmazak加工中心, 避免了因操作不当造成碰撞事故的发生。
防碰撞措施 篇2
塔吊防碰撞安全方案
一、起重臂工作半经的防碰撞措施
1、由于塔机之间的直线距离小于工作半径，为避免出现塔机碰撞，在安装使用中塔机之间保持2米的高度差。如此安装高度的安排，有效的避免了塔机之间起重臂直接相撞的可能，但仍有可能出现其中高度较低塔机的起重臂与高度较高塔机的钢丝绳产生碰撞。这就必须要求所有塔吊司机及塔吊指挥人员操作时应密切注意相邻塔机的起重臂运转方向，以及其小车的行走幅度。
塔机投入使用前，向所有操作人员交底要求必须牢记并做到以下塔机运转基本操作规律：
A.低塔让高塔：低塔在转臂前应先观察高塔运行情况再进行作业。B.后塔让先塔：在两台塔机作业交叉区域内运行时，后进入该区域的塔机要避让先进入该区域的塔机。
C.动塔让静塔：在两台塔机塔臂交叉作业时，进行运转的塔机应避让处于静止状态的塔机。
轻车让重车：两台塔机同时运转时，无荷载塔机应主动避让有荷载的塔机。
2、操作塔机的塔吊司机在操作的时候一定要随时注意塔机起重臂的位置和将要转动的方向，当必须转到建筑物方向作业时．一定先把吊钩起升到最高的位置同时变幅小车开回到起重臂根部附近，再转过积建筑物。这样就可以避免塔机起重钢丝绳及吊钩碰撞到建筑物而造成意外事故。
3、下班前，塔机上的司机一定要先把变幅小车开回起重臂根附近<15米处，同时把吊钩起升到最高位置。塔机操作司机在下班前先把吊钩起以最高的位置，以免碰触到地面上的施工材料以及电气设备等物体而造成事故。塔机的操作司机和地面指挥人员的对讲机应能够互相通讯联络，1塔机司机与地面指挥必须要语言一致，同时要规范统一指挥信号：变幅为小车向前、向后，起重臂为前臂左传、右转，起落钩为上钩-下钩。而且塔机每班必须保证楼上、佛山市荣建起重设备有限公司 1
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楼下各配备1名指挥信号丝索工。当塔机的大臂要转到建筑物方向时，指挥必须向司机发出鸣笛危险信号。地面指挥人员要做好交错作业区的施工协调工作，一定要避免塔机碰撞建筑物而造成安全事故。
二、其它安全措施、塔吊司机，指挥司索人员必须持证上岗，严格执行塔机的保养、使用及安全操作规程，严禁无证操作。同时要遵守建筑工地的安全、文明事故的规章制度。
2、塔吊必须有良好的电气接地措施，雷电时严禁在底架处附近走动。
3、塔机的工作温度为-20—+40℃。塔机工作时，风力不得大于6级，整机拆除时风力不得大于4级。如遇到雷电、大暴雨和浓雾天气，塔机应停止作业。整机高度超过50米时必须安装风速仪。
4、塔机停止工作后，保证起重臂随风自由转动。塔机出现临时故障需要检修时，必须切断地面的总电源，不允许带电作业。
5、每次顶升加节完成后，保证各连接螺栓按规定紧固好。
6、塔吊司机在得到地面指挥信号后，方可进行操作。操作前必须响铃，操作时要集中精力，随时观察吊钩的进行情况和位置。
7、应当经常对塔机进行检查、维护和保养。机械转劫部分应有足够的润滑，对各连接螺栓，尤其对有震动的零部件要经常检查是否发生松动，应每十五天对塔机进行一次检查。
8、钢结构件如果在屈服性变形和锈蚀严重时及时修复或更换后方可使用。
9、经常检查结构件的连接螺栓、焊缝、销轴以及结构件是否完好，发现不安全隐患应立即采取措施，不允许拖延勉强使用。
10、夜间工作时，必须具备良好的照明条件。
11、塔吊司机要做好保养记录和交接班记录。
三、塔吊安全使用管理制度
1、、塔吊司机，指挥（信号工）作业人员
必须经过省、市劳动部门进行培训，经考试合格取得操作证。
2、、作业前司机应做的一些常规检查：
⑪应进行空载运转试验。试验各工作机构是否运转正常，有无噪音异响，各机械的制动器及防护装置是否有效，应确认。⑫机械结构的外观情况，各传动机构应正常。⑬各齿轮箱、液压箱的油位应符合标准。
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⑭主要部位与连结螺栓应无松动。⑮钢丝绳情况及穿绕滑轮应符合规定。⑯供电电缆应无破损。
3、作业中应遵守的规定：
⑪司机、指挥必须遵守“十不吊”规定。⑫服从指挥信号的指挥。⑬司机、指挥严禁酒后作业。
⑭如遇六级以上大风应立即停止作业。
⑮应经常检查锚固装置，发现松动或异常情况时应立即停止作业，故障未排除不得继续作业。
⑯应严格遵守操作规程。
4、起重机的安装、提升、拆卸必须按照原厂规定执行，并制定安全作业措施，由专业队伍与队长负责统一指导下进行，并由技术和安全人员在场监护。
5、作业完毕应遵守的规定：
⑪应将每个控制器拔回零位。断开各开关，关闭操纵室门窗，打开高空指示灯。⑫检修人员上塔身起重臂、平衡臂部位检查修理时必须戴好安全带。
⑬做好交班、接班手续，检查机械履历书、交班、接班记录，当发现或怀疑起重机有异常时，交班司机和接班司机应当面交接。
6、例行检查
⑪项目部必须指定专人对起重机的附着框架、吊钩、滑轮、钢丝绳进行定期检查。每星期不少于一次并应有记录。
⑫检查内容：①附着框架在塔身节上的安装是否安全可靠,并应符合说明书中的规定.②附着框架与塔身节的固定是否牢固.③各联接件有否缺少或松动.④附着杆与附着框架的联接必须可靠.⑤附着杆本身的连接不得松动.⑥附着杆有调整装置的应按调整后锁紧.⑦与附着杆相连接的建筑物不应有裂纹或损坏.⑧吊钩：有否变形、磨损、补焊。⑨滑轮：裂纹、不均匀磨损达3mm，钢丝绳直径的50%。⑩钢丝绳：腐蚀、变形、压扁、绳芯脱出、电弧等高温损伤、局部变大、变小、断股。
7、维修与保养
⑪ 司机对临时故障进行排除和修理外，每天必须对机械认真的做一次保养，并按使用说明书规定的部位、周期用润滑剂做好各部位润滑。
⑫ 对于停用时间超过一个月的起重机在启用时，必须做好各部位润滑、调整和保养佛山市荣建起重设备有限公司 3
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检查。
⑬ 修理必须有专业人员进行。严禁修理单位自行改装。
四、塔机在运行过程中危险源的控制
塔机出现的事故大多出现在运行过程中，如违规操作，设备带病运行等等，危险因素随机性较大，比较难控制。
1.日常检查、维护保养等质量方面的控制。
塔机司机、维修电工和机械维修工要在运行前、运行中经常性地进行检查，重点检查钢丝绳、吊钩、各传动件、制动系统、安全保护装置、螺栓连接、吊具索具等重点部位。按强制性要求，塔机必须具备规定的安全装置：力矩限制器、起重量限制器、高度限位装置、行程限位器、回转限位器、吊钩保险装置、钢丝绳脱槽保险、小车防断绳装置等。这些安全装置必须确保它的完好与灵敏可靠。在使用中如发现损坏应及时维修更换，不能私自解除或任意调节。如今大部分建筑市场的塔机都没有设集电器，而改用回转限制器。部分塔机的回转限制器虽然有，但没有接线，塔机司机凭着自己的经验，靠回转几圈来估计，很容易造成事故。同样，力矩限制器、起重量限制器也有这样的情况。所以说加强对塔机的日常检查非常重要，及时发现故障，可及时处理故障，杜绝很多事故的发生。使用中必须按产品使用说明书进行维护保养，做好起重机定期的清洁、润滑、紧固、调整等保养工作。
2.运行过程的控制塔机的使用管理主要是人的因素，要求操作人员必须有高度的责任心，了解机械构造和工作原理，熟悉机械原理、保养规则，熟悉掌握塔吊技术性能；管理操作人员必须经过国家相关部门的培训经考试合格后持证上岗。塔机操作人员、司索人员、指挥人员等相关人员的素质高低直接影响着塔机是否能安全使用，要经常性地加强技术培训。
3.管理制度方面的控制建立健全塔机管理的各项规章制度，特别是塔机安全操作规程，司机、司索人员、指挥等人员的持证上岗制度，塔机维护保养制度，交接班制度和安全教育制度等。要做到塔机管理制度有章可循，有规可依。进一步加强安全责任制，使各项安全管理规章制度落在实处。如使用中严格按照塔吊机械操作规程和塔吊“十不准、十不吊”进行操作，不得违章作业、野蛮操作，杜绝违章指挥。吊装前必须对每一件吊物进行重量估计，严禁盲目起吊，夜间作业要有足够的照明等
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五、安全生产责任制
1、公司、项目、班组应当建立安全生产责任制。施工现场检查项目部制定的安全生产责任制包括：项目负责人、工长（施工员）、班组长等生产指挥系统及生产、技术、机械、器材、后勤等有关部门，是否都按其职责分工，确定了安全责任，并有文字说明。
2、项目部内各级、各部门对安全生产责任制应规定检查和考核办法，并按规定期限进行考核，对考核结果及说明情况应有记录。
3、项目独立承包的工程在签订承包合同中必须有安全生产工作的具体指标和要求。工地由多个单位施工时，总分包单位在签订分包合同的同时要签订安全生产合同（协议），签订合同前要检查分包单位的营业执照、企业资质证、安全资格证等，分包队伍的资质应与工程要求相符，在安全合同中应明确总分包单位各自的安全职责，原则上实行总承包的由总承包单位负责，分包单位向总包单位负责，服从总包单位对施工现场的安全管理。分包单位在其分包范围内建立施工现场安全生产管理制度，并组织实施。
4、项目的主要工作应有相应的安全技术操作规程，电工、焊工、起重工、登高架设、机动车辆、起重司索、信号指挥等作为特种作业应有相应的操作规程，应将安全技术操作规程列为日常安全活动和安全教育的主要内容，并应悬挂在操作岗位前。
5、施工现场应配备专（兼）职安全人员
6、对工地管理人员的责任制考核工作，可以进行口试或简单笔试。
（二）目标管理
1、施工现场对安全工作应制定工作目标。安全管理目标主要包括： ①伤亡事故控制目标；杜绝死亡、避免重伤，一般事故应有控制指标。②安全达标目标：根据工程特点，按部位制定安全达标的具体目标。
③文明施工实现目标：根据作业条件的要求，制定文明施工的具体方案和实现文明工地的目标。
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2、对制定的安全管理目标，根据安全责任目标的要求，按专业管理将点目标分解到人。
3、对分解的责任目标及责任人的执法情况与经济挂勾，每月有考核结果并记录。
（三）施工方案
1、在编制施工方案时，应当根据工程特点制定相应的安全技术措施。安全技术措施要针对工程特点、施工工艺、作业条件以及队伍素质等，按施工部位列出施工的危险点，对照各危险点制定具体的防护措施和安全作业注意事项，并对各种防护设施的用料计划一并纳入施工组织设计，安全技术措施必须经上级主管领导审批，并经专业部门会签。
2、对专业性强、危险性大的工程项目，施工用电，起重吊装作业、塔吊、及其他垂直运输设备的安装与拆除及基础和附着的设计，应当编制专项安全施工组织设计，并采取相应的安全技术措施，保证施工安全。安全技术措施的制定必须结合工程特点和现场实际。
（四）安全技术交底
1、安全技术交底工作在正式作业前进行，不但口头讲解，同时应有书面文字材料，并履行签字手续，施工负责人、生产班组、现场安全员三方各留一份。
2、安全技术交底要包括两方面的内容，一是在施工方案的基础上进行的，按照施工方案的要求，对施工方案进行细化和补充；二是要将操作者的安全注意事项讲明，保证操作者的人身安全。
3、安全技术交底工作，是施工负责人向施工作业人员进行职责落实的法律要求，要严肃认真的进行，不能流于形式。五）安全检查
1、施工现场应建立定期的安全检查制度，并有文字材料具体规定。
2、安全检查时，应由施工负责人组织有关专业人员和部门负责人共同进行。施工生产指挥人员每天在工地指挥生产的同时，检查和解决的安全问题，不能替代正式的安全检查工作。
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3、安全检查应按照有关规范、标准进行，并对照安全技术措施提出的具体要求检查。凡不符合规定的和存在隐患的问题，均应进行登记、定人、定时间、定措施解决，并对实际整改情况进行登记。
4、对有关上级来工地检查中下达的隐患整改指令书所列项目，是否如期整改和整改情况应一并进行登记。
（六）安全教育
1、对安全教育工作应建立定期的安全教育制度并认真执行，有专人负责监督。
2、新入厂工人必须经公司、项目、班组三级安全教育。三级教育的内容、时间及考核结果要有记录。
公司教育内容：国家和地方有关安全生产的方针、政策、法规、标准、规范、规程和企业的安全规章制度等。
项目部教育内容，工地安全制度、施工现场环境，工程施工特点及可能存在的不安全因素等。
班组教育内容，本工程的操作规程，事故案例剖析、劳动纪律。
3、工人变换工种，应先进行操作技能及安全操作知识的培训，考核合格后，方可上岗操作。进行教育和考核应有记录资料。
4、对施工现场安全管理人员（专、兼职）进行抽查了解具体管理情况，并抽查人员安全操作规程的掌握情况。
（七）班前安全活动
1、班前安全活动是行之有效的措施应形成制度。按照规定坚持执行。
2、班前安全活动应针对各班组专业特点和作业条件进行，每次应记录活动内容。应有人负责抽查、指导、管理。
（八）特种作业持证上岗
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1、按照规定特种作业工种包括：、起重工、司索工、信号指挥工、电工、焊工等十七个工种，应按照规定参加培训进行考核合格后持证上岗，当证件过期时视为无证上岗。
2、特种作业人员应进行登记造册，并记录合格证号码，年限，有专人管理、监督。
（九）工伤事故处理
1、施工现场凡发生轻伤、重伤、死亡事故均应进行登记，并按国家规定逐级上报。
2、发生的各类事故均应组织调查和配合上级调查组进行工作。
3、按规定建立符合要求的工伤事故档案，没有发生伤亡事故的，也应上报月报表。
（十）安全标志
1、施工现场应针对作业条件悬挂符合GB2894－1996《安全标志》的安全色标，并应绘制施工现场安全标志布置图。
2、安全标志应有专人管理，作业条件变化或损坏时，应及时更换，并应针对部件标挂。
六．事故的应急措施
1、可能发生事故的确定和影响：
（1）塔吊在使用过程中可能出现的事故有倒塌、倾覆，吊装设备、构件、材料坠落伤人，人体高空坠落，高空坠物伤人，电击伤人、高压线撞击、建筑物撞击等。
（2）出现事故对周边环境的影响；因塔吊使用高度和吊臂长度较大，如出现倾覆或高空坠物事故，极有可能影响周边建筑物、输电线路、一般或危险库场（如易燃、易爆或化学有毒品仓）、公共场所，繁华街市、各类禁区等。如有上述环境，应详细叙述并注明事故发生后可能造成的危害及隐患和成立应急救援组。
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组 长：李建军 电话：*** 副组长：黄志来 电话：*** 组 员：陈昌文、罗中文、冼卓澄、陈昌军 火警：119 医院救护：120 报警电话：110
2、应急程序：
重大事故→首先发现者大声呼救，切断电源，同时用手机或对讲机立即报告工地负责人→条件许可紧急施救→报告联络有关人员（紧急时立刻报警，打求助电话）→成立指挥部（组）→必要时向社会发出救援请求→实施应急救援，上报有关部门、保护事故现场→善后处理。
一般伤害事故→首先发现者大声呼救，切断电源→条件许可紧急施救→报告联系有关人员→实施紧急救援、保护事故现场等→事故调查处理。
3、事故的应急处置：
1）倾覆倒塌：当事故发生后或发现事故预兆时，发现者立即用对讲机向有关人员汇报或报警，切断相关电源；按照应急程序处理，指挥部门迅速成立；有关人员迅速与医院联系要求派遣医生到工地和联系120急救中心；迅速判断事故的发展状态和现场情况，采取正确的方法施救。在救护过程中要注意二次倒塌伤人，必要时要对危险的地方采取一定的措施；急救人员按照有关救护知识救护伤员，在等待医生救治或送往医院抢救过程中，不要停止和放弃施救，是否死亡应由医生来判断；现场不具备抢救条件时，立即向社会求救；分析事故发生原因和塌机影响范围，迅速组织疏散无关人员撤离现场，并组织治安人员建立警戒，不让无关人员进入事故影响范围，同时疏通救护车通道；发现事故预兆后，应急救援技术组应根据情况迅速制定抢险措施，并以最快速度实施抢救，密切注意周边环境，是否有输电线路，繁华街市，危险品或化学品仓。如一旦有事故发生，判断对其影响的危险程度，并通知相关人员做好防范措施。必然要时报警
110、报消防电话119或市应急救援指挥部。及时疏散无关人员并作警戒，预防事故进一步扩大；当110、119、120等专业人员到达后，指挥部应指派人员汇报当前事故状态和已采取的措施，协助专业人员实施救援并听从他们的指挥。
2）塔吊构件摔落伤人：发现者大声呼救，并根据情况可采取正确方法施救，如给伤者及时止血，向有关人员报告或报警；按照应急程序处置，指挥部门迅速佛山市荣建起重设备有限公司 9
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成立；迅速解救伤员。因此类伤害多有骨折现象发生，因此在施救过程中要特别防止给伤员造成二次伤害。
3）吊装设备构件材料坠落伤人或挤压碰撞：发现者大声呼救，并根据情况可采取正确方法施救，如给伤者及时止血，向有关人员报告或报警；按照应急程序处置，指挥部门迅速成立；迅速解救伤员。因此类伤害多有骨折现象发生，因此在施救过程中要特别防止给伤员造成二次伤害。
4）高空坠物：发现者大声呼救，并根据情况可采取正确方法施救，如给伤者及时止血，向有关人员报告或报警；按照应急程序处置，指挥部门迅速成立；迅速解救伤员。因此类伤害多有骨折现象发生，因此在施救过程中要特别防止给伤员造成二次伤害。
5）触电伤人：最早发现者大声呼救，并根据情况可采取正确方法施救，使触电者迅速脱离电源。方法：条件许可应首先切断电源开关；用干燥的绝缘木、布绑带等将电源线从触电者身上拨离，或将触电者拨离电源。按应急程序处置，指挥部门迅速成立；触电者脱离电源后要立即采取急救措施。如是一时昏迷，但未失去知觉，让伤员在空气清新、流通的地面静卧休息；如已停止呼吸、心脏停止跳动，或虽有呼吸但比较困难，应立即采用人工呼吸和心脏按摩进行抢救；有关人员迅速与容桂医院联系或报120急救中心；急救人员按照救护常识救护伤员，在等待医生救治或送往医院过程中，不要放弃和停止施救，是否死亡应由医生判断。
4、对周边环境影响的救援措施：
1）触碰高压线路：当事故发生后或发现事故预兆时，发现者立即用对讲机向有关人员汇报或报警，如有可能切断相关电源；按照应急程序处置，指挥部门迅速成立；有关人员迅速与容桂门诊部联系要求派遣医生到工地和联系列120急救中心；迅速判断事故的发展状态和现场情况，采取正确的方法施救。在救护过程中要注意地面跨步是否压电击伤人，必要时要先对危险的地方采取一定的措施；指挥部迅速派出工地电工联系供电部门，切断该区高压线路电源，以免进一步扩大事故。在未能确认电源被断开前，由电工指挥治安保卫人员在以高压线落地点为中心，半径20米范围内设置警戒区域，任何人不得进入。
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射频识别防碰撞技术改进 篇3
随着物联网技术的不断发展, 物与物之间的联系日益紧密且趋于智能, 非生命体之间进行沟通与交流的语言——RFID (射频识别技术) 的不断完善与改进, 是推动物联网发展的关键因素。RFID系统是由三部分组成:电子标签 (Tag) 、阅读器 (Reader) 、天线。现实生活中往往会有多个同类标签处于同一阅读器的作用范围内, 这些电信号彼此之间会产生干扰, 发生碰撞, 从而造成阅读器无法准确识别标签。这就是所谓的标签冲突。为了解决该问题, 防碰撞技术便应运而生。
传统解决碰撞的方法有:空分多址 (S D M A) 、频分多址 (FDMA) 、码分多址 (CDMA) 、时分多址 (TDMA) [1,2]。时分多址算法是射频识别防碰撞的常用方法。基于TDMA的防碰撞方法主要有两种:二进制数算法和ALOH A算法。ALOH A算法便于应用, 但ALOHA算法随着标签数目的增多, 性能会缩水[2]。二进制数算法法有更好的识别准确度, 但目前该算法在识别过程中更耗时, 需进一步改进[3]。
2 改进的二进制算法流程
每个标签出厂时内部安置奇偶标识器A, A只能表示“0”或“1”。当A=0, 该标签编码所含“1”的个数是偶数;当A=1, 表示该标签编码所含“1”的个数是奇数。设置A的目的为了将标签划分为两个子集。
(1) 阅读器发送REQUEST (1111·····1111) , 所有编码值小于等于 (1111····1111) 的标签对其产生响应, 将自己的编码发送出去。
(2) 阅读器接收到的信号进行译码, 根据处理结果判断是否有碰撞, 如果没有碰撞, 阅读器发送SELECT和READ-DATE指令, 对标签进行读写操作后, 阅读器发出UNSELECT命令, 该标签进入休眠状态。如果判断出有碰撞, 则跳到3步骤。
(3) 如果是一个比特位碰撞, 则通过标签中的奇偶标识器A的值可直接识别出两个标签, 直接识别出两个标签。如果是二个比特位碰撞, 则跳到4步骤;如果是三个或三个以上比特位发生碰撞时, 则转到6步骤。
(4) 阅读器发送REQUEST (0) , 如果锁位后的新编码最高位是“0”, 则根据该标签奇偶标识器A的值, 可直接确定该标签编码。
(5) 阅读器发送REQUEST (1) , 如果锁位后的新编码最高位是“1”, 则根据该标签奇偶标识器A的值, 可直接确定该标签的编码。
(6) 阅读器确定发生碰撞是在哪几个比特位上, 将发生碰撞的比特位设置为“1”, 将没发生碰撞的比特位设置为“0”, 然后阅读器发送REQUEST (EPC, 00) , 标签在接到此命令后会与自己的编码进行比对, 进行锁位处理, 如果新编码中最高位和次高位为“00”的标签不存在, 则转到7步骤。如果存在则对阅读器做出响应, 将自己锁位编码剩下的几位发给阅读器。阅读器进行译码, 判断是否有碰撞, 如果没有碰撞, 阅读器直接识别该标签。如果有碰撞且是一个比特位, 则通过标签中的奇偶标识器A的值可直接识别出应答标签。如果是二个比特位发生碰撞, 则转到4步骤。如果是三个或三个以上比特位发生碰撞, 则转到6步骤。直到把锁定的比特位中最高位和次高位为“00”这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后, 转到7步骤。如果所有标签都被识别, 则转到10步骤。
(7) 阅读器发送REQUEST (EPC, 01) , 标签在接到此命令后会与自己的编码进行比对, 进行锁位处理, 如果新编码中最高位和次高位为“01”的标签不存在, 则转到8步骤。如果存在则对阅读器做出响应, 将自己锁位编码剩下的几位发给阅读器。阅读器进行译码, 判断是否有碰撞, 如果没有碰撞, 阅读器直接识别该标签。如果有碰撞且是一个比特位, 则通过标签中的奇偶标识器A的值可直接识别出应答标签。如果是二个比特位发生碰撞, 则转到4步骤。如果是三个或三个以上比特位发生碰撞, 则转到6步骤。直到把锁定的比特位中最高位和次高位为“00”这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后, 转到8步骤。如果所有标签都被识别, 则转到10步骤。
(8) 阅读器发送REQUEST (EPC, 10) , 标签在接到此命令后会与自己的编码进行比对, 进行锁位处理, 如果新编码中最高位和次高位为“01”的标签不存在, 则转到9步骤。如果存在则对阅读器做出响应, 将自己锁位编码剩下的几位发给阅读器。阅读器进行译码, 判断是否有碰撞, 如果没有碰撞, 阅读器直接识别该标签。如果有碰撞且是一个比特位, 则通过标签中的奇偶标识器A的值可直接识别出应答标签。如果是二个比特位发生碰撞, 则转到4步骤。如果是三个或三个以上比特位发生碰撞, 则转到6步骤。直到把锁定的比特位中最高位和次高位为“00”这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后, 转到9步骤。如果所有标签都被识别, 则转到10步骤。
(9) 阅读器发送REQUEST (EPC, 11) , 标签在接到此命令之后会与自己的编码进行比较, 进行锁位处理, 新编码中最高位和次高位为“11”的标签对阅读器做出响应, 将剩下的锁位编码发送给阅读器。阅读器进行译码, 如果没有碰撞发生, 阅读器直接识别该标签。如果有碰撞产生且是一个比特位, 则通过标签中的奇偶标识器A的值可直接识别出应答的两个标签。如果是二个比特位发生碰撞, 则转到4步骤;如果是三个或三个以上比特位发生碰撞, 则转到6步骤。直到把锁定的比特位中最高位和次高位为“11”这个分支内产生碰撞的所有标签识别完, 转到10步骤。
(10) 所有标签编码都被阅读器识别并确定。 (具体流程见图1)
3 结语
改进后的算法理论上会比原始算法搜索次数减少, 并且携带的信息量也更少, 因而消耗的能量也更少。
摘要：全文在传统射频识别二进制防碰撞算法基础上进行了改进, 并描述了算法的流程。
关键词：射频识别,二进制算法,防碰撞算法
参考文献
[1]余松森, 詹宜巨, 彭卫东.基于返回式索引的二进制树形搜索反碰撞算法及其实现叽计算机工程与应用, 2004, 40 (16) :26--28.
[2]姜丽芬, 卢桂章, 辛运帷.射频识别系统中的防碰撞算法研究田.计算机工程与应用, 2007, 43 (15) :29—32.
防碰撞措施 篇4
工程名称：
柳州市职业教育集中办学区规划与建筑设计（中部共享区及文化景观长廊）体育公园（人防地下室）工程
设备型号： QTZ80(TC5610-6)
设备编号： 0201A872
编 制 人： 陆笔锋
审 核 人：
审 批 人：
广西建工集团第四建筑工程有限责任公司
2017 年 2 月 28 日
塔式起重机安全使用管理与防碰撞措施
工程名称：柳州市职业教育集中办学区规划与建筑设计（中部共享区及文化景观长廊）体育公园（人防地下室）工程。
工程地址：位于柳州市职业教育集中办学区内的中部共享区，为框架结构。
监理单位：上海同济工程项目管理咨询有限公司； 施工单位：广西建工集团第四建筑工程有限责任公司。
为满足本工程建材起重需要，计划在拟建旁安装一台由长沙中联重工科技发展股份有限公司生产的塔式起重机。为确保施工期间塔吊的合理使用、安全作业。同时也为了防范该设备发生安全生产事故，特制定本安全使用管理与防碰撞措施。
一、组织管理
1.为了确保施工期间塔吊的合理使用、安全作业。发挥塔机的最大功效。满足施工进度要求，加强塔吊作业的管理、调控,拟成立柳州市职业教育集中办学区规划与建筑设计（中部共享区及文化景观长廊）体育公园（人防地下室）工程项目部作业领导小组，全面负责施工现场塔吊作业的指挥与协调。
组 长： 联系电话：
副组长： 联系电话：
成 员： 2.分工协作，各负其责，领导小组负责对现场塔吊的指挥、协调。塔吊租赁单位负责对塔吊的日常管理、故障排除、紧急抢修、日常维护等工作，并按要求及时完成塔吊的锚固顶升工作。对机组人员进行技术交底和日常管理，组织塔吊的进场安装和拆除退场工作，机长/工长负责本塔机的日常使用。加强使用中的管理、控制，并将有关信息及时提供给领导小组，使于即使作出调整。
3.塔吊作业领导小组，定期召开关于塔吊使用的协调会，根据现场的实际情况，对不同时期、不同阶段、不同工作内容，对塔吊的使用进行有效协调，尽量发挥塔吊的最大效能。
4.每周举行协调会，协调小组组长主持。对一周的现场进度，工作内容、工作范围以及工作阶段进行统一调配，并形成书面调度表发往各单位。现场调度员根据调度表进行安排工作。
5.制定塔吊作业综合管理规定作为塔吊作业的规章制度、作业原则和责任划分的依据，并对不同特殊阶段，制订相应的规章制度达到全过程的有效控制。
6.加强人员管理，选择有丰富工作经验和较强责任心的塔吊操作人员、信号指挥工、起重工。
7.作业人员退场前对全部操作、指挥人员进行筛选，留有责任心强、技术熟练、现场配合服务意识好、塔吊作业经验丰富的员工，对操作、指挥人员重新搭配，行成主体施工阶段塔吊作业班组。
8.旁站观察人员仅在预见危险时对塔吊喊停，塔吊运行及指挥由地面人员进行管理，旁站人员无权指挥。
9.塔吊分包方指派专职管理人员常驻现场，负责塔吊的日常管理工作。重点是员工安全教育培训，安全技术交底，劳动纪律管理，塔吊维护保养以及人员调配管理等方面。
10.塔吊管理人员必须掌握塔吊施工的不同阶段以及各阶段的特点，并对塔吊司机，信号工，起重工以及旁站观察人员定期进行有针对性的安全技术交底，督促严格执行。
11.技术交底内容应包括：施工作业内容以及塔吊时段安排，作业时周边作业环境，指挥人员的站位以及注意事项，机械设备性能，应急措施，吊物的捆绑，天气状况等方面内容。
12.现场协调员对塔吊作业进行协调，区分作业面。
13.对于夜间施工，除保证现场照明外，同时在塔吊起重臂上沿平衡臂下沿采用霓虹灯进行环绕，在塔吊的吊钩上涂染荧光漆，以示警戒。
14.恶劣气候条件施工：
（1）作业时遇到恶劣气候如大雨、大雾和施工作业面有六级（含六级）以上的强风影响安全施工作业时应暂停塔吊工作
（2）操作人员在施工中应经常天气变化，施工中突遇大风应立即停止作业，应打开旋转刹车，让大臂随风摆动自由旋转。
（3）时刻注意天气预报，提前做好防范恶劣天气条件工作。（4）作业人员在下班后或塔吊处于空闲状态时应将塔吊放至于防风状态。
15.塔吊口令、指挥流程
（1）吊钩的上下：在塔吊作业中，当吊臂的方位及吊钩已调整到吊物中心的上方后即可指挥吊钩下落进行吊装作业，吊钩下落的速度也应由快到慢、减速直至停止。
指挥人员对吊物的捆绑负责，在挂好吊物捆绑吊索后，起钩前指挥人员要仔细检查所用的吊索吊具是否符合安全吊装的规范要求，吊物捆绑是否牢固、吊点是否正确、吊物上是否有浮置物并注意自己所站的位置是否安全、提醒其他吊装人员要站在安全的位置，检查无误后在将使用单位、吊物名称、准备吊往何处等信息通知司机及另一指挥人员并通知司机准备起钩，另需注意的是指挥人员应根据吊物的重量以及吊臂的受力挠度特性调整好吊钩到吊物中心之间的距离，在收到司机已做好起钩准备的示意后可进行起钩操作。在吊物起离地面50公分后停止动作，检查有无滑钩现象及吊索、吊具、连接点受力情况，在检查无误后方可再起钩，并且不得使用高速起钩。
（2）塔机的旋转：在塔机作业中指挥人员发出的旋转方向指挥口令都必须以司机正常操作时的左右方向为准，并且在指挥塔机旋转的过程中要密切大臂、平衡臂及吊钩吊物的周遍情况，在确认无碰撞危险及吊钩越过障碍物后方可指挥塔机旋转，在旋转半径大的情况下，动作时应先将刹车打开，动作由慢到快，逐渐加速、减速直至到位后停止，然后锁住刹车。
（3）指挥人员口令必须清晰、简洁。
（4）操作和指挥人员的岗位相对固定，无特殊原因不轻易换岗。（5）每班操作和指挥人员的搭配相对固定，形成固定搭档，便于加强相互之间的交流沟通。
（6）操作和指挥人员必须高度关注，注意力集中。
二、具体防碰撞措施
（一）塔吊与施工升降机及现场周边建筑及设施的防碰撞措施 在实际施工中，要密切关注现场以外的情况，塔吊初次顶升要超过塔吊幅度范围以内的建筑物、施工升降机等实体结构2m以上。附近电力及通讯设施应设置防护，注意避让，尤其是高压输电设备，必须按照规定保持在一定距离以上。在周边建筑物及施工升降机等有可能发生与塔吊碰撞的实体做好醒目的警示标识。
（二）多台塔机运行的防碰撞措施
1、使用单位应合理安排工程进度，保证回转范围发生干涉的塔机在顶升加节时保持足够的高度差。应按“就快不就慢”的原则，根据工程进度统一确定塔机顶升高度和到位时间。各塔机必须按正确的高度、时间如期完成顶升，不得提前或延时。
2多机同时作业的运行原则：
a)低塔让高塔：塔身高度较低的塔机，在转臂前应观察塔身高度较高的塔机的运行情况后再运行。
b)后塔让先塔：在两塔机塔臂交叉区域内运行时，后进入该区域的塔机要避让先进入该区域的塔机。
c)动塔让静塔：在两塔机塔臂交叉遇有运行时，在一塔机无回转、变幅等动作时，另一进行回转或变幅的塔机应对其进行避让。
d)轻车让重车：在两塔机同时运行时，无载荷塔机应避让有载荷塔机。
e)客塔让主塔：以不同单位实际工作区域划分塔机工作区域时，若塔机塔臂进入非本单位工作区域时，客区域的塔机要让主区域的塔机。
f)在前者优先：执行上列原则，当出现多项时，按排列顺序在前者优先。
3多机同时作业安全措施
a)塔机长时间暂停工作时，吊钩应起到最高处，小车拉到最近点并卸去吊钩上的吊索，大臂按顺风向停置且挂空档。
b)塔机与信号指挥人员必须配备对讲机，对讲机经统一确定频率后必须锁频，使用人员无权调动频率，且要做到专机专用。
c)信号指挥人员应与塔机组相对固定，无特殊原因不得随意更换指挥人员：指挥人员未经主管和负责人同意，不得私自换岗。
d)在塔机运行过程中，禁止任何人员在未通知现场管理人员及塔吊指挥人员的情况下不得随意断电。
e)指挥过程中严格执行信号指挥人员与塔机司机的应答制度，即：信号指挥人员发出动作指令时，先呼叫被指挥塔机的编号，待塔机司机应答后，信号指挥人员方可发出塔机动作指令。
f)信号指挥人员必须时刻目视塔机吊钩与被吊物。塔机转臂过程中，信号指挥人员还须环顾周围相邻塔机的工作状态，并发出安全指示语言。安全指示语言必须明确、简短、完整清晰。
g)塔机操作人员、指挥人员必须经过相关部门的教育培训并考核合格后方可进行塔机作业。
三、塔吊运行控制
1、司机在操作时必须专心操作，作业中不得离司机室，起重机运转时，司机不得离开操作位置。
2、司机要严格遵守换班制度，不得疲劳作业，连续作业不许超过8小时，司机室的玻璃应平整、清洁、不得影响司机的视线。
3、回转速度要慢，不得快速回转。
4、下班后塔机禁止在钓钩上挂钢索及吊具。操作后吊臂应转到顺风方向，并放松回转制动器，并且将吊钩起升到最高点，吊钩上严禁吊挂重物。
5、塔机操作人员、信号指挥人员相对固定，无特殊原因不得随意更换，指挥人员未经主管负责人同意，不得私自换岗，换班必须当面交接，对新进场的相关人员进行针对性的安全教育、技术交底。
6、塔机与信号指挥人员必须配备对讲机，避免因使用哨音造成指挥信号混乱和对周围群众的噪音干扰，每台塔机有其专用的频道，未经许可不得随意更换，确保指挥信号的可靠和准确。对讲机配置原则如下：
1）塔吊所使用对讲机频道应采用技术手段锁定，现场其他工作用对讲机严禁进入塔吊频道，避免塔机误动作。
2）对讲机频道号与塔吊自身编号一致，并在对讲机上做出醒目的编号标识。
3）现场设专职协调员一名，所使用对讲机能对所有塔机操作人员发出指令，以便现场协调和紧急情况下发出指令。4）操作室对讲机应长期处于充电状态，指挥人员对讲机应在下班后立即对对讲机进行充电，以保持工作中协调指挥通畅。
7、加强现场动态管理，发现违章、违规行为及时予以制止和纠正。
8、加强塔机的顶升管理。塔机租赁单位严格按领导小组的总体部署，按时按要求完成塔机的锚固顶升工作；派专人进行现场安全监督，确保顶升过程的安全，并不受相邻塔机的干扰。
四、塔吊施工安全措施与使用操作
1、司机人员需经医疗部门检查，必须身体合格方准做司机。患有色盲、矫正视力低于1.0，听觉障碍，心脏病、贫血、美尼尔症、癫痫、眩晕、突发性昏厥、断指等妨碍起重作业其它疾病者，不得当司机。
2、驾驶员必须严格遵守操作规程，经专业培训考核合格取得有效操作证后才能上岗。认真做好机械的日常维护保养，确保各安全监测及报警装置灵敏有效。
3、驾驶员必须认真填写机械运转记录，在操作塔机起重时，如突然发生机械故障时应立即停机排除或进行补救，并及时报告上级有关部门。
4、塔吊工、指挥人员在作业前，必须对工作现场周围环境、行驶道路、架空电线、建筑物及构件重量和分布等情况进行全面了解。在作业前要认真做好检查工作，确认各部分正常后方能作业。驾驶员应以充足精力进入岗位，严禁酒后操作。操作塔机时现场应有专职人员指挥，起吊重物时应绑扎平稳牢固。
5、吊钩上升接近臂杆顶部，小车行至端点或起重机行走接近轨道端部时，应降速缓行至停止位置。吊钩距臂杆端部不得小于1m。
6、吊起重物后，严禁自由下降，下降过程应避免制动。重物就位时，可用制动器使之缓慢下降。司机在进行起重机回转、变幅、行走和吊钩升降等动作前，应鸣声示警。
7、司机和指挥人员必须密切配合，指挥人员必须熟悉所指挥塔机的性能。同样应严格按照指挥人员的信号，如信号不清或错误时，司机可拒绝执行。操作司机与地下方指挥人员应熟悉塔式起重机吊运指挥信号。同时，应具备完整、良好的通讯设备，方便作业联系。作业时重物下方不得有人停留或通过。严禁用起重机吊运人员。
8、必须按规定的起重机性能作业，不得超负荷或起吊不明重量的物体。严禁斜拉、斜吊和起吊地下埋设或凝结在地面上的重物，现场浇注混凝土构件或模板，必须全部松动后方可起吊。吊运散件时应采用铁制料斗，料斗内装物高度不得超过料斗上口边。
9、在起吊满负荷或接近满负荷时，应先将重物吊起离地面20—50cm停机检查；起重机的稳定性，制动器的可靠性，重物的平稳性绑扎的牢固性。确认无误后方可再上升。对于有可能晃动的重物，必须拴拉绳。吊运有棱角的物件时，应做好防护措施。
10、提升和降落速度要均匀。严禁忽快忽慢和突然制动。左右回转动作要平稳。当回转未停稳前不得作反向动作。非重力下降式起重机，严禁带载自由下降。
11、不得靠近架空输电线作业，如限于现场条件，必须在线路旁作业时，应采取安全措施。
12、遇有六级以上大风或大雨、大雾等恶劣天气时，应停止作业。
13、作业中如遇到暴风骤起，应立即停止作业，将塔吊转至防风状态，如驾驶员必须离开驾驶室时，必须切断电源。
14、作业完毕后，应将塔吊转至防风状态，并切断电源。10）单根钢丝绳不吊。
五、设备日常检查及维修保养
1、设备租赁单位应在现场配置专职管理人员和专职安全员，负责设备运行管理工作。
2、设备租赁单位应在现场配置专职电工以及其他维修保养人员，以保证设备正常运行。
3、设备租赁单位应根据项目设备管理相关规定，每天对设备运行状况进行巡视，督促作业人员填写交接班记录和维修保养记录。同时组织人员按设备使用说明书对设备进行例行保养。每月向总包方提交相关记录。
4、设备租赁单位应每周对设备进行一次全面检查，检查结果以书面形式报项目安全部备案。
5、项目安全部以及设备管理部门每月组织一次设备大检查，消除安全隐患，确保设备不带病运行。
6、对于易损件、主要电气元件以及关键部件，租赁单位应在施工现场备有配件，以保证现场生产。
六、塔吊作业安全运行奖罚
1、安全责任状
项目部与塔吊安全运行责任人签订责任状，以确保管理责任及防范措施落实到人。
2、事故处理
RFID多标签防碰撞算法研究 篇5
1 ALOHA算法
1.1 纯ALOHA算法
纯ALOHA算法是最简单的随机防碰撞算法。纯ALOHA算法中标签随机的选择一个时间点发送数据。如果该标签不被识别, 即有碰撞发生, 那么该标签就会随机退避一段时间, 独立地再次选择一时间点重新发送数据, 直至成功。如图1是纯ALOHA算法的模型。
纯ALOHA算法存在的问题是:如果退避区间太大, 识别标签所需要的时间会很长;如果退避区间很小, 会导致碰撞的次数增加, 需要退避的次数就多, 这样不但识别效率很低, 而且识别时间也没有改善。纯ALOHA算法简单易行, 但只能获得18.4%的吞吐率[1]。
1.2 时隙ALOHA算法
在纯ALOHA算法的基础上, 人们引入时隙ALOHA算法。时隙ALOHA算法是把时间看成一个个连续片段, 每一个片段称为一个时隙。一般一个时隙长度等于或稍大于电子标签和阅读器的数据交换时间。该算法中电子标签只能在时隙的开始时刻发送数据, 这样或成功发送或完全碰撞, 避免了纯ALOHA算法的部分碰撞, 使碰撞周期减半, 因此系统吞吐率比纯ALOHA提高了一倍[1]。如图2是帧时隙ALOHA算法的模型。
时隙ALOHA算法存在的问题是:每一个电子标签征用每一个时隙的几率是相等的, 无论其在上一个时隙中是否被识别。即:上一时隙已经被成功识别的标签在下一个时隙被识别的几率和上一时隙未被识别的标签是相等的, 这样就可能导致上一时隙已经被成功识别过的标签在下一时隙又被识别, 而上一时隙未被识别的标签仍然不能被识别。这样, 标签识别效率就比较低。
1.3 帧时隙ALOHA算法
针对时隙ALOHA算法中的问题, 人们又引入了帧时隙ALOIHA算法。帧是指包含若干个时隙的时间段。主要思想是对阅读器引入时隙计数器和去活命令, 对电子标签引入一个随机数产生器。
假设每帧包含的时隙数L, 阅读器的时隙计数器从1～L计数。电子标签的随机数产生器, 用来产生1～L之间的一个随机数。阅读器的时隙计数器初始值是1, 且每经过一个时隙长度时隙数自动加1。识别过程开始时阅读器向其覆盖范围内所有电子标签发送一个包含时隙数L的命令, 电子标签的随机数生成器生成一个1～L之间的随机数, 当该随机数与阅读器的时隙计数器计数值相同时, 电子标签向阅读器发送数据。标签被成功识别后, 阅读器向其发送去活命令, 使之退出识别系统直至当前帧结束。在一帧完成后, 阅读器开始时隙数仍为L的新帧。
但是帧时隙ALOHA算法中如果总时隙数L远小于标签数目N, 极有可能导致总有多于一个标签选同一时隙导致碰撞。如果隙数L远大于标签数目就造成了时隙的浪费。因此, 又引入了动态帧时隙ALOHA算法。
1.4 动态帧时隙ALOHA算法
动态帧时隙ALOHA算法根据正确识别标签的时隙数和产生碰撞的时隙数来确定下一帧包含的时隙数, 当电子标签数大于时隙数而造成过多碰撞时就增加下一帧的长度, 反之则减小下一帧的长度, 只有使时隙数与标签数量相当才能达到最佳吞吐率。但是, 当标签数量远大于每帧的时隙数时, 受硬件条件限制, 帧长度增大有限 (Lmax=256) [3], 电子标签碰撞率就会增大, 识别电子标签的时间会急剧增加, 系统的识别效率急剧降低。
1.5 动态帧时隙ALOHA算法的改进算法分析
针对动态帧时隙ALOHA算法中帧长度最大值受限的问题, 很多学者都提出了改进的动态帧时隙ALOHA算法, 其中最典型的一种改进思想是分组[3]。
基于分组的动态帧时隙ALOHA算法实际上是借用了确定性防碰撞算法的思想, 即当标签数大于时隙允许最大值时, 使一部分标签处于非响应状态不参与信道竞争, 处于响应状态的标签被正确识别后阅读器向其发送去活命令, 即使其处于非响应状态不参与信道竞争直至所有的标签都被正确识别。
基于分组的动态帧时隙ALOHA算法描述: (1) 在动态帧时隙ALOHA算法的基础上估算出阅读器范围内标签个数N, 如果N>256阅读器向标签发送分组命令, 把标签分为待命组和休眠组, 每组标签数为256。 (2) 待命组标签数参与识别过程, 其余标签分到休眠组暂时不参与识别过程。 (3) 当前帧结束后, 待命组的标签自动休眠, 休眠组的标签按顺序自动把状态变为待命状态。 (4) 重复 (2) 、 (3) 直至所有组的标签都被识别, 返回 (1) 。
基于分组的动态帧时隙ALOHA算法在每帧内都能减少冲突提高标签识别率。但是这个算法现在并不完美。存在的问题是: (1) 由于标签在识别过程中有2种可能的状态, 那么标签就必须有状态标志位, 而且分组数越多标志位就越长, 这就得增加标签携带信息量, 给硬件设计增加了难度。 (2) 由于标签需要响应阅读器命令在两种状态间转换, 这就增加了标签与阅读器交换数据的时间, 在标签高速运动的状态下漏读率会增加。 (3) 由于标签被分为2组或更多组, 阅读器在每帧时间内只能识别一组, 如果有一组的标签数量远小于256, 那么识别该组的帧内大部分时隙是空闲的, 这就造成了识别时间浪费。 (4) 由于所有标签分多组识别, 所以一个识别周期 (识别完所有标签的帧数和) 内标签总数是每个帧内标签数的和, 这给统计标签总数增加难度。
2 结语
基于分组的动态帧时隙ALOHA算法是当今非确定性算法的主流改进算法, 尽管改进方法各有差异, 但是主题思想都是本文分析的参照确定性算法的思想, 限制响应标签数量, 将响应标签数限制在识别效率最高的标签数目之内。但是正如本文分析, 这个改进思想还是存在一定缺陷, 这就要求我们在以后的研究过程中继续优化算法解决这些问题, 以快速、高效完成阅读器与电子标签的数据交换。
参考文献
[1]姜丽芬, 卢桂章, 辛运帷.射频识别系统中的防碰撞算法研究[J].计算机工程与应用, 2007, 43 (15) :29-32.
[2]崔欣, 李鹏.2008年全球RFID九大最具影响力事件[N].中国防伪报道, 2009, 2.
[3]尹君, 何怡刚, 李兵, 等.基于分组动态帧时隙的RFID防碰撞算法[J].计算机工程, 2009, 10, 35 (20) :268-269.
中药溯源物联网防碰撞技术研究 篇6
1中药溯源的概况
1.1中药溯源的发展现状
据成都市食品监督管理局了解,从2011年开始,成都市启动了中药材溯源工作,并成为成都市委、市政府民生工程。成都中药溯源工作在技术上已能实现中药种植、流通、饮片生产、 医院使用四环节全程贯通追溯。目前已销售的可溯源中药饮片已超过50万包、中药材3万多吨。目前,成都的21个中药品种,都可以通过自己的“身份证”让消费者一目了然。该“身份证”的产生是运用物联网传感技术,在市场流通的道地中药材贴上二维条码或RFID标签,记录种植、加工、检测乃至物流、配送等各个环节的详细信息等如实反映在监管平台的网站上,消费者通过手机、信息查询设备、互联网就能了解中药材产品的种养殖、加工、流通全过程。
1.2中药溯源过程中存在的问题
中药溯源在RFID射频识别系统数据通信的过程中,数据传输的完整性是保证整个识别系统数据通信性能的关键技术[4]。在中药溯源体系中,会存在一个以上的中药材电子标签同时处在阅读器的作用范围内,这样如果有两个或两个以上的标签同时发送数据,就会出现通信冲突,数据相互干扰;同样有时也有可能多个标签处在多个阅读器的工作范围之内,他们之间的数据通信也会引起数据干扰[5]。在记录种植、加工、检测乃至物流、配送等各个环节中,中药材的溯源数据会因此受到影响。
1.3中药溯源物联网防碰撞技术研究的必要性
中药溯源体系是通过网络平台对中药的种植、加工、流通、 使用等全过程进行质量监控。链接中药产业各质量控制环节中,数据通信的质量保证尤为重要。而中药溯源过程中的碰撞问题,会严重影响数据通信质量。基于此,提出对中药溯源物联网防碰撞技术研究,对于保障中药材和中药产品质量,提高市场竞争力将起到重要的作用。
2 RFID防碰撞与中药溯源结合的优势
RFID射频技术在物联网中药溯源通信冲突是长久以来存在的问题,RFID防碰撞技术的研究和应用,能够解决在多个标签读写时发生的碰撞,提高中药溯源电子标签数据的读写能力[6]。RFID的防碰撞算法主要有[7]:空分多路SDMA法,频分多路FDMA法,码分多路CDMA法和时分多路TDMA法。在原有的中药溯源体系中,引入射频识别系统设计出相应的防碰撞技术,可以解决中药在溯源过程中的数据读写碰撞问题。防碰撞机制的引入,使得中药的流通从形成来源可追溯、去向可查证、 责任可追究的追溯链条信息更具有权威性和可信度,进而破解中药材流通的难题。
3中药溯源物联网防碰撞研究方案
3.1防碰撞架构及说明
一个完整的中药溯源体系包括物联技术标准、数据管理平台、数据采集、数据管理(数据添加、修改、删除和读取)、数据发布五个部分[7]。本次研究主要针对数据采集和数据管理两个方面。中药材的流通环节复杂,在种植、加工、应用等过程中,环境差异大,中药数据在采集录入过程中的环境也不能达到统一。因此,为从源头解决中药在溯源过程中数据读写的碰撞问题,在种植环、生产加工企业、医院等各个部门,采用引入防碰撞机制的RFID系统进行数据的读写。
3.2应用方案
为了防止冲突的产生,射频识别系统中需要设置一定的相关命令,解决冲突问题,这些命令被称为防冲突命令或算法Canti-co Ilision algorithms)[8]。在本次研究中,对种植环、生产加工企业、医院等各个部门的RFID通信系统进行改善。
1)空分多路SDMA法应用方案[9]
在中药的种植环节中,采用空分多路SDMA法来解决碰撞问题。在种植环节中,将阅读器和天线的覆盖面积进行阵列排放,使得中药材在进行数据采集时,距离单独的阅读器范围减少。当药材标签经过这个阵列时会与最近的阅读器进行通信。而在相邻的阅读器区域内,由于每个天线的覆盖面积小, 不会干扰其他标签相互交换信息。这样许多标签在这个阵列中,由于空间分布可以同时被识别而不会相互影响。
在企业生产和医院流通中,可以将天线的方向直接对准某个药材标签标签。不同的药材标签可以根据它在阅读器作用范围内的角度位置区分开来。为了启动某一个标签,使定向天线扫描阅读器周围的空间,直至此标签被阅读器的“搜索波束” 检测到为止。
2)时分多路(TDMA)法应用方案[10]
在中药流通经过的各个部门中,对RFID系统采用时分多路法解决中药溯源数据读写的碰撞问题。所有中药材标签数据的读写通过阅读器进行控制和检测。通过一定的算法,在阅读器的作用范围内,从所有药材标签中选择其中一个标签,然后进行相互通信(如鉴别、读出和写入数据)。当要选择另外一个药材标签进行读写时,解除之前标签的通信关系。这样在某一时间内只能建立起单个标签占用信道通信,避免碰撞产生。
3)频分多路(FDMA)法应用方案
在中药流通过程中,对药材标签的能量供应以及控制信号的传输设置不同的传输频率,药材标签使用若干个供选用的应答频率来回应不同的阅读器,从而避免碰撞的发生。
4中药溯源物联网碰撞研究的创新点
1)本研究为提高流通主体的安全责任意识,强化防范措施,形成溯源追责机制,创造“放心药”民生工程渠道品牌提供保障
2)中药溯源物联网碰撞的研究应用到中药种养殖、生产、 流通、使用等各环节,为政府中药产业化提供分析、决策和定价依据,增强政府部门对问题药品的发现和处理能力,打击制售假冒伪劣中药行为,提高中药安全监管和公共服务水平。
3)为中药溯源发展提供新的内容和研究领域
本实现了中药材标准化与物联信息技术的对接,基于中药标准化和物联网技术的交叉,它不仅为中医药信息学丰富了学科内容,同时提供了一个新的研究方向。
4)建立和完善中药种植(养殖)、研究开发、生产、销售的标准和规范
中药溯源涉及多个复杂的环节,该项研究的成功将使中药溯源的质量保障体系环节连接起来,形成整体的合力,具备更好的操作性。同时溯源系统也将成为道地药材质量保障体系的重要组成部分,完善中药种植(养殖)、研究开发、生产、销售的标准和规范。
5结束语
防碰撞措施 篇7
射频识别(RFID)技术在自动识别系统中应用越来越广泛[1]。通常,RFID系统由一个读写器和一些标签组成,每个标签携带特有的识别序列号(ID)。当标签进入读写器的识别范围时,读写器可对其进行识别。然而,由于信道共享,当多于一个的标签同时传输其ID时,便产生碰撞[2]。
标签防碰撞算法则用以解决上述问题。目前大多通信系统采用时分复用的方法,使某一个标签在某个时隙单独占用信道与读写器进行通信[3]。具体来说可归纳为两类:一类是基于Aloha的算法,如动态时隙Aloha(DSA),分群时隙Aloha(GSA)等,由于具有一定的随机性,存在“tag starvation”的问题,又称为概率性算法;另一类是基于树的算法,如二叉树算法(BT),查询树算法(QT)等,由于不存在上述问题,又称为确定性算法[4]。
在很多RFID系统中,读写器可能会对某些一直存在于其识别范围内的标签进行重复识别,这种标签称为驻留标签。驻留标签数占总识别标签数的比率称为驻留率ps。Myung[5,6,7]提出的自适应二叉树分割算法(ABS)和自适应二叉树查询算法(AQS)即要解决驻留标签之间发生的碰撞问题。但这些算法没有解决驻留标签和迁入标签之间的碰撞。Yuan-Cheng Lai和Chih-Chung Lin[8]提出单解决通道阻塞算法(SRB)是在ABS算法的基础上,解决驻留标签和迁入标签的碰撞问题。当ps较低时,SRB会产生大量空闲时隙,性能较ABS低平。
本研究提出一种双模式的阻塞算法,结合对于迁入标签数目的估计算法,能够同时保留ABS与SRB算法的优势,并且具有较高的性能。当ps较高时,采用阻塞算法,解决驻留标签和新迁入的标签之间的碰撞;在ps较低时,采用类似ABS的算法,解决空闲时隙问题。驻留标签将根据写入的状态位决定是否进入sleep状态。
1 ABS算法分析
ABS算法是由Jihoon Myung,Wonjun Lee等提出的,该算法由BT算法改进而来,能够保留标签在上一帧获得的识别顺序,从而避免驻留标签在当前帧的碰撞。每个标签具有两个计数器:PSC和ASC。PSC记录当前帧已识别的标签数目,ASC记录标签当前帧的识别次序。读写器也有两个计数器:PSC和TSC。PSC的功能与标签的相同,TSC追踪最大的ASC值,并据以判断结束当前帧。
帧开始时,所有的PSC值初始化为零,标签和读写器的PSC值始终保持一致。当标签检测到其ASC与PSC值相同时,向读写器传输ID。读写器根据在上一时隙的识别状况,给出3种反馈信息,标签根据反馈信息进行相应操作:
(1) 空闲:即没有标签需要识别。若ASC>PSC,则表明尚未进行识别,则ASC=ASC-1,若ASC=PSC,传输ID,若ASC<PSC,退出当前帧;
(2) 可读:即只有一个标签需要识别。ASC=PSC的标签传输ID,若ASC<PSC,退出当前帧。PSC=PSC+1;
(3) 碰撞:即多于一个标签需要识别。若ASC>PSC,则ASC=ASC+1,若ASC=PSC,即碰撞标签,则ASC加上一个随机产生的二进制数,若ASC<PSC,退出当前帧。
TSC与PSC的关系是读写器判断帧结束的依据。当反馈为空闲时,TSC=TSC-1;碰撞时,TSC=TSC+1。直到TSC<PSC时,结束当前帧。
现假设有A、B、C共3个标签需要识别。则开始时,所有的计数器值都为0。其识别过程如表1所示,其中带下划线的标签表示其ASC=PSC,并且将要识别。
当下一帧开始时,标签将保留上一帧得到的ASC值,读写器保留TSC的值。PSC初始化为0。由于每个标签的ASC值都是惟一的,不存在驻留标签之间的碰撞问题。对于新迁入的标签,其ASC值在0～TSC之间随机产生。
假设当前帧识别完毕后,A、B、C分别具有0,1,2的ASC值。若在下一帧开始时,标签A离开,B、C驻留,同时有新的标签D、E迁入,且随机产生的ASC分别为1和2,则其识别过程如表2所示。
在上述识别过程之后,B、C、D、E分别获得0、2、1、3的识别顺序。
2 基于自适应二叉树分割的阻塞防
碰撞算法
通过上述分析可知,ABS算法能够解决驻留标签之间的碰撞。然而,由于新迁入标签的ASC值是在0～TSC之间随机产生,则可能会与驻留标签产生碰撞。另外,由于具体的应用需求,不是所有的驻留标签在下一帧都需要再次进行识别。
文献[8]中提出的SRB算法针对第一个问题提出了解决方案。根据文献[9]与文献[10]所得的结论,基于二叉树的算法最优帧大小为0.88 n,由此产生一个新的值TSCEXT,即在TSC的基础上,增加一个对于迁入标签数的估计值。与ABS相对应的,迁入标签其ASC计数器会在TSC+1～TSCEXT之间随机产生,则无论驻留标签数目多少,都将占用TSC个时隙,而迁入标签则服从BT算法。
但由此会产生一个新的问题。若标签数目很大,驻留标签较少,将会产生大量空闲时隙,但是ABS算法却没有这个问题。
由此,本研究改进性地提出双模式阻塞算法(DMB),根据驻留率ps的大小适时调整策略,能够保证解决驻留标签的碰撞和阻塞算法空闲时隙的问题。
该算法读写器和标签具体操作流程的伪代码如图1、图2所示。其中变量count为在该帧内新迁入的标签计数器,stay为在该帧内驻留标签的计数器。z为上一帧估算的标签数和上一帧新迁入的标签数之间的一个权重,并且该值对于数目估计影响不大[8]。needstore为标签是否需要同一个读写器进行重复识别的状态位,rID为读写器发送的ID号,tID为标签记录的读写器ID号。
3 性能分析与仿真
本研究假设在读写器识别区域内有n个标签待识别,识别延时用Ti表示,i代表第i帧,|Ti|=n即在第i帧,Ti时间内识别标签数为n。
不论是ABS,AQS,SRB,还是本研究提出的DMB算法,都源于二叉树BT算法。由文献[5]可知,BT算法识别n个标签所需的时隙数为:
当第i帧识别n个标签后,在第i+1帧,假设有a个标签迁入,l个标签迁出,则有n-l个标签驻留。由文献[8]可知,第i+1帧的所需时隙数为:
当ps较高时,由于DMB是阻塞算法,不论是退出识别的标签还是迁出标签,均对应第i+1帧空闲时隙,而驻留标签标签则占用可读时隙,因此仍需要n个时隙。该算法假设文献[10]给出迁入标签的最优估计
当ps较低时,驻留标签仍保留上一帧识别序列,因此不存在驻留标签之间的碰撞问题。本研究估计迁入标签数为
则其总识别延时为:
由此可以得到,在该模式下,DMB算法所需时隙数为:
现假设共有N=100个标签,|Ti|=50,pa,ps=0.5分别为迁入标签和驻留标签的概率。本研究先考虑N对各算法的影响。
当N增大时,驻留标签数增大,迁入和迁出标签数目也随之增加,因此其总识别所需时隙数呈线性增加如图3所示,由图3可以看出,N对DMB算法的影响与ABS算法相似。
当驻留率ps确定时,随着迁入标签数目的增加,DMB算法比ABS算法的空闲时隙数要多,碰撞时隙数少,但总时隙数相差不大,在ps=0.5的基础上得到的实验结果如图4所示。
DMB算法最重要的任务就是解决ps对延时的影响,实际结果如图5所示,由图5可以看出,在ps<threshold时,曲线为DMBlow的部分,ps>threshold时,曲线为DMBhigh的部分,threshold大约在0.41左右,但需要进一步的理论证明。其中DMBlow与DMBhigh分别为上述两种模式对ps的变化曲线。
4 结束语
本研究提出一种双模式的阻塞防碰撞算法(DMB),在ps较高时,采用阻塞思想,能够有效避免驻留标签之间的碰撞,也能解决驻留标签与迁入标签之间的碰撞问题;在ps较低时,解决了传统阻塞算法大量空闲时隙的问题。因此该算法相对于ABS和传统阻塞算法来说,性能显著得到了提高,这可以从上面的数学分析和仿真图得到。对于使用的文献[10]给出的标签估计,本研究假设该理论是正确的,对于估计错误所带来的影响,主要在于
参考文献
[1]叶吉波,黄言态。RFID技术在图书管理中的应用及实现[J].机电工程,2009,26(4):104-106.
[2]丁治国.RFID关键技术研究与实现[D].合肥:中国科学技术大学信息学院,2009:14-55.
[3]向垂益.RFID二进制树防碰撞算法的研究与实现[D].长沙:湖南大学电气与信息工程学院,2009:3-6.
[4]李世煜.射频识别(RFID)系统防碰撞算法研究与设计[D].成都:西南交通大学信息科学与技术学院2,008:13-16.
[5]MYUNG J,LEE W,SRIVASTAVA J.Adaptive binarysplitting for efficient RFID tag anti-collision[J].IEEECommunications Letters2,006(10):144-146.
[6]MYUNG J,LEE W,SRIVASTAVA J.Tag-Splitting:adap-tive collision arbitration protocols for RFID tag identification[J].IEEE Transactions on Parallel and DistributedSystems,2007,18(6):763-775.
[7]MYUNG J,LEE W.Adaptive binary splitting:a RFID tagcollision arbitration protocol for tag identification[J].Mo-bile Networks and Applications2,006(11):711-722.
[8]LAI Y C,LIN C C.Two blocking algorithms on adaptive bi-nary splitting:single and pair resolutions for RFID tag iden-tification[J].IEEE/ACM Transactions on Networking,20091,7(3):962-975.
[9]PARK J,CHUNG M Y,LEE T.Identification of RFID tagsin framed-slotted ALOHA with robust estimation and binaryselection[J].IEEE Communications Letters,2007,11(5):452-454.
防碰撞措施 篇8
以往设计的无线数据传输产品往往需要相当的无线电专业知识和价格高昂的专业设备, 传统的电路方案不是电路繁琐就是调试困难, 因而影响了用户的使用和新产品的开发。随着无线传输技术的发展, 由于采用了低发射功率以及高接收灵敏度的设计, 因而满足了大量无线传输的要求。这些无线数据传输系统可以广泛应用于遥控装置、工业控制、无线通信、电信终端、车辆安全、自动测试、家庭自动化、报警和安全系统等[1]。对于一些信息传输实时性要求比较高的自组织网络, 如何及时、准确地传输信息是提高系统性能的关键因素。本文即提出了一种有效解决数据传输冲突的无线语音传输系统设计方案。
2 无线语音传输系统体系结构
本文设计的无线语音传输系统采用三层结构:中央服务器层、工作站层和呼叫器层。无线数据传输主要在一台主机 (工作站) 和多台分机 (呼叫器) 之间, 通过射频收发模块完成。呼叫器层主要实现各种呼叫信息和数据的采集, 并通过工作站和后台中央服务器连接。后台中央服务器由普通PC机组成, 其功能是响应和处理各类呼叫信息。中央服务器和工作站之间采用通用以太网连接, 呼叫和处理的信息可以以电子文档形式存储在后台服务器中。
无线语音传输系统结构如图1所示。
本文主要对工作站和呼叫器层之间通信过程所涉及的数据传输问题做出讨论。
图2给出了无线呼叫系统工作站和呼叫器部分的硬件结构框图。系统的工作站与呼叫器的控制功能由微控制器实现, 射频收发模块主要由射频集成芯片构成。微控制器主要用来控制射频集成芯片的收发, 数据的识别和提取, 进行反碰撞处理。射频集成芯片选用Nordic公司的nRF401。该芯片集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、双频道切换等功能。nRF401接收机采用具有较强抗干扰能力的FSK频移键 (Frequency-Shift-Keying) 调制方式, 改善了噪声环境下的系统性能;采用DSS+PLL频率合成技术, 工作频率稳定可靠。与ASK幅移键控 (Amplitude-Shift-Keying) 和OOK开关键控 (On-Off Keying) 方式相比, 这种方式的通信范围更广, 特别是在附近有类似设备工作的场合。
3 数据传输防碰撞技术研究
3.1 防碰撞问题的提出
无线语音传输系统在遥控装置、工业控制、无线通信、电信终端、车辆安全、自动测试、家庭自动化、报警和安全系统等都有广泛应用。以服务行业的营业场所中较为常见的呼叫系统为例。顾客需要服务人员能够提供准确、及时的服务, 要求所设计的系统要有较好的实时性和可靠性。一方面, 顾客提出的申请能够很快地得到响应, 使顾客感觉不到时间的浪费;另一方面, 中央服务器不能由于接收到的是错误信息, 使服务员打扰并未提出服务申请的顾客。针对系统的要求, 可以得出导致服务中出现错误的原因有二:一是由于无线信道的复杂性, 信息在无线信道的传输过程极易受到干扰而产生错误, 接收方无法接收到正确的信息;其二是由于多个呼叫器同时竞争通信信道向中央服务器发出呼叫, 各个呼叫器发出的数据相互干扰, 使中央服务器不能正确地辨别出是哪一台呼叫器发出的申请。这两种错误可能使没有发出呼叫申请的顾客得到了不需要的服务, 而有服务要求的顾客又得不到满足, 反而降低了服务的效率和准确度, 起不到服务行业中需要的无线呼叫系统的作用[2]。对于前一种情况可以采用适当的校验和纠错方式, 降低中央服务器向服务员提供错误呼叫信息的概率, 无需本文详细讨论。而对后一种情况, 需要找到一种合适的反碰撞方法, 这正是本文要解决的问题。
在分机请求发送数据的同时, 另一台分机请求发送数据, 或一台分机在发送数据的过程中, 另一台分机请求发送数据, 都会造成通讯冲突。为了防止因通讯冲突而造成的数据传输错误, 本系统参考CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access /Collision Detect) 技术。CSMA/CD即载波监听多路访问/冲突检测[3], 它的工作原理可用8个字来表示:“先听后说, 边听边说”。呼叫分机在发送数据前, 先检测信道是否空闲, 若空闲, 则发送数据。在发送数据的同时, 仍继续监听信道, 以检测是否存在冲突。一旦检测到冲突, 就立即停止发送, 并向总线上发一串阻塞信号, 通知总线上其他各有关站点停止数据传输。这样, 通道容量就不致因白白传送已受损的帧而浪费[4]。
本次设计的语音传输系统对于信息传输的实时性及抗干扰性要求较高。要解决这个问题, 必须尽可能避免重复冲突现象的发生。即要求如果发生多台通讯冲突现象, 各分机的“等待时间”应不同。延时等待算法和冲突等待算法有“错时等待”的特点, 能有效地解决重复冲突问题。
3.2 监听信道忙延时等待
系统采用“先听后说”的工作方式, 分机在发送呼叫信息前, 先监听信道状态。如果信道忙, 说明有其他分机正在占用信道传输数据。根据前述数据帧格式, 一帧数据共128位, 一台分机传输数据所需的时间为:T=128 bit/波特率。
因此, 本次数据传输还需占用0到T的信道时间。为了避免同时监听到信道空闲而发生的冲突现象, 各分机采用下列延时等待公式决定延时监听时间:
undefined
上式中, ti为第i台分机的延时时间, n是分机的总台数, E是应急呼叫设置位 (若为应急呼叫, 则设置E为1) 。如果某些分机相对其他所有分机优先级别较高可由系统呼叫主机设定设置为应急状态。
分机i以ti的间隔时间监听信道, 当监听到信道处于空闲状态时, 即可进行到工作流程的下一步。
3.3 通讯冲突延时等待
尽管系统采用“先听后说”的工作方式, 但也可能发生两个站点因同时监听到信道空闲而同时发送数据的现象, 即发生通讯冲突。检测通讯冲突的方法是:发送数据的呼叫分机将接收到的信息与原来发送的信息逐个比特位进行比较, 如果两者一致, 说明没有冲突;如果两者不一致, 则说明发生了冲突。
造成这种通讯冲突的原因与信号在信道上的传播时延有关。传播时延是信号由信道上的一个站点传播到另一个站点的时间, 信息传播时延可由式 (2) 计算:
undefined
设A、B是系统中的两台呼叫分机, 它们之间的传播时延是tpab。分机A检测到信道空闲后, 就发送数据;分机B在分机A开始发送数据的 (0, tpab) 的时间内检测信道, 由于信号还没有传播到分机B, 因此分机B检测到信道状态仍处于空闲状态, 分机B也发送数据, 造成通讯冲突。分机检测到通讯冲突后, 立即停止发送, 并向总线上发一串阻塞信号, 用以通知总线上其他各有关站点等待。冲突等待时延采用式 (3) 计算:
tj=tpmax (j+1-E*j) (3)
上式中, tj为第j台分机时延检测时间, tpmax为任意两个站之间的最大传播时延, 由公式 (2) 计算得到。E的含义同式 (1) 。
无论是 (1) 式还是 (3) 式, i (j) 值小的分机先检测信道, 在数据传输比较繁忙的时段, i (j) 值大的分机总是要持续一个较长的时延才能检测信道, 这就会造成系统中各分机竞争不均衡的现象。为了避免这种现象, 我们将i (j) 设置为分机检测总线的优先级别, 并把系统设置成优先级循环的工作方式。初始状态, i (j) 的值为分机编号, 优先级分别为1、2、……、n。当优先级为k的分机传输数据后, 系统主机将原来优先级为k+1至n的分机的优先级分别设置为1至n-k, 将原优先级为1至k的分机的优先级设置为n-k+1至n。
基于防碰撞技术的数据传输系统的软件流程图如图3所示。
4 小结
参考CSMA/CD构建载波监听多路访问/冲突检测工作原理, 设计基于“错时等待”策略的监听信道忙延时等待算法和通讯冲突延时等待算法, 有效地降低信道争用的冲突问题。特别是处理信道争用二次冲突方面, 与一般的CSMA/CD退避算法[5]比较, 有着明显的优势, 从而大大提高了信息传输的实时性。
参考文献
[1]陈红梅, 陈健.一种无线语音传输系统设计方案[J].西安电子科技大学通信工程学院 (710071)
[2]防数据碰撞的无线呼叫系统设计[J].单片机嵌入式系统应用, 2004 (2) .
[3]黎琼, 徐海峰.智能家居中红外控制系统通讯协议分析[J].微计算机信息 (测控自动化) , 2007 (1) :28-30.
[4]林雪明.医院护理呼叫通讯系统设计及防冲突算法研究[J].电子技术应用2009 (6) .
防碰撞措施 篇9
混凝土泵车作为一种混凝土输送和浇筑的专用车型，在建造领域有着非常广泛的应用。但是目前都是依靠人工控制臂架进行运动，没有完全实现泵车臂架的自动控制，因此实现对混凝土泵车臂架的自主避障的智能化控制具有重要的实际意义和使用价值。本文提出了一种基于双目立体视觉的障碍物三维坐标定位和防碰撞算法。
1 泵车臂架建模
混凝土泵车的臂架系统包括转台、多节臂，其几何模型如图1所示。
取图1中A0为空间坐标轴的原点，A1～A5的坐标点分别为：
其中：（xnt,ynt,znt）表示泵车各个臂架节点在当前时刻t的坐标点位置，n=1,2，…，5。
2 基于双目立体视觉的图像预处理和障碍物测距
2.1 双目采集图像预处理
由于环境复杂，摄像机获取的图像会受到各种因素的干扰，图像会引入大量噪声，因此应对图像进行去噪、稳像等预处理。
首先将采集到的RGB彩色图像转换为灰度图，然后对灰度图进行滤波处理，本文采用高斯滤波算法，通过图像和高斯滤波核函数进行卷积来抑制图像中的高频分量。最后主要通过仿射运动补偿算法实现稳像处理。
2.2 基于双目立体视觉技术的障碍物测距
双目立体视觉通过两个摄像机拍摄同一场景，计算空间点在两幅画中的视差，获得该点的三维坐标值，如图2、图3所示。
根据图2、图3，假设两摄像机的投影中心连线的距离为T，相机焦距为f，两摄像机在同一时刻观看物体的同一特征点为P(xc,yc,zc），两摄像机所采集的图像中目标的坐标点位置分别为Pl(xl,yl）和Pr(xr,yr）。
由于两个摄像机处于同一高度，因此目标点在左、右图像中的纵坐标点相同，即yl=yr，则Pl(xl,yl),Pr(xr,yr）和P(xc,yc,zc）存在如下的关系式：
左、右两个摄像机所采集的图像的视差可以通过如下公式表示：
再根据三角形的相似性原理可以得到：
其中：d为物体和摄像机之间的距离。
3 臂架防碰撞算法
3.1 基于包围盒臂架防碰撞算法
以形状划分，常见的有AABB包围盒、球形包围盒、OBB包围盒等。其中球形包围盒构造简单，且其相交检测计算复杂度低。
3.2 一种新型的多层次包围盒臂架快速防碰撞算法
针对这个问题，本文提出一种新型多层次分级包围盒防碰撞检测算法。其流程图如图4所示。
首先对障碍物建立球形包围盒，假设障碍物为一个标准的长方体，则可选择球形包围盒，其几何效果图如图5、图6所示。其球心坐标（xcl,ycl,zcl）通过计算长方体顶点坐标的平均值获得，球体半径Rcl为长方体对角线的一半。
其次需要建立泵车臂架一级包围球的几何效果图如图7、图8所示。
然后针对泵车臂架各个关节建立二级包围球。其几何效果图如图9、图10所示。二级包围球的球心坐标为每个泵车臂架两个端点的平均值，半径为该臂节长度的一半。
最后，根据所建立的多层次包围球构建一种新型防碰撞策略，具体步骤如下：
(1）臂架一级包围球和障碍物包围球的相交检测，如式（5）所示：
当两包围球球心间距dc,c大于其半径和，则不相交，说明臂架是安全的；否则相交，说明臂架可能存在碰撞风险，转入步骤（2）。
(2）对离相交区域最近的臂架二级包围球和障碍物包围球的相交检测，其原理与步骤（1）相同。
(3）障碍物和臂架的距离计算，由图11可知，障碍物和臂架的距离问题可以转换为线段到一个平面的最小距离问题。
假设与障碍物包围球相交的臂架两个节点坐标分别为（x1,y1,z1）和（x2,y2,z2),EE1D1D平面4个点坐标为（xis,yis,zis),i=1,2,3,4。先考虑坐标值中某个轴相同的情况。
当x1=x2时，臂架和障碍物一面的最小距离可以等效为两个平行平面之间的距离，间距为d=|x1-xs1|。
当y1=y2或z1=z2时，臂架和障碍物一面的最小距离可等效为两个垂直平面之间的距离，间距d=|min(x1,x2)-xs1|。
当x1≠x2,y1≠y2,z1≠z2时，臂架和障碍物一个面的最小距离可以等效为空间任意一个平面和已知平面的最小距离，此时需要同时计算3个距离，然后选择最小的一个，计算公式如下：
最后，距离计算结果如下所示：
当臂架与障碍物的最小距离坐标点大于障碍物坐标点时，通过计算d1～d3的最小值获得它们的间距；否则其值为0，臂架和障碍物存在碰撞的可能性。
4 算法仿真与结论分析
4.1 双目摄像机图像采集和图像预处理
本文通过双目摄像机获得图像，其预处理后效果如图12所示。
4.2 障碍物提取仿真
在进行障碍物测距前，首先需要对其轮廓进行提取，进而实现目标点的提取，通过仿真，结果如图13所示。
根据提取的目标轮廓，可以获得障碍物4个顶点的平面坐标，对这些点进行测距。
4.3 障碍物及泵车臂架三维建模
长方体障碍物的空间几何效果图如图14所示。
通过测量泵车臂架5个节点的初始坐标点获得其空间效果图如图15所示。
4.4防碰撞检测仿真
针对本文所建立的模型进行防碰撞的仿真模拟测试，分别模拟泵车臂架在3个不同时刻所对应的效果。图16为时刻5的障碍物及臂架包围球模型仿真。
根据上述的仿真结果，分别对障碍物和臂架的情况进行统计，统计结果如表1所示。
通过检测结果可知，本文所提出的算法具有良好的可行性和可靠性，能够有效避免碰撞发生。
5结论
本文提出了一种基于双目立体视觉的障碍物三维坐标定位和防碰撞算法。通过双目视觉测量出障碍物与位于臂架前端的摄像头的距离以及障碍物在整个泵车臂架的三维坐标系中的坐标，基于臂架运行参数及实时位置信息建立了臂架防碰撞模型，可计算出臂架各个臂节在不同时刻的预测坐标。利用软件对泵车臂架与障碍物间防碰撞算法进行了仿真实验，能够得到即将发生危险的具体臂节信息及距离信息，避免碰撞事故的发生。
参考文献
[1]蔡文军,陈虎.基于混合模型的碰撞检测优化算法研究[J].计算机与现代化,2006(7):49-52.
[2]苑英海.基于立体视觉的吊车碰撞预测研究[D].天津:南开大学,2011:1-79.
[3]汪珍珍,赵连玉,刘振忠.基于MATLAB与OpenCV相结合的双目立体视觉测距系统[J].天津理工大学学报,2013(1):45-48.
[4]宋万里.基于嵌入式平台的双目主动测距系统[D].杭州:浙江大学,2012:1-91.
[5]闫佳妮.塔机群防碰撞监测系统的研究[J].建筑机械,2011(13):106-110.
[6]Jung-Woo Chang,Myung Soo Kima.Efficient collision detection using a dual OBB-sphere bounding volume hierarchy[J].Computer-Aided Design,2010,42(1):50-57.
[7]崔娜.三维场景中碰撞检测技术的研究[D].秦皇岛:燕山大学,2013:1-64.
[8]唐磊,施侃乐,雍俊海,等.模型适应的凸包围多面体并行生成算法[J].中国科学:信息科学,2014,44(12):1515-1526.