阅读说明：本技术 一种利用视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法 (Crane braking alarm method for measuring and calculating braking distance by using video data ) 是由 黄赫余 宋志军 游茗粤 丁泽鹏 周健燊 陈定光 莫启安 严明锋 郭少宏 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：利用视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法过程如下：①起重机卷筒筒横截面上设定标识点A,临时点B；②测量A到B点的直线距离,作为一个固定常量参数输入至程序算法；③测量半径,作为一个固定常量参数输入至程序算法；④开启摄像头,计算机依据以上弦长+反三角函数公式计算出AB点间的弧长；⑤将AB间弧长与AB间直线距离的比值存入程序常量。作为比例标准尺,供程序算法调用,当制动器开启时,摄像机监测并记录瞬时边缘点(上述操作中A点)坐标位置,利用物体跟踪算法实时追踪边缘参考点坐标位置,多帧确定目标对象的关键点位置,再通过欧几里得距离、反三角函数计算等算法计算出弧长(即滚筒滚动的位移距离),超过指定阈值立即报警。(The crane braking alarm method for measuring and calculating the braking distance by utilizing the video data comprises the following steps: firstly, setting a mark point A and a temporary point B on the cross section of a drum of a crane drum; measuring the linear distance from the point A to the point B, and inputting the linear distance as a fixed constant parameter into a program algorithm; measuring radius, and inputting the radius as a fixed constant parameter into a program algorithm; starting the camera, and calculating the arc length between the AB points by the computer according to the chord length and the inverse trigonometric function formula; storing the ratio of the arc length between AB and the straight line distance between AB into a program constant. The device is used as a proportional standard scale for calling a program algorithm, when a brake is started, a camera monitors and records the coordinate position of an instantaneous edge point (point A in the operation), the coordinate position of an edge reference point is tracked in real time by using an object tracking algorithm, the positions of key points of a target object are determined by multiple frames, the arc length (namely the displacement distance of rolling of a roller) is calculated by algorithms such as Euclidean distance and inverse trigonometric function calculation, and an alarm is given immediately when the arc length exceeds a specified threshold value.)

一种利用视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法

技术领域：

本发明涉及一种利用视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法。

背景技术：

电梯的运转需要频繁地启停，每次的停顿都会被制动报警系统监测，目前的制动报警系统都是通过监测制动距离实现对电梯制动是否安全的监控，一旦超出制动距离，报警器就会启动发出警报信号，目前采用比较多的检测方式有两种。

一种是利用计米轮和编码器配合计算起重机卷筒的转动圈数，得到制动距离数据，这种机械方式计米轮容易出现打滑现象，而且安装维护也不太方便，由于卷筒两端有凹槽，所以计米轮只能紧挨在两凹槽之间的平整段，但实际使用中，吊升电梯桥箱的钢丝绳会从凹槽中逃出，会打歪计米轮。

另一种方式是使用六轴重力传感器，可以用于测量天车的运动距离，卷筒的吊钩高度，有轨机车的运动距离等，传感器以重力为输入矢量来界定物体在空间的姿态，把加速度传感器固定在物体的水平面上，当物体姿态改变时，通过测量由于重力引起的加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度，通过分析动态加速度，可以分析出姿态角、累积旋转角等基础数据后进行位移与累积转角算法，D＝C*N，其中，D：轨道位移，C：运动轮周长，N：累积圈数。在运动轮不确定周长的情况下，可以通过测量轨道位移和累积圈数的方法，反算周长，累积圈数越多，反算结果越准确。此技术方案最大的缺陷就是无线供电，工作电压DC3.3V-5V，内置锂电池可支持测量与发送1小时，换句话来说就是每工作1小时需要充电一次，完全不适用于生产环境。

发明内容

：

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种报警精准可靠的利用视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法。

本发明的发明目的可以通过以下的技术方案来实现：一种利用视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法，本方法的数据处理过程如下：

①起重机卷筒筒横截面上设定标识点A，临时点B；

②测量A到B点的直线距离，作为一个固定常量参数输入至程序算法；

③测量半径，作为一个固定常量参数输入至程序算法；

④开启摄像头，计算机依据以上弦长+反三角函数公式计算出AB点间的弧长；

⑤将AB间弧长与AB间直线距离的比值存入程序常量。作为比例标准尺，供程序算法调用。

上述程序算法如下：

4.设弦AB长为L，劣弧AB长为C，半径OA＝OB＝r

5.Sin(∠AOD)＝AD/OA＝(AB/2)OA＝L/2r

6.∠AOD＝arcsin(L/2r)

∠AOB＝2∠AOD＝2arcsin(L/2r)

弧度制：

弧长C

＝圆心角×半径

＝∠AOB×OA

＝2arcsin(L/2r)×r

＝arcsin(L/2r)×2r

角度制：

弧长C

＝(圆心角/360°)×2π×半径

＝(∠AOB/360°)×2π×OA

＝(2arcsin(L/2r)/360°)×2πr

＝arcsin(L/2r)×πr/90

实际操作：当制动器开启时，摄像机监测并记录瞬时边缘点(上述操作中A点)坐标位置，利用物体跟踪算法实时追踪边缘参考点坐标位置，多帧确定目标对象的关键点位置。再通过欧几里得距离、反三角函数计算等算法计算出弧长(即滚筒滚动的位移距离)，超过指定阈值立即报警。

数据处理流程是：1.获取卷筒在制动后的横截面视频2.逐帧跟踪视频中的像素参考点移动的弧长并累加，直到最后一帧结束，累加值就是像素参考点在制动后旋转的距离。3.再用这个像素距离，和录得的比例尺对照，得到实际旋转距离。4.如果实际旋转距离超过预先设定好的报警阈值，则报警。

采用本技术方案后，与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：本方法检测过程为非机械接触，不受钢丝绳影响，也不会影响起重机的日常维护，不存在充电问题，检测报警更为可靠。

附图说明：

图1是本发明视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法的数据处理流程图；

图2是本发明视频数据测算制动距离的起重机制动报警方法中对数据处理的数学模型解说图；

图3是本发明例子一的辅助说明图之一；

图4是本发明例子一的辅助说明图之二。

具体实施方式

：

下面结合附图对本技术作进一步说明。

本实施例的其数据处理流程是：如图1所示，1.获取卷筒在制动后的横截面视频2.逐帧跟踪视频中的像素参考点移动的弧长并累加，直到最后一帧结束，累加值就是像素参考点在制动后旋转的距离。3.再用这个像素距离，和录得的比例尺对照，得到实际旋转距离。4.如果实际旋转距离超过预先设定好的报警阈值，则报警。

本技术的数据计算公式(边缘计算(像素点追踪)，嵌入式计算机分析(反三角函数迭代计算))如下：

7.设弦AB长为L，劣弧AB长为C，半径OA＝OB＝r

8.Sin(∠AOD)＝AD/OA＝(AB/2)OA＝L/2r

9.∠AOD＝arcsin(L/2r)

∠AOB＝2∠AOD＝2arcsin(L/2r)

如图2所示

弧度制：

弧长C

＝圆心角×半径

＝∠AOB×OA

＝2arcsin(L/2r)×r

＝arcsin(L/2r)×2r

角度制：

弧长C

＝(圆心角/360°)×2π×半径

＝(∠AOB/360°)×2π×OA

＝(2arcsin(L/2r)/360°)×2πr

＝arcsin(L/2r)×πr/90

实际操作：

1.起重机卷筒筒横截面上设定标识点A，临时点B；

2.测量A到B点的直线距离，作为一个固定常量参数输入至程序算法；

3.测量半径，作为一个固定常量参数输入至程序算法；

4.开启摄像头，计算机依据以上弦长+反三角函数公式计算出AB点间的弧长；

5.将AB间弧长与AB间直线距离的比值存入程序常量。作为比例标准尺，供程序算法调用。

当制动器开启时，摄像机监测并记录瞬时边缘点(上述操作中A点)坐标位置，利用物体跟踪算法实时追踪边缘参考点坐标位置，多帧确定目标对象的关键点位置。再通过欧几里得距离、反三角函数计算等算法计算出弧长(即滚筒滚动的位移距离)，超过指定阈值立即报警。

现列举产生报警和不产生报警的两个例子，具体说明运算和执行过程。

例子一、产生报警

测量卷筒实际半径得到：200mm

——将卷筒实际半径作为常量输入程序

摄像头中检测圆心到圆周的距离(图像中卷筒的半径)是：240像素

——将卷筒的图像半径作为常量输入程序

得到像素/毫米比例尺：240：200

即：实际卷筒上的A点每移动一毫米，屏幕上的A点就移动1.2像素

假设：目前预警值设置为97mm

假设：以屏幕中卷筒横截面的圆心为坐标(0，0)建立平面直角坐标系

假设：当制动器刹车的同时，我们录得A点在屏幕中的初始位置A1的屏幕坐标为(-200,133)，然后由于惯性，卷筒不会马上刹死，因此A点的坐标在刹车后还是会变化的，最终画面静止后，录得A点的最终位置A2在屏幕中的坐标为(230，69)

如图3

长＝|-200-230|＝430px

宽＝133–69＝64px

根据对角线公式得出位置A1与位置A2在屏幕中的直线距离为435像素，即弦长L为435像素，已知半径r为240像素，根据图1弦长公式弧度＝arcsin(435/(2*240))＝1.134327

再用弧度*(2*半径)，得到弧长约为544像素

再根据现实像素比例尺得到现实中A1到A2

685px/1.2px＝453mm

453mm远远大于起重机卷筒安全制动距离97mm，报警。

例子二、不产生报警

假设：当制动器刹车的同时，我们录得A点在屏幕中的初始位置A1的屏幕坐标为(-200,133)，最终画面静止后，录得A点的最终位置A2在屏幕中的坐标为(-150，187)

长＝|-200-(-150)|＝50px

宽＝|133-187|＝54px

得到A1到A2的直线距离(即弦长)为：73.6px

根据图1弦长公式弧度＝arcsin(73.6/(2*240))＝0.1539406

再用弧度*(2*半径)，得到弧长约为74像素

再根据现实像素比例尺得到现实中A1到A2

74px/1.2px＝62mm

62mm小于起重机卷筒安全制动距离97mm，本次制动正常。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。