CN109826108A - 一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,包括如下步骤:选取桥梁的监控点,并在该点固定反光贴片;将BIM模型导入放样机器人中,并根据监控点选取若干放样过程点;放样机器人在施工坐标系上设站,并瞄准反光贴片进行放样;顶推过程中,观察放样机器人的手簿所显示的横向偏位,当偏位超限时发出预警。本发明通过BIM模型和放样机器人自动追踪桥梁顶推轨迹,监控顶推偏位情况;通过横向偏位与放样机器人手簿的误差转换,解决了界限值的确定问题;通过划分顶推距离,标记若干个过程点,实现了实时监控顶推偏位的目的;将放样机器人用于桥梁顶推监控中,实现了测量技术和BIM技术的融合,简化了工作程序、降低了人工成本。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术和BIM技术领域,尤其是一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法。
背景技术
桥梁顶推法是指当桥梁跨越既有线路时,在该线路一侧将梁体分段建成,再用千斤顶顶推,使之穿过线路的方法。顶推施工的优点在于不需要大型机械,只需通过千斤顶循环往复地将建成的梁段沿轴线顶推即可。因此,桥梁顶推施工质量控制的关键在于保证桥梁在顶推过程中的横向偏位在允许误差范围内。
传统的桥梁顶推监控方法是全站仪测量法,又分为相对法与绝对法两种。全站仪相对测量法是指在桥梁的端头固定标尺,前面固定全站仪,通过在顶推过程中实时观测全站仪目镜中的叉丝与标尺原点的距离,获得顶推偏位情况;全站仪绝对测量法是指在施工坐标系下设站,通过全站仪采集顶推桥梁上点的坐标,然后与理论坐标对比,计算出误差。上述两种方法各有不足,相对法虽然直观,但是全站仪架设点位要和桥梁同高,高空观测作业危险,而且一旦观测点被占用,工作必须暂停;绝对法虽然可以测量任意位置的坐标,但是要通过与理论点计算对比,不能实时反映顶推的偏位情况。
于是提出了一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法。放样机器人是一种自动放样的测量仪器,它能够导入BIM模型,并将BIM模型中的点放样到实际的施工坐标系中,同时自动追踪目标,将理论位置与实际位置比较,给出放样偏差。将放样机器人用于桥梁顶推监控中,相对于传统监控方法的优势在于放样机器人能够在任意位置设站,而且一旦瞄准反光贴即可自动追踪观测。操作人员只需要选择手簿中的放样过程点,并观察误差数值即可知道偏位是否超限,给出预警。放样机器人的监控方法结合了测量技术和BIM技术,突破了传统全站仪监控方法的局限性以及提升了监控的智能性。如何将桥梁顶推的偏位转换成为放样机器人测量所显示的误差以及实现实时监控是本发明要解决的关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,简化了工作程序、降低了人工成本。
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,包括如下步骤:
(1)选取桥梁的监控点,并在该点固定反光贴片;
(2)将BIM模型导入放样机器人中,并根据监控点选取若干放样过程点;
(3)放样机器人在施工坐标系上设站,并瞄准反光贴片进行放样;
(4)顶推过程中,观察放样机器人的手簿所显示的横向偏位,当偏位超限时发出预警。
优选的,步骤(1)中,在桥梁的侧面选取监控点。
优选的,步骤(2)中,将BIM模型导入放样机器人中,并根据监控点选取若干放样过程点具体为:建立桥梁的顶推BIM模型,在Bentley软件中绘制桥梁的平纵线形,然后导入二维CAD图纸中的桥梁横断面,在不同桩号之间通过扫描创建实体的命令,将桥梁的二维横断面转化为三维BIM实体模型。BIM模型具有和施工现场一致的三维尺寸和空间坐标系,能够精确地指导桥梁施工放样;将模型导出dwg格式,然后用装有TFP插件的CAD打开;根据监控点的起始和终点位置,将桥梁顶推距离划分为若干个阶段,在CAD中选取相应的放样过程点,导出到放样机器人手簿中。
优选的,步骤(3)中,放样机器人在施工坐标系上设站,并瞄准反光贴片进行放样具体为:为保持BIM模型中的放样过程点和实际桥梁上的反光贴片位置能够匹配,需在施工坐标系下进行放样机器人设站;为保证放样机器人测量的准确性,应选取合适的观测位置,并勘察其施工坐标点位,使得放样机器人观测的入射角大于60°。
优选的,步骤(4)中,顶推过程中,观察放样机器人的手簿所显示的横向偏位,当偏位超限时发出预警具体为:由于放样机器人手簿中所显示的平面误差分别为垂直和平行于仪器主机观测方向的两个数值Δx和Δy,而顶推横向偏位Δt的方向为垂直于顶推轴向,故须将二者进行转换,才能将实际偏差与容许偏差进行比较;
根据顶推过程的技术要求,横向偏位Δt的允许误差为L,预先计算反光贴片经过每个过程点时,手簿所显示的误差值Δxi是否满足该方向的允许误差值li;
在监控过程中,将放样机器人的主机瞄准反光贴片并持续追踪,操作人员持续观察手簿的误差数值;
由于手簿中选定某个过程点i后,桥梁的反光贴在顶推工程中必然先靠近该点,然后远离该点,故当Δyi=0时,比较∣Δxi∣与li,若超过允许误差值则进行报警;
当Δyi正负号改变后,在手簿中选取下一个过程点i+1,再次观测并比较Δyi+1=0时的∣Δxi+1∣与li+1,重复这个过程,即可实现实时监控,直至顶推结束。
本发明的有益效果为:本发明通过BIM模型和放样机器人自动追踪桥梁顶推轨迹,监控顶推偏位情况;通过横向偏位与放样机器人手簿的误差转换,解决了界限值的确定问题;通过划分顶推距离,标记若干个过程点,实现了实时监控顶推偏位的目的;将放样机器人用于桥梁顶推监控中,实现了测量技术和BIM技术的融合,突破了传统全站仪监控方法的局限性以及提升了监控的智能性,顺应了当前“智慧交通”的发展趋势,简化了工作程序、降低了人工成本。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明在桥梁监控点固定的反光贴片示意图。
图3为本发明建立的桥梁BIM模型示意图。
图4为本发明根据监控点划分放样过程点的示意图。
图5为本发明放样机器人瞄准反光贴片并自动追踪示意图。
图6为本发明放样机器人的过程点观测示意图。
图7为本发明手簿所显示的放样机器人观测误差示意图。
图8为本发明手簿所显示的垂直于观测方向的Δx与和横向偏位Δt转化关系示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,包括如下步骤:(1)选取桥梁的监控点,并在该点固定反光贴片;
(2)将BIM模型导入放样机器人中,并根据监控点选取若干放样过程点;
(3)放样机器人在施工坐标系上设站,并瞄准反光贴片进行放样;
(4)顶推过程中,观察放样机器人的手簿所显示的横向偏位,当偏位超限时发出预警。
如图2所示,在桥梁的监控点固定反光贴片。由于具体工程为直线顶推,故仅在端头和端尾的右侧挑臂下共设置两个监控点,因此假设两台放样机器人仪器对其分别进行监控;为使观测视图更加清晰,反光贴片的尺寸选定为6cm×6cm。
如图3所示,为建立的桥梁BIM模型。图为长为180m的钢箱梁上部结构BIM模型。
如图4所示,为根据监控点划分的放样过程点。钢箱梁顶推距离为70m,为实现实时观测,缩小观测单元,故将放样过程点的间距选择为0.5m,即放样过程点的数量n=D÷d=70÷0.5=140个。
如图5所示,为放样机器人瞄准反光贴片并自动追踪示意图。在顶推开始时,将放样机器人瞄准相应的监控点,在手簿上选择第一个顶推过程点进行放样,放样机器人即可进入自动追踪状态。
如图6所示,为放样机器人的过程点观测示意示意图,图中小写字母(如a)表示根据监控点和顶推距离划分得到的n个具体放样监控点;A13和2代表2个放样机器人观测点,其坐标符合施工坐标系,两台放样机器人是独立工作的;观测点与放样过程点的连线与轴线的夹角α要求大于60°。
如图7所示,为手簿所显示的放样机器人观测误差示意图。误差界面分为水平误差和高程误差两个部分,由于顶推过程中竖向误差较容易控制,故只关注左侧的水平误差;水平误差分为Δx和Δy两个值,Δx的方向为平行于放样机器人观测方向,即观测点与放样过程点的连线方向,如A13-a方向,Δy的方向垂直于Δx的方向。
如图8所示,为手簿所显示的垂直于观测方向的Δx与和横向偏位Δt转化关系示意图。根据钢箱梁顶推技术指标,偏位的容许值为轴向左右各10mm;图中所示情况为反光贴片刚好经过某个放样过程点,Δy=0,此时Δx与Δt的夹角即为图6说明中提到的夹角α。
Δy=0时,Δx的限位值推导过程,要求横向偏位Δt<10,即可推导出顶推至夹角为α时,放样机器人手簿所显示的Δx容许误差值,超过该值时则发出报警;当Δy由负变正之后,即在手簿中选择下一放样过程点,继续进行上述步骤,直至监控点依次经过所有的放样观测点,顶推结束。Δy=0时,∵Δt=Δx*cosα,且Δt<10mm,∴Δx<10/cosα,记10/cosα为l。
本发明通过BIM模型和放样机器人自动追踪桥梁顶推轨迹,监控顶推偏位情况;通过横向偏位与放样机器人手簿的误差转换,解决了界限值的确定问题;通过划分顶推距离,标记若干个过程点,实现了实时监控顶推偏位的目的;将放样机器人用于桥梁顶推监控中,实现了测量技术和BIM技术的融合,突破了传统全站仪监控方法的局限性以及提升了监控的智能性,顺应了当前“智慧交通”的发展趋势,简化了工作程序、降低了人工成本。
Claims (5)
1.一种基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)选取桥梁的监控点,并在该点固定反光贴片;
(2)将BIM模型导入放样机器人中,并根据监控点选取若干放样过程点;
(3)放样机器人在施工坐标系上设站,并瞄准反光贴片进行放样;
(4)顶推过程中,观察放样机器人的手簿所显示的横向偏位,当偏位超限时发出预警。
2.如权利要求1所述的基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,其特征在于,步骤(1)中,在桥梁的侧面选取监控点。
3.如权利要求1所述的基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,其特征在于,步骤(2)中,将BIM模型导入放样机器人中,并根据监控点选取若干放样过程点具体为:建立桥梁的顶推BIM模型,在Bentley软件中绘制桥梁的平纵线形,然后导入二维CAD图纸中的桥梁横断面,在不同桩号之间通过扫描创建实体的命令,将桥梁的二维横断面转化为三维BIM实体模型,BIM模型具有和施工现场一致的三维尺寸和空间坐标系;将模型导出dwg格式,然后用装有TFP插件的CAD打开;根据监控点的起始和终点位置,将桥梁顶推距离划分为若干个阶段,在CAD中选取相应的放样过程点,导出到放样机器人手簿中。
4.如权利要求1所述的基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,其特征在于,步骤(3)中,放样机器人在施工坐标系上设站,并瞄准反光贴片进行放样具体为:为保持BIM模型中的放样过程点和实际桥梁上的反光贴片位置能够匹配,需在施工坐标系下进行放样机器人设站;为保证放样机器人测量的准确性,应选取合适的观测位置,并勘察其施工坐标点位,使得放样机器人观测的入射角大于60°。
5.如权利要求1所述的基于放样机器人的桥梁顶推自动监控方法,其特征在于,步骤(4)中,顶推过程中,观察放样机器人的手簿所显示的横向偏位,当偏位超限时发出预警具体为:由于放样机器人手簿中所显示的平面误差分别为垂直和平行于仪器主机观测方向的两个数值Δx和Δy,而顶推横向偏位Δt的方向为垂直于顶推轴向,故须将二者进行转换,才能将实际偏差与容许偏差进行比较;
根据顶推过程的技术要求,横向偏位Δt的允许误差为L,预先计算反光贴片经过每个过程点时,手簿所显示的误差值Δxi是否满足该方向的允许误差值li;
在监控过程中,将放样机器人的主机瞄准反光贴片并持续追踪,操作人员持续观察手簿的误差数值;
由于手簿中选定某个过程点i后,桥梁的反光贴在顶推工程中必然先靠近该点,然后远离该点,故当Δyi=0时,比较∣Δxi∣与li,若超过允许误差值则进行报警;
当Δyi正负号改变后,在手簿中选取下一个过程点i+1,再次观测并比较Δyi+1=0时的∣Δxi+1∣与li+1,重复这个过程,即可实现实时监控,直至顶推结束。
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