CN109896427A - 混凝土施工中缆机运输监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了混凝土施工中缆机运输监测预警方法，步骤1，进行调度信息配置；步骤2，混凝土运输车驶入转运平台后与缆机进行匹配，进入垂直运输阶段；步骤3，缆机从转运平台出发后全过程监控缆机的时空位置，分析各环节效率；步骤4，分析得出各环节效率后，在缆机驾驶室系统显示屏中提示，若某一环节耗时过长则向驾驶室发出声光提示信息，即时调整；同时分析缆机运行模式；步骤5，回程阶段，以卸料位置为初始位置，分析过程同去程阶段；将运行分析结果反馈给缆机驾驶室以调整操作；步骤6，对缆机是否相互干扰做实时预警与报警；步骤7，通过上述步骤，实现对混凝土施工中垂直运输过程的监测与预警。

Description

混凝土施工中缆机运输监测预警方法

技术领域

本发明属于水利工程混凝土浇筑施工中安全控制领域，主要用于水利工程大体积混凝土施工中垂直运输过程安全预警。

背景技术

混凝土垂直运输是水利工程混凝土浇筑过程中衔接水平运输的另一重要施工环节，负责把大体积混凝土从转运平台垂直运输至施工面特定位置。

在水利工程混凝土施工运输场景中，大体积混凝土在拌合楼处生产，一般通过运输车经工区内的交通线路运输至垂直运输阶段的转运平台。水利工程中尤其是混凝土坝不同部位对混凝土性能要求各异，因而涉及到的混凝土级配种类较多。某级配混凝土经运输车水平运输转运于指定的垂直运输设备后运输至混凝土坝指定部位。对于深山峡谷中的混凝土坝，垂直运输通常采用多套缆机进行混凝土垂直运输。现场混凝土生产与运输活动节奏快，各环节要求衔接紧凑，但是常存在运输车与缆机衔接时间过长、缆机空中运行各环节效率统计困难、一次吊运对位失误率高等问题。

传统的混凝土施工垂直运输调度通常是通过施工面调度指挥人员与缆机机械操作手通过长波等设备进行沟通来完成调度。在高强度的生产与运输调度活动中，由于疲劳、疏忽等人为原因及施工组织问题导致混凝土在垂直运输过程中无法保证混凝土与下料位置的一次匹配成功率，造成运输效率损失的问题；同时也无法实现实时调度与预警，无法保证制定的规划调度计划与实际情况完全相符。

综上，传统的混凝土垂直运输规划与调度管理相对比较粗犷，依靠加强调度人员的作业培训，增强调度作业熟练度等途径来保证混凝土垂直运输的效率与质量等。在实际混凝土生产运输过程中，混凝土的运输环节的衔接效率影响运输效率，现场调度人员的沟通配合也直接影响运输效率与运输质量。由于现场的混凝土调度受人为因素和施工组织的影响，难以对混凝土水平运输的各个环节进行效率控制与预警，难以避免运输车误装料与缆机中转设备匹配失误的问题的发生。

发明内容

本发明提供一种混凝土施工垂直运输效率与质量预警方法，采用相关监测硬件对运输车和缆机的运行状态进行监控，分析判断混凝土运输效率是否低于预警值、混凝土匹配信息是否有误并进行预警，避免由混凝土运输失误导致施工质量事故情况的发生。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：混凝土施工中缆机运输监测预警方法，它包括以下步骤：

步骤1，进行调度信息配置；

步骤2，混凝土运输车驶入转运平台后与缆机进行匹配，进入垂直运输阶段；

步骤3，缆机从转运平台出发后全过程监控缆机的时空位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，分析各环节效率；

步骤4，分析得出各环节效率后，在缆机驾驶室系统显示屏中提示，若某一环节耗时过长则向驾驶室发出声光提示信息，即时调整；同时分析缆机运行模式；

步骤5，回程阶段，以卸料位置为初始位置，分析过程同去程阶段；将运行分析结果反馈给缆机驾驶室以调整操作；

步骤6，对缆机是否相互干扰做实时预警与报警；

步骤7，通过上述步骤，实现对混凝土施工中垂直运输过程的监测与预警。

所述步骤1中具体操作过程为，在混凝土生产前，通过电脑客户端或者移动客户端进行调度信息配置，其中包括运输用运输车j、缆机n、仓面部位Ω；在混凝土浇筑过程中，若调度信息发生变化，调度人员及时进行更新。

所述步骤2中具体操作过程为：

步骤2.1：实施监测运输车j的位置D(x_jt,y_jt,z_jt)与运输车j的卸料动作状态I_jm，其中m＝0表示未卸料，m＝1表示卸料；

步骤2.2：当监测到运输车j的卸料动作状态I_jm从0转换为1的时刻，记录该时刻T_j1以及运输车j的位置D₁(x_jt,y_jt,z_jt)，再监测运输车j卸料动作状态从1转换为0的时刻T_j0；

步骤2.3：同时监测移动至转运平台的缆机n的位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，在转运平台监测到设备状态信息后，同时对运输车j和缆机n进行匹配，计算运输车j与缆机n的距离：

计算分析缆机n编号L＝index(min(ΔD_jn))，若L≠l，则在系统中发出报警，通知现场调度人员立即整改；同时计算转运时间Δtt＝T_j0-T_j1，并在系统显示屏中实时显示，若接近或超出系统设定时间tt，则发出预警与报警；

式中：ΔD_jn为T_j0时刻运输车j与缆机n的距离；x_jt,y_jt,z_jt为运输车j在T_j1时刻的空间位置；x_nt,y_nt,z_nt为缆机n在T_j0时刻的空间位置；L为缆机n编号；min为最小函数值计算符号；index为序号索引值函数计算符号；L为缆机n编号；Δtt为时刻T_j0和T_j1之间的时间间隔；tt为系统设定时间间隔。

所述步骤3中缆机从转运平台出发后全过程监控缆机的时空位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，其监控时间间隔为每1秒发送一次状态数据；缆机的单循环各特征时空值位置采用A-B-C-D-E-F-G各阶段位置；其中各特征时空值位置说明如下：

F至G为缆机吊罐进入转运平台范围并稳定的阶段，高程上下波动5m为限；

G至运输车行程开关打开的时间为运输车与缆机对位阶段；

A至B为缆机从运输车受完料并提升阶段；

B至C为重罐运输阶段；

C至D为缆机吊罐仓面对位阶段；

D至E为仓面卸料阶段，吊钩高于仓面5m且缆机高程最低点向上波动2.5m；

E至F为空罐返回阶段；

分析得出各环节效率后，在缆机驾驶室系统显示屏中提示，若某一环节耗时过长则向驾驶室发出声光提示信息，即时调整。

所述步骤4中分析缆机运行模式，分析方法如下：

去程阶段，从缆机n离开转运平台是记录初始位置d₀(x_0n,y_0n,z_0n)，之后选取每间隔若干秒，点位d₁(x_1n,y_1n,z_1n)…d_k(x_knt,y_knt,z_knt)(k＝2,3…)；

水平面以在向量d₀d₁在平面位置的投影为基准方向，考虑缆机受风力等环境因素影响其运行过程中会小幅摆动，故设定摆动阈值Δθ；同时设定相邻点位之间同向允许误差ε；以计算后续点位平面投影与向量的夹角θ_k-1，若θ_k-1>Δθ且θ_k-1-θ_(k-1)-1>0(此时k≥3)，则缆机在水平面做复合运动；反之缆机在平面做简单运动；垂直方向，相邻点位间设定阈值Δz，若z_knt-z_k-1nt>Δz，则判定缆机在垂直位置做简单运动；

综合水平方向与垂直方向，对某阶段运动进行判定：

若θ_k-2>Δθ且|θ_k-1-θ_(k-1)-1|>ε，且|z_knt-z_k-1nt|>Δz，则判定缆机做三向复合运动；

若θ_k-2>Δθ且|θ_k-1-θ_(k-1)-1|>ε，且|z_knt-z_k-1nt|≤Δz，则判定缆机在水平面做复合运动；

若θ_k-2≤Δθ或|θ_k-1-θ_(k-1)-1|≤ε，且|z_knt-z_k-1nt|≤Δz，判定缆机水平面做简单运动；

若θ_k-2≤Δθ或|θ_k-1-θ_(k-1)-1|≤ε，且|z_knt-z_k-1nt|>Δz，则判定缆机在垂直方向做简单运动。

所述步骤6中缆机是否相互干扰做实时预警与报警的具体方法为：

根据缆机n与缆机m(m≠n)的实时空间位置的平面投影d_n(x_nt,y_nt)与d_m(x_mt,y_mt)，计算任意两台缆机之间的实时距离：

根据缆机运行管理对缆机间距离的限定值D_ξ，判断D_t与D_ξ之间的关系，基于此对缆机干扰进行预警：

若D_t>D_ξ，但D_t在逐渐减小，则向缆机操作室发出干扰预警；

若D_t>D_ξ，但D_t在逐渐增大，则不向缆机操作室发出干扰预警；

若D_t≤D_ξ，则向缆机操作室发出干扰报警。

所述步骤6中同时对缆机实时的水平速度和垂直速度进行预警，由于缆机的位置信息是每1秒采集一次，可以对缆机1秒即时速度和任意时间间隔平均速度进行分析，并与缆机设计运行速度进行对比，根据结果进行报警。

本发明有如下有益效果：

混凝土施工中垂直运输监测预警方法通过对缆机运行状态及实时位置进行监控，结合转运平台监控端对缆机和运输车的识别、匹配，可以准确、实时统计缆机在缆机吊钩稳罐、运输车与缆机对位、装料、重罐运输、仓面料罐对位、仓面卸料及空返等各环节的耗时，并在耗时接近、超过警戒值时实时预警与报警；同时可对运输车-缆机-仓面要料部位进行调度规划，并对衔接各环节的匹配情况进行实时监控，并在发生匹配错误情况时进行报警，并反馈给缆机操作手及现场指挥人员进行及时纠偏，避免生产效率损耗与运错料导致的混凝土浇筑质量问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明缆机的单循环各特征时空值位置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1所示，混凝土施工中缆机运输监测预警方法，它包括以下步骤：

步骤1，进行调度信息配置；在混凝土生产前，通过电脑客户端或者移动客户端进行调度信息配置，其中包括运输用运输车j、缆机n、仓面部位Ω；在混凝土浇筑过程中，若调度信息发生变化，调度人员及时进行更新。

步骤2，混凝土运输车驶入转运平台后与缆机进行匹配，进入垂直运输阶段；此时实施监测运输车j的位置D(x_jt,y_jt,z_jt)与运输车j的卸料动作状态I_jm，其中m＝0表示未卸料，m＝1表示卸料；

当监测到运输车j的卸料动作状态I_jm从0转换为1的时刻，记录该时刻T_j1以及运输车j的位置D₁(x_jt,y_jt,z_jt)，再监测运输车j卸料动作状态从1转换为0的时刻T_j0；

同时监测移动至转运平台的缆机n的位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，在转运平台监测到设备状态信息后，同时对运输车j和缆机n进行匹配，计算运输车j与缆机n的距离：

计算分析缆机n编号L＝index(min(ΔD_jn))，若L≠l，则在系统中发出报警，通知现场调度人员立即整改；同时计算转运时间Δtt＝T_j0-T_j1，并在系统显示屏中实时显示，若接近或超出系统设定时间tt，则发出预警与报警；

式中：ΔD_jn为T_j0时刻运输车j与缆机n的距离；x_jt,y_jt,z_jt为运输车j在T_j1时刻的空间位置；x_nt,y_nt,z_nt为缆机n在T_j0时刻的空间位置；L为缆机n编号；min为最小函数值计算符号；index为序号索引值函数计算符号；L为缆机n编号；Δtt为时刻T_j0和T_j1之间的时间间隔；tt为系统设定时间间隔。

步骤3，缆机从转运平台出发后全过程监控缆机的时空位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，分析各环节效率；

其监控时间间隔为每1秒发送一次状态数据；缆机的单循环各特征时空值位置采用A-B-C-D-E-F-G各阶段位置；其中各特征时空值位置说明如下：

F至G为缆机吊罐进入转运平台范围并稳定的阶段，高程上下波动5m为限；

G至运输车行程开关打开的时间为运输车与缆机对位阶段；

A至B为缆机从运输车受完料并提升阶段；

B至C为重罐运输阶段；

C至D为缆机吊罐仓面对位阶段；

D至E为仓面卸料阶段，吊钩高于仓面5m且缆机高程最低点向上波动2.5m；

E至F为空罐返回阶段；

分析得出各环节效率后，在缆机驾驶室系统显示屏中提示，若某一环节耗时过长则向驾驶室发出声光提示信息，即时调整。

步骤4，分析得出各环节效率后，在缆机驾驶室系统显示屏中提示，若某一环节耗时过长则向驾驶室发出声光提示信息，即时调整；同时分析缆机运行模式；

分析方法如下：

去程阶段，从缆机n离开转运平台是记录初始位置d₀(x_0n,y_0n,z_0n)，之后选取每间隔若干秒，点位d₁(x_1n,y_1n,z_1n)…d_k(x_knt,y_knt,z_knt)(k＝2,3…)；

水平面以在向量d₀d₁在平面位置的投影为基准方向，考虑缆机受风力等环境因素影响其运行过程中会小幅摆动，故设定摆动阈值Δθ；同时设定相邻点位之间同向允许误差ε；以计算后续点位平面投影与向量的夹角θ_k-1，若θ_k-1>Δθ且θ_k-1-θ_(k-1)-1>0(此时k≥3)，则缆机在水平面做复合运动；反之缆机在平面做简单运动；垂直方向，相邻点位间设定阈值Δz，若z_knt-z_k-1nt>Δz，则判定缆机在垂直位置做简单运动；

综合水平方向与垂直方向，对某阶段运动进行判定：

若θ_k-2>Δθ且|θ_k-1-θ_(k-1)-1|>ε，且|z_knt-z_k-1nt|>Δz，则判定缆机做三向复合运动；

若θ_k-2>Δθ且|θ_k-1-θ_(k-1)-1|>ε，且|z_knt-z_k-1nt|≤Δz，则判定缆机在水平面做复合运动；

若θ_k-2≤Δθ或|θ_k-1-θ_(k-1)-1|≤ε，且|z_knt-z_k-1nt|≤Δz，判定缆机水平面做简单运动；

若θ_k-2≤Δθ或|θ_k-1-θ_(k-1)-1|≤ε，且|z_knt-z_k-1nt|>Δz，则判定缆机在垂直方向做简单运动。

步骤5，回程阶段，以卸料位置为初始位置，分析过程同去程阶段；将运行分析结果反馈给缆机驾驶室以调整操作。

步骤6，对缆机是否相互干扰做实时预警与报警；其具体预警与报警的具体方法为：

根据缆机n与缆机m(m≠n)的实时空间位置的平面投影d_n(x_nt,y_nt)与d_m(x_mt,y_mt)，计算任意两台缆机之间的实时距离：

根据缆机运行管理对缆机间距离的限定值D_ξ，判断D_t与D_ξ之间的关系，基于此对缆机干扰进行预警：

若D_t>D_ξ，但D_t在逐渐减小，则向缆机操作室发出干扰预警；

若D_t>D_ξ，但D_t在逐渐增大，则不向缆机操作室发出干扰预警；

若D_t≤D_ξ，则向缆机操作室发出干扰报警。

同时可以对缆机实时的水平速度和垂直速度进行预警，由于缆机的位置信息是每1秒采集一次，可以对缆机1秒即时速度和任意时间(如5秒)平均速度进行分析，并与缆机设计运行速度进行对比，根据结果进行报警。

步骤7，通过上述步骤，实现对混凝土施工中垂直运输过程的监测与预警。

本发明的优点是：

通过在混凝土生产运输过程中，采用精细化、智能化的技术手段和设备有效的监测运输车及缆机的工作状态，在监控指标即将达到或超过预警值时发出预警或报警信息，同时实时监测设备规划信息之间的匹配情况，避免质量事故的发生：

1)其自动获得运输车的工作状态，即卸料与否以及运输车的空间位置信息；

2)自动获得缆机的运行状态，包括其实时空间位置；

3)实时自动匹配运输车-缆机，若跟规划信息不符则发出报警；

4)计算缆机吊罐稳罐时间、运输车与缆机对位时间、装料时间、重罐运输时间、仓面卸料时间、缆机空罐返回时间及单循环时间，并按照设定的时间预警标准向操作人员进行预警及报警；

5)对缆机料罐-仓面受料部位匹配判断，若与规划信息不符则向施工仓面内的调度人员发出报警信息。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.混凝土施工中缆机运输监测预警方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤1，进行调度信息配置；

步骤2，混凝土运输车驶入转运平台后与缆机进行匹配，进入垂直运输阶段；

步骤3，缆机从转运平台出发后全过程监控缆机的时空位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，分析各环节效率；

步骤4，分析得出各环节效率后，在缆机驾驶室系统显示屏中提示，若某一环节耗时过长则向驾驶室发出声光提示信息，即时调整；同时分析缆机运行模式；

步骤5，回程阶段，以卸料位置为初始位置，分析过程同去程阶段；将运行分析结果反馈给缆机驾驶室以调整操作；

步骤6，对缆机是否相互干扰做实时预警与报警；

步骤7，通过上述步骤，实现对混凝土施工中垂直运输过程的监测与预警。

2.根据权利要求1所述的混凝土施工中缆机运输监测预警方法，其特征在于：所述步骤1中具体操作过程为，在混凝土生产前，通过电脑客户端或者移动客户端进行调度信息配置，其中包括运输用运输车j、缆机n、仓面部位Ω；在混凝土浇筑过程中，若调度信息发生变化，调度人员及时进行更新。

3.根据权利要求1所述的混凝土施工中缆机运输监测预警方法，其特征在于，所述步骤2中具体操作过程为：

步骤2.1：实施监测运输车j的位置D(x_jt,y_jt,z_jt)与运输车j的卸料动作状态I_jm，其中m＝0表示未卸料，m＝1表示卸料；

步骤2.2：当监测到运输车j的卸料动作状态I_jm从0转换为1的时刻，记录该时刻T_j1以及运输车j的位置D₁(x_jt,y_jt,z_jt)，再监测运输车j卸料动作状态从1转换为0的时刻T_j0；

步骤2.3：同时监测移动至转运平台的缆机n的位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，在转运平台监测到设备状态信息后，同时对运输车j和缆机n进行匹配，计算运输车j与缆机n的距离：

计算分析缆机n编号L＝index(min(ΔD_jn))，若L≠l，则在系统中发出报警，通知现场调度人员立即整改；同时计算转运时间Δtt＝T_j0-T_j1，并在系统显示屏中实时显示，若接近或超出系统设定时间tt，则发出预警与报警；

式中：ΔD_jn为T_j0时刻运输车j与缆机n的距离；x_jt,y_jt,z_jt为运输车j在T_j1时刻的空间位置；x_nt,y_nt,z_nt为缆机n在T_j0时刻的空间位置；L为缆机n编号；min为最小函数值计算符号；index为序号索引值函数计算符号；L为缆机n编号；Δtt为时刻T_j0和T_j1之间的时间间隔；tt为系统设定时间间隔。

4.根据权利要求1所述的混凝土施工中缆机运输监测预警方法，其特征在于，所述步骤3中缆机从转运平台出发后全过程监控缆机的时空位置d(x_nt,y_nt,z_nt)，其监控时间间隔为每1秒发送一次状态数据；缆机的单循环各特征时空值位置采用A-B-C-D-E-F-G各阶段位置；其中各特征时空值位置说明如下：

F至G为缆机吊罐进入转运平台范围并稳定的阶段，高程上下波动5m为限；

G至运输车行程开关打开的时间为运输车与缆机对位阶段；

A至B为缆机从运输车受完料并提升阶段；

B至C为重罐运输阶段；

C至D为缆机吊罐仓面对位阶段；

D至E为仓面卸料阶段，吊钩高于仓面5m且缆机高程最低点向上波动2.5m；

E至F为空罐返回阶段；

分析得出各环节效率后，在缆机驾驶室系统显示屏中提示，若某一环节耗时过长则向驾驶室发出声光提示信息，即时调整。

5.根据权利要求1所述的混凝土施工中缆机运输监测预警方法，其特征在于，所述步骤4中分析缆机运行模式，分析方法如下：

去程阶段，从缆机n离开转运平台是记录初始位置d₀(x_0n,y_0n,z_0n)，之后选取每间隔若干秒，点位d₁(x_1n,y_1n,z_1n)…d_k(x_knt,y_knt,z_knt)(k＝2,3…)；

水平面以在向量d₀d₁在平面位置的投影为基准方向，考虑缆机受风力等环境因素影响其运行过程中会小幅摆动，故设定摆动阈值Δθ；同时设定相邻点位之间同向允许误差ε；以计算后续点位平面投影与向量的夹角θ_k-1，若θ_k-1>Δθ且θ_k-1-θ_(k-1)-1>0(此时k≥3)，则缆机在水平面做复合运动；反之缆机在平面做简单运动；垂直方向，相邻点位间设定阈值Δz，若z_knt-z_k-1nt>Δz，则判定缆机在垂直位置做简单运动；

综合水平方向与垂直方向，对某阶段运动进行判定：

若θ_k-2>Δθ且|θ_k-1-θ_(k-1)-1|>ε，且|z_knt-z_k-1nt|>Δz，则判定缆机做三向复合运动；

若θ_k-2>Δθ且|θ_k-1-θ_(k-1)-1|>ε，且|z_knt-z_k-1nt|≤Δz，则判定缆机在水平面做复合运动；

若θ_k-2≤Δθ或|θ_k-1-θ_(k-1)-1|≤ε，且|z_knt-z_k-1nt|≤Δz，判定缆机水平面做简单运动；

若θ_k-2≤Δθ或|θ_k-1-θ_(k-1)-1|≤ε，且|z_knt-z_k-1nt|>Δz，则判定缆机在垂直方向做简单运动。

6.根据权利要求1所述的混凝土施工中缆机运输监测预警方法，其特征在于，所述步骤6中缆机是否相互干扰做实时预警与报警的具体方法为：

根据缆机n与缆机m(m≠n)的实时空间位置的平面投影d_n(x_nt,y_nt)与d_m(x_mt,y_mt)，计算任意两台缆机之间的实时距离：

根据缆机运行管理对缆机间距离的限定值D_ξ，判断D_t与D_ξ之间的关系，基于此对缆机干扰进行预警：

若D_t>D_ξ，但D_t在逐渐减小，则向缆机操作室发出干扰预警；

若D_t>D_ξ，但D_t在逐渐增大，则不向缆机操作室发出干扰预警；

若D_t≤D_ξ，则向缆机操作室发出干扰报警。

7.根据权利要求1或6所述的混凝土施工中缆机运输监测预警方法，其特征在于，所述步骤6中同时对缆机实时的水平速度和垂直速度进行预警，由于缆机的位置信息是每1秒采集一次，可以对缆机1秒即时速度和任意时间间隔平均速度进行分析，并与缆机设计运行速度进行对比，根据结果进行报警。