CN110988920A - 基于gnss技术的建筑塔机塔臂健康监测预警方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警方法和系统，所述建筑施工塔吊机包括塔臂、塔身及在塔臂上可滑动的吊装移动车，该健康监测预警系统包括GNSS基准站、移动车GNSS流动站、健康监测装置和警报装置，所述移动车GNSS流动站设置在所述吊装移动车的顶部中心位置，所述移动车GNSS流动站接收GNSS卫星信号，同时从所述GNSS基准站接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述健康监测装置；所述健康监测装置根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定所述移动车GNSS流动站的高程变化是否超出阈值，如果超出阈值，则所述警报装置进行报警。

Description

基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警方法和系统

本申请是2017年11月30日提交的、申请号为201711234776.X、发明名称为“建筑施工塔吊机的GNSS塔臂健康监测预警系统和方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及建筑施工塔吊机及其健康监测预警系统。

背景技术

建筑施工塔吊机偶有事故发生，一旦发生事故就会造成较大的损失，有些事故是因为外力造成的，例如飓风、碰撞等。有些事故是塔吊机自身坍塌、吊臂断裂等造成的。因而对塔吊机进行健康监测并预警非常重要。

发明内容

本发明鉴于以上情况，提出用于缓解或消除现有技术中存在的一项或更多的缺点，至少提供一种有益的选择。

为实现以上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警系统，所述建筑施工塔吊机包括塔臂、塔身及在塔臂上可滑动的吊装移动车，该健康监测预警系统包括GNSS基准站、移动车GNSS流动站、健康监测装置和警报装置，所述移动车GNSS流动站设置在所述吊装移动车的顶部中心位置，所述移动车GNSS流动站接收GNSS卫星信号，同时从所述GNSS基准站接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述健康监测装置；所述健康监测装置根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定所述移动车GNSS流动站的高程变化是否超出阈值，如果超出阈值，则所述警报装置进行报警，其中，所述健康监测装置如下地确定所述移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n(n＞1且n∈Z)的高程量，

是上一历元n-1的平滑滤波高程量，可利用历史定位数据采用平滑滤波算法获得，Δh_n为高度健康升降量。

根据一种实施方式，当所述塔臂移动车高度健康升降量Δh_n大于设定预警量E_h时，进行塔吊机塔臂倾斜报警，其中所述预警量如下确定：

其中，a,b分别是所述移动车GNSS流动站接收机的固定误差和比例误差；L为塔吊机塔身高度；k为预警系数，计算公式如下：k＝(2～3)·m，式中，m为塔吊机折旧系数，取值0.6～1。

根据本发明的另一方面，提供了基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警方法，用于建筑施工塔吊机，所述建筑施工塔吊机包括塔臂、塔身、在塔臂上可滑动的吊装移动车，以及安装在该吊装移动车的顶部中心位置的移动车GNSS流动站，所述方法包括：移动车GNSS流动站当前自身位置确定步骤，所述移动车GNSS流动站接收GNSS卫星信号，同时从GNSS基准站接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息；变化判断步骤，根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定移动车GNSS流动站的高程变化是否超出阈值，如果超出阈值，则发出报警指示；以及报警步骤，根据所述报警指示进行报警，其中，所述变化判断步骤如下地确定所述移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n(n＞1且n∈Z)的高程量，

是上一历元n-1的平滑滤波高程量，可利用历史定位数据采用平滑滤波算法获得，Δh_n为高度健康升降量。

根据一种实施方式，当所述塔臂移动车高度健康升降量Δh_n大于设定预警量E_h时，进行塔吊机塔臂倾斜报警，其中所述预警量如下确定：

其中，a,b分别是所述移动车GNSS流动站接收机的固定误差和比例误差；L为塔吊机塔身高度；k为预警系数，计算公式如下：k＝(2～3)·m，式中，m为塔吊折旧系数，取值0.6～1。

依据本发明的技术方案，能够提高建筑施工塔吊机群吊装作业的安全性。

附图说明

结合附图，可以更好地理解本发明。但是附图仅仅是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制。

图1示出了依据本发明的一种实施方式的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统的示意图；

图2示出了依据本发明的又一种实施方式的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统的示意图。

图3示出了依据本发明的另一种实施方式的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统的示意图。

图4示出了依据本发明的一种实施方式的塔臂健康监测预警方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详述，但不构成对本发明的任何限制。

图1示出了依据本发明的一种实施方式的用于建筑施工塔吊机(建筑塔机)的塔身健康监测预警系统的示意图。

如图1所示，可以应用本发明的一种实施方式的建筑施工塔吊机包括固定装置11、塔身12、塔臂13、吊装移动车14、吊钩部件15。吊装移动车14可以在吊臂上移动。依据本发明的一种实施方式的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统包括GNSS基准站17、塔身GNSS流动站16、健康监测装置18和警报装置19，所述塔身GNSS流动站16安装在塔身12的顶部(在一种实施方式中，可以位于顶部中心位置)，该塔身GNSS流动站16接收GNSS卫星信号，同时从所述GNSS基准站17接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述健康监测装置18；健康监测装置18根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定所述塔身GNSS流动站的位置变化是否超出阈值，如果超出阈值，则指示警报装置19进行报警。

该塔身GNSS流动站16如何接收GNSS卫星信号、以及如何从GNSS基准站17接收和使用GNSS卫星差分改正信号可以采用本领域所知的任何方法实现，在此不予赘述。

根据一种实施方式，健康监测装置18如下地确定该塔身GNSS流动站16的位置变化：

其中，(x_n,y_n,H_n)为塔身GNSS流动站当前历元n的三维坐标，

为历史历元的平均三维坐标，(Δx_n,Δy_n,ΔH_n)为塔身当前历元n的倾斜三维量，ΔS_n为倾斜总量。

依据一种实施方式，当该倾斜三维量(Δx_n,Δy_n,ΔH_n)大于设定预警量E_d或倾斜总量大于设定预警量E_t时，进行塔身倾斜报警，其中所述预警量计算公式如下：

其中，a,b分别是所述塔身GNSS流动站的接收机的固定误差和比例误差；固定误差和比例误差是GNSS流动站的接收机自身的精度指标，一般商用GNSS接收机会提供这两个指标，在此不予赘述。L为塔吊机塔身高度；k为预警系数，计算公式如下：

k＝(2～3)·m

式中，m为塔吊机折旧系数，取值0.6～1。

依据本发明的这种实施方式，可以提前获知塔身的变形情况，预防塔身变形引起的塔吊机坍塌。本发明的实施方式根据塔身的高度设置预警量，更加准确。

图2示出了依据本发明的又一种实施方式的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统的示意图。如图2所示，可以应用本发明的一种实施方式的建筑施工塔吊机包括固定装置11、塔身12、塔臂13、吊装移动车14、吊钩部件15。吊装移动车14可以在吊臂上移动。依据本发明的一种实施方式的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统包括GNSS基准站17、移动车GNSS流动站20、健康监测装置21和警报装置19，该移动车GNSS流动站20安装在吊装移动车14上，该移动车GNSS流动站20接收GNSS卫星信号，同时从GNSS基准站17接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述健康监测装置21；健康监测装置21根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定所述移动车GNSS流动站的高程变化是否超出阈值，如果超出阈值，则指示警报装置19进行报警。

依据一种实施方式，该健康监测装置21如下地确定所述移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n(n＞1且n∈Z)的高程量，

为历史历元的平均高程量，Δh_n为升降量。

依据另一种实施方式，该健康监测装置21如下地确定所述移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n(n＞1且n∈Z)的高程量，

是上一历元n-1的平滑滤波高程量，可利用历史定位数据采用平滑滤波算法获得，Δh_n为升降量。

依据一种实施方式，当所述吊装移动车高度健康升降量Δh_n大于设定预警量E_h时，进行塔吊机塔臂倾斜报警，其中所述预警量如下确定：

其中，a,b分别是移动车GNSS流动站20的接收机的固定误差和比例误差；L为塔吊机塔身高度，单位为km；k为预警系数，计算公式如下：

k＝(2～3)·m

式中，m为塔吊机折旧系数，取值0.6～1。

依据本发明的这种实施方式，可以获知塔臂的变形情况，预防塔臂变形引起的塔吊机断臂。本发明的实施方式根据塔身的高度设置预警量，更加准确。

图3示出了依据本发明的另一种实施方式的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统的示意图。

相比于图1所示的健康监测预警系统，图3所示的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统增加了移动车流动站20，即图3所示的用于建筑施工塔吊机的健康监测预警系统为GNSS双流动站系统，该健康监测装置31可以根据以上的说明和公式确定移动车GNSS流动站的高程变化和塔身GNSS流动站的位置变化，并在任何一个GNSS流动站的监测信息变化(包括高程或位置)超过阈值时，指示报警装置19进行报警。

图4示出了依据本发明的一种实施方式的塔臂健康监测预警方法的示意性流程图。本发明的一种实施方式的塔臂健康监测预警方法用于建筑施工塔吊机，该建筑施工塔吊机包括安装在该建筑施工塔吊机的塔臂上的移动车的顶部的移动车GNSS流动站。

如图4所示，依据本发明的一种实施方式的塔臂健康监测预警方法包括以下的步骤。

首先是塔臂GNSS流动站当前自身位置确定步骤401，该移动车GNSS流动站接收GNSS卫星信号，同时从GNSS基准站接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息，并将该当前位置信息发送给健康监测装置。

接着是变化判断步骤402，在该步骤，健康监测装置根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定移动车GNSS流动站的高程变化是否超出阈值，如果超出阈值，则向报警装置发出报警指示。

然后是报警步骤403，在该报警步骤，所述警报装置根据报警指示进行报警。

根据一种实施方式，该健康监测装置如下地确定该移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n(n＞1且n∈Z)的高程量，

为历史历元的平均高程量，Δh_n为升降量。

根据另一种实施方式，该健康监测装置如下地确定该移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n(n＞1且n∈Z)的高程量，

是上一历元n-1的平滑滤波高程量，可利用历史定位数据采用平滑滤波算法获得，Δh_n为升降量。

根据一种实施方式，当所述塔臂移动车高度健康升降量Δh_n大于设定预警量E_h时，进行塔吊机塔臂倾斜报警，该预警量如下确定：

其中，a,b分别是所述移动车GNSS流动站的接收机的固定误差和比例误差；L为塔吊机塔身高度，单位为km；k为预警系数，计算公式如下：

k＝(2～3)·m

式中，m为塔吊机折旧系数，取值0.6～1。

本发明的上述详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容，以用于实施本发明的优选方面，并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此，在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。

Claims (4)

1.一种基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警系统，所述建筑施工塔吊机包括塔臂、塔身及在塔臂上可滑动的吊装移动车，该健康监测预警系统包括GNSS基准站、移动车GNSS流动站、健康监测装置和警报装置，其特征在于，

所述移动车GNSS流动站设置在所述吊装移动车的顶部中心位置，所述移动车GNSS流动站接收GNSS卫星信号，同时从所述GNSS基准站接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述健康监测装置；

所述健康监测装置根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定所述移动车GNSS流动站的高程变化是否超出阈值，如果超出阈值，则所述警报装置进行报警，

其中，所述健康监测装置如下地确定所述移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n的高程量，

是上一历元n-1的平滑滤波高程量，可利用历史定位数据采用平滑滤波算法获得，Δh_n为高度健康升降量，n＞1且n∈Z。

2.根据权利要求1所述的基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警系统，其特征在于，当所述塔臂移动车高度健康升降量Δh_n大于设定预警量E_h时，进行塔吊机塔臂倾斜报警，其中所述预警量如下确定：

其中，a,b分别是所述移动车GNSS流动站接收机的固定误差和比例误差；L为塔吊机塔身高度；k为预警系数，计算公式如下：

k＝(2～3)·m

式中，m为塔吊机折旧系数，取值0.6～1。

3.一种基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警方法，用于建筑施工塔吊机，所述建筑施工塔吊机包括塔臂、塔身、在塔臂上可滑动的吊装移动车，以及安装在该吊装移动车的顶部中心位置的移动车GNSS流动站，所述方法包括：

移动车GNSS流动站当前自身位置确定步骤，所述移动车GNSS流动站接收GNSS卫星信号，同时从GNSS基准站接收GNSS卫星差分改正信号，从而确定自身的当前位置信息；

变化判断步骤，根据所述当前位置信息及历史定位数据，确定移动车GNSS流动站的高程变化是否超出阈值，如果超出阈值，则发出报警指示；以及

报警步骤，根据所述报警指示进行报警，

其中，所述变化判断步骤如下地确定所述移动车GNSS流动站的高程变化：

其中，h_n为所述移动车GNSS流动站当前历元n的高程量，n＞1且n∈Z，

是上一历元n-1的平滑滤波高程量，可利用历史定位数据采用平滑滤波算法获得，Δh_n为高度健康升降量。

4.根据权利要求3所述的基于GNSS技术的建筑塔机塔臂健康监测预警方法，其特征在于，当所述塔臂移动车高度健康升降量Δh_n大于设定预警量E_h时，进行塔吊机塔臂倾斜报警，其中所述预警量如下确定：

其中，a,b分别是所述移动车GNSS流动站接收机的固定误差和比例误差；L为塔吊机塔身高度；k为预警系数，计算公式如下：

k＝(2～3)·m

式中，m为塔吊折旧系数，取值0.6～1。

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