CN111392599B - 一种塔吊自动化控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种塔吊自动化控制方法。所述方法包括：获取吊钩位置A点、物料装载位置B点以及物料卸载位置C点分别相对于基准站位置O点的位置信息和实时GNSS测向信息；根据获取到的测向信息和位置信息，计算方位夹角信息；以及，计算高程差和水平差；利用计算得到的方位夹角信息，调整塔吊横杆的转动方位角，以及，利用计算得到的高程差和水平差，调整吊钩位置A点的升降高度及吊钩在塔吊横杆上的水平移动距离。

Description

一种塔吊自动化控制方法
技术领域
本申请实施例涉及信息处理领域，尤指一种塔吊自动化控制方法。
背景技术
随着全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System，GNSS) 发展的不断完善，GNSS在各个领域的应用都展现出了优异前景，现已广泛应用于导航，测量测绘，精细农业，无人驾驶，无人机等多个领域。尤其是中国的北斗系统已经完成北斗三代的建设，在亚太地区可观测到20颗左右的卫星，进一步扩展了GNSS定位的应用场景。多系统联合统定位(BDS， GPS,GALILEO,GLONASS,QZSS等)可同时观测到超过50颗卫星，这就使用户在复杂遮挡环境下，也可以实现RTK(Real-Time Kinematic，实时动态) 的固定解，达到厘米级别的定位精度。在1米长的基线上GNSS测向精度可以达到0.2度以内，当基线超过20米时，GNSS测向精度可达到0.02度以内。
塔吊几乎是建筑工地必备的一种起重机器，是建楼建桥必不可少的大型设备，主要用来将钢筋混泥土等建筑用料送往高处。现有塔吊，均是由人工手动操作完成塔吊的转向，起重升降等操作，这种人工手动的操作方式需要操作人员爬到塔吊顶端的控制室进行操作，操作人员待在高空狭小的控制室里，不仅工作环境恶劣，而且这种操作方式对操作人员的操作要求也非常高，同时操作人员每次上下塔吊时也存在很大的安全隐患。除此之外，操作人员距离所要运送的物料和运送的目的地距离较远，可能需要多次调整才能使塔吊调整至合适位置，在此过程中，还需额外的人员配合其操作，存在诸多的安全隐患。
在相关技术中，为了改善塔吊的操作问题，在原有塔吊的基础上，可以增加红外、重力等传感器，来增加防抖和风力抵消的功能，以进一步提高塔吊的安全性与智能性。或者，提供一种具有握杆防触功能的塔吊控制器,以解决现有塔吊控制器握杆存在误触导致的操作问题，提高了塔吊操作的安全性。
由于现有相关技术提供的塔吊控制方式均是在原塔吊的基础上做了部分改进，但是并未从本质上解决塔吊的自动化控制问题。
发明内容
为了解决上述任一技术问题，本申请实施例提供了一种塔吊自动化控制方法。
为了达到本申请实施例目的，本申请实施例提供了一种塔吊自动化控制的方法，塔吊上位置O点安装一台GNSS接收机作为基准站接收机；塔吊的吊钩位置A点、物料装载位置B点以及物料卸载位置C点分别安装一台GNSS 接收机作为移动站接收机；其中：
获取吊钩位置A点、物料装载位置B点以及物料卸载位置C点分别相对于基准站位置O点的位置信息；以及，获取吊钩位置A点、物料装载位置B 点以及物料卸载位置C点分别与基准站位置O的实时GNSS测向信息；
根据每个位置的实时GNSS测向信息，计算吊钩向量
Figure BDA0002401141860000021
物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000022
以及物料卸载点向量
Figure BDA0002401141860000023
之间的方位夹角信息；以及，根据每个位置的位置信息，计算吊钩位置A点与物料装载位置B点之间的高程差和水平差以及吊钩位置A点与物料卸载位置C点之间的高程差和水平差；
利用计算得到的方位夹角信息，调整塔吊横杆的转动方位角，以及，利用计算得到的高程差和水平差，调整吊钩位置A点的升降高度及吊钩在塔吊横杆上的水平移动距离，使吊钩自动到达物料装载位置B点或者物料卸载位置C点。
在一个示例性实施例中，所述吊钩位置A点到达物料装载位置B点是通过如下方式得到的，包括：
控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转至物料装载位置B点的同一方位；
获取吊钩位置A点的实时位置信息与物料装载位置B点的实时位置信息后，利用吊钩位置A点与物料装载位置B点的水平距离差值，控制吊钩位置 A点在塔吊横杆上滑动，使吊钩位置A点到达物料装载位置B点的正上方；
利用吊钩位置A点与物料装载位置B点的高程差，自动控制吊钩位置A 点的升降，使吊钩位置A点到达物料装载位置B点位置。
在一个示例性实施例中，所述控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到物料装载位置B点方位，包括：
获取吊钩向量
Figure BDA0002401141860000031
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000032
的实时测向信息；
根据吊钩向量
Figure BDA0002401141860000033
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000034
的实时测向信息，计算吊钩位置A 点和物料装载位置B点的方位夹角的实时差值；
利用吊钩位置A点和物料装载位置B点的方位角的实时差值，控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到物料装载位置B点方位。
在一个示例性实施例中，所述吊钩位置A点达到物料卸载位置C点是通过如下方式得到的，包括
当吊钩装载好物料后，获取吊钩位置A点相对于O点的实时位置信息，利用吊钩位置A点与O点的高程差，控制其上升；
控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure BDA0002401141860000035
方位；
获取吊钩位置A点的实时位置信息与物料卸载位置C点的实时位置信息后，利用吊钩位置A点与物料卸载位置C点的水平距离差值，控制吊钩位置 A点在塔吊横杆上滑动，使吊钩位置A点到达物料卸载位置C点的正上方；
利用吊钩位置A点与物料卸载位置C点的高程差，自动控制吊钩位置A 点的升降，使吊钩位置A点到达物料卸载位置C点位置。
在一个示例性实施例中，所述控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure BDA0002401141860000036
方位，包括：
获取吊钩向量
Figure BDA0002401141860000037
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000038
的实时测向信息；
根据吊钩向量
Figure BDA0002401141860000039
与物料装载点向量
Figure BDA00024011418600000310
的实时测向信息，计算吊钩位置A 点和物料卸载位置C点的方位夹角的实时差值；
利用吊钩位置A点和物料卸载位置C点的方位角的实时差值，控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure BDA00024011418600000311
方位。
在一个示例性实施例中，所述基准站接收机的位置是通过如下方式得到的，包括：
为基准站接收机观测到的每个卫星建立伪距观测方程的计算表达式；
利用建立的伪距观测方程的计算表达式，计算基准站接收机的实时位置信息，其中：
伪距观测方程的计算表达式为
Figure BDA0002401141860000041
其中，i为卫星号，k为频点号，ρ表示站星距，c表示光速，dT为接收机钟差，dt为卫星钟差，f1表示1频点的频率，fk表示k频点的频率，diono为L1频点的电离层误差，dtrop为对流层误差，ε表示噪声。
在一个示例性实施例中，所述移动站接收机的位置是通过如下方式得到的，包括：
获取基准站接收机的伪距及载波观测值；
利用基准站接收机的伪距及载波观测值，分别确定移动站接收机的伪距方程和载波相位非差观测方程的计算表达式；
对移动站接收机的伪距方程和载波相位非差观测方程进行双差计算；
利用双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程，计算移动站接收机的定位结果。
在一个示例性实施例中，所述双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程的计算表达式如下：
Figure BDA0002401141860000042
Figure BDA0002401141860000043
其中，
Figure BDA0002401141860000044
表示双差符号，i，j分别表示卫星号，k表示频点号，ρ表示站星距，λk表示波长，Nk表示模糊度，f1表示1频点的频率，fk表示k频点的频率，diono为L1频点的电离层误差，dtrop为对流层误差，ε表示噪声。
在一个示例性实施例中，所述移动站接收机的测向信息是通过如下方式得到的，包括：
利用双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程，计算移动站接收机的基线向量；
将基线向量旋转至东北天ENU的坐标系下，得到基线向量的方位信息。
在一个示例性实施例中，所述基线向量的方位信息包括：
方位角的计算表达式如下：
Figure BDA0002401141860000051
俯仰角的计算表达式如下：
Figure BDA0002401141860000052
其中，ΔE表示基线东向长度，ΔN表示基线北向长度，ΔU表示基线的天向高度。
在一个示例性实施例中，所述基准站接收机安装在塔柱与横向吊杆的交点位置。
本申请实施例提供的方案，使塔吊实现高精度自动化的运作，不需要依靠操作人员手动控制操作，有效提升塔吊运作的安全性同时降低塔吊运作的人工成本利用GNSS-RTK定位技术提升塔吊的位置控制精度，使塔吊起重升降运送物料的位置控制精度达到厘米级别。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的塔吊上GNSS接收机的安装示意图；
图2为本申请实施例提供的塔吊自动化控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在相关技术中，建筑工地及桥梁架设等所使用的塔吊基本都是人为机械操作，不仅控制精度低，而且操作人员本身也承担了很大危险。
鉴于此，本申请将高精度的卫星定位测向与塔吊控制系统结合，可有效提升塔吊的控制效率，并大幅减少塔吊作业人员的数量和作业人员的工作量，可大幅提升塔吊的控制精度，使塔吊的位置控制精度达到厘米级别，使其方位控制达到0.2度以内。可让塔吊的自动化程度大幅提升，可有效应用在工地建筑，建桥修路等各个领域。
对塔吊实现高精度的自动化控制，最主要的就是实时精确解算出塔吊的吊钩位置与物料装载位置及物料卸载位置的相对位置和方位信息，本发明将 GNSS-RTK和GNSS测向应用在塔吊控制领域。由于在塔吊的整个运作过程中并不需要很高的绝对位置精度，所以塔吊的GNSS-RTK定位和GNSS测向时并不需要外部精确的基准站。
如图1所示，在塔吊的塔柱与横向吊杆交汇处安装一台接收机作为塔吊本身的基准站，该基准站并不需要通过测量测绘得出其精密位置坐标，直接利用单点定位计算出1～2米左右的定位精度即可。与此同时，在塔吊的吊钩位置、物料装载位置和物料卸载位置各安装一台接收机作为移动站接收机。在塔吊工作过程中，吊钩、物料存放点，及物料卸载点接收机均可利用塔吊基准站实现高精度的RTK定位和高精度的测向功能，以此实现对塔吊的高精度控制。
对塔吊上基准站接收机的定位方法进行说明：
在建筑工地，随着楼层的加高，塔吊的塔柱也需要不断的加高，因此基准站的位置也需要实时确定。由于对塔吊控制主要考虑的是各个位置点的相对定位精度和各个位置点的相位方位信息，所以对基准站坐标进行单点定位即可，这也解决了塔吊在加高过程中基准站位置需要重新标定的问题。
所述基准站接收机的位置是通过如下方式得到的，包括：
为基准站接收机观测到的每个卫星建立伪距观测方程的计算表达式；
利用建立的伪距观测方程的计算表达式，计算基准站接收机的实时位置信息，其中：
伪距观测方程的计算表达式为
Figure BDA0002401141860000071
其中，i为卫星号，k为频点号，ρ表示站星距，c表示光速，dT为接收机钟差，dt为卫星钟差，f1表示1频点的频率，fk表示k频点的频率，diono为 L1频点的电离层误差，dtrop为对流层误差，ε表示噪声。
其中，对流层误差可利用模型消除百分之90以上，电离层误差可以利用模型消除一部分误差或者利用双频消除其一阶误差影响。
当基准站接收机观测到多颗卫星时，可利用计算表达式(1)建立方程组，解算出塔吊基准站接收机的实时位置信息。
对移动站接收机的定位方法进行说明：
当移动站在得到塔吊基准站的观测值信息及位置信息后便可进行RTK定位和GNSS测向解算。
RTK技术是利用基线两端接收机观测误差的相关性，通过双差消除大部分测量误差，综合使用伪距和载波观测值来取得厘米级定位精度的方法，该方法利用基准站和移动站数据，通过双差计算可以消除相关误差、估计基线、电离层和对流层残差，搜索整周模糊度信息等最终实现高精度的定位。整个RTK系统包括参考站和移动站以及通信链路，通信链路可用有线或无线设备来实现。
所述移动站接收机的位置是通过如下方式得到的，包括：
获取基准站接收机的伪距及载波观测值；
利用基准站接收机的伪距及载波观测值，分别确定移动站接收机的伪距方程和载波相位非差观测方程的计算表达式；
对移动站接收机的伪距方程和载波相位非差观测方程进行双差计算；
利用双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程，计算移动站接收机的定位结果。
单站GNSS的伪距及载波相位非差观测方程如下：
Figure BDA0002401141860000081
Figure BDA0002401141860000082
计算表达式(2)和(3)中各个参数和式(1)相同，其中N为整周模糊度，Φ为折算到单位为米的载波相位观测值。
在对计算表达式进行双差计算后，可得如下表达式：
Figure BDA0002401141860000083
Figure BDA0002401141860000084
其中，
Figure BDA0002401141860000085
表示双差符号，i，j分别表示卫星号，k表示频点号，ρ表示站星距，λk表示波长，Nk表示模糊度，f1表示1频点的频率，fk表示k频点的频率，diono为L1频点的电离层误差，dtrop为对流层误差，ε表示噪声，P和Φ为折算到单位为米的载波相位观测值。
需要估计的参数包括基线向量[x，y，z]，每颗非参考星的电离层残差,对流层天顶方向上的残差，每颗非参考星的载波整周模糊度。
通过式(4)和式(5)建立方程组即可得出移动站的RTK定位结果。
所述移动站接收机的测向信息是通过如下方式得到的，包括：
利用双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程，计算移动站接收机的基线向量；
将基线向量旋转至东北天ENU的坐标系下，得到基线向量的方位信息。
GNSS测向也是通过双差方程来消除各项误差，并估计出两个天线之间的基线向量，然后计算出向量的方位信息。当移动站收到基准站的观测值和坐标后，根据式(4)和式(5)建立的双差方程可估计出基线向量。在得到基线向量后，可将基线向量旋转至ENU(东北天)坐标系下，便可并求出基线向量的方位信息，方位角信息及俯仰角计算如式(6)与式(7)所示：
Figure BDA0002401141860000091
Figure BDA0002401141860000092
其中，ΔE表示基线东向长度，ΔN表示基线北向长度，ΔU表示基线的天向高度。
本申请实施例提供的塔吊自动化控制的方法，塔吊上位置O点安装有一台GNSS接收机作为基准站接收机；塔吊的吊钩位置A点、物料装载位置B 点以及物料卸载位置C点分别安装有一台GNSS接收机作为移动站接收机；其中：
获取吊钩位置A点、物料装载位置B点以及物料卸载位置C点分别相对于基准站位置O点的位置信息；以及，获取吊钩位置A点、物料装载位置B 点以及物料卸载位置C点分别与基准站位置O点的实时GNSS测向信息；
根据每个位置的实时GNSS测向信息，计算吊钩向量
Figure BDA0002401141860000093
物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000094
以及物料卸载点向量
Figure BDA0002401141860000095
之间的方位夹角信息；以及，根据每个位置的位置信息，计算吊钩位置A点与物料装载位置B点之间的高程差和水平差以及吊钩位置A点与物料卸载位置C点之间的高程差和水平差；
利用计算得到的方位夹角信息，调整塔吊横杆的转动方位角，以及，利用计算得到的高程差和水平差，调整吊钩位置A点的升降高度及吊钩在塔吊横杆上的水平移动距离，使吊钩自动到达物料装载位置B点或者物料卸载位置C点。
在一个示例性实施例中，塔吊基准站接收机O通过获取的伪距及载波观测值进行实时单点定位，并将其单点定位结果和观测值播发给各个移动站。其中，各个移动站执行如下操作：
塔吊的吊钩接收机A在获取自身观测值的同时，也实时获取基准站接收的位置和观测值信息。然后利用自身观测值与基准站接收机观测值建立双差方程，解算出吊钩的位置和基线方位信息。并将自身位置和测向信息发送给控制中心；
物料装载点接收机B在获取自身观测值的同时，实时获取基准站接收机的位置和观测值信息，然后利用自身观测值与塔吊基准站接收机观测值建立双差关系，解算出物料装载点的位置和基线方位信息，并将自身位置和测向信息发送给控制中心；
物料卸载点C在获取自身观测值的同时，实时获取基准站接收机的位置和观测值信息，然后利用自身观测值与塔吊基准站接收机观测值建立双差关系，解算出物料卸载点的位置和基线方位信息，并将自身位置和测向信息发送给控制中心。
控制中心在实时获取吊钩、物料装载点、物料卸载点的其方位信息后，计算出吊钩向量
Figure BDA0002401141860000101
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000102
物料卸载点向量
Figure BDA0002401141860000103
的方位夹角信息。
控制中心实时获取吊钩、物料装载点、物料卸载点的位置信息后，计算出吊钩A与物料装载点B、物料卸载点C的高程差和水平差。
控制中心在接到外部指令后，利用计算得到的方位夹角，实时自动调整塔吊横杆的转动方位角，并利用高程差和水平差实时自动调整吊钩A的升降高度及吊钩在塔吊横杆上的水平移动距离，从而使吊钩自动到达物料装载点B 或者物料卸载点C。
在一个示例性实施例中，所述吊钩位置A点到达物料装载位置B点是通过如下方式得到的，包括：
控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转至物料装载位置B点的同一方位；
获取吊钩位置A点的实时位置信息与物料装载位置B点的实时位置信息后，利用吊钩位置A点与物料装载位置B点的水平距离差值，控制吊钩位置 A点在塔吊横杆上滑动，使吊钩位置A点到达物料装载位置B点的正上方；
利用吊钩位置A点与物料装载位置B点的高程差，自动控制吊钩位置A 点的升降，使吊钩位置A点到达物料装载位置B点位置。
在一个示例性实施例中，所述控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到物料装载位置B点方位，包括：
获取吊钩向量
Figure BDA0002401141860000111
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000112
的实时测向信息；
根据吊钩向量
Figure BDA0002401141860000113
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000114
的实时测向信息，计算吊钩位置A 点和物料装载位置B点的方位夹角的实时差值；
利用吊钩位置A点和物料装载位置B点的方位角的实时差值，控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到物料装载位置B点方位。
在一个示例性实施例中，所述吊钩位置A点达到物料卸载位置C点是通过如下方式得到的，包括
当吊钩装载好物料后，获取吊钩位置A点相对于O点的实时位置信息，利用吊钩位置A点与O点的高程差，控制其上升；
控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure BDA0002401141860000115
方位；
获取吊钩位置A点的实时位置信息与物料卸载位置C点的实时位置信息后，利用吊钩位置A点与物料卸载位置C点的水平距离差值，控制吊钩位置 A点在塔吊横杆上滑动，使吊钩位置A点到达物料卸载位置C点的正上方；
利用吊钩位置A点与物料卸载位置C点的高程差，自动控制吊钩位置A 点的升降，使吊钩位置A点到达物料卸载位置C点位置。
在一个示例性实施例中，所述控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure BDA00024011418600001110
方位，包括：
获取吊钩向量
Figure BDA0002401141860000116
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000117
的实时测向信息；
根据吊钩向量
Figure BDA0002401141860000118
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000119
的实时测向信息，计算吊钩位置A 点和物料卸载位置C点的方位夹角的实时差值；
利用吊钩位置A点和物料卸载位置C点的方位角的实时差值，控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure BDA0002401141860000121
方位。
在一个示例性实施例中，所述基准站接收机安装在塔柱与横向吊杆的交点位置。
下面以将物料从物料装载点B取走并放置到物料卸载点C的应用场景为例，对控制塔吊运行的操作过程进行说明：
图2为本申请实施例提供的塔吊自动化控制的方法的流程图。如图2所示，所述方法包括：
1、位于吊钩位置A、物料装载点B和物料卸载点C的三个移动站接收机分别与基站位置O的基准站接收机进行实时的RTK定位解算，得出自身位置相对于O位置的精确位置，并将位置结果发送给控制中心。
2、位于吊钩位置A、物料装载点B和物料卸载点C的三个移动站接收机分别与基站位置O进行实时的GNSS测向解算，得出基线的测向信息，并将方位信息发送给控制中心。
3、控制中心在实时获取吊钩、物料装载点、物料卸载点的方位信息后，计算吊钩向量
Figure BDA0002401141860000122
与物料装载点向量
Figure BDA0002401141860000123
物料卸载点向量
Figure BDA0002401141860000124
的方位夹角信息。
4、控制中心在实时获取吊钩位置A的方位信息与物料装载点B的方位信息后，利用A和B的方位角的实时差值自动控制塔吊旋转，使A精确旋转到 OB方位。
5、控制中心在实时获取吊钩位置A的位置信息与B的位置信息后，利用吊钩与物料装载点B的水平距离差值，自动控制吊钩在塔吊横杆上滑动，使吊钩到达物料装载点B的正上方。并利用吊钩与物料装载点B的高程差，自动控制吊钩的升降，使吊钩到达物料装载点B的位置。
6、当吊钩装载好物料后，控制中心根据吊钩与O点的高程差，控制其上升。
7、控制中心获取实时的吊钩方位角与C点的方位信息，并利用吊钩与物料卸载点C方位角的实时差值，自动控制使A旋转移动至C点正上方。
8、控制中心在实时获取吊钩位置A的位置信息与物料卸载点C的位置信息后，利用吊钩与物料卸载点C的水平距离差值，自动控制吊钩在塔吊横杆上滑动，使吊钩到达物料卸载点C的正上方。并利用吊钩与物料卸载点C的高程差，自动控制吊钩的升降，使吊钩到达物料卸载点C的位置。
本申请将卫星测向定位的技术应用在塔吊的控制领域，提出了一种高精度自动化的塔吊控制方法。该方法达到如下技术效果，包括：
利用GNSS-RTK定位技术提升塔吊的位置控制精度，使塔吊起重升降运送物料的位置控制精度达到厘米级别。
利用GNSS测向技术提升塔吊的方位控制精度，使塔吊的转向及方位控制达到0.02度以内
提出基于塔吊的GNSS高精度定位及测向方法，在不依赖外部参考站的情况下实现高精度的塔吊控制系统。
从本质上解决塔吊的自动化控制问题，使塔吊实现高精度自动化的运作，不需要依靠操作人员手动控制操作。
有效提升塔吊运作的安全性同时降低塔吊运作的人工成本。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质) 和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于R吊钩位置A点M、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (9)

1.一种塔吊自动化控制的方法，其特征在于，塔吊上位置O点安装一台GNSS接收机作为基准站接收机；塔吊的吊钩位置A点、物料装载位置B点以及物料卸载位置C点分别安装一台GNSS接收机作为移动站接收机；其中：
获取吊钩位置A点、物料装载位置B点以及物料卸载位置C点分别相对于基准站位置O点的位置信息；以及，获取吊钩位置A点、物料装载位置B点以及物料卸载位置C点分别与基准站位置O的实时GNSS测向信息；
根据每个位置的实时GNSS测向信息，计算吊钩向量
Figure FDA0003259649440000012
物料装载点向量
Figure FDA0003259649440000013
以及物料卸载点向量
Figure FDA0003259649440000014
之间的方位夹角信息；以及，根据每个位置的位置信息，计算吊钩位置A点与物料装载位置B点之间的高程差和水平差以及吊钩位置A点与物料卸载位置C点之间的高程差和水平差；
利用计算得到的方位夹角信息，调整塔吊横杆的转动方位角，以及，利用计算得到的高程差和水平差，调整吊钩位置A点的升降高度及吊钩在塔吊横杆上的水平移动距离，使吊钩自动到达物料装载位置B点或者物料卸载位置C点；
所述基准站接收机的位置是通过如下方式得到的，包括：
为基准站接收机观测到的每个卫星建立伪距观测方程的计算表达式；
利用建立的伪距观测方程的计算表达式，计算基准站接收机的实时位置信息，其中：
伪距观测方程的计算表达式为
Figure FDA0003259649440000011
其中，i为卫星号，k为频点号，ρ表示站星距，c表示光速，dT为接收机钟差，dt为卫星钟差，f1表示1频点的频率，fk表示k频点的频率，diono为L1频点的电离层误差，dtrop为对流层误差，ε表示噪声；
所述移动站接收机的位置是通过如下方式得到的，包括：
获取基准站接收机的伪距及载波观测值；
利用基准站接收机的伪距及载波观测值，分别确定移动站接收机的伪距方程和载波相位非差观测方程的计算表达式；
对移动站接收机的伪距方程和载波相位非差观测方程进行双差计算；
利用双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程，计算移动站接收机的定位结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吊钩位置A点到达物料装载位置B点是通过如下方式得到的，包括：
控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转至物料装载位置B点的同一方位；
获取吊钩位置A点的实时位置信息与物料装载位置B点的实时位置信息后，利用吊钩位置A点与物料装载位置B点的水平距离差值，控制吊钩位置A点在塔吊横杆上滑动，使吊钩位置A点到达物料装载位置B点的正上方；
利用吊钩位置A点与物料装载位置B点的高程差，自动控制吊钩位置A点的升降，使吊钩位置A点到达物料装载位置B点位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到物料装载位置B点方位，包括：
获取吊钩向量
Figure FDA0003259649440000021
与物料装载点向量
Figure FDA0003259649440000022
的实时测向信息；
根据吊钩向量
Figure FDA0003259649440000023
与物料装载点向量
Figure FDA0003259649440000024
的实时测向信息，计算吊钩位置A点和物料装载位置B点的方位夹角的实时差值；
利用吊钩位置A点和物料装载位置B点的方位角的实时差值，控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到物料装载位置B点方位。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吊钩位置A点达到物料卸载位置C点是通过如下方式得到的，包括：
当吊钩装载好物料后，获取吊钩位置A点相对于O点的实时位置信息，利用吊钩位置A点与O点的高程差，控制其上升；
控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure FDA0003259649440000025
方位；
获取吊钩位置A点的实时位置信息与物料卸载位置C点的实时位置信息后，利用吊钩位置A点与物料卸载位置C点的水平距离差值，控制吊钩位置A点在塔吊横杆上滑动，使吊钩位置A点到达物料卸载位置C点的正上方；
利用吊钩位置A点与物料卸载位置C点的高程差，自动控制吊钩位置A点的升降，使吊钩位置A点到达物料卸载位置C点位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure FDA0003259649440000031
方位，包括：
获取吊钩向量
Figure FDA0003259649440000032
与物料装载点向量
Figure FDA0003259649440000033
的实时测向信息；
根据吊钩向量
Figure FDA0003259649440000034
与物料装载点向量
Figure FDA0003259649440000035
的实时测向信息，计算吊钩位置A点和物料卸载位置C点的方位夹角的实时差值；
利用吊钩位置A点和物料卸载位置C点的方位角的实时差值，控制塔吊旋转，使吊钩位置A点旋转到
Figure FDA0003259649440000036
方位。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程的计算表达式如下：
Figure FDA0003259649440000037
Figure FDA0003259649440000038
其中，
Figure FDA0003259649440000039
表示双差符号，i，j分别表示卫星号，k表示频点号，ρ表示站星距，λk表示波长，Nk表示模糊度，f1表示1频点的频率，fk表示k频点的频率，diono为L1频点的电离层误差，dtrop为对流层误差，ε表示噪声。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述移动站接收机的测向信息是通过如下方式得到的，包括：
利用双差计算得到的伪距方程和载波相位非差观测方程，计算移动站接收机的基线向量；
将基线向量旋转至东北天ENU的坐标系下，得到基线向量的方位信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基线向量的方位信息包括：
方位角的计算表达式如下：
Figure FDA0003259649440000041
俯仰角的计算表达式如下：
Figure FDA0003259649440000042
其中，ΔE表示基线东向长度，ΔN表示基线北向长度，ΔU表示基线的天向高度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准站接收机安装在塔柱与横向吊杆的交点位置。
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