CN112434912A - 一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法 - Google Patents

一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法 Download PDF

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张锋凌
陈杨化
陈凯
冯子恒
邹丽文
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Abstract

提供一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，方法使用GNSS‑机械控制系统完成，包括如下步骤：使用GNSS‑机械控制系统对施工机械进行实物改造，在铲斗位置加装定位系统；在施工机械的驾驶室安装控制系统及通讯系统；使用无人机遥感测绘沙漠地带场地地形图，GNSS‑机械控制系统的管理软件根据地形图建立施工模型；GNSS‑机械控制系统通过通讯系统发送至现场施工机械的控制终端，施工机械将按照GNSS‑机械控制系统的管理软件的指令进行运作；若作业过程中有设计变更，则管理软件修改施工模型，施工机械收到的作业指令同步更新；施工机械现场施工的数据通过通讯系统反馈回管理软件，由此管理人员可以准确地知道现场实时工况，从而根据施工计划，及时纠偏。

Description

一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法
技术领域
本发明涉及一种施工方法技术领域，特别是一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法。
背景技术
光热光伏发电，作为一种新型的清洁能源，近年正在飞速发展。光电站选址大多位于沙漠地带，沙漠地带中部分区域沙丘起伏、地势复杂多变，场平施工时标高测量工作难度大、精度低，场平机械施工效率低下，遇工程赶工时，靠增加机械人力数量也只能事倍功半。
发明内容
为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，本发明提供一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，所述方法使用GNSS-机械控制系统完成，包括如下步骤：
步骤1，使用GNSS-机械控制系统对施工机械进行实物改造，在铲斗位置加装定位系统；
步骤2，在所述施工机械的驾驶室安装控制系统及通讯系统；
步骤3，使用无人机遥感测绘沙漠地带场地地形图，所述GNSS-机械控制系统的管理软件根据地形图建立施工模型；
步骤4，所述GNSS-机械控制系统通过通讯系统发送至现场施工机械的控制终端，施工机械将按照GNSS-机械控制系统的管理软件的指令进行运作；若作业过程中有设计变更，则所述管理软件修改所述施工模型，施工机械收到的作业指令同步更新；
步骤5，施工机械现场施工的数据通过通讯系统反馈回管理软件，由此管理人员可以准确地知道现场实时工况，从而根据施工计划，及时纠偏。
根据本发明的另一方面，所述GNSS-机械控制系统包括：管理软件、定位系统、控制系统、通讯系统。
根据本发明的另一方面，所述管理软件的工作流程包括：首先使用无人机遥感测绘场地地形图，管理软件根据地形图建立施工模型并通过通讯系统发送至现场施工机械的控制终端，施工机械将按照管理软件的指令进行运作；若作业过程中有设计变更，则管理软件修改施工模型，施工机械收到的作业指令同步更新；现场施工机械的施工数据也会通过通讯系统反馈回管理软件，管理人员可以准确地知道现场实时工况，从而根据施工计划，及时纠偏。
根据本发明的另一方面，所述定位系统包括惯性传感器和GNSS接收器两个单元，用于获取详细工况。
根据本发明的另一方面，所述详细工况包括施工机械的位置及铲刀的标高、倾角和偏转。
根据本发明的另一方面，所述控制系统包括控制终端和液压控制阀，所述控制终端实时监控每一台施工机械的现场作业情况，每台施工机械的实时位置、运行路线、坡度及速度，所述液压控制阀接受所述控制终端的信息，按照指令控制油缸进行铲刀的自动升降和转动。
根据本发明的另一方面，所述每一台施工机械的现场作业情况，每台施工机械的实时位置、运行路线、坡度及速度在所述控制系统的屏幕中同步显示。
根据本发明的另一方面，所述通讯系统包括通讯接收器和通讯模块，通过通讯手段在各系统之间实时传递数据。
根据本发明的另一方面，所述通讯手段包括UHF、CDMA、GSM中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下一个或多个技术效果：
使用GNSS-机械控制系统改造机械可以很好的解决地貌复杂的沙漠地带场平施工时，测量困难，机械效率低下的难题，其标高控制自动化的特点使得施工机械效率增加、场平作业精度提高，此外夜间能正常施工的优势，同样具有可观的经济价值，对今后类似项目的施工具有借鉴意义。
附图说明
为了能够理解本发明的上述特征的细节，可以参照实施例，得到对于简要概括于上的发明更详细的描述。附图涉及本发明的优选实施例，并描述如下：
图1为根据本发明优选实施例的GNSS-机械控制系统原理结构示意图。
具体实施例
现在将对于各种实施例进行详细说明，这些实施例的一或更多个实例分别绘示于图中。各个实例以解释的方式来提供，而非意味作为限制。例如，作为一个实施例的一部分而被绘示或描述的特征，能够被使用于或结合任一其他实施例，以产生再一实施例。本发明意在包含这类修改和变化。
在以下对于附图的描述中，相同的参考标记指示相同或类似的部件。一般来说，只会对于个别实施例的不同之处进行描述。除非另有明确指明，否则对于一个实施例中的部分或方面的描述也能够应用到另一实施例中的对应部分或方面。
本实施例以迪拜950MW光热光伏混合发电项目为实例对GNSS-机械控制系统在沙漠地带场平施工中的应用进行研究，为今后类似项目提供了解决思路，值得推广借鉴。迪拜950MW光热光伏混合发电项目地处沙漠腹地，场平总面积约44平方千米，分为四个区块：CT、PT1、PT2、PT3。除一小部分盐碱地带较为平缓，其它区域均沙丘起伏，地势多变，最大高差达40米，且设计规范及图纸要求场平完成后，地面坡度在1％以内。这种沙漠地带大面积场平施工是整个项目的重难点。对此，现场采用GNSS-机械控制系统对施工机械进行了改造，本实施例将以推土机为例详细阐述。
基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法使用GNSS-机械控制系统完成，包括如下步骤：
步骤1，使用GNSS-机械控制系统对推土机进行实物改造，在铲斗位置加装定位系统；
步骤2，在驾驶室安装控制系统及通讯系统；
步骤3，使用无人机遥感测绘沙漠地带场地地形图，20-25摄氏度以及1个大气压GNSS-机械控制系统的管理软件根据地形图建立施工模型；
步骤4，20-25摄氏度以及1个大气压GNSS-机械控制系统通过通讯系统发送至现场施工机械的控制终端，施工机械将按照GNSS-机械控制系统的管理软件的指令进行运作；若作业过程中有设计变更，则20-25摄氏度以及1个大气压管理软件修改20-25摄氏度以及1个大气压施工模型，施工机械收到的作业指令同步更新；
步骤5，施工机械现场施工的数据通过通讯系统反馈回管理软件，由此管理人员可以准确地知道现场实时工况，从而根据施工计划，及时纠偏；
如图1所示，GNSS-机械控制系统包括：管理软件、定位系统、控制系统、通讯系统。
其中，管理软件是GNSS-机械控制系统的“大脑”，其工作流程包括：首先使用无人机遥感测绘场地地形图，管理软件根据地形图建立施工模型并通过通讯系统发送至现场施工机械的控制终端，机械将按照管理软件的指令进行运作。若作业过程中有设计变更，则管理软件修改施工模型，施工机械收到的作业指令同步更新。施工指令由“对人多次交底”改为“对机械一次交底”，信息传递更加快速、准确，施工效率提高。此外，现场施工的数据也会通过通讯系统反馈回管理软件，管理人员可以准确地知道现场实时工况，从而根据施工计划，及时纠偏。
其中，定位系统是GNSS-机械控制系统的“眼睛”。分为两个单元，惯性传感器(IMU)和GNSS接收器。IMU弥补GNSS系统对信号强度的依赖大的缺点；GNSS能降低IMU测量的累计误差。定位系统将二者结合，能实时、准确地获取机械的位置及铲刀的标高、倾角和偏转等详细工况。作业过程中，定位系统测量频率达到100Hz(若机械以最高速度10.8km/h运行，每米测量密度仍可达到33次)，施工速度和精度提高显著。且对于人工测量困难的沙漠地带适应性高。
其中，控制系统是GNSS-机械控制系统的“四肢”，包括控制终端和液压控制阀。控制终端实时监控每一台机械的现场作业情况。每台机械的实时位置、运行路线、坡度及速度，可以在屏幕中同步显示。液压控制阀接受控制终端的信息，按照指令控制油缸，完成铲刀的自动升降和转动。实现了施工的自动化，施工指令的完成快速而准确。
其中，通讯系统是GNSS-机械控制系统的“嘴巴”，包括通讯接收器和通讯模块，通过UHF、CDMA、GSM等多种通讯手段，在各系统之间实时传递数据。
本实施例中迪拜950MW光热光伏混合电站通过GNSS-机械改造系统的使用，场平施工节点稳步推进，验收通过率高，零返工。
现以GNSS系统对推土机改造前后进行施工效益和成本对比分析。选定PT1中两个地块，其原始地貌类似均为沙丘地带、面积尺寸一致，网格长宽为250m×150m，面积37500㎡，回填7层，每层平均15cm。各分配3台卡特D65推土机械，无GNSS-机械改造系统的推土机还需配备2名测量人员进行辅助作业。实验数据如下：
原始地貌类似均为沙丘地带、面积尺寸一致，网格长宽为250m×150m，面积37500㎡，回填7层，每层平均15cm。各分配3台卡特D65推土机械，无GNSS-机械改造系统的推土机还需配备2名测量人员进行辅助作业。实验数据如表1所示。
表1回填记录
Figure BDA0002755953520000081
使用GNSS-机械改造系统改造后：
Figure BDA0002755953520000082
其中，总成本＝(28000+9500)×3＝112500AED(为阿联酋通用货币单位迪拉姆)
面积＝37500m2
耗时＝2.77×7＝19.4d
未使用GNSS-机械改造系统改造：
Figure BDA0002755953520000083
其中，成本＝28000×3+3000×2＝90000AED
面积＝37500m2
耗时＝5.90×7＝41.3d
对比数据如下：
表2成本对比
Figure BDA0002755953520000091
由于机械效率的大幅提高，单位成本相较而言可降低
Figure BDA0002755953520000092
本实施例以迪拜950MW光热光伏发电项目场平施工为例，介绍了一种沙漠地带场平机械自动化施工的方法，使用GNSS-机械控制系统改造机械可以很好的解决地貌复杂的沙漠地带场平施工时，测量困难，机械效率低下的难题，其标高控制自动化的特点使得施工机械效率增加、场平作业精度提高，此外夜间能正常施工的优势，同样具有可观的经济价值，对今后类似项目的施工具有借鉴意义。
虽然前述内容是关于本发明的实施例，但可在不背离本发明的基本范围的情况下，设计出本发明其他和更进一步的实施例，本发明的范围由下列的权利要求确定。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，这些实施例中不互相违背的技术特征可彼此结合。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，所述方法使用GNSS-机械控制系统完成，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，使用GNSS-机械控制系统对施工机械进行实物改造，在铲斗位置加装定位系统；
步骤2，在所述施工机械的驾驶室安装控制系统及通讯系统；
步骤3，使用无人机遥感测绘沙漠地带场地地形图，所述GNSS-机械控制系统的管理软件根据地形图建立施工模型；
步骤4，所述GNSS-机械控制系统通过通讯系统发送至现场施工机械的控制终端，施工机械将按照GNSS-机械控制系统的管理软件的指令进行运作；若作业过程中有设计变更，则所述管理软件修改所述施工模型，施工机械收到的作业指令同步更新；
步骤5，施工机械现场施工的数据通过通讯系统反馈回管理软件，由此管理人员可以准确地知道现场实时工况，从而根据施工计划，及时纠偏。
2.根据权利要求1所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述GNSS-机械控制系统包括：管理软件、定位系统、控制系统、通讯系统。
3.根据权利要求2所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述管理软件的工作流程包括：首先使用无人机遥感测绘场地地形图，管理软件根据地形图建立施工模型并通过通讯系统发送至现场施工机械的控制终端，施工机械将按照管理软件的指令进行运作；若作业过程中有设计变更，则管理软件修改施工模型，施工机械收到的作业指令同步更新；现场施工机械的施工数据也会通过通讯系统反馈回管理软件，管理人员准确获知现场实时工况，从而根据施工计划，及时纠偏。
4.根据权利要求2所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述定位系统包括惯性传感器和GNSS接收器两个单元，用于获取详细工况。
5.根据权利要求4所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述详细工况包括施工机械的位置及铲刀的标高、倾角和偏转。
6.根据权利要求1所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述控制系统包括控制终端和液压控制阀，所述控制终端实时监控每一台施工机械的现场作业情况，每台施工机械的实时位置、运行路线、坡度及速度，所述液压控制阀接受所述控制终端的信息，按照指令控制油缸进行铲刀的自动升降和转动。
7.根据权利要求6所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述每一台施工机械的现场作业情况，每台施工机械的实时位置、运行路线、坡度及速度在所述控制系统的屏幕中同步显示。
8.根据权利要求1所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述通讯系统包括通讯接收器和通讯模块，通过通讯手段在各系统之间实时传递数据。
9.根据权利要求8所述的一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法，其特征在于所述通讯手段包括UHF、CDMA、GSM中的一种或多种。
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