CN115453602B - 门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法 - Google Patents

门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于联合作业技术领域，具体说是大型可移动的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法。它融合了RTK定位及惯性导航定位技术，将RTK基站安装于固定位，将RTK移动站安装于门座式起重机上，实时检测安装点位的位置，并对门式起重机与门座式起重机坐标建模，确定门式起重机、门座式起重机机在三维空间中的当前测量位，同时利用惯性导航算法，根据门式起重机、门座式起重机机的测量位数据，计算出其后一时间节点的惯导预测位，在后一时间节点时，将测量位与惯导预测位进行精度对比，选择更为准确的位置数据作为基准，进行防碰撞检测。采用该方法不会检测失败，不会造成严重损失。

Description

门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法
技术领域
本发明涉及一种防碰撞检测方法，具体说是大型可移动的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法。
背景技术
RTK接收机广泛应用于导航和测绘领域，在测量方面主要应用于高精度的场景。通常RTK接收机使用的是网络1+1或者电台1+1的模式，也就是架设一个RTK接收机作为基站，通过网络或电台的方式发送差分数据，另一台用于测量的RTK接收机作为移动站。
目前，传统的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测均是采用惯性导航对运行的位置进行预测的。虽然，惯性导航在正常时准备度较高。但是，惯性导航需要通过卫星传输信号，一旦出现卫星信号弱的情况，会使得信号传递不及时，从而导致检测失败。门式起重机与门座式起重机联合作业时，均是调运重型装置，一旦检测失败、出现碰撞，会造成极其严重的损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大型可移动门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，采用该方法不会检测失败，不会造成严重损失。解决了背景技术中因卫星信号弱而出现预测失败的问题。
为解决上述问题，提供以下技术方案：
本发明的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法的特点是包括如下步骤：
S1，在3D软件中，通过线条图建立工作区域中所有门式起重机、门座式起重机的外形空间模型及RTK移动站在门式起重机和门座式起重机模型中的安装位置，确定门式起重机和门座式起重机在3D软件的X、Y、Z三轴空间中的定位点信息模型。其中，所述三轴空间的X轴为水平平面内的左右轴，即X轴与门式起重机主梁的长度方向平行，Y轴为水平平面内的前后轴，Z轴为竖直向上轴，且X轴、Y轴和Z轴互相垂直。
S2，按照固定时间间隔，获取RTK移动站在时间点T1、T2、T3…Tn的位置信息，得到RTK移动站实时位置经纬度坐标，并通过算法将经纬度坐标转换为三轴空间中的坐标P1、P2、P3 … Pn。
S3，依据上述三轴空间中的坐标，计算门式起重机位置、门座式起重机的吊臂旋转角度及姿态，根据惯性导航算法，确定下一RTK移动站采集时间节点Tn+1时，门式起重机及门座式起重机的理论预测位置坐标FPn+1。
S4，将Tn+1时的RTK移动站实时位置坐标Pn+1与FPn+1进行精度对比，选择精度高的那个作为后续位置建模的空间坐标。
S5，根据S4确定的空间坐标，并结合门式起重机、门座式起重机的外形及尺寸信息、RTK移动站部署的高度，计算出门式起重机、门座式起重机的外表面各位置点坐标，并输出到3D软件中。
S6，通过3D软件直接计算出不同门座式起重机外表面间的最近距离及所有门座式起重机与所有门式起重机间的最近距离，在3D软件中进行防碰撞预警，进而实现防碰撞检测。
其中，S1中的线条图是结合门式起重机、门座式起重机的外形构造参数建立的。
S2中，固定间隔时间为1秒。
S2中的算法为LLH-ENU转换算法。
S4中判断精度高的机制是：
根据时段卫星接收信号强度优先选择策略，即当连续5秒卫星信号强度大于-145dBm时，判定为Pn+1的精度高，否则判定为FPn+1的精度高。
S6中防碰撞预警的方式包括提醒、预警和报警。具体机制是：20米＜最近距离≤35米，提醒；10米＜最近距离≤20米时，预警；最近距离≤10米时，报警。
采取以上方案，具有以下优点：
由于本发明的大型可移动门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法融合了RTK定位及惯性导航定位技术，将RTK基站安装于固定位，将RTK移动站安装于门座式起重机上，实时检测安装点位的位置，并对门式起重机与门座式起重机坐标建模，确定门式起重机、门座式起重机机在三维空间中的当前测量位，同时利用惯性导航算法，根据门式起重机、门座式起重机机的测量位数据，计算出其后一时间节点的惯导预测位，在后一时间节点时，将测量位与惯导预测位进行精度对比，选择更为准确的位置数据作为基准，进行防碰撞检测。这方法利用融合了RTK定位及惯性导航定位技术，在卫星信号弱，惯性导航定失败的情况下，以RTK为的数据作为基准，进行防碰撞检测，从而不会出现因信号弱而预测失败的情况，保证工作区域内，多个门座式起重机及其上的工件不会相撞，进而避免了因撞击而造成的严重损失不会发生。
附图说明
图1是本发明的大型可移动门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法的工作流程图；
图2是大型可移动门式起重机与门座式起重机联合作业的场景示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法包括如下步骤：
S1，在3D软件中，结合门式起重机、门座式起重机的外形构造参数建立门式起重机和门座式起重机的线条图，通过线条图建立工作区域中所有门式起重机、门座式起重机的外形空间模型及RTK移动站在门式起重机和门座式起重机模型中的安装位置，确定门式起重机和门座式起重机在3D软件的X、Y、Z三轴空间中的定位点信息模型。所述3D软件为移动式设备实时位置展示软件，如CMSoft软件。机械工程与自动化期刊于2012年2月发表的基于SolidWorks和VRML的门式起重机三维虚拟仿真的论文也公开实现本发明的3D软件的方法。其中，所述三轴空间的X轴为水平平面内的左右轴，即X轴与门式起重机主梁的长度方向平行，Y轴为水平平面内的前后轴，Z轴为竖直向上轴，且X轴、Y轴和Z轴互相垂直，如图2所示。
S2，按照固定时间间隔，获取RTK移动站在时间点T1、T2、T3…Tn的位置信息，得到RTK移动站实时位置经纬度坐标，并通过LLH-ENU转换算法将经纬度坐标转换为三轴空间中的坐标P1、P2、P3 … Pn。本实施例中，固定间隔时间为1秒。
S3，依据上述三轴空间中的坐标，计算门式起重机位置、门座式起重机的吊臂旋转角度及姿态，根据惯性导航算法，确定下一RTK移动站采集时间节点Tn+1时，门式起重机及门座式起重机的理论预测位置坐标FPn+1。
S4，将Tn+1时的RTK移动站实时位置坐标Pn+1与FPn+1进行精度对比，机制是：根据时段卫星接收信号强度优先选择策略，即当连续5秒卫星信号强度大于-145dBm时，判定为Pn+1的精度高，否则判定为FPn+1的精度高。选择精度高的那个作为后续位置建模的空间坐标。
S5，根据S4确定的空间坐标，并结合门式起重机、门座式起重机的外形及尺寸信息、RTK移动站部署的高度，计算出门式起重机、门座式起重机的外表面各位置点坐标，并输出到3D软件中。
S6，通过3D软件直接计算出不同门座式起重机外表面间的最近距离及所有门座式起重机与所有门式起重机间的最近距离，在3D软件中进行防碰撞预警，进而实现防碰撞检测。防碰撞预警的方式包括提醒、预警和报警，机制是：20米＜最近距离≤35米，提醒；10米＜最近距离≤20米时，预警；最近距离≤10米时，报警。
本发明在门式起重机和门座式起重机上加装RTK流动站采集设备，在固定点位部署RTK基站，通过RTK获取龙门吊和门座机的实时经纬度坐标并将其转换为X、Y、Z三轴坐标。再建立门座机、龙门吊的真实尺寸外框比例模型，并建立其在X、Y、Z三轴坐标中的移动轨迹空间模型。之后，通过RTK和惯性导航算法，实时修正门座机、龙门吊的姿态和空间位置。最后，在移动轨迹空间模型中，计算各机械碰撞的可能性，分别进行提醒、预警、报警等分等级输出，实现碰撞的动态检测。
本发明通过RTK可解决因卫星信号弱或信号丢失时而无法获取定位信息时的设备碰撞检测问题。实现空间内任意两个大型可移动式设备外表面所有点的防碰撞检测。

Claims (7)

1.门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，在3D软件中，通过线条图建立工作区域中所有门式起重机、门座式起重机的外形空间模型及RTK移动站在门式起重机和门座式起重机模型中的安装位置，确定门式起重机和门座式起重机在3D软件的X、Y、Z三轴空间中的定位点信息模型；其中，所述三轴空间的X轴为水平平面内的左右轴，即X轴与门式起重机主梁的长度方向平行，Y轴为水平平面内的前后轴，Z轴为竖直向上轴，且X轴、Y轴和Z轴互相垂直；
S2，按照固定时间间隔，获取RTK移动站在时间点T1、T2、T3…Tn的位置信息，得到RTK移动站实时位置经纬度坐标，并通过算法将经纬度坐标转换为三轴空间中的坐标P1、P2、P3… Pn；
S3，依据上述三轴空间中的坐标，计算门式起重机位置、门座式起重机的吊臂旋转角度及姿态，根据惯性导航算法，确定下一RTK移动站采集时间节点Tn+1时，门式起重机及门座式起重机的理论预测位置坐标FPn+1；
S4，将Tn+1时的RTK移动站实时位置坐标Pn+1与FPn+1进行精度对比，选择精度高的那个作为后续位置建模的空间坐标；
S5，根据S4确定的空间坐标，并结合门式起重机、门座式起重机的外形及尺寸信息、RTK移动站部署的高度，计算出门式起重机、门座式起重机的外表面各位置点坐标，并输出到3D软件中；
S6，通过3D软件直接计算出不同门座式起重机外表面间的最近距离及所有门座式起重机与所有门式起重机间的最近距离，在3D软件中进行防碰撞预警，进而实现防碰撞检测。
2.如权利要求1所述的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，其特征在于，S1中的线条图是结合门式起重机、门座式起重机的外形构造参数建立的。
3.如权利要求1所述的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，其特征在于，S2中，固定间隔时间为1秒。
4.如权利要求1所述的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，其特征在于，S2中的算法为LLH-ENU转换算法。
5.如权利要求1所述的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，其特征在于，S4中判断精度高的机制是：
根据时段卫星接收信号强度优先选择策略，即当连续5秒卫星信号强度大于-145dBm时，判定为Pn+1的精度高，否则判定为FPn+1的精度高。
6.如权利要求1~5中任一项所述的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，其特征在于，S6中防碰撞预警的方式包括提醒、预警和报警。
7.如权利要求6所述的门式起重机与门座式起重机联合作业时的防碰撞检测方法，其特征在于，20米＜最近距离≤35米，提醒；10米＜最近距离≤20米时，预警；最近距离≤10米时，报警。
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