CN117602506A - 采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法 - Google Patents

采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117602506A
CN117602506A CN202311307311.8A CN202311307311A CN117602506A CN 117602506 A CN117602506 A CN 117602506A CN 202311307311 A CN202311307311 A CN 202311307311A CN 117602506 A CN117602506 A CN 117602506A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cable machine
positioning
collision
cable
uwb
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311307311.8A
Other languages
English (en)
Inventor
周宜红
贺俊
赵春菊
胡超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Three Gorges University CTGU
Original Assignee
China Three Gorges University CTGU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Three Gorges University CTGU filed Critical China Three Gorges University CTGU
Priority to CN202311307311.8A priority Critical patent/CN117602506A/zh
Publication of CN117602506A publication Critical patent/CN117602506A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/46—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being of a radio-wave signal type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/48—Automatic control of crane drives for producing a single or repeated working cycle; Programme control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear
    • B66C15/06—Arrangements or use of warning devices
    • B66C15/065—Arrangements or use of warning devices electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C2700/00—Cranes
    • B66C2700/08—Electrical assemblies or electrical control devices for cranes, winches, capstans or electrical hoists
    • B66C2700/084—Protection measures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法，包括：采用碰撞检测方法进行缆机和障碍物运行冲突检测；根据定位服务器提供的位置坐标信息判断障碍物的类型；对于固定障碍物的情况，根据缆机当前速度计算在此速度下进行制动所需的制动距离和所需的时间，将它们分别与系统设定的缆机预警距离和预警时间进行比较；对于移动障碍物的情况，根据缆机防碰优先调整规则确定调整对象，针对调整对象采取调控措施，防止发生碰撞。本发明检测出可能的碰撞情况，实现了缆机防碰撞调控，确保缆机在施工过程中安全高效地运行；本发明采用组合定位方式，组合定位精确度高、实时性好，定位精度达到厘米级。

Description

采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法
技术领域
本发明属于水电工程施工控制领域，具体涉及一种采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法。
背景技术
缆机安装简易、机动灵活、起重量大、工作范围广、机械效率高，且具有一次架设，在整个施工期发挥作用的特点，因此在我国的水电工程尤其是高拱坝的建设中得到了广泛运用。然而，我国的高拱坝多修建在高山峡谷地区，气象环境恶劣，施工场地狭窄，施工活动频繁，空间交叉作业多，易造成缆机碰撞事故。目前在水电建设中为防止缆机碰撞事故发生，主要采取了配置缆机现场指挥员和限定缆机工作范围的方法。前者由于受指挥员所处位置、观测距离、现场天气等因素的影响，其指挥员对缆机碰撞事故的主观判断存在一定误差，同时此类人员的配置也可能干扰现场的其他施工活动。而严格划定缆机的工作范围，不仅对施工调度和发挥机械设备效率有一定影响，且对于设备在转移过程中发生的碰撞并不能有效地避免。因此，采用一种高精度的定位手段对缆机施工过程中的缆机及其他施工机械和人员进行实时监测，才能有效的解决缆机碰撞问题。公开号为CN103407898B的中国专利“用于缆机吊钩的防碰撞视频监控系统”公开了一种用于缆机吊钩的防碰撞视频监控系统，该系统利用安装在缆机小车上的摄像机实时监控缆机吊钩及吊物，并将该监控数据以无线或有线方式传输至司机室，从而为缆机操作员提供防撞操作依据。公开号为CN103693556B的中国专利“缆机实时监测定位系统”公开了一种缆机实时定位监测系统，该系统通过安装在缆机吊钩上的定位天线实时接收GPS北斗差分定位等信号，从而获得吊运物的位置信息和空间速度信息。公开号为CN102409678B的中国专利“基于GPS的大坝混凝土料管碰撞监测与导航定位方法”公开了一种利用GPS实时监测缆机吊罐的位置并与施工现场障碍物的位置信息进行碰撞检测，同时规划出缆机吊罐的安全运行路径。
但以上缆机定位及防碰方法存在以下不足：首先，对于建设拱坝的高山峡谷等地区，采用GPS或北斗等其他全球定位，其卫星信号受遮挡严重，特别是河谷基坑位置，卫星可见数量急剧减少，当少于4颗时GPS的定位精度尤其是垂直向精度会明显降低。然而吊罐入仓卸料的过程是缆机与其他仓面施工机械和人员易发生碰撞的时段，对定位的精度应有更高的要求；再者，在缆机施工过程中，与缆机可能发生碰撞的对象可分为固定障碍物和移动障碍物。其中，固定障碍物包括坝体浇筑块、仓面模板以及某些坝体临时建筑物，而移动障碍物包括缆机、塔机、仓面施工机械如平仓机、振捣机等和施工人员。在对这些碰撞对象的监测中，固定障碍物的位置信息可直接根据现场施工进度等资料进行系统更新，但对于移动障碍物的位置信息则需要选择恰当的定位方式进行实时监测；最后，在缆机安全运行施工管理中，运用定位监测只是了解缆机运行动态的手段，采用碰撞检测也仅为判断缆机运行的安全，其最终目的在于防止碰撞。那么根据实时定位数据，进行碰撞检测，并提出合理的缆机运行防碰调控措施才是解决缆机碰撞问题的关键。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法，采用包含组合定位的多种定位方式，精准地掌握缆机施工过程中机械和人员的实时位置信息；运用碰撞检测方法对缆机和潜在障碍物的实时位置数据进行判断，分析缆机运行的安全性，并建立缆机防碰调控机制对具有碰撞风险的情况及时给出避障调整方案，从而为大坝施工管理人员提供安全的缆机运行指导。
本发明的技术方案是采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法，包括以下步骤：
步骤1：采用碰撞检测方法进行缆机和障碍物运行冲突检测；
步骤2：根据定位服务器提供的位置坐标信息判断障碍物的类型；
步骤3：对于固定障碍物的情况，根据缆机当前速度计算在此速度下进行制动所需的制动距离l和所需的时间t，将它们分别与系统设定的缆机预警距离L和预警时间T进行比较；
步骤3.1：如果l不小于L，则发出距离预警，提醒缆机操作员对缆机制动；
步骤3.2：如果t不小于T，则发出时间预警，提醒缆机操作员对缆机制动；
步骤3.3：如果l小于L且t小于T，则计算按当前运动状态继续前行可安全运行的时间；
步骤4：对于移动障碍物的情况，根据缆机防碰优先调整规则确定调整对象，针对调整对象采取调控措施，防止发生碰撞。
优选地，所述施工设备包括塔机、吊车、吊罐、平仓机、振捣机；所述塔机设有GPS定位设备，所述吊罐设有GPS-UWB组合定位设备，所述平仓机设有UWB定位设备，所述振捣机设有UWB定位设备。
GPS定位方式采用DGPS差分全球定位系统伪距差分，利用坝顶岸坡上的GPS基准站进行定位差分，精度可达到分米级；UWB定位方式采用TDOA到达时间差定位技术，通过多个UWB定位基站接收定位设备发射的脉冲信号，从而差分计算出定位设备的位置，精度可达到厘米级；所述的组合定位采用既能接收GPS卫星信号又能发射UWB脉冲的定位设备，将该组合定位设备安装在缆机、塔机吊罐上，可实现对缆机吊罐运动过程的无缝定位监测。
如果潜在碰撞冲突中该移动障碍物为优先调整方，对该移动障碍物发出紧急避让指示，让这些施工机械或人员停止或躲让；如果潜在碰撞冲突中缆机为优先调整方，根据缆机防碰加档或减档判断法，采用加档、减档或制动方法进行及时调控。
进一步地，所述碰撞检测方法具体包括以下步骤，
1)采用数据转化和合成方法，将定位设备的定位数据转化和合成后，将施工机械和人员的实时坐标信息存储在定位系统服务器中；
2)根据定位服务器和数据库服务器的障碍物的空间坐标，计算缆机与这些障碍物的空间距离，将缆机与障碍物的空间距离与施工安全距离进行比较；
2.1)如果空间距离小于安全距离则直接发出碰撞警示，执行步骤5)；
2.2)如果空间距离大于安全距离则执行步骤3)；
3)进行空间冲突的识别，根据缆机的运动方向与其他移动障碍物的运行方向确定出潜在空间冲突的障碍物；
4)对潜在空间冲突的障碍物，根据当前速度分别计算缆机、障碍物到达交汇点时间；
4.1)如果到达交汇点时间相同，则判断为会发生时空冲突，执行步骤5)；
4.2)如果到达交汇点时间不同，没有碰撞风险，执行步骤6)；
5)将碰撞风险直接反馈给缆机操作员，及时警示，提醒缆机操作员采取必要措施；
6)判断缆机是否运行；
6.1)如果缆机运行，向缆机操作员显示缆机施工过程动态监控画面，执行步骤1)；
6.2)如果缆机停止运行，则停止检测。
进一步地，数据转化和合成方法具体步骤如下：
(1)将GPS/UWB组合定位设备的GPS坐标数据经过高斯-克吕格投影变换得到WGS-84平面直角坐标数据，再将WGS-84平面直角坐标数据经克拉索夫斯基椭球转换，得到BJ-54直角坐标数据；
(2)利用工程测量的方法获取UWB定位基站的坐标，采用到达时间差定位技术获取GPS/UWB组合定位设备中UWB定位的相对坐标数据，从而将UWB的定位数据也统一为BJ-54平面直角坐标数据；
(3)采用粒子滤波算法对步骤(1)的坐标数据和步骤(2)的坐标数据进行去噪声、整合，得到高精度的GPS/UWB组合定位设备坐标数据。
进一步地，缆机防碰加档或减档判断法具体步骤如下，
Step1：将缆机吊罐为中心，半径为r，高度为吊罐高度的圆锥确定为缆机的影响范围；
Step2：根据缆机吊罐当前位置、缆机的影响范围和潜在碰撞点坐标计算先到调整距离L1和后到调整距离L2；
Step3：根据缆机速度v与潜在冲突时间间隔t，采用公式计算最小加速度a1，将其与当前缆机可用的加速档位进行比较，考察是否有大于加速度a1的加速档位；
Step3.1：如果有大于加速度a1的档位，则向缆机操作员提示可用加速档位；
Step3.2：如果没有大于加速度a1的档位，则执行Step4；
Step4：根据缆机速度v与潜在冲突时间间隔t，采用公式计算最大加速度a2，将其与当前缆机可用的减速档位进行比较，考察是否有小于加速度a2的减速档位；
Step4.1：如果有小于加速度a2的档位，则向缆机操作员提示可用减速档位；
Step4.2：如果没有小于加速度a2的档位，则向缆机操作员提示无可用档位。
相比现有技术，本发明的有益效果包括：
1)本发明通过碰撞检测方法和防碰撞调控方法，检测出可能的碰撞情况，并通过采取防碰调控措施及时作出调整，确保缆机在施工过程中安全高效地运行，形成了有效的缆机防碰调控机制；
2)本发明结合缆机施工特点采用组合定位技术，组合定位精确度高、实时性好、监测范围不受限制，定位精度达到厘米级，能够对缆机进行无缝隙的实时监测；精准地掌握缆机施工过程中机械和人员的实时位置信息，并有效地实现缆机施工过程监测的可视化，从而为缆机操纵员和施工安全管理人员提供可靠的碰撞检测结果及防碰安全指导，提高了缆机施工的安全性和高效性。
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是本发明实施例的缆机运行监测及防碰系统的整体结构图。
图2是本发明实施例的GPS/UWB组合定位设备布置图。
图3是本发明实施例的定位数据转化示意图。
图4是本发明实施例的定位数据合成示意图。
图5是本发明实施例的缆机碰撞检测流程图。
图6是本发明实施例的缆机碰撞过程示意图。
图7是本发明实施例的缆机防碰加档调整示意图。
图8是本发明实施例的缆机防碰减档调整示意图。
图9是本发明实施例的缆机防碰调控流程图。
具体实施方式
如图1所示，实施例中构建了基于GPS/UWB组合定位的缆机运行监测及防碰系统，该系统主要包括缆机施工定位监测及动态可视化、缆机防碰两个部分。定位监测及可视化部分由基础硬件和程序组成，其中，所述基础硬件包含GPS/UWB组合定位设备、网络传输设备、数据库服务器、显示器和定位系统服务器，所述程序分为定位数据转化程序、组合定位数据合成程序及施工动态可视化程序三个程序模块。对于所述缆机防碰部分则由缆机碰撞检测方法和缆机防碰调控方法共同实现。
该系统中所述GPS/UWB组合定位设备和网络传输设备包括GPS基准站、无线通讯设备、UWB定位基站、UWB同步控制器及连接光纤和定位设备。其中，定位设备分GPS定位设备、UWB定位设备以及GPS/UWB组合定位设备三种形式。无线通讯设备、同步控制器、数据库服务器分别通过局域网与定位系统服务器连接。显示器与定位系统服务器连接。UWB定位基站经光纤与同步控制器连接。数据库服务器为施工信息数据库服务器，存储有坝体构筑物、仓面模板等固定障碍物的空间位置等大坝施工信息。
所述GPS定位设备能够接收GPS卫星信号，并通过无线通讯设备将定位结果实时传送给定位系统服务器；所述UWB定位设备可发射UWB脉冲信号，从而由周边UWB定位基站接收以获得其位置信息；而所述GPS/UWB组合定位设备结合上述两种定位设备的功能，既可以接收GPS卫星信号，又可以发射UWB脉冲信号，从而同时获得该定位设备的GPS定位数据和UWB定位数据。
所述GPS基准站也相当于一个GPS定位设备，但该GPS基准站的空间位置已知且固定不动，在GPS定位过程中用来与其他GPS定位设备的定位数据进行差分，从而提高定位精度。所述UWB定位基站用处相似，在UWB定位过程中某UWB定位设备发射的脉冲信号被它周围的多个UWB定位基站接收，这些UWB定位基站通过TDOA(Time Difference ofArrival)到达时间差差分计算从而获得该定位设备准确的位置坐标信息。
如图2所示，根据缆机施工中各施工机械和人员运动范围、运动特点及定位精度要求的区别，分别选择合适的定位形式。其中，对缆机主、副塔、缆机小车、塔机进行GPS定位监测，对仓面中活动的平仓机、振捣机、施工人员进行UWB定位监测，对缆机吊罐和塔机吊罐进行组合定位。缆机和施工设备定位形式如表1所示。
表1缆机和施工设备定位形式
所述的GPS定位采用了DGPS(DifferentialGlobal Positioning System)差分全球定位系统伪距差分，利用坝顶岸坡上的GPS基准站进行定位差分，精度可达到分米级。使用的UWB定位采取了TDOA(TimeDifferenceof Arrival)到达时间差定位技术，通过多个UWB定位基站接收定位设备发射的脉冲信号，从而差分计算出定位设备的位置，精度可达到厘米级。实施例中，组合定位采用了一部既能接收GPS卫星信号又能发射UWB脉冲的定位设备，将该组合定位设备安装在缆机吊罐上，即可实现对缆机吊罐运动过程的无缝定位监测。
定位数据转化程序主要用于将GPS定位数据和UWB定位数据都转换为统一的BJ-54直角坐标即施工坐标。定位数据转化过程如图3所示。GPS的定位数据是以(B,L,H)形式的WGS-84大地坐标，其中B表示纬度，L表示经度，H为大地高度，在转化过程中，首先利用高斯-克吕格投影将其转化成WGS-84平面直角坐标，再利用克拉索夫斯基椭球转换得到BJ-54直角坐标。同时，由于UWB定位设备得到的数据是以UWB定位基站为参照的相对坐标(ΔX，ΔY，ΔZ)，ΔX、ΔY、ΔZ分别表示定位设备相对于定位基站在X、Y、Z轴方向上的距离，在转化过程中利用工程测量的方法获取UWB定位基站的施工坐标即可得到UWB定位设备的施工坐标。从而，通过该定位数据转化程序无论是GPS还是UWB定位数据均可转化为施工坐标。
GPS/UWB组合定位数据合成程序采用已知粒子滤波算法，粒子滤波算法参照2012年第31卷第3期《传感器与微系统》的论文“DGPS与UWB混合精确无缝定位技术研究”，对采用GPS/UWB组合定位的定位数据进行实时处理，从而得到以该组合定位形式下的较高精度的融合定位数据。组合定位数据融合过程如图4所示。在定位系统服务器对GPS定位数据和UWB定位数据进行融合时，由于两者刷新率不同，或者遇到只能进行一中定位的情况，因此会出现三种情况的定位数据：只有UWB定位数据、只有GPS定位数据、同时存在UWB和GPS两种数据。结合粒子滤波器对任意分布的噪声都适用，并能够很好的融合不同传感器数据的优点，该定位系统采用粒子滤波器对总服务器接收到的定位数据进行实时处理，从而保证了定位精度满足监测要求。
经过上述定位数据的转化和合成后，缆机施工过程中的施工设备和人员的实时位置信息即存储在定位系统服务器中。如图1所示，定位系统服务器通过缆机施工动态可视化程序将这些位置信息进行可视化显示输出以便缆机操作员和施工安全管理人员直观地了解施工过程的详细情况。所述的缆机施工可视化程序利用三维建模技术完成缆机施工中坝体、施工机械等实体的建模、以Unity3D开发环境实现缆机施工虚拟仿真，同时利用C#语言编写以位置数据为输入的驱动程序使得虚拟施工场景中的施工机械和人员的位置按照实时定位数据实时变化。
如图5，防碰系统中首先采用了缆机碰撞检测方法，对缆机的运动过程进行实时判断，从而对可能的碰撞风险及时发现、及时调整，该碰撞检测不仅适用缆机与固定障碍物，对于缆机与移动障碍物的情况也适用。如图6所示，由于碰撞是一种物体在时间和空间上同时发生重叠的情况，缆机碰撞检测方法具体步骤如下：
步骤1：采用数据转化和合成方法，将定位设备的定位数据转化和合成后，将施工机械和人员的实时坐标信息存储在定位系统服务器中；
步骤2：根据定位服务器和数据库服务器的障碍物的空间坐标，计算缆机与这些障碍物的空间距离，将缆机与障碍物的空间距离与施工安全距离进行比较；
步骤2.1：如果空间距离小于安全距离则直接发出碰撞警示，执行步骤5；
步骤2.2：如果空间距离大于安全距离则执行步骤3；
步骤3：进行空间冲突的识别，根据缆机的运动方向与其他移动障碍物的运行方向确定出潜在空间冲突的障碍物；
步骤4：对潜在空间冲突的障碍物，根据当前速度分别计算缆机、障碍物到达交汇点时间；
步骤4.1：如果到达交汇点时间相同，则判断为会发生时空冲突，执行步骤5；
步骤4.2：如果到达交汇点时间不同，没有碰撞风险，执行步骤6；
步骤5：将碰撞风险直接反馈给缆机操作员，及时警示，提醒缆机操作员采取必要措施；
步骤6：判断缆机是否运行；
步骤6.1：如果缆机运行，向缆机操作员显示缆机施工过程动态监控画面，执行步骤1；
步骤6.2：如果缆机停止运行，则停止检测。
在上述碰撞检测方法中，一方面，利用实时定位数据获得各运动机械和人员的位置信息并计算相应的运行速度，另一方面，根据施工信息获得缆机施工过程中固定障碍物的位置信息，从而根据缆机与潜在障碍物位置关系及速度信息进行碰撞检测。
所述缆机防碰调控方法根据上述碰撞检测的结果，能够对可能发生碰撞的情况及时作出调整。在调整过程中，首先判断潜在障碍物所属的类型：固定障碍物和移动障碍物。对固定障碍物的类型，根据缆机当前的运动速度以及相对固定障碍物的距离，制定可靠的安全预警机制；而移动障碍物的类型，则首先确定两者调整的优先关系，对于其他施工机械和人员优先调整的情况，缆机的运动状态则不必调整，而对于缆机为优先调整对象的情况，则通过缆机加(减)档使得吊罐在移动障碍达到预测碰撞点之前(之后)经过，从而避免碰撞。缆机防碰优选调整规则如表2所示。
表2缆机防碰优先调整规则
根据图6中缆机与移动障碍物存在时间和空间上都发生重叠的情况，优先调整规则中缆机为调整对象的情况，可以按照图7、图8中的调控方式：加档、减档或制动。在调整过程中，首先获取移动障碍物的位置、速度大小、速度方向信息，并根据碰撞检测预计的交汇点计算移动障碍物的到达时间间隔t，以此为基础分析缆机的调整方式。缆机在运行过程中与这些移动障碍物易发生碰撞的部位主要为吊罐，考虑到吊罐的摆动影响，在碰撞检测及防碰调控中都增设一个半径为r的圆作为缆机的影响范围。
图7为缆机防碰加档调整的示意图。由于移动障碍物在t时刻会达到交汇点，那么应使缆机的影响范围在t时刻至少恰好经过该交汇点，即达到图中所示的位置，而这段距离称为先到调整距离L1，由缆机当前的运动速度v，根据公式：利用该公式可计算得到满足先到调整距离L1要求的加速度a1，将其与当前缆机的可调的加速档位进行比较，考察是否有满足至少达到该加速度a1的加速档位，若有则提示进行加档调整，从而避免碰撞。
图8则为缆机防碰减档的示意图。其计算原则与上述加档调控的方法类似，只是此时以后到调整距离L2作为计算标准，采用公式：同样可得到满足后到调整距离L2要求的加速度a2，将其与当前可调的减速档进行比较，考察是否有满足至少达到该加速度a2的减速档位，若有则提示进行减档调整，若无则及时进行制动，从而也能避免碰撞。
如图9所示，缆机防碰调控方法主要对可能的碰撞情况可作出以下调整：根据定位监测和施工数据库提供的位置信息判断障碍物的类型：固定障碍物、移动障碍物。对于固定障碍物的情况，则首先求得缆机当前的速度，从而计算在该速度下进行制动所需的制动距离l和制动所需的时间t，将它们分别与系统设定的缆机预警距离L和预警时间T进行比较，若l不小于L，则发出距离预警，若t不小于T，则发出时间预警，若都为小于的情况，则计算按当前运动状态继续前行可安全运行的时间。对于移动障碍物的情况，则根据所述的优先调整原则建立优先调整规则库，若该碰撞对象中移动障碍物为优先调整方，那么缆机的运动状态可不必调整，而只对该移动障碍物发出紧急避让指示，让这些施工机械或人员停止或躲让，若该碰撞对象中缆机为优先调整方，那么根据上述缆机防碰加档、减档调整方法或者缆机制动，进行及时调控。

Claims (6)

1.采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法，其特征在于，缆机的碰撞对象包括施工设备和施工人员，施工设备、施工人员采用GPS定位方式或UWB定位方式或GPS-UWB组合定位方式，
所述缆机防碰撞调控方法包括以下步骤：
步骤1：采用碰撞检测方法进行缆机和障碍物运行冲突检测；
步骤2：根据定位服务器提供的位置坐标信息判断障碍物的类型；
步骤3：对于固定障碍物的情况，根据缆机当前速度计算在此速度下进行制动所需的制动距离l和所需的时间t，将它们分别与系统设定的缆机预警距离L和预警时间T进行比较；
步骤3.1：如果l不小于L，则发出距离预警，提醒缆机操作员对缆机制动；
步骤3.2：如果t不小于T，则发出时间预警，提醒缆机操作员对缆机制动；
步骤3.3：如果l小于L且t小于T，则计算按当前运动状态继续前行可安全运行的时间；
步骤4：对于移动障碍物的情况，根据缆机防碰优先调整规则确定调整对象，针对调整对象采取调控措施，防止发生碰撞。
2.根据权利要求1所述的缆机防碰撞调控方法，其特征在于，所述施工设备包括塔机、吊车、吊罐、平仓机、振捣机；所述塔机设有GPS定位设备，所述吊罐设有GPS-UWB组合定位设备，所述平仓机设有UWB定位设备，所述振捣机设有UWB定位设备；
缆机和施工设备、施工人员的定位形式如表1所示；
表1缆机和施工设备定位方式
GPS定位方式采用DGPS差分全球定位系统伪距差分，利用坝顶岸坡上的GPS基准站进行定位差分，精度可达到分米级；
UWB定位方式采用TDOA到达时间差定位方法，通过多个UWB定位基站接收定位设备发射的脉冲信号，从而差分计算出定位设备的位置，精度可达到厘米级；
所述的组合定位采用既能接收GPS卫星信号又能发射UWB脉冲的定位设备，将该组合定位设备安装在缆机、塔机吊罐上，可实现对缆机吊罐运动过程的无缝定位监测。
3.根据权利要求2所述的缆机防碰撞调控方法，其特征在于，缆机防碰优先调整规则如表2所示；
表2缆机防碰优先调整规则表
如果潜在碰撞冲突中该移动障碍物为优先调整方，对该移动障碍物发出紧急避让指示，让这些施工机械或人员停止或躲让；如果潜在碰撞冲突中缆机为优先调整方，根据缆机防碰加档或减档判断法，采用加档、减档或制动方法进行及时调控。
4.根据权利要求3所述的缆机防碰撞调控方法，其特征在于，其中的碰撞检测方法具体包括以下步骤，
1)采用数据转化和合成方法，将定位设备的定位数据转化和合成后，将施工机械和人员的实时坐标信息存储在定位系统服务器中；
2)根据定位服务器和数据库服务器的障碍物的空间坐标，计算缆机与这些障碍物的空间距离，将缆机与障碍物的空间距离与施工安全距离进行比较；
2.1)如果空间距离小于安全距离则直接发出碰撞警示，执行步骤5)；
2.2)如果空间距离大于安全距离则执行步骤3)；
3)进行空间冲突的识别，根据缆机的运动方向与其他移动障碍物的运行方向确定出潜在空间冲突的障碍物；
4)对潜在空间冲突的障碍物，根据当前速度分别计算缆机、障碍物到达交汇点时间；
4.1)如果到达交汇点时间相同，则判断为会发生时空冲突，执行步骤5)；
4.2)如果到达交汇点时间不同，没有碰撞风险，执行步骤6)；
5)将碰撞风险直接反馈给缆机操作员，及时警示，提醒缆机操作员采取必要措施；
6)判断缆机是否运行；
6.1)如果缆机运行，向缆机操作员显示缆机施工过程动态监控画面，执行步骤1)；
6.2)如果缆机停止运行，则停止检测。
5.根据权利要求4所述的缆机防碰撞调控方法，其特征在于，其中的数据转化和合成方法的具体步骤如下：
(1)将GPS/UWB组合定位设备的GPS坐标数据经过高斯-克吕格投影变换得到WGS-84平面直角坐标数据，再将WGS-84平面直角坐标数据经克拉索夫斯基椭球转换，得到BJ-54直角坐标数据；
(2)利用工程测量的方法获取UWB定位基站的坐标，采用到达时间差定位技术获取GPS/UWB组合定位设备中UWB定位的相对坐标数据，从而将UWB的定位数据也统一为BJ-54平面直角坐标数据；
(3)采用粒子滤波算法对步骤(1)的坐标数据和步骤(2)的坐标数据进行去噪声、整合，得到高精度的GPS/UWB组合定位设备坐标数据。
6.根据权利要求5所述的缆机防碰撞调控方法，其特征在于，其中的缆机防碰加档或减档判断法的具体步骤如下，
Step1：将缆机吊罐为中心，半径为r，高度为吊罐高度的圆锥确定为缆机的影响范围；
Step2：根据缆机吊罐当前位置、缆机的影响范围和潜在碰撞点坐标计算先到调整距离L1和后到调整距离L2；
Step3：根据缆机速度v与潜在冲突时间间隔t，采用公式计算最小加速度a1，将其与当前缆机可用的加速档位进行比较，考察是否有大于加速度a1的加速档位；
Step3.1：如果有大于加速度a1的档位，则向缆机操作员提示可用加速档位；
Step3.2：如果没有大于加速度a1的档位，则执行Step4；
Step4：根据缆机速度v与潜在冲突时间间隔t，采用公式计算最大加速度a2，将其与当前缆机可用的减速档位进行比较，考察是否有小于加速度a2的减速档位；
Step4.1：如果有小于加速度a2的档位，则向缆机操作员提示可用减速档位；
Step4.2：如果没有小于加速度a2的档位，则向缆机操作员提示无可用档位。
CN202311307311.8A 2018-02-12 2018-02-12 采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法 Pending CN117602506A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311307311.8A CN117602506A (zh) 2018-02-12 2018-02-12 采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810145806.8A CN108427134B (zh) 2018-02-12 2018-02-12 一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法
CN202311307311.8A CN117602506A (zh) 2018-02-12 2018-02-12 采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810145806.8A Division CN108427134B (zh) 2018-02-12 2018-02-12 一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117602506A true CN117602506A (zh) 2024-02-27

Family

ID=63156842

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311307311.8A Pending CN117602506A (zh) 2018-02-12 2018-02-12 采用组合定位方式提高定位精度的缆机防碰撞调控方法
CN201810145806.8A Active CN108427134B (zh) 2018-02-12 2018-02-12 一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810145806.8A Active CN108427134B (zh) 2018-02-12 2018-02-12 一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN117602506A (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109584504B (zh) * 2018-12-04 2020-09-08 三峡大学 一种在线缆机吊罐与仓面施工机械风险冲突预警方法
CN110510142A (zh) * 2019-09-11 2019-11-29 中船重工海为郑州高科技有限公司 一种机场散板车辆远程定位监控方法
CN110850458A (zh) * 2019-11-29 2020-02-28 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 基于gnss-rtk和uwb融合定位的振捣检测方法及系统
CN113526364B (zh) * 2020-03-30 2023-08-25 杭州国电大力机电工程有限公司 一种计算机可读存储介质
CN111488665B (zh) * 2020-04-29 2022-11-15 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 缆机运行监控系统及方法
CN111498701B (zh) * 2020-05-07 2021-11-19 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 缆机吊钩的防碰撞预警方法及系统
CN111612256B (zh) * 2020-05-25 2022-04-08 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 多缆机碰撞风险分析方法
CN112650098B (zh) * 2020-11-26 2022-01-28 国网河北省电力有限公司武安市供电分公司 无人机飞行监测电网施工系统
CN112629549B (zh) * 2020-11-27 2024-02-23 三峡大学 混凝土拱坝缆机运行轨迹线规划方法
CN112765733B (zh) * 2021-01-26 2022-06-03 三峡大学 一种缆机吊罐运输路径的多目标优化方法
CN112947453B (zh) * 2021-02-24 2024-04-30 湖北文理学院 一种混凝土平仓机行驶路径规划与实时调整方法
CN117057055A (zh) * 2023-07-19 2023-11-14 湖北工业大学 基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101343816B1 (ko) * 2013-11-13 2013-12-20 이어도 모바일 gps 정보를 이용하여 차량의 충돌을 방지하기 위한 시스템 및 그 방법
CN103693556B (zh) * 2013-12-26 2016-03-02 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 缆机实时监测定位系统
CN207780255U (zh) * 2018-02-12 2018-08-28 三峡大学 一种组合定位缆机运行监测系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108427134B (zh) 2023-11-03
CN108427134A (zh) 2018-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108427134B (zh) 一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法
CN108797669B (zh) 一种自主3d挖掘施工机器人
CN108222093B (zh) 一种自主推土机器人
CN102409678B (zh) 基于gps的大坝混凝土料罐碰撞监测与导航定位方法
Gao et al. Parallel end-to-end autonomous mining: An IoT-oriented approach
CN104535061A (zh) 一种基于多传感器数据融合的导航系统
CN107942345B (zh) 精确定位吊钩位置的gnss双吊绳段建筑施工塔吊机
CN105819339A (zh) 一种大型吊装作业虚拟指挥舱及其工作方法
CN104457750A (zh) 一种应急救援的人员定位系统及方法
CN109946648B (zh) 一种车路协同下基于超宽带的车辆高精度定位方法
CN106592589A (zh) 一种精确引导驾车司机寻找打桩点陆地打桩系统及方法
CN103241654A (zh) 一种桥式起重机智能运行控制系统
CN101817354A (zh) 一种虚拟应答器的实现方法
CN108896958A (zh) 一种基于电厂安全管理的定位系统及方法
CN207780255U (zh) 一种组合定位缆机运行监测系统
CN116560357A (zh) 一种基于slam的隧道巡检机器人系统及巡检控制方法
CN205634668U (zh) 一种大型吊装作业虚拟指挥系统
Du et al. GIS, GPS, and BIM-based risk control of subway station construction
CN115167432A (zh) 智能移动锥桶队列的编队控制系统及方法
CN215003695U (zh) 一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统
CN114261909A (zh) 一种塔机远控避障方法
CN204228169U (zh) 一种应急救援的人员定位系统
WO2021046843A1 (zh) 一种建筑施工群塔防碰撞预警监控方法
CN103455884A (zh) 旅游团掉队成员的确定方法
Chen et al. Transit Route Optimization for Cable Crane Exposure Reduction Using NSGA-II Algorithm Based on Neural Networks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination