基于卫星定位的建筑塔机臂尖监测方法及系统与流程

本发明涉及建筑塔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。在此之前，本发明的发明人之前已经提出了一种技术方案，通过移动车上的gnss接收机来监测移动小车高程的变化，从而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。在该技术方案中，gnss设置在移动小车上，使得移动小车的结构变得复杂。

技术实现要素：

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。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于卫星定位的建筑塔机臂尖监测系统，包括：监测参数获取单元，用于获取建筑塔机臂尖处的监测站测得的各监测历元的北向坐标、东向坐标；水平臂长确定单元，用于根据所述监测参数获取单元获得的各监测历元的北向坐标、东向坐标，确定建筑塔机塔臂水平长度；水平臂长长度偏差量确定单元，确定水平臂长长度偏差量；以及预警单元，在水平臂长长度偏差量大于预警阈值时进行预警提示。

根据一种实施方式，所述水平臂长长度偏差量确定单元如下地确定水平臂长长度偏差量，

δln＝ln-ml

δln表示为建筑塔机臂尖在第n个监测历元的历元位移在臂长水平向的长度偏差量，n>1且为整数，ml表示为一种基于历史历元累积位移的水平臂长的算术平均值，

ml如下地计算：

ln表示为第n个监测历元建筑塔机塔臂的水平臂长长度，其如下地计算：

式中，(x0,y0)表示为建筑塔机塔身主体结构的中心平面位置，(xn,yn)表示为第n个监测历元的北向坐标、东向坐标。

根据一种实施方式，所述预警阈值如下地确定：

水平臂长方向

当n→∞时，

水平臂长方向

式中，a水平、b水平分别是所述监测站的接收机的平面定位的固定误差和比例误差；ln为第n个监测历元的建筑塔机的塔臂水平臂长长度；k为预警临界系数，k在2到5之间，可以取5；为塔臂动态监测水平臂长预警参数；当水平臂长长度偏差量时，则进行建筑塔机臂尖动态监测预警提示。

根据一种实施方式，所述臂尖包括建筑塔机的吊装臂的臂尖或/和建筑塔机的平衡臂的臂尖。

根据一种实施方式，所述系统用于建筑塔机，所述建筑塔机包括塔身、塔臂，所述系统还包括设置在所述建筑塔机的臂尖上的gnss监测站，所述监测参数获取单元从所述gnss监测站获取在所述建筑塔机的臂尖处的监测站测得的各监测历元的北向坐标、东向坐标。

根据一种实施方式，所述系统还包括gnss基准站，所述gnss基准站向所述监测站提供gnss卫星差分改正信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于卫星定位的建筑塔机臂尖监测方法，包括：监测参数获取步骤，用于获取建筑塔机的臂尖处的监测站测得的各监测历元的北向坐标、东向坐标；水平臂长确定步骤，用于根据所述监测参数获取步骤获得的各监测历元的北向坐标、东向坐标，确定建筑塔机的水平臂长长度；水平臂长长度偏差量确定步骤，确定水平臂长长度偏差量；以及预警步骤，在水平臂长长度偏差量大于预警阈值时进行预警提示。

根据一种实施方式，所述水平臂长长度偏差量确定步骤如下地确定水平臂长长度偏差量，

δln＝ln-ml

δln表示为建筑塔机臂尖在第n个历元的历元位移在臂长水平向的长度偏差量，n>1且为整数，ml表示为一种基于历史历元累积位移的水平臂长的算术平均值，

ml如下地计算：

ln表示为第n个监测历元的建筑塔机的塔臂水平臂长长度，其如下地计算：

式中，(x0,y0)表示为建筑塔机塔身主体结构的中心平面位置，(xn,yn)表示为第n个监测历元的北向坐标、东向坐标。

根据一种实施方式，所述预警阈值如下地确定：

水平臂长方向

当n→∞时，

水平臂长方向

式中，a水平、b水平分别是所述监测站的接收机的平面定位的固定误差和比例误差；ln为第n个监测历元的建筑塔机的塔臂水平臂长长度；k为预警临界系数，k＝2～5；为塔臂动态监测水平臂长预警参数；当水平臂长长度偏差量时，则进行建筑塔机臂尖动态监测预警提示。

依据本发明的技术方案，能够降低移动小车处的复杂度，提高建筑施工作业的安全性。

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，也不是按照比例绘制的，不是对本发明的保护范围的限制。

图1示出了可使用依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机臂尖监测方法及系统的系统的示意图；

图2示出了依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机臂尖监测系统的示意性功能方框图。

图3示出了实验中的塔臂水平臂长监测结果图。

图4示出了本发明的预警阈值与塔臂水平臂长监测结果的匹配图。

图5示出了依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机臂尖动态监测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。附图中没有示出虽然与建筑塔机的工作相关但对于理解本发明无关的部件，说明书中也没有描述这些部件，这些部件可以采用现在已知的或未来获知的各种技术，均在本发明的保护范围内。

图1示出了可使用依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机(建筑施工塔吊机)臂尖监测方法及系统的系统的示意图

如图1所示，可以应用本发明的建筑塔机包括塔身14、塔臂13，在塔臂的臂尖安装有监测站(gnss流动站，roverstation)12，该监测站12包括接收机(gps接收机)，可以和地面设置的基准站(basestation)11通信。基准站11可以架设在视野开阔、遮挡少的地方。基准站和监测站通过对卫星进行定位，而可以自身定位。该监测站12如何接收卫星信号、以及如何与基准站11进行交互，如何接收和使用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。

图2示出了依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机臂尖监测系统的示意性功能方框图。

如图2所示，依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机臂尖监测系统包括监测参数获取单元201、水平臂长确定单元202、水平臂长长度偏差量确定单元203、以及预警单元204。

监测参数获取单元201用于获取监测站12测得的各监测历元的北向坐标、东向坐标。可以从监测站12处通过无线连接而获取这些北向坐标、东向坐标。可以同时获得天顶向坐标。根据一种实施方式，可以未吊装时，进行塔臂旋转而获得各监测历元的北向坐标、东向坐标。塔臂旋转期间可以为至少一个正向旋转期间以及至少一个逆向旋转期间。可以在一个方向旋转之后在向相反方向旋转。这样的方式能够在未吊装的状态进行一定程度的健康检查。

水平臂长确定单元202用于根据监测参数获取单元201获得的各监测历元的北向坐标以及东向坐标，确定建筑塔机塔臂水平长度。

具体地，假设接收机的第n个监测历元的北向、东向坐标及天顶向高程用(xn,yn,hn)表示，则建筑塔机塔臂水平长度可以如下地计算：

式中，ln表示为第n个监测历元建筑塔机塔臂的水平臂长长度，(x0,y0)表示为建筑塔机塔身主体结构的中心平面位置，(xn,yn)表示为第n个监测历元的北向坐标、东向坐标。

水平臂长长度偏差量确定单元203确定水平臂长长度偏差量，即当前历元塔臂的水平臂长长度与历史历元累积的塔臂的水平臂长长度的算术平均的差值。

具体，可以如下地进行计算：

δln＝ln-ml

δln表示为建筑塔机臂尖在第n个监测历元的历元位移在臂长水平向的长度偏差量，n>1且为整数，ml表示为一种基于历史历元累积位移的水平臂长的算术平均值。

ml可以如下地计算：

预警单元204在水平臂长长度偏差量大于预警阈值时进行报警。

根据一种实施方式，该预警阈值如下地进行确定：

水平臂长方向(4)

当n→∞时，

水平臂长方向(5)

式中，a水平、b水平分别是所述监测站的接收机的平面定位的固定误差和比例误差；ln为第n个监测历元的建筑塔机的塔臂水平臂长长度；k为预警临界系数，k＝2～5；为塔臂动态监测水平臂长预警参数；当水平臂长长度偏差量时，则进行建筑塔机臂尖动态监测预警提示。

根据本发明的实施方式，可以在进行吊物工作之前就进行塔臂健康的检测，能够更好地应对因塔臂健康造成的各种风险。

图3示出了实验中的塔臂水平臂长监测结果图的一段数据。

在该实验中，在大型建筑塔机塔臂尖端上安装了1台gps接收机作为监测站，并于施工场地视野开阔地架设了1台相同品牌的gps接收机作为基准站。两台gps接收机的采样间隔均设置为1s，卫星截止高度角设置为15°，监测站与流动站之间的高差约在30m(检测站和流动站的高度差应为建筑塔机塔身高度的1/3到3/5，这样与15度的卫星截止高度角相配合可以获得更好的测量结果)，建筑塔机塔身高度h＝67.124m，建筑塔机塔臂长度l＝66.587m，建筑塔机塔身主体中心平面位置为(x0＝*0382.2812m，y0＝*3554.4645m)，建筑塔机为垂头型。建筑塔机处于摆臂且微风状态运行情况下进行工程实验gps数据采集。选择连续10min共600个监测历元进行统计与分析，其中：1-206历元为顺时针摆臂圆周运动状态，207-389历元为顺时针摆臂制动、静止、改变方向运行状态，390-600历元为逆时针摆臂圆周运动状态。

从该图中可以看出，在正反转的过程中，其水平臂长并不是一直稳定的，有其特殊的规律，会出现一些峰值，必须容纳这些峰值，避免不必要的误警。

图4示出了以上的预警阈值与塔臂水平臂长监测结果的匹配图。从图中可以看出，根据本发明的实施方式，预警阈值能够很好地与塔臂水平臂长监测结果相匹配，既能进行很好的预警，又能避免误警。

图5示出了依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机臂尖动态监测预警方法的示意性流程图。可以参照之前对装置和单元的说明来理解本发明的方法。

如图5所示，依据本发明的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机臂尖动态监测预警方法首先在监测参数获取步骤501获取塔臂旋转期间塔臂臂尖处的监测站测得的各监测历元的北向坐标、东向坐标；然后在水平臂长确定步骤502，根据所述监测参数获取步骤获得的各历元的北向坐标、东向坐标，确定建筑塔机塔臂水平长度；接着在水平臂长长度偏差量确定步骤503，确定水平臂长长度偏差量；以及在预警步骤504，在水平臂长长度偏差量大于预警阈值时进行预警。

根据一种实施方式，塔臂旋转期间为至少一个正向旋转期间以及至少一个逆向旋转期间。优选地是在一个方向旋转之后在向相反方向旋转。这样的方式能够使检测的结果更加可信。

根据一种实施方式，该水平臂长长度偏差量确定步骤502如下地确定水平臂长长度偏差量，

δln＝ln-ml

δln表示为建筑塔机臂尖在第n个历元的历元位移在臂长水平向的长度偏差量，n>1且为整数，ml表示为一种基于历史历元累积位移的水平臂长的算术平均值，

ml如下地计算：

ln表示为第n个监测历元的建筑塔机的塔臂水平臂长长度，，其如下地计算：

式中，(x0,y0)表示为建筑塔机塔身主体结构的中心平面位置，(xn,yn)表示第n个监测历元的北向坐标、东向坐标。

该预警阈值如下地确定：

水平臂长方向

当n→∞时，

水平臂长方向(5)

式中，a水平、b水平分别是所述监测站的接收机的平面定位的固定误差和比例误差；ln为第n个监测历元的建筑塔机的塔臂水平臂长长度；k为预警临界系数，k＝2～5；为塔臂动态监测水平臂长预警参数；当水平臂长长度偏差量时，则进行建筑塔机臂尖动态监测预警提示。

根据本发明的实施方式，可以在进行吊装时实时对塔臂的健康情况进行监督和报警。

根据本发明的一些实施方式，可以在吊装之前先使塔臂进行正反方向的旋转，并在旋转的过程中，检测各历元的臂尖的北向和动向坐标，确定塔臂的水平臂长，并确定臂长变化量是否已经超出预定值，在超出预定阈值的情况下，进行预警。该方法使用了正转和反转两个方向的转动，利用了转动过程中水平臂长的变化量的特殊规律，从而起到了好的预警效果。

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。