建筑施工塔吊机及其吊装定点放样辅助系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种建筑施工塔吊机及其吊装定点放样辅助系统，该建筑施工塔吊机包括横臂、吊绳和吊钩，该建筑施工塔吊机与一吊装定点放样辅助系统配合，该吊装定点放样辅助系统包括基准站、监控装置和客户终端，其特征在于，该建筑施工塔吊机还包括：在所述横臂上、吊钩正上方位置安装的流动站；用于检测吊绳的里程的里程计，流动站从基准站接收卫星差分改正信号，获得自身的位置信息，并将所述位置信息发送给所述监控装置，所述里程计获取所述吊绳的里程，所述监控装置根据所述吊绳的里程和所述流动站的位置信息，确定吊钩的位置。依据本发明的技术方案，能够减少人工值守方法的过程环节，提高吊装作业操作的直观性、简利性、准确性和高效性。
【专利说明】
建筑施工塔吊机及其吊装定点放样辅助系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种建筑施工塔吊机及其吊装定点放样辅助系统，辅助塔吊机精准定 点、放样。
【背景技术】
[0002] 目前建筑施工塔吊机吊装作业时，确定吊钩位置采用人工值守。例如，在 ZL200620036492.0中公开了一种塔吊机。如图1所示，在该塔吊机中，操作者在座椅上利用 反光镜19来观察所吊物体的工作情况。在其他的现有技术的塔吊机中，还有采用在起重臂 上设置红旗来进行观测的。这样的观测不够准确，对操作人员要求高。另外，现有技术的塔 吊机还需要操作员与吊装员建立统一关系、密切配合才可完成吊装任务，操控流程复杂，对 人员素质要求严格。采用传统的人工值守方法指挥吊装任务，作业效率低下且易受通视条 件限制而作业困难，费时费力，智能化程度低且不经济。
【发明内容】
[0003] 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。
[0004] 为实现以上目的，本发明公开了一种建筑施工塔吊机，包括横臂、吊绳和吊钩，所 述建筑施工塔吊机与一吊装定点放样辅助系统配合，所述吊装定点放样辅助系统包括基准 站、监控装置和客户终端，其中，所述建筑施工塔吊机还包括:在所述横臂上、所述吊钩正上 方位置安装的流动站；用于测量所述吊绳的里程的里程计，所述流动站从所述基准站接收 卫星差分改正信号，获得自身的位置信息，并将所述位置信息发送给所述监控装置，所述里 程计获取所述吊绳的里程，所述监控装置根据所述吊绳的里程和所述流动站的位置信息， 确定吊钩的位置。依据本发明的技术方案，能够减少人工值守方法的过程环节，提高吊装作 业操作的直观性、简利性、准确性和高效性。
[0005] 采用上述系统及操作方法，本发明的一些实施方式具有以下创新性：
[0006] 1、建筑施工塔吊机进行吊装作业时，不受白天或黑夜的通视条件限制，可全天候 作业(无需通视）。
[0007] 2、建筑施工塔吊机进行吊装作业时，可以实现吊装精准定点、放样(高精度）。
[0008] 3、建筑施工塔吊机进行吊装作业时，完成吊装任务可以省时且省力(低消耗）。
[0009] 4、建筑施工塔吊机进行吊装作业时，操作简便直观，实用价值高(高效能）。
[0010] 5、可以避免因吊钩与其它物体碰撞导致昂贵的流动站损坏。
[0011] 6、因为流动站安装在吊臂上，可以使流动站无死角地进行测量。
[0012] 建筑施工塔吊机操作员根据安装在监控装置上的应用服务系统的显示或提示完 成吊装精准定点、放样任务，减少人工值守方法的过程环节，提高吊装作业操作的直观性、 简利性、准确性和高效性。
[0013] 本发明一些实施方式的建筑施工吊装定点放样辅助系统提高建筑施工塔吊机吊 装作业效率，克服了白天或夜间因通视条件不足而吊装作业难、操作流程复杂化、作业费时 费力、自动化程度低下等问题，其操作简便直观、定点放样精准、可以省时省力、可全天候作 业，提高塔吊机作业的实用性、精确性、效率性和经济性。
【附图说明】
[0014] 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，不是对本发明的保 护范围的限制。
[0015] 图1示出了现有技术的一种塔吊的示意图；
[0016] 图2示出了依据本发明的一种实施方式的建筑施工塔吊机吊装定点放样辅助系统 的不意图；
[0017] 图3示出了依据本发明的一种实施方式的基准站、流动站和客户终端的系统结构 示意图；
[0018]图4不出了另一种塔吊机的不意图；
[0019] 图5示出了图4的塔吊机的吊臂和吊钩处的放大示意图；以及
[0020] 图6示出了依据本发明的一种实施方式的数据交换系统。
【具体实施方式】
[0021] 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。
[0022] 本发明的发明人通过研究发现，为了较好地完成塔吊机吊装定点放样任务，需要 知悉吊钩的位置，可以想到的是这可以通过在吊钩位置放置定位装置来实现。但是，吊钩可 能受到碰撞，经常是摆动的，受到风的影响也比较大，而且在有些地点无法进行测量。因而 本发明的发明人为了更好地进行放样，构思了本发明的实施方式。
[0023]图2示出了依据本发明的一种实施方式的建筑施工塔吊机吊装定点放样辅助系统 的示意图。
[0024]如图2所示，依据本发明的一种实施方式，建筑施工塔吊机用吊装定点放样辅助系 统包括基准站1、流动站2、客户终端3、监控装置4以及里程计6。在优选的实施方式中，还包 括数据交换系统8。流动站2、监控装置4和里程计6安装在塔吊机7上。应用服务系统5可以安 装在监控装置4上，在一种实施方式中，应用服务系统5也可以安装在网络服务器上。根据上 下文，安装在塔吊机7上的部件如流动站可以视为是塔吊机的一部分。
[0025] 在本发明的一种实施方式中，所述的基准站1通过数据交换系统8与流动站2、客户 终端3建立连接，流动站2、客户终端3、里程计6通过数据交换系统8与监控装置4、应用服务 系统5建立连接。
[0026] 图3示出了依据本发明的一种实施方式的基准站、流动站和客户终端的系统结构 示意图。如图3所示，根据本发明的一种实施方式，基准站1、流动站2和客户终端3均是GNSS 卫星信号接收设备，分别包括与核心控制模块18连接封装的测地型卫星定位模块11、天线 模块12、存储模块13、电源模块14、通讯模块15、数据交换模块16及数据计算模块17。该实施 方式是示意性的，本领域技术人员可以采取任何方式来实现这些模块，也可以采用不同的 构成方式来实现本发明的基准站1、流动站2和客户终端3，这些都在本发明的保护范围内。
[0027] 基准站1架设在施工项目附近视野相对广阔的已知坐标点，可以是一个或多个，基 准站1可以生成GNSS卫星差分改正信号，该卫星差分改正信号可通过单基准站RTK或多基准 站网络RTK (C0RS)系统由数据交换系统8播发至流动站2和客户终端3。根据本发明的一种实 施方式，也可以直接发送给流动站2、客户终端3和客户终端9。
[0028] 在一种实施方式中，所述的流动站2可以安装在塔吊机7横臂（或吊臂）上，吊钩的 正上方。例如在图1所示的塔吊机的情况下，流动站2可以安装在横臂的滑轮9的正上方处。 在本发明中，根据上下文，在吊钩正上方的某一小范围的平面上，可以通过简单换算得到吊 钩正上方的的平面与高程位置的点也可视为位于吊钩的正上方。
[0029]流动站2利用来自基准站1的差分改正信号计算自身的天线模块12的高程位置和 平面位置，所述的流动站2的天线模块12平面和高程位置，经由数据交换系统8播发至监控 装置4,监控装置4将所述的流动站2的天线模块12的平面位置确定为吊装定点放样平面位 置。
[0030] 在一种实施方式中，流动站2利用该差分改正信号以及塔吊机到某一基准站的距 离计算自身的天线模块12的高程位置和平面位置。在一种实施方式中，首先根据以下公式 获得流动站亦搭吊赛下的坐烷.
[0031]
til
[0032] 其中，
别为流动站在塔吊系和WGS-84系下的坐标;Τχ、ΤΥ、Τζ为 由WGS-84系转换到塔吊系的平移参数；ωχ、ωγ、ωζ为由WGS-84系转换到塔吊系的旋转参 数;m为由WGS-84系转换到塔吊系的尺度参数。
[0033] 然后，将所述流动站的塔吊系坐柄 ￡高斯投影下进行坐标转换，获得所述 流动站的平面位置(X，y)和高程位置H。
[0034] 根据本发明的一种实施方式，里程计6安装在进行塔吊机7吊绳收放的某一静滑轮 上，例如在图1的情况下，可以安装在滑轮9处。里程计6用于高精度地测量出吊绳收、放长度 量(称为吊绳的里程数据），从而可以自己计算出吊钩升降量，并经由数据交换系统8播发至 监控装置4。在一种实施方式中，里程计6可以仅仅测量出吊绳收、放长度量，并将该长度发 送给监控装置4。监控装置4利用所述的流动站2的天线模块12的高程位置以及里程计6所发 送来的数据，确定吊装定点放样高程位置。
[0035] 可以简单地根据里程计12的里程与流动站的高程进行加减计算确定吊装定点放 样高程位置。
[0036] 更精确地，可以采用以下的公式进行计算，该计算中使用了塔吊机的吊钩速度等 信息。
[0037]
[0038]其中，Hg表示吊钩的高程，m是所述流动站天线相位中心的高程，H2是所述流动站 天线相位中心至天线底部的垂高，H3是所述横臂上所述移动车的高度，L是所述里程计测得 的吊绳的收放里程，h是所述横臂上所述移动车的切线速度，％为风速，a是风的加速度，H 4 是所述动滑轮与所述吊钩的垂直距离。
[0039] 图4示出了另一种塔吊机的示意图。该塔吊机包括固定装置21、立柱22、横臂23、移 动车24、和吊臂动滑轮25。图5示出了吊臂25和吊钩处的放大示意图。对于如图4和图5所示 的情况，里程计可以放置在该动滑轮25处。在优选的实施方式中，里程计6可以放置在离吊 钩较近的用于收放吊绳的滑轮处。在图4所示的塔吊机的情况下，流动站2可以放置在移动 车24上。流动站放置在设置在横臂（或吊臂）23上的部件上的情况，也被称为设置在该横臂 或吊臂上。
[0040] 在一种实施方式中，流动站或监控装置根据某一基准站到所述塔吊机的距离如下 地计算平移参数误差，从而获得自身的平面位置和高程位置：
[0041]
[0042] 兵甲dxl、dyl、dzl衣不沭功站处的f移蔘数误差，B，L表示基准站处的大地经炜 度，dH表示基准站处的大地高误差，b表示基准站和流动站之间的平面横轴距离，1表示基准 站和流动站之间的平面纵轴距离。根据平移参数误差获得流动站的位置的方法可以采用本 领域已知或以后获知的各种方法进行，本文不再赘述。利用这种方法，有效地利用了基准站 和流动站之间的已知位置关系，可以更加精确地确定流动站的位置。
[0043] 为了准确地确定以上的1和b，可以通过传感器测量流动站在吊臂上的位置。
[0044] 客户终端3由定点吊装员或放样吊装员手持，确定取样和放样地点。客户终端3可 以通过数据交换系统8或直接从基准站接收GNSS卫星差分改正信号，完成差分计算后经由 数据交换系统8向监控装置4播发吊装、放样精确位置与指令信息。
[0045] 在一种实施方式中，监控装置4安装在塔吊机操控室，辅助指挥塔吊机操作员吊装 作业，监控装置4可以是带有通讯模块的台式一体机、台式机、笔记本电脑、掌上电脑、平板 电脑或智能手机等，经由数据交换系统8接收流动站2、客户终端3和里程计6播发的位置、升 降量与指令信息，确定吊装定点放样平面位置与取样地点、放样地点的位置、距离等。
[0046] 根据本发明的这一实施方式，可以提高建筑施工塔吊机吊装作业效率，克服了白 天或夜间通视困难等问题，其操作简便直观、可全天候作业、定点放样精准且省时省力、实 用价值高。而且不在吊钩上安装定位装置，能够降低成本。
[0047] 图6示出了依据本发明的一种实施方式的数据交换系统8。如图6所示，所述的数据 交换系统8设有数据交换模块31、存储模块32、数据处理模块33、通讯模块34。所述的通讯模 块34可以是UHF电台、WIFI、GPRS、蓝牙通讯模块。
[0048] 本发明的一种基于建筑施工塔吊机吊装定点放样系统，可以如下操作：吊装前，在 施工项目附近相对广阔的已知坐标点上架设基准站，将基准站坐标输入应用服务系统，自 动生成吊装定点放样监视图，由校正后的七参数配置(根据情况，也可以是3参数配置)并启 动流动站和客户终端；吊装时，由吊装员向监控装置播发吊装定点、放样位置与指令信息， 操作员根据监控装置的显示或提示完成吊装精准定点、放样，吊装作业完成后，结束吊装作 业程序，所有吊装作业数据存储至应用服务系统，自动生成吊装作业定点放样轨迹。
[0049] 本系统的具体实施参考以下情况：1.在施工项目附近视野相对广阔的已知坐标位 置上架设一个或多个基准站;2.在使用本辅助系统的建筑施工塔吊机横臂动滑轮顶等处安 装流动站;3 .在流动站和客户终端上安装数据通讯软件;4.在施工现场合适位置放置数据 交换系统，可以放在办公室、塔吊机或基准站附近，数据交换系统也可以完成局域网服务器 功能；5 .启动基站、流动站等，检查各个部件之间的数据连接正确。6.取三个或三个以上已 知坐标点，将手持客户终端放置在已知点，进行点校正计算七参数，并校正系统的正确性。 7.监控装置接收手持客户终端吊装定点、放样坐标信息。8.启动塔吊机，根据监控装置确定 的放装定点位置先对准吊装定点位置，开始吊装作业，再对准吊装放样位置，落实吊装任 务，结束吊装作业程序。
[0050] 采用本专利减少人工值守方法的过程环节，提高吊装作业操作的直观性、简利性、 准确性和高效性。本专利的建筑施工塔吊机吊装定点放样辅助系统提高建筑施工塔吊机吊 装作业效率，克服了白天或夜间通视困难等问题，其操作简便直观、可全天候作业、定点放 样精准且省时省力、实用价值高。
[0051] 本发明系统地提供了一种科学、简便、高精度、全天候、无通视、智能化的建筑施工 塔吊机吊装定点放样辅助系统，适用于安装在各品牌塔吊机设备上，为辅助塔吊机在吊装 作业时快速、精准、高效完成吊装任务的定点放样作业，提高设备的效率性、简便性和精准 性。
[0052]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。
【主权项】
1. 一种建筑施工塔吊机，包括横臂、吊绳和吊钩，所述建筑施工塔吊机与一吊装定点放 样辅助系统配合，所述吊装定点放样辅助系统包括基准站、监控装置和客户终端，其特征在 于，所述建筑施工塔吊机还包括:在所述横臂上、所述吊钩正上方位置安装的流动站；用于 测量所述吊绳的里程的里程计，所述流动站从所述基准站接收卫星差分改正信号，获得自 身的位置信息，并将所述位置信息发送给所述监控装置，所述里程计获取所述吊绳的里程， 所述监控装置根据所述吊绳的里程和所述流动站的位置信息，确定吊钩的位置。2. 根据权利要求1所述的建筑施工塔吊机，其特征在于，所述里程计安装在用于收放所 述吊绳的动滑轮或静滑轮上，所述流动站安装在所述横臂上的用于沿所述横臂滑动所述吊 钩的移动车上。3. 根据权利要求2所述的建筑施工塔吊机，其特征在于，所述建筑施工塔吊机包括位于 所述吊钩上方的动滑轮，所述监控装置将所述流动站的平面位置视为所述吊钩的平面位 置，所述监控装置枏据以下公式计筧所沭吊钩的高稈：其中，Hg表示吊钩的高程，m是所述流动站天线相位中心的高程，H2是所述流动站天线 相位中心至天线底部的垂高，H3是所述横臂上所述移动车的高度，L是所述里程计测得的吊 绳的收放里程，Vi是所述横臂上所述移动车的切线速度，％为风速，a是风的加速度，H 4是所 述动滑轮与所述吊钩的垂直距离。4. 根据权利要求3所述的建筑施工塔吊机，其特征在于，所述流动站如下地获得自身的 平面位置和高程位置： 首先根据以下公式获得流动站在塔吊系下的坐标：其中分别为流动站在塔吊系和WGS-84系下的坐标;ΤΧ、Τ Υ、ΤΖ为由 WGS-84系转换到塔吊系的平移参数；ωχ、ωγ、ωζ为由WGS-84系转换到塔吊系的旋转参数;m 为由WGS-84系转换到塔吊系的尺度参数； 然后，将所述流动站的塔吊系坐标在高斯投影下进行坐标转换，获得所述流动 站的平面位置(x，y)和高程位置H。5. 根据权利要求4所述的建筑施工塔吊机，其特征在于，所述流动站根据来自所述基准 站的差分改正信号以及所述基准站到所述塔吊机的距离如下地计算平移参数误差，从而获 得自身的平面位置和高程位置：其中dx 1、dy 1、dz 1表示流动站处的平移参数误差，B，L表示基准站处的大地经炜度，dH表 示基准站处的大地高误差，b表示基准站和流动站之间的平面横轴距离，1表示基准站和流 动站之间的平面纵轴距离，通过测量所述塔吊机到基准站之间的距离和所述流动站在所述 塔吊机的吊臂上的位置来获得所述b和所述1。6. -种建筑施工塔吊机用吊装定点放样辅助系统，包括基准站、监控装置和客户终端， 所述建筑施工塔吊机包括横臂、吊绳和吊钩，其特征在于，所述吊装定点放样辅助系统还包 括:在所述横臂上、所述吊钩正上方位置安装的流动站；用于检测所述吊绳的里程的里程 计，所述流动站从所述基准站接收卫星差分改正信号，获得自身的位置信息，并将所述位置 信息发送给所述监控装置，所述里程计获取所述吊绳的里程，所述监控装置根据所述吊绳 的里程和所述流动站的位置信息，确定吊钩的位置。7. 根据权利要求6所述的建筑施工塔吊机吊装定点放样辅助系统，其特征在于，所述的 基准站（1)架设在施工项目附近视野相对广阔的已知坐标点，播发GNSS卫星差分改正信号， 采用单基准站RTK或多基准站网络RTK系统，所述的客户终端(3)由定点吊装员和放样吊装 员手持，所述的监控装置(4)安装在所述塔吊机的操控室，所述建筑施工塔吊机吊装定点放 样辅助系统还包括数据交换系统(8)，所述的数据交换系统(8)设有数据交换模块(31)、存 储模块（32)、数据处理模块（33)和通讯模块（34)，所述通讯模块（34)是UHF电台、WIFI、 GPRS、蓝牙通讯模块中的任意一个，其中所述监控装置还用于生成吊装定点放样监视图，并 根据所述吊钩的位置确定吊装作业定点放样轨迹。8. 根据权利要求7所述的建筑施工塔吊机吊装定点放样辅助系统，其中： 所述里程计安装在用于收放所述吊绳的动滑轮或静滑轮上，所述流动站安装在所述横 臂上的用于沿所述横臂滑动所述吊钩的移动车上； 所述建筑施工塔吊机包括位于所述吊钩上方的动滑轮，所述监控装置根据以下公式计 算所述吊钩的位置：其中，Hg表示吊钩的高程，m是所述流动站天线相位中心的高程，H2是所述流动站天线 相位中心至天线底部的垂高，H3是所述横臂上所述移动车的高度，L是所述里程计测得的吊 绳的收放里程，Vi是所述横臂上所述移动车的切线速度，％为风速，a是风的加速度，H 4是所 述动滑轮与所述吊钩的垂直距离， 所述流动站如下地获得自身的平面位置和高程位置： 首先根据以下公式获得流动站在塔吊系下的坐标：其中丨1」为流动站在塔吊系和WGS-84系下的坐标;Τχ、Τγ、Τζ为由 WGS-84系转换到塔吊系的平移参数；ωχ、ωγ、ωζ为由WGS-84系转换到塔吊系的旋转参数;m 为由WGS-84系转换到塔吊系的尺度参数； 然后，将所述流动站的塔吊系坐IE高斯投影下进行坐标转换，获得所述流动 站的平面位置(x，y)和高程位置H; 所述流动站根据来自基准站的差分改正信号以及所述基准站到所述塔吊机的距离如 下地计算平移参数误差，从而获得自身的平面位置和高程位置：其中dx 1、dy 1、dz 1表示流动站处的平移参数误差，B，L表示基准站处的大地经炜度，dH表 示基准站处的大地高误差，b表示基准站和流动站之间的平面横轴距离，1表示基准站和流 动站之间的平面纵轴距离，通过测量所述塔吊机到基准站之间的距离和所述流动站在所述 塔吊机的吊臂上的位置来获得所述b和所述1。
【文档编号】B66C23/62GK105858480SQ201610460375
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】周命端, 吕京国, 刘祥磊, 丁克良, 赵西安
【申请人】北京建筑大学