一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法技术方案

一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法，包括缆机、施工设备、第一定位设备、第二定位设备、组合定位设备、第一基准站、第二定位基站、无线通讯设备、同步控制器、定位服务器、数据库服务器和显示器。本发明专利技术还包括缆机碰撞检测方法、缆机防碰调控方法、缆机防碰加档或减档判断法和组合定位设备的数据转化和合成方法。本发明专利技术组合定位精确度高、实时性好、监测范围不受限制，能够对缆机进行无缝隙的实时监测并实现缆机施工过程监测的可视化；本发明专利技术采用的碰撞检测方法和防碰调控方法，形成了有效的缆机防碰调控机制以确保缆机安全高效地运行。

A combined positioning cable crane operation monitoring system and cable crane anti collision control method

The utility model relates to a combined positioning cable machine operation monitoring system and a collision prevention and control method for the cable machine, including a cable machine, a construction equipment, a first positioning equipment, a second positioning equipment, a combined positioning equipment, a first reference station, a second positioning base station, a wireless communication equipment, a synchronization controller, a positioning server, a database server and a display. The invention also comprises a collision detection method of a cable crane, a collision prevention and control method of a cable crane, a judgment method for a cable crane to prevent collision and add or reduce gears, and a data conversion and synthesis method for a combined positioning device. The combined positioning method of the invention has the advantages of high accuracy, good real-time performance and unlimited monitoring range, can carry out seamless real-time monitoring of the cable crane and realize the visualization of the monitoring of the construction process of the cable crane; the collision detection method and the anti-collision regulation method adopted by the invention form an effective anti-collision regulation mechanism of the cable crane to ensure the safety of the cable crane. Effective operation.

【技术实现步骤摘要】
一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法
本专利技术属于缆机运行领域，具体涉及一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法。
技术介绍
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。对比文件1“用于缆机吊钩的防碰撞视频监控系统”(专利申请号：201310337921.2)，该申请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。对比文件2“缆机实时监测定位系统”(专利申请号：201310731133.1)，该申请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。对比文件3“基于GPS的大坝混凝土料管碰撞监测与导航定位方法”(专利申请号：201110287017.6)，该申请公开了一种利用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。上述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(也是缆机运送吊罐入仓的时刻)，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(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。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述缆机定位及防碰方法的不足，提供一种对缆机施工过程中的缆机及其他施工机械和人员都能实时定位监测的GPS/UWB组合定位系统和防碰方法，并根据定位结果及现场施工信息结合虚拟仿真手段实现缆机施工过程的动态可视化，从而为缆机操纵员提供更加精确直观的缆机运行状态。本专利技术的另一个目的是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。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种组合定位缆机运行监测系统和缆机防碰调控方法，包括缆机、施工设备、第一定位设备、第二定位设备、组合定位设备、第一基准站、第二定位基站、无线通讯设备、同步控制器、定位服务器、数据库服务器和显示器，所述第一基准站、第一定位设备和组合定位设备分别经无线网与无线通讯设备连接，第二定位设备与组合定位设备分别经无线网与第二定位基站连接，第二定位基站与同步控制器连接，无线通讯设备、同步控制器、数据库服务器、显示器分别与定位服务器连接。进一步的，所述第一定位设备为GPS定位设备，第二定位设备为UWB定位设备，组合定位设备为GPS/UWB组合定位设备；所述第一基准站为GPS基准站，第二定位基站为UWB定位基站。进一步的，定位服务器包括处理器和存储器，所述存储器上存储有施工动态可视化程序，施工动态可视化程序用于在显示器上向缆机操作员显示缆机施工过程动态监控仿真画面。进一步的，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，所述UWB定位设备也用于施工人员的定位。施工设备与施工人员都是缆机可能的碰撞对象，成为缆机安全运行的潜在障碍物。一种上述组合定位缆机运行监测系统的缆机防碰调控方法，具体包括以下步骤：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；步骤4.1：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；步骤4.2：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。进一步的，所述碰撞检测方法具体包括以下步骤，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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合定位缆机运行监测系统，包括缆机、施工设备、第一定位设备、第二定位设备、组合定位设备、第一基准站、第二定位基站、无线通讯设备、同步控制器、定位服务器、数据库服务器和显示器，其特征在于，所述第一基准站、第一定位设备和组合定位设备分别经无线网与无线通讯设备连接，第二定位设备与组合定位设备分别经无线网与第二定位基站连接，第二定位基站与同步控制器连接，无线通讯设备、同步控制器、数据库服务器、显示器分别与定位服务器连接。

【技术特征摘要】
1.一种组合定位缆机运行监测系统，包括缆机、施工设备、第一定位设备、第二定位设备、组合定位设备、第一基准站、第二定位基站、无线通讯设备、同步控制器、定位服务器、数据库服务器和显示器，其特征在于，所述第一基准站、第一定位设备和组合定位设备分别经无线网与无线通讯设备连接，第二定位设备与组合定位设备分别经无线网与第二定位基站连接，第二定位基站与同步控制器连接，无线通讯设备、同步控制器、数据库服务器、显示器分别与定位服务器连接。2.根据权利要求1所述的组合定位缆机运行监测系统，其特征在于，所述第一定位设备为GPS定位设备，第二定位设备为UWB定位设备，组合定位设备为GPS/UWB组合定位设备；所述第一基准站为GPS基准站，第二定位基站为UWB定位基站。3.根据权利要求2所述的组合定位缆机运行监测系统，其特征在于，定位服务器包括处理器和存储器，所述存储器上存储有施工动态可视化程序，施工动态可视化程序用于在显示器上向缆机操作员显示缆机施工过程动态监控画面。4.根据权利要求2所述的组合定位缆机运行监测系统，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，所述UWB定位设备也用于施工人员的定位。5.采用如权利要求4所述组合定位缆机运行监测系统的缆机防碰调控方法，其特征在于，具体包括以下步骤：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；步骤4.1：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；步骤4.2：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。6.根据权利要求5所述的缆机防碰调控方法，其特征在于，所述碰撞检测方法具体包括以下步骤，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺俊，周宜红，赵春菊，胡超，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42