一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统及方法，包括定位监测系统；定位监测系统包括测量单元和实时运算单元；测量单元，用于通过自身的卫星定位系统获取高大架体至少三个测量点的大地坐标值，其中一个测量点被设定为新坐标系原点，则其余测量点定义为非坐标系原点；非坐标系原点的测量点，用新坐标系原点的大地坐标和自身的大地坐标进行坐标变换，得到其在新坐标系下的实时坐标值；测量单元将获取到的所有的坐标值输出到实时运算单元；实时运算单元，接收测量单元发送的所有测量点的坐标值，并实时计算出垂直度，并实时将垂直度与设定的告警阈值进行比较，实时进行告警。对设备安装精度要求不高，实现了对高大架体垂直度的监测。

A verticality monitoring system and method of tall frame based on satellite positioning system

The invention discloses a perpendicularity monitoring system and method of a tall frame based on a satellite positioning system, including a positioning monitoring system; the positioning monitoring system includes a measurement unit and a real-time operation unit; the measurement unit is used to obtain the geodetic coordinate values of at least three measurement points of a tall frame through its own satellite positioning system, wherein a measurement point is set as the origin of a new coordinate system Other measuring points are defined as non coordinate system origin; for measuring points of non coordinate system origin, coordinate transformation is carried out with the geodetic coordinates of the new coordinate system origin and its own geodetic coordinates to get its real-time coordinate value under the new coordinate system; the measuring unit outputs all the obtained coordinate values to the real-time operation unit; the real-time operation unit receives all the measuring points sent by the measurement unit Coordinate value, and calculate the perpendicularity in real time, and compare the perpendicularity with the set alarm threshold in real time, and alarm in real time. The requirement of equipment installation accuracy is not high, and the verticality of tall frame is monitored.

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统及方法
本专利技术涉及一种垂直度监测系统，尤其涉及一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统及方法。
技术介绍
无论是高速公路建设，还是高层建筑施工现场的高大架体，例如塔吊等，具有结构高度高、受力复杂多变、形变预兆性低、坍塌速度快、监控难度大、监测方式落后、人员无法主动逃生等等特点，且受现场地理、天气环境等外界因素扰动大，是施工现场不可忽视的最重要的安全风险源之一，一旦高大架体发生倾覆，会造成重大的生命财产损失。在相关的国家标准和行业标准中，都有对高大架体垂直度的监测标准以及巡检要求。现行标准中对高大架体垂直度的测量主要依靠经纬仪或全站仪完成，巡检时间间隔以1个月为主。由于经纬仪或全站仪对高大架体垂直度的测量数据依靠人工读取，复杂现场环境下的测量还需设备使用人员具备一定的经验，因此其测量数据的准确性具有一定的主观性。且每隔一月的监测粒度较大，往往忽视了雨雪天气、地质环境、现场施工等因素对高大架体的垂直度的影响。因此对高大架体的垂直度实时在线监测系统进行研究，是十分迫切的且有重要的现实意义。由统计数据可以看出，高大架体相关部分呈现出“事故次数多，死亡总人数多，平均单次事故死亡人数多”的“三多”现象，是生产事故的易发部位，而且一旦发生问题，易造成人员伤亡的重大事故。因此高大架体应当是安全生产风险监控的重点部位。在与桥梁桩柱相关的高大架体如塔式起重机、施工升降机和液压爬升模板等设备，其垂直度是非常重要的指标。垂直度的数值以及变化规律，直接表征着高大架体的竖直稳定性。现行的国家、行业标准中，对于高大架体的垂直度测量和允许偏差值有明确的规定，而且对监测的周期也有明确规定。如中华人民共和国国家标准《塔式起重机GB/T5031-2008》中的规定，建设部行业规范《施工现场机械设备检查技术规程JGJ160-2008》中的强制规定，《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程JGJ196-2010》都对施工现场的塔式起重机的垂直度有强制要求。对在施工过程中具有重大安全风险的高大架体，已经有诸多国标和行规来规定测量方法和监测周期。但是还存在如下问题：(1)国标或者行规中规定使用经纬仪或者全站仪对高大架体进行测量，此类仪器对使用者的要求较高，又往往需要很多的工作人员来参与作业，且获得的读数具有一定的主观性。(2)国标或者行规中对于高大架体的监测周期粒度基本为一个月，而施工现场的环境复杂多变，考虑到天气、地址环境、现场施工影响，一个月的粒度显得过大。(3)在现有技术条件下，缺乏实时的报警措施，当高大架体将要发生倾覆前，施工现场缺少应急报警装置提醒人员疏散。(4)缺乏对高大架体竖直度的统计规律分析，无法做到预先告警。因此针对施工过程中具有重大安全风险的高大架体，采用高技术手段，建立实时在线的监测系统是十分必要的。专利技术专利申请201810320263.9公开了一种使用激光设备的塔吊垂直度监测装置。此专利技术专利利用激光发射器，在接收器上使用刻度标尺，然后通过读取刻度值来获得塔吊的垂直度。此技术有以下问题：1.对安装精度要求高。激光发射器必须完全水平安装，否则垂直度的计算会出现较大偏差。2.对现场使用环境要求高。在激光传递路线上不能有遮蔽和干扰。3.没有实时在线的监测数据。数据的读取还是需要人工，无法自动完成，无法实时远程在线观测、统计。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统及方法，对环境及设备安装精度要求不高，同时实现了对高大架体垂直度的监测。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，包括定位监测系统；定位监测系统包括测量单元和实时运算单元，测量单元和实时运算单元均包含无线电台；测量单元，用于通过自身的卫星定位系统获取高大架体至少三个测量点的大地坐标值，其中一个测量点被设定为新坐标系原点，则其余测量点定义为非坐标系原点；非坐标系原点的测量点，用新坐标系原点的大地坐标和自身的大地坐标进行坐标变换，得到其在新坐标系下的实时坐标值；测量单元将获取到的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，通过自身的无线电台输出到实时运算单元；实时运算单元，通过自身的无线电台接收测量单元发送的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，并根据接收到的测量点的坐标值实时计算出垂直度，并实时将计算出的垂直度与设定的告警阈值进行比较，当垂直度中的垂直度值大于设定的告警阈值时，定位监测系统在现场实时进行告警。所述的测量单元包括基准单元和多个监测单元；基准单元：是一个固定的地面基站，其作为参照点，包括卫星定位系统、无线电台和无线传输单元；用于通过自身的卫星定位系统获取自身位置的新坐标系原点的大地坐标值，并将其测量出来的差分信息和新坐标系原点的大地坐标值通过其自身的无线电台发送给监测单元进行RTK精密定位解算；监测单元：其安装于被测量高大架体的被监测点上，其包括卫星定位系统和无线电台；用于通过自身的卫星定位系统获取自身非坐标系原点的测量点的大地坐标值，并通过自身非坐标系原点的测量点的大地坐标值及从基准单元接收到的差分信息和新坐标系原点的大地坐标值，经过RTK方法的解算，获得高大架体新坐标系下的非坐标系原点的测量点的实时坐标值；并将当前非坐标系原点的测量点的实时坐标值的坐标信息发送到实时运算单元。所述的卫星定位系统为BDS/GNSS接收机；所述的监测单元为两个，分别安装于高大架体高处和高大架体底部，其中，卫星定位系统的BDS/GNSS接收机使用多模的方式接收除北斗定位信号外的GPS、GLONASS信号。实时运算单元，用于通过自身的无线电台接收测量单元发送的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，并根据接收到的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值计算出实时垂直度，并将计算出的实时垂直度与设定的告警阈值进行比较，当实时垂直度中的垂直度值大于设定的告警阈值时，定位监测系统在现场进行告警，其中，实时垂直度是指，即包含垂直度信息，也包含高大架体的倾斜绝对方向角。该系统还包括实时警示系统和云数据中心；实时警示系统，其部署到高大架体的各处，用于接收定位监测系统向其发送的用来驱动其在现场进行告警的告警信号，实时警示系统一旦接收到定位监测系统发出的告警信号，立刻以声，光，电形式通知用户，起到本地及时警示的作用；云数据中心，用于获取定位监测系统使用无线传输模块发出的坐标值和垂直度，并将获取到的高大架体的测量点的坐标值和垂直度写入到自身的数据库中；云数据中心在数据库中存储高大架体运行时的测量点的坐标值和垂直度，并提供在工地现场监视、安监/质检管理以及移动APP应用；当云数据中心接收到的高大架体的测量点坐标值或垂直度的实时数据超过设定的告警阈值时，云数据中心会以邮件、短信、APP推送等形式发送告警信息给系统使用者。所述的云数据中心上的TCPServer收到高大架体测量点的坐标值数据后，会将数据记录到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，其特征在于，包括定位监测系统；定位监测系统包括测量单元和实时运算单元，测量单元和实时运算单元均包含无线电台；/n测量单元，用于通过自身的卫星定位系统获取高大架体至少三个测量点的大地坐标值，其中一个测量点被设定为新坐标系原点，则其余测量点定义为非坐标系原点；非坐标系原点的测量点，用新坐标系原点的大地坐标和自身的大地坐标进行坐标变换，得到其在新坐标系下的实时坐标值；测量单元将获取到的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，通过自身的无线电台输出到实时运算单元；/n实时运算单元，通过自身的无线电台接收测量单元发送的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，并根据接收到的测量点的坐标值实时计算出垂直度，并实时将计算出的垂直度与设定的告警阈值进行比较，当垂直度中的垂直度值大于设定的告警阈值时，定位监测系统在现场实时进行告警。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，其特征在于，包括定位监测系统；定位监测系统包括测量单元和实时运算单元，测量单元和实时运算单元均包含无线电台；
测量单元，用于通过自身的卫星定位系统获取高大架体至少三个测量点的大地坐标值，其中一个测量点被设定为新坐标系原点，则其余测量点定义为非坐标系原点；非坐标系原点的测量点，用新坐标系原点的大地坐标和自身的大地坐标进行坐标变换，得到其在新坐标系下的实时坐标值；测量单元将获取到的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，通过自身的无线电台输出到实时运算单元；
实时运算单元，通过自身的无线电台接收测量单元发送的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，并根据接收到的测量点的坐标值实时计算出垂直度，并实时将计算出的垂直度与设定的告警阈值进行比较，当垂直度中的垂直度值大于设定的告警阈值时，定位监测系统在现场实时进行告警。


2.根据权利要求1所述的基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，其特征在于，所述的测量单元包括基准单元和多个监测单元；
基准单元：是一个固定的地面基站，其作为参照点，包括卫星定位系统、无线电台和无线传输单元；用于通过自身的卫星定位系统获取自身位置的新坐标系原点的大地坐标值，并将其测量出来的差分信息和新坐标系原点的大地坐标值通过其自身的无线电台发送给监测单元进行RTK精密定位解算；
监测单元：其安装于被测量高大架体的被监测点上，其包括卫星定位系统和无线电台；用于通过自身的卫星定位系统获取自身非坐标系原点的测量点的大地坐标值，并通过自身非坐标系原点的测量点的大地坐标值及从基准单元接收到的差分信息和新坐标系原点的大地坐标值，经过RTK方法的解算，获得高大架体新坐标系下的非坐标系原点的测量点的实时坐标值；并将当前非坐标系原点的测量点的实时坐标值的坐标信息发送到实时运算单元。


3.根据权利要求2所述的基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，其特征在于，所述的卫星定位系统为BDS/GNSS接收机；所述的监测单元为两个，分别安装于高大架体高处和高大架体底部，其中，卫星定位系统的BDS/GNSS接收机使用多模的方式接收除北斗定位信号外的GPS、GLONASS信号。


4.根据权利要求2所述的基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，其特征在于，实时运算单元，用于通过自身的无线电台接收测量单元发送的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值，并根据接收到的高大架体新坐标系下的所有测量点的坐标值计算出实时垂直度，并将计算出的实时垂直度与设定的告警阈值进行比较，当实时垂直度中的垂直度值大于设定的告警阈值时，定位监测系统在现场进行告警，其中，实时垂直度是指，即包含垂直度信息，也包含高大架体的倾斜绝对方向角。


5.根据权利要求1所述的基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，其特征在于，该系统还包括实时警示系统和云数据中心；
实时警示系统，其部署到高大架体的各处，用于接收定位监测系统向其发送的用来驱动其在现场进行告警的告警信号，实时警示系统一旦接收到定位监测系统发出的告警信号，立刻以声，光，电形式通知用户，起到本地及时警示的作用；
云数据中心，用于获取定位监测系统使用无线传输模块发出的坐标值和垂直度，并将获取到的高大架体的测量点的坐标值和垂直度写入到自身的数据库中；云数据中心在数据库中存储高大架体运行时的测量点的坐标值和垂直度，并提供在工地现场监视、安监/质检管理以及移动APP应用；当云数据中心接收到的高大架体的测量点坐标值或垂直度的实时数据超过设定的告警阈值时，云数据中心会以邮件、短信、APP推送等形式发送告警信息给系统使用者。


6.根据权利要求5所述的基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测系统，其特征在于，所述的云数据中心上的TCPServer收到高大架体测量点的坐标值数据后，会将数据记录到云数据中心的数据库，同时TCPServer会将数据发送给云数据中心的WebServer，WebServer使用WebSocket协议将接收到的数据推送给用户的Web界面，用户的Web界面会进行自动的刷新，以显示新的数据；同时云数据中心会根据设备运行状态记录对应的告警，以及通过短信、邮件的方式通知现场维护人员或者监管人员。


7.一种基于卫星定位系统的高大架体垂直度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在高大架体附近地面坚固处安装基准单元，在此基准单元上设定坐标系xyz与坐标系原点O(Ox，Oy，Oz)，Zo为基准单元所在水平面，即xy轴所在平面，x轴表示纬度方向，y轴表示经度方向；
2)在高大架体底部安装监测单元，确定高大架体地面参考点Po(x0，y0，z0)，Zx为Po点所在水平面；
3)在高大架体高...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘自强，王军，
申请(专利权)人：西安威尔图像数据技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61