一种基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法及系统，涉及桥梁施工技术领域，包括于桥梁的纵向中心线上设置多个360

【技术实现步骤摘要】
一种基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法及系统


[0001]本专利技术涉及桥梁施工
，特别涉及一种基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法及系统。

技术介绍

[0002]随着交通路网和城市市政建设的迅速发展，各种公路、市政、铁路桥梁跨铁路的情况越来越多，按照常规的桥梁施工方法这种跨铁路桥梁的施工过程对既有铁路的运营会造成较大影响，导致交通长期不畅甚至瘫痪，因此类似桥梁采用转体施工方法的越来越多。近几年在国内，桥梁转体施工总吨位和跨径得到了突破式的发展和提高，转体桥施工控制研究技术也越来越成熟和可靠，对于桥梁转体过程的实时化、数字化监测提出了更高的技术要求，因此基于无线传输设备、自动化设备对桥梁转体过程实时监测开展相关研究很有现实意义。
[0003]桥梁转体主要控制参数有：转体设计角度(
°
)，转体设计距离(m)，已转角度(
°
)，剩余角度(
°
)，已转距离(m)，剩余距离(m)，转体角速度(
°
/min)，转体线速度(m/min)。桥梁转体是一个短时间的动态过程，一般转体全过程时长不超过120min，对转体时间段内的桥梁转体的角速度、线速度规范有明确的要求，必须严格按规范限值进行控制；对于最后要求，要求实际轴线与设计轴线偏差在
±
10mm范围。
[0004]如果在转体过程中，转体角速度、线速度过快，会增加桥梁的不稳定性，易改变转体过程中桥梁的平衡状态，严重时会导致事故发生，影响铁路行车安全，造成重大经济损失。如果在转体过程中，转体角速度、线速度过快，还会增大桥梁的控制难度，发生轴线控制差，对的不精准，甚至出现过转现象，影响桥梁成桥线形和内力，造成施工质量事故。如果在转体过程中，转体角速度、线速度过慢，会在铁路局给定的时间段内完不成转体，桥梁悬空在铁路线上方，严重影响铁路行车安全，发生涉铁施工安全事故，造成人员伤害和重大经济损失。
[0005]因此，转体施工需要保证转体桥梁转的稳、速度适中、对的精准，这就需要实时了解转体桥梁的空间姿态，实时掌握转体桥梁的角速度、线速度，一方面可以在转体桥梁出现异常时及时采取相应措施，指导转体施工，另一方面可以保证在给定时间段内顺利完成转体，精准对中，确保转体全过程铁路安全和桥梁安全。
[0006]目前在桥梁转体施工监测中获得转体桥梁梁端的姿态参数(坐标X、Y、Z)的主要方式有两种，方式一：全站仪+棱镜，例如用于桥梁转体施工的自动监测系统及方法(公开号：CN111859501A)；方式二：卫星定位+接收器，例如一种基于卫星定位的桥梁转体监控系统(公开号：CN112733217A)和基于GNSS的桥梁转体姿态实时监测方法及系统(公开号CN114563809A)。
[0007]方式一，监测精度高，精度可以达到mm级，能满足施工监测规范要求，但存在监测频率不足，数据分析误差大的问题。方式二，存在监测精度不够问题，动态卫星定位监测精度达不到mm级，同时在山区、云层较厚等不利气候环境下，影响卫星定位测量，无法实时提
供监测数据，无法满足对桥梁转体实时监测的要求。
[0008]同时，在转体桥梁梁端的姿态参数(坐标X、Y、Z)转换为桥梁转体主要控制参数时计算方法一般都是简化计算，例如角度没有按照空间角考虑，计算结果存在比较大的误差，准确性较差。

技术实现思路

[0009]为了解决桥梁转体姿态监测方法准确性较差、实时性不足的问题，本申请实施例提供一种基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体系统及方法，对桥梁转体施工过程中的桥梁空间姿态和角速度线速度进行实时监测，以便在其出现异常时及时采取相应措施，确保在限定时间内，顺利完成转体，精准对中，确保转体全过程铁路安全和桥梁安全。
[0010]第一方面，提供了一种基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法，包括：
[0011]于桥梁的纵向中心线上设置多个360
°
棱镜，并于桥梁外侧设置全站仪；
[0012]向全站仪间隔发送采集指令，以控制全站仪采集所述多个360
°
棱镜的空间坐标；
[0013]根据空间坐标构建桥梁方向向量，根据桥梁方向向量，得到转体姿态数据；
[0014]根据转体姿态数据，得到所述间隔的时长、所述采集指令、以及控制指令；
[0015]根据控制指令控制桥梁进行转体。
[0016]一些实施例中，所述多个360
°
棱镜包括设置于桥梁一侧悬臂端的第一360
°
棱镜、设置于桥梁旋转中心的第二360
°
棱镜、以及设置于桥梁另一侧悬臂端的第三360
°
棱镜；
[0017]所述转体姿态数据包括角速度、线速度、以及空间姿态数据；
[0018]所述空间姿态数据包括已转距离、剩余距离、已转角度、剩余角度、以及净间距。
[0019]一些实施例中，当对单个桥梁进行转体时，采用下述公式计算得到所述桥梁方向向量：
[0020][0021]其中，
[0022]表示对单个桥梁进行转体时，单个桥梁的纵向中心线AO所在直线在第n秒的桥梁方向向量；
[0023]A表示第一360
°
棱镜所处的第一监测点；
[0024]O表示第二360
°
棱镜所处的第二监测点；
[0025]n表示时间，单位为秒，n为不小于60的正整数；
[0026]x
An
表示第一360
°
棱镜在第n秒的x轴坐标；
[0027]y
An
表示第一360
°
棱镜在第n秒的y轴坐标；
[0028]z
An
表示第一360
°
棱镜在第n秒的z轴坐标；
[0029]x
On
表示第二360
°
棱镜在第n秒的x轴坐标；
[0030]y
On
表示第二360
°
棱镜在第n秒的y轴坐标；
[0031]z
On
表示第二360
°
棱镜在第n秒的z轴坐标。
[0032]一些实施例中，采用下述公式计算得到指定时间段内的每一秒中桥梁的转动弧度：
[0033][0034]其中，
[0035]Δθ
n
表示指定时间段内的每一秒中桥梁的转动弧度，所述指定时间段为桥梁进行转体60秒后的时间段。
[0036]一些实施例中，采用下述公式计算得到指定时间段内的各个时刻的角速度、线速度：
[0037][0038]其中，
[0039]ω
n
表示第n秒时桥梁的角速度；
[0040]π表示圆周率，取值为3.1415；
[0041]v
n
＝(Δθ
n
+Δθ
n
‑1+
…
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法，其特征在于，包括：于桥梁的纵向中心线上设置多个360
°
棱镜，并于桥梁外侧设置全站仪；向全站仪间隔发送采集指令，以控制全站仪采集所述多个360
°
棱镜的空间坐标；根据空间坐标构建桥梁方向向量，根据桥梁方向向量，得到转体姿态数据；根据转体姿态数据，得到所述间隔的时长、所述采集指令、以及控制指令；根据控制指令控制桥梁进行转体。2.如权利要求1所述的基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法，其特征在于，所述多个360
°
棱镜包括设置于桥梁一侧悬臂端的第一360
°
棱镜、设置于桥梁旋转中心的第二360
°
棱镜、以及设置于桥梁另一侧悬臂端的第三360
°
棱镜；所述转体姿态数据包括角速度、线速度、以及空间姿态数据；所述空间姿态数据包括已转距离、剩余距离、已转角度、剩余角度、以及净间距。3.如权利要求2所述的基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法，其特征在于，当对单个桥梁进行转体时，采用下述公式计算得到所述桥梁方向向量：其中，表示对单个桥梁进行转体时，单个桥梁的纵向中心线AO所在直线在第n秒的桥梁方向向量；A表示第一360
°
棱镜所处的第一监测点；O表示第二360
°
棱镜所处的第二监测点；n表示时间，单位为秒，n为不小于60的正整数；x
An
表示第一360
°
棱镜在第n秒的x轴坐标；y
An
表示第一360
°
棱镜在第n秒的y轴坐标；z
An
表示第一360
°
棱镜在第n秒的z轴坐标；x
On
表示第二360
°
棱镜在第n秒的x轴坐标；y
On
表示第二360
°
棱镜在第n秒的y轴坐标；z
On
表示第二360
°
棱镜在第n秒的z轴坐标。4.如权利要求3所述的基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法，其特征在于，采用下述公式计算得到指定时间段内的每一秒中桥梁的转动弧度：其中，Δθ
n
表示指定时间段内的每一秒中桥梁的转动弧度，所述指定时间段为桥梁进行转体60秒后的时间段。5.如权利要求4所述的基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法，其特征在于，采用下述公式计算得到指定时间段内的各个时刻的角速度、线速度：
其中，ω
n
表示第n秒时桥梁的角速度；π表示圆周率，取值为3.1415；v
n
＝(Δθ
n
+Δθ
n
‑1+
…
+Δθ
n
‑
59
)L
′
其中，v
n
表示第n秒时桥梁的线速度；L
′
表示第一360
°
棱镜和第二360
°
棱镜之间的距离。6.如权利要求4所述的基于桥梁转体姿态实时监测的桥梁转体方法，其特征在于，采用下述公式计算得到指定时间段内的各个时刻的空间姿态数据：l
n
＝θ
n
L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗力军，陈锋，张美玲，彭旭民，侍刚，王克兵，李泽露，李华鹏，庞文晋，王吉，周雄，侯澳星，何奇，余飞，金春雷，
申请(专利权)人：信阳城发路桥建设开发有限公司中铁大桥局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：