北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统，包括第一北斗接收天线、第二北斗接收天线、后台数据处理中心和交互终端；第一北斗接收天线设置在吊机吊臂中心原点处，作为基准天线；第二北斗接收天线设置在吊机吊臂上且与第一北斗接收天线相距数米的位置，第二北斗接收天线作为动态天线；第一北斗接收天线和第二北斗接收天线分别接收同一卫星的电波信息，并分别将接收到的电波信息发送给后台数据处理中心，后台数据处理中心根据动态天线与基准天线的差分计算得出吊臂相对正北方向方位角，及相对俯仰角，进而得到吊臂的实时姿态和位置，并发送给交互终端以进行实时显示。显示。显示。

【技术实现步骤摘要】
北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统及方法


[0001]本专利技术涉及吊装作业的
，尤其涉及一种北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，随着社会发展，海洋环境下作业及高空作业极为普遍，特别是海上风力发电领域或船舶作业领域，就吊机的使用现状来说，在平台上，操作吊机上下吊挂或位移货物，传统的吊机或绞盘结构复杂、安装繁琐，占用空间比较大，人为操作比较困难，增加了人员的作业工作量，在追求效率和速度的要求下，传统的吊机形式很难满足现实的需要，所以海上吊机的使用有很强的必要性，在每个作业平台设有海上吊机，简化了运动方式，从而提高了吊机的工作效率，为作业人员提供了非常方便使用的吊装工具。
[0003]但是，由于海洋工程海上用吊机水平360旋转，驾驶室吊机操作人员无法直观看到吊机所处位置状态，目前由另外一人通过对讲机进行人工指挥，也会存在盲吊情况，无法保证吊机操作安全和人员安全。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统及方法，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的一实施例提供了一种北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统，其包括第一北斗接收天线、第二北斗接收天线、后台数据处理中心和交互终端；
[0006]所述第一北斗接收天线设置在吊机吊臂中心原点处，所述第一北斗接收天线作为基准天线；所述第二北斗接收天线设置在吊机吊臂上且与所述第一北斗接收天线相距数米的位置，所述第二北斗接收天线作为动态天线；所述第一北斗接收天线和第二北斗接收天线分别接收同一卫星的电波信息，并分别将接收到的电波信息发送给所述后台数据处理中心；
[0007]所述后台数据处理中心用于接收所述第一北斗接收天线和第二北斗接收天线发送的电波信息，并执行如下操作：
[0008]利用卫星载波相位信号差分测量原理，从所述电波信息中取出伪距、相位参数，以计算出所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的第一距离差；
[0009]从所述电波信息中取出所述卫星的位置参数，从而计算出所述卫星在地心坐标系中的位置，然后通过坐标变换，得到所述卫星在以所述第一北斗接收天线为原点的地平坐标系中的坐标；
[0010]将所述第二北斗接收天线相对所述第一北斗接收天线的位置坐标设置为待定参数，根据两点间的距离公式计算出所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的第二距离差；
[0011]通过调整所述待定参数，使得所述第二距离差与所述第一距离差之间的差值最小，并将所述第二距离差与所述第一距离差之间的差值最小时的待定参数作为最终参数，从而得到所述第二北斗接收天线相对所述第一北斗接收天线的位置坐标；
[0012]基于所述第二北斗接收天线相对所述第一北斗接收天线的位置坐标，得到连接所述第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的基线在地平坐标系中的方位、高程和位置，从而得到吊机吊臂相对正北方向方位角及相对俯仰角，进而得到吊机吊臂的实时姿态和位置，并基于所述吊机吊臂的实时姿态和位置建立吊机的实时三维模型；
[0013]所述后台数据处理中心还用于将所述吊机吊臂的实时姿态、位置以及建立的吊机的实时三维模型发送给所述交互终端以进行实时显示。
[0014]作为上述方案的改进，所述北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统还包括CCTV视频监控系统；
[0015]所述后台数据处理中心还用于联动所述CCTV视频监控系统，在吊机吊臂转到相应位置时自动调出所述位置视频图像到所述交互终端以进行实时显示。
[0016]作为上述方案的改进，所述北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统还包括广播扬声器；
[0017]所述后台数据处理中心还用于：在吊机进行起吊操作时，自动启动所述位置的广播扬声器进行安全提示广播，以保证吊机操作现场环境和人员安全。
[0018]作为上述方案的改进，所述第二北斗接收天线与所述第一北斗接收天线的距离为L，其中2m＜L＜10m。
[0019]作为上述方案的改进，在所述操作(1)中，由于所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的距离不同，接收到的信号载波将产生相位差，根据相位差得到所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的第一距离差：
[0020]设载波频率为角频率为Ω，所述卫星到第一北斗接收天线的距离为H1，所述卫星到第二北斗接收天线的距离为H2，所需电波传播时间分别为H1/C和H2/C，C为电磁波传播速度，则相位分别为Φ1＝Ω*H1/C和Φ2＝Ω*H2/C；
[0021]所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的相位差如公式(1)所示：
[0022]Φ
差
＝Φ1‑
Φ2＝(Ωt
‑
Ω*H1/C)
‑
(Ωt
‑
Ω*H2/C)＝Ω/C*(H2‑
H1)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0023]由于λ为载波波长，因此
[0024]所述第一距离差如公式(2)所示：
[0025][0026]其中，Φ'
差
为不足整数周期的相位差数值，可以通过第一北斗接收天线和第二北斗接收天线提供的原始观测量相位信息中相减获得；N为相位周数差值部分，通过以下方法获得：
[0027]伪距是信号到达北斗接收天线的接收时刻与信号从卫星上发射时刻之间的差值乘以光速；船载北斗接收天线通过对应为1575.42MHz，波长为19cm的L1载波频率所调制的CA码来获得伪距；设第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的伪距信息为C1和C2，由于第一北斗接收天线和第二北斗接收天线相距很近，对于所述卫星而言，所述卫星到达第一北
斗接收天线和第二北斗接收天线所通过的路径基本相同，同一卫星信号到达第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的电离层和对流层延迟是相同的；相位整周数差值部分N＝|C1‑
C2|/0.19；
[0028]在所述操作(2)中，所述卫星在地心坐标系中的位置如公式(3)所示：
[0029][0030]其中，Ψ＝Ψ0+(Ψ'
‑
ω
e
)(t
‑
t0)
‑
ω
e
t0，t0为参考时刻，Ψ0为参考时刻的升交点赤经，Ψ'为升交点赤经变化率，ω
e
为地球自转角速度；
[0031]i＝i0+i'(t
‑
t0)+δ
i
，i0为参考时刻的轨道倾角，i
’
为轨道倾角变化率，
[0032]δ
i
＝C
ic
cos2γ+C
is
sin2γ，C
ic
，C
is
为轨道倾角的调和改正项振幅，γ为卫星相对升交点角距；
[0033]以第一北斗接收天线作为坐标系的原点O，以O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统，其特征在于，包括第一北斗接收天线、第二北斗接收天线、后台数据处理中心和交互终端；所述第一北斗接收天线设置在吊机吊臂中心原点处，所述第一北斗接收天线作为基准天线；所述第二北斗接收天线设置在吊机吊臂上且与所述第一北斗接收天线相距数米的位置，所述第二北斗接收天线作为动态天线；所述第一北斗接收天线和第二北斗接收天线分别接收同一卫星的电波信息，并分别将接收到的电波信息发送给所述后台数据处理中心；所述后台数据处理中心用于接收所述第一北斗接收天线和第二北斗接收天线发送的电波信息，并执行如下操作：(1)利用卫星载波相位信号差分测量原理，从所述电波信息中取出伪距、相位参数，以计算出所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的第一距离差；(2)从所述电波信息中取出所述卫星的位置参数，从而计算出所述卫星在地心坐标系中的位置，然后通过坐标变换，得到所述卫星在以所述第一北斗接收天线为原点的地平坐标系中的坐标；(3)将所述第二北斗接收天线相对所述第一北斗接收天线的位置坐标设置为待定参数，根据两点间的距离公式计算出所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的第二距离差；(4)通过调整所述待定参数，使得所述第二距离差与所述第一距离差之间的差值最小，并将所述第二距离差与所述第一距离差之间的差值最小时的待定参数作为最终参数，从而得到所述第二北斗接收天线相对所述第一北斗接收天线的位置坐标；(5)基于所述第二北斗接收天线相对所述第一北斗接收天线的位置坐标，得到连接所述第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的基线在地平坐标系中的方位、高程和位置，从而得到吊机吊臂相对正北方向方位角及相对俯仰角，进而得到吊机吊臂的实时姿态和位置，并基于所述吊机吊臂的实时姿态和位置建立吊机的实时三维模型；所述后台数据处理中心还用于将所述吊机吊臂的实时姿态、位置以及建立的吊机的实时三维模型发送给所述交互终端以进行实时显示。2.根据权利要求1所述的北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统，其特征在于，还包括CCTV视频监控系统；所述后台数据处理中心还用于联动所述CCTV视频监控系统，在吊机吊臂转到相应位置时自动调出所述位置视频图像到所述交互终端以进行实时显示。3.根据权利要求2所述的北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统，其特征在于，还包括广播扬声器；所述后台数据处理中心还用于：在吊机进行起吊操作时，自动启动所述位置的广播扬声器进行安全提示广播，以保证吊机操作现场环境和人员安全。4.根据权利要求1所述的北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统，其特征在于，所述第二北斗接收天线与所述第一北斗接收天线的距离为L，其中2m＜L＜10m。5.根据权利要求1所述的北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统，其特征在于：在所述操作(1)中，由于所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的距离不同，接收到的信号载波将产生相位差，根据相位差得到所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的第一距离差：
设载波频率为角频率为Ω，所述卫星到第一北斗接收天线的距离为H1，所述卫星到第二北斗接收天线的距离为H2，所需电波传播时间分别为H1/C和H2/C，C为电磁波传播速度，则相位分别为Φ1＝Ω*H1/C和Φ2＝Ω*H2/C；所述卫星到第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的相位差如公式(1)所示：Φ
差
＝Φ1‑
Φ2＝(Ωt
‑
Ω*H1/C)
‑
(Ωt
‑
Ω*H2/C)＝Ω/C*(H2‑
H1)
ꢀꢀ
(1)由于λ为载波波长，因此所述第一距离差如公式(2)所示：其中，Φ'
差
为不足整数周期的相位差数值，可以通过第一北斗接收天线和第二北斗接收天线提供的原始观测量相位信息中相减获得；N为相位周数差值部分，通过以下方法获得：伪距是信号到达北斗接收天线的接收时刻与信号从卫星上发射时刻之间的差值乘以光速；船载北斗接收天线通过对应为1575.42MHz，波长为19cm的L1载波频率所调制的CA码来获得伪距；设第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的伪距信息为C1和C2，由于第一北斗接收天线和第二北斗接收天线相距很近，对于所述卫星而言，所述卫星到达第一北斗接收天线和第二北斗接收天线所通过的路径基本相同，同一卫星信号到达第一北斗接收天线和第二北斗接收天线的电离层和对流层延迟是相同的；相位整周数差值部分N＝|C1‑
C2|/0.19；在所述操作(2)中，所述卫星在地心坐标系中的位置如公式(3)所示：其中，Ψ＝Ψ0+(Ψ'
‑
ω
e
)(t
‑
t0)
‑
ω
e
t0，t0为参考时刻，Ψ0为参考时刻的升交点赤经，Ψ'为升交点赤经变化率，ω
e
为地球自转角速度；i＝i0+i'(t
‑
t0)+δ
i
，i0为参考时刻的轨道倾角，i
’
为轨道倾角变化率，δ
i
＝C
ic
cos2γ+C
is
sin2γ，C
ic
，C
is
为轨道倾角的调和改正项振幅，γ为卫星相对升交点角距；以第一北斗接收天线作为坐标系的原点O，以OX轴指向所在位置的天顶，OZ轴指向东方，OY轴按右手法则确定垂直于OXZ平面，通过坐标变换后得到卫星在以所述第一北斗接收天线为原点O的地平坐标系XYZ中的坐标如公式(4)所示：其中，β'为格林尼治子午圈赤经，β为第一北斗接收天线位置经度，为第一北斗接收天线位置纬度；在所述操作(3)中，所述第二北斗接收天线与所述第一北斗接收天线的距离L为固定
值，连接所述第一北斗接收天线与所述第二北斗接收天线的直线作为基线，设所述基线与Y轴的夹角θ为待定夹角，所述第二北斗接收天线在地平坐标系XYZ中的坐标如下：x2＝0，y2＝Lcosθ，z2＝Lsinθ所述第二距离差如公式(5)所示：在所述操作(4)中，通过调整所述夹角θ，从而使所述第二距离差与所述第一距离差之间的差值最小，并将所述第二距离差与所述第一距离差之间的差值最小时的夹角θ作为基线的方位，从而得到所述第二北斗接收天线相对所述第一北斗接收天线的位置坐标。6.一种北斗差分360度大型起重吊机智能监控方法，其特征在于，适用于北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统中，所述北斗差分360度大型起重吊机智能监控系统包括第一北斗接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜赟，马立锴，唐伟，
申请(专利权)人：广州市泰粤科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：