基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法，包括：1）构建虚拟运行轨迹；2）基于步骤1）构建得到的虚拟运行轨迹，结合缆机运行参数及运行状态获取吊运物在虚拟运行轨迹上与施工实体的碰撞概率演化过程；3）根据步骤2）获取得到的吊运物在虚拟运行轨迹上与施工实体的碰撞概率演化过程对缆机进行防撞预警及避险处理。本发明专利技术通过改变缆机的运行状态，建立多条虚拟运行轨迹模型，从而构建不同工况下，缆机与其他施工实体之间碰撞概率的演化过程，进而分析计算缆机碰撞概率的阈值、运行速度变化阈值及缆机执行避险措施的最晚时间点，为缆机的路径规划、防碰避障指示等研究提供数据支持，从而提高缆机运输安全和施工效率。工效率。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法


[0001]本专利技术涉及一种演化分析方法，尤其涉及一种基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法
。

技术介绍

[0002]缆索起重机具有覆盖面广
、
机动性强等特点，是大多数大型水电站广泛使用的混凝土浇筑机械之一
。
高拱坝仓面浇筑通常需要多台缆机联合作业，拱坝仓面复杂且有限的施工环境
、
空间交叉的施工作业及不利的外界环境条件会影响缆机的运行安全，甚至引发安全事故
。
所以评估缆机实时碰撞概率的问题具有十分重要的意义
。
[0003]针对施工碰撞风险评估的研究有很多，主要集中于对缆机运行过程中某一时间段内施工实体碰撞概率的量化这一方面，针对缆机整个运行过程中的碰撞概率演化过程的研究较少
。
在以往的研究中只考虑了缆机与仓面施工实体之间的碰撞概率，忽略了仓面上空缆机与塔机之间
、
缆机与缆机之间的碰撞概率
。
[0004]因此，为了突破缆机实时碰撞概率演化分析的研究工作，有必要展开基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法的研究，通过建立缆机碰撞概率演化分析方法，实现缆机实时碰撞概率评估，识别出缆机在施工过程中的风险点，预测不同避险措施的有效性和及时性
。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种为高拱坝实际缆机施工的安全运行提供数据支撑及决策依据
、
提高缆机运输安全和施工效率的基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法
。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法，其特征在于：所述基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法包括以下步骤：
[0008]1)
构建虚拟运行轨迹；
[0009]2)
基于步骤
1)
构建得到的虚拟运行轨迹，结合缆机运行参数以及缆机运行状态获取吊运物在虚拟运行轨迹上与施工实体的碰撞概率演化过程；
[0010]3)
根据步骤
2)
获取得到的吊运物在虚拟运行轨迹上与施工实体的碰撞概率演化过程对缆机进行防撞预警及避险处理
。
[0011]优选地，本专利技术所采用的步骤
1)
的具体实现方式是：设置时间步长为
1s
，虚拟运行的时间长度为
Δ
t
，即计算从初始时间点往后
Δ
t
内的运行轨迹，并每隔一个时间步长设置一个轨迹点，在虚拟运行轨迹上的轨迹点个数为
n
，用轨迹点的坐标来表示虚拟运行轨迹
。
[0012]优选地，本专利技术所采用的步骤
2)
的具体实现方式是：
[0013]2.1)
设置缆机运行参数，所述缆机运行参数包括小车随时间变化的速度函数为缆绳升降随时间变化的速度函数为吊运物的重量变化函数为
w(t
i
)、
吊运物物
理空间的三维尺寸为
a
×
b
×
c、
风速
v
w
以及风向
θ
w
；
[0014]2.2)
确定缆机运行状态，所述缆机运行状态包括考虑大风环境下的缆机运行状态以及非考虑风荷载环境下的缆机运行状态；
[0015]2.3)
计算步骤
1)
构建得到的虚拟运行轨迹上每个运行轨迹点上吊运物与施工实体的最小距离及最小距离变化速率；
[0016]2.4)
基于吊运物与施工实体的最小距离及最小距离变化速率，判断吊运物与施工实体在虚拟运行轨迹上是否会发生碰撞；
[0017]2.5)
根据步骤
2.4)
的结果获取吊运物与施工实体的碰撞概率演化过程
。
[0018]优选地，本专利技术所采用的步骤
2.2)
中缆机运行状态是非考虑风荷载环境下的缆机运行状态时，所述步骤
2.2)
中缆机运行状态的具体确定方式是：
[0019]缆机在虚拟运行轨迹上任一轨迹点
k
的坐标是其中：
[0020][0021][0022][0023]其中：
[0024]为小车随时间变化的速度函数；
[0025]为缆绳升降随时间变化的速度函数；
[0026]h(t
i
)
为
t
i
时刻的缆绳长度；
[0027]为
t
i
时刻小车
X
坐标；
[0028]为
t
i
时刻小车
Y
坐标；
[0029]θ
i+n
为吊运物摆动幅度；
[0030]f
x
(t
i+n
)
为承载索垂度；
[0031]β
为视线坡角；
[0032]k
为轨迹点编号，
i≤k≤n。
[0033]优选地，本专利技术所采用的步骤
2.2)
中缆机运行状态是考虑大风环境下的缆机运行状态时，所述步骤
2.2)
中缆机运行状态的具体确定方式是：
[0034]缆机在虚拟运行轨迹上任一轨迹点
k
的坐标是其中：
[0035][0036][0037][0038]其中：
[0039]为小车随时间变化的速度函数；
[0040]为缆绳升降随时间变化的速度函数；
[0041]h(t
i
)
为
t
i
时刻的缆绳长度；
[0042]为
t
i
时刻小车
X
坐标；
[0043]为
t
i
时刻小车
Y
坐标；
[0044]θ
i+n
为吊运物摆动幅度；
[0045]f
x
(t
i+n
)
为承载索垂度；
[0046]β
为视线坡角；
[0047]γ
wy
为沿河流方向的风速导致的吊运物向河流方向摆动的角度；
[0048]γ
wx
沿承载索方向风速导致的吊运物向承载索方向摆动的角度；
[0049]k
为轨迹点编号，
i≤k≤n
；
[0050]其中：承载索的垂度
f
x
(t
i+n
)
的函数表达式是：
[0051][0052]其中：
[0053]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法，其特征在于：所述基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法包括以下步骤：
1)
构建虚拟运行轨迹；
2)
基于步骤
1)
构建得到的虚拟运行轨迹，结合缆机运行参数以及缆机运行状态获取吊运物在虚拟运行轨迹上与施工实体的碰撞概率演化过程；
3)
根据步骤
2)
获取得到的吊运物在虚拟运行轨迹上与施工实体的碰撞概率演化过程对缆机进行防撞预警及避险处理
。2.
根据权利要求1所述的基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法，其特征在于：所述步骤
1)
的具体实现方式是：设置时间步长为
1s
，虚拟运行的时间长度为
Δ
t
，即计算从初始时间点往后
Δ
t
内的运行轨迹，并每隔一个时间步长设置一个轨迹点，在虚拟运行轨迹上的轨迹点个数为
n
，用轨迹点的坐标来表示虚拟运行轨迹
。3.
根据权利要求2所述的基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法，其特征在于：所述步骤
2)
的具体实现方式是：
2.1)
设置缆机运行参数，所述缆机运行参数包括小车随时间变化的速度函数为缆绳升降随时间变化的速度函数为吊运物的重量变化函数为
w(t
i
)、
吊运物物理空间的三维尺寸为
a
×
b
×
c、
风速
v
w
以及风向
θ
w
；
2.2)
确定缆机运行状态，所述缆机运行状态包括考虑大风环境下的缆机运行状态以及非考虑风荷载环境下的缆机运行状态；
2.3)
计算步骤
1)
构建得到的虚拟运行轨迹上每个运行轨迹点上吊运物与施工实体的最小距离及最小距离变化速率；
2.4)
基于吊运物与施工实体的最小距离及最小距离变化速率，判断吊运物与施工实体在虚拟运行轨迹上是否会发生碰撞；
2.5)
根据步骤
2.4)
的结果获取吊运物与施工实体的碰撞概率演化过程
。4.
根据权利要求3所述的基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法，其特征在于：所述步骤
2.2)
中缆机运行状态是非考虑风荷载环境下的缆机运行状态时，所述步骤
2.2)
中缆机运行状态的具体确定方式是：缆机在虚拟运行轨迹上任一轨迹点
k
的坐标是其中：其中：其中：其中：为小车随时间变化的速度函数；为缆绳升降随时间变化的速度函数；
h(t
i
)
为
t
i
时刻的缆绳长度；
为
t
i
时刻小车
X
坐标；为
t
i
时刻小车
Y
坐标；
θ
i+n
为吊运物摆动幅度；
f
x
(t
i+n
)
为承载索垂度；
β
为视线坡角；
k
为轨迹点编号，
i≤k≤n。5.
根据权利要求3所述的基于虚拟运行轨迹的缆机碰撞概率演化分析方法，其特征在于：所述步骤
2.2)
中缆机运行状态是考虑大风环境下的缆机运行状态时，所述步骤
2.2)
中缆机运行状态的具体确定方式是：缆机在虚拟运行轨迹上任一轨迹点
k
的坐标是其中：其中：其中：其中：为小车随时间变化的速度函数；为缆绳升降随时间变化的速度函数；
h(t
i
)
为
t
i
时刻的缆绳长度；为
t
i
时刻小车
X
坐标；为
t
i
时刻小车
Y
坐标；
θ
i+n
为吊运物摆动幅度；
f
x
(t
i+n
)
为承载索垂度；
β
为视线坡角；
γ
wy
为沿河流方向的风速导致的吊运物向河流方向摆动的角度；
γ
wx
沿承载索方向风速导致的吊运物向承载索方向摆动的角度；
k
为轨迹点编号，
i≤k≤n
；其中：承载索的垂度
f
x
(t
i+n
)
的函数表达式是：其中：所述是缆绳升降随时间变化的速度函数；所述为小车随时间变化的速度函数；所述
x
d
是小车
X
坐标；所述
β
为视线坡角；
所述
p
是集中荷载总重力；所述
H
x
是承载索的水平拉力；所述
l
是缆机钢索跨越河谷的距离；所述
g
是承载索单位长度的重力
。6.
根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华维，赵春菊，梁志鹏，周宜红，王放，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：