裡程計GNSS組合建築施工塔吊機及吊裝定點放樣系統的製作方法
2024-02-01 12:57:15
本申請是申請日為2016年6月22日、申請號為201610460375.5、名稱為「建築施工塔吊機及其吊裝定點放樣輔助系統」的中國發明專利申請的分案申請。
本發明涉及一種建築施工塔吊機及其吊裝定點放樣輔助系統，輔助塔吊機精準定點、放樣。
背景技術：
目前建築施工塔吊機吊裝作業時，確定吊鉤位置採用人工值守。例如，在zl200620036492.0中公開了一種塔吊機。如圖1所示，在該塔吊機中，操作者在座椅上利用反光鏡19來觀察所吊物體的工作情況。在其他的現有技術的塔吊機中，還有採用在起重臂上設置紅旗來進行觀測的。這樣的觀測不夠準確，對操作人員要求高。另外，現有技術的塔吊機還需要操作員與吊裝員建立統一關係、密切配合才可完成吊裝任務，操控流程複雜，對人員素質要求嚴格。採用傳統的人工值守方法指揮吊裝任務，作業效率低下且易受通視條件限制而作業困難，費時費力，智能化程度低且不經濟。
技術實現要素：
本發明鑑於以上情況提出，用於緩解或消除現有技術中存在的一項或更多的缺點，至少提供一種有益的選擇。
為實現以上目的，本發明公開了一種裡程計gnss組合建築施工塔吊機，包括橫臂、吊繩和吊鉤，所述建築施工塔吊機與一吊裝定點放樣輔助系統配合，所述吊裝定點放樣輔助系統包括基準站、監控裝置和客戶終端，其中，所述建築施工塔吊機還包括：在所述橫臂上、所述吊鉤正上方位置安裝的流動站；用於測量所述吊繩的裡程的裡程計，所述流動站接收gnss衛星信號獲得自身近似位置信息的同時從所述基準站處接收經衛星間差分處理後的綜合誤差改正信號，用於修正自身位置，獲得釐米級精度的位置信息，並將所述位置信息發送給所述監控裝置，所述裡程計獲取所述吊繩的裡程，所述監控裝置根據所述吊繩的裡程和所述流動站的位置信息，確定吊鉤的位置。依據本發明的技術方案，能夠減少人工值守方法的過程環節，提高吊裝作業操作的直觀性、簡利性、準確性和高效性。
採用上述系統及操作方法，本發明的一些實施方式具有以下創新性：
1、建築施工塔吊機進行吊裝作業時，不受白天或黑夜的通視條件限制，可全天候作業(無需通視)。
2、建築施工塔吊機進行吊裝作業時，可以實現吊裝精準定點、放樣(高精度)。
3、建築施工塔吊機進行吊裝作業時，完成吊裝任務可以省時且省力(低消耗)。
4、建築施工塔吊機進行吊裝作業時，操作簡便直觀，實用價值高(高效能)。
5、可以避免因吊鉤與其它物體碰撞導致昂貴的流動站損壞。
6、因為流動站安裝在吊臂上，可以使流動站無死角地進行測量。
建築施工塔吊機操作員根據安裝在監控裝置上的應用服務系統的顯示或提示完成吊裝精準定點、放樣任務，減少人工值守方法的過程環節，提高吊裝作業操作的直觀性、簡利性、準確性和高效性。
本發明一些實施方式的建築施工吊裝定點放樣輔助系統提高建築施工塔吊機吊裝作業效率，克服了白天或夜間因通視條件不足而吊裝作業難、操作流程複雜化、作業費時費力、自動化程度低下等問題，其操作簡便直觀、定點放樣精準、可以省時省力、可全天候作業，提高塔吊機作業的實用性、精確性、效率性和經濟性。
附圖說明
結合附圖，可以更好地理解本發明。但是附圖僅僅是示例性的，不是對本發明的保護範圍的限制。
圖1示出了現有技術的一種塔吊的示意圖；
圖2示出了依據本發明的一種實施方式的建築施工塔吊機吊裝定點放樣輔助系統的示意圖；
圖3示出了依據本發明的一種實施方式的基準站、流動站和客戶終端的系統結構示意圖；
圖4示出了另一種塔吊機的示意圖；
圖5示出了圖4的塔吊機的吊臂和吊鉤處的放大示意圖；以及
圖6示出了依據本發明的一種實施方式的數據交換系統。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的具體實施例作進一步詳述，但不構成對本發明的任何限制。
本發明的發明人通過研究發現，為了較好地完成塔吊機吊裝定點放樣任務，需要知悉吊鉤的位置，可以想到的是這可以通過在吊鉤位置放置定位裝置來實現。公開號為104355233a、申請號為201410505434.7、公開日為2015年2月8日、發明名稱為「一種基於無線定位的塔吊吊裝系統」的專利申請公開了一種直接測量吊鉤位置的方法。在該發明中，定位卡設置在吊鉤上，是直接測量吊鉤位置的技術方案。但是，吊鉤可能受到碰撞，定位卡容易受到損壞，安裝難，而且在有些地點無法進行測量。另一方面,如該專利申請的第0025段和0035段所述，該專利申請所公開技術方案中，定位卡不但要從已知位置的基站接收信號，還要發送信號，從而確定定位卡的位置或與基站的位置關係，來確定定位卡的位置，從而確定吊鉤的位置，其精度低，實時性較差，對定位卡的運算能力要求高。
因而本發明的發明人為了更好地進行放樣，構思了本發明的實施方式。依據本發明的技術方案，採用間接的方法確定吊鉤的位置，避免了在吊鉤處使用定位裝置，而是將流動站設置在信號通常非常好、基本不會發生碰撞的橫臂上，能夠減少盲區，提高使用壽命，橫臂上的空間也比吊鉤處的空間大，對於定位裝置的設計參數要求低。本發明使用gnss流動站，利用衛星差分改正信號，減少了數據傳輸量，提高處理速度，並利用原本僅用於測量和計算行程和速度的不具有定位功能的裡程計來共同進行定位，可以避免現有技術的缺點。這一技術方案的整體方案及其構思從未被現有技術所公開。
圖2示出了依據本發明的一種實施方式的建築施工塔吊機吊裝定點放樣輔助系統的示意圖。
如圖2所示，依據本發明的一種實施方式，建築施工塔吊機用吊裝定點放樣輔助系統包括基準站1、流動站2、客戶終端3、監控裝置4以及裡程計6。在優選的實施方式中，還包括數據交換系統8。流動站2、監控裝置4和裡程計6安裝在塔吊機7上。應用服務系統5可以安裝在監控裝置4上，在一種實施方式中，應用服務系統5也可以安裝在網絡伺服器上。根據上下文，安裝在塔吊機7上的部件如流動站可以視為是塔吊機的一部分。
在本發明的一種實施方式中，所述的基準站1通過數據交換系統8與流動站2、客戶終端3建立連接，流動站2、客戶終端3、裡程計6通過數據交換系統8與監控裝置4、應用服務系統5建立連接。
圖3示出了依據本發明的一種實施方式的基準站、流動站和客戶終端的系統結構示意圖。如圖3所示，根據本發明的一種實施方式，基準站1、流動站2和客戶終端3均是gnss衛星信號接收設備，分別包括與核心控制模塊18連接封裝的測地型衛星定位模塊11、天線模塊12、存儲模塊13、電源模塊14、通訊模塊15、數據交換模塊16及數據計算模塊17。該實施方式是示意性的，本領域技術人員可以採取任何方式來實現這些模塊，也可以採用不同的構成方式來實現本發明的基準站1、流動站2和客戶終端3，這些都在本發明的保護範圍內。
基準站1架設在施工項目附近視野相對廣闊的已知坐標點，可以是一個或多個，基準站1可以生成gnss衛星差分改正信號，該衛星差分改正信號可通過單基準站rtk或多基準站網絡rtk(cors)系統由數據交換系統8播發至流動站2和客戶終端3。根據本發明的一種實施方式，也可以直接發送給流動站2、客戶終端3和客戶終端9。
在一種實施方式中，所述的流動站2可以安裝在塔吊機7橫臂(或吊臂)上，吊鉤的正上方。例如在圖1所示的塔吊機的情況下，流動站2可以安裝在橫臂的滑輪9的正上方處。在本發明中，根據上下文，在吊鉤正上方的某一小範圍的平面上，可以通過簡單換算得到吊鉤正上方的平面與高程位置的點也可視為位於吊鉤的正上方。
流動站2利用來自基準站1的差分改正信號計算自身的天線模塊12的高程位置和平面位置，所述的流動站2的天線模塊12平面和高程位置，經由數據交換系統8播發至監控裝置4，監控裝置4將所述的流動站2的天線模塊12的平面位置確定為吊裝定點放樣平面位置。
在一種實施方式中，流動站2利用該差分改正信號以及塔吊機到某一基準站的距離計算自身的天線模塊12的高程位置和平面位置。在一種實施方式中，首先根據以下公式獲得流動站在塔吊系下的坐標：
其中，和分別為流動站在塔吊系和wgs-84系下的坐標；tx、ty、tz為由wgs-84系轉換到塔吊系的平移參數；ωx、ωy、ωz為由wgs-84系轉換到塔吊系的旋轉參數；m為由wgs-84系轉換到塔吊系的尺度參數。
然後，將所述流動站的塔吊系坐標在高斯投影下進行坐標轉換，獲得所述流動站的平面位置(x，y)和高程位置h。
根據本發明的一種實施方式，裡程計6安裝在進行塔吊機7吊繩收放的某一靜滑輪上，例如在圖1的情況下，可以安裝在滑輪9處。裡程計6用於高精度地測量出吊繩收、放長度量(稱為吊繩的裡程數據)，從而可以自己計算出吊鉤升降量，並經由數據交換系統8播發至監控裝置4。在一種實施方式中，裡程計6可以僅僅測量出吊繩收、放長度量，並將該長度發送給監控裝置4。監控裝置4利用所述的流動站2的天線模塊12的高程位置以及裡程計6所發送來的數據，確定吊裝定點放樣高程位置。
可以簡單地根據裡程計12的裡程與流動站的高程進行加減計算確定吊裝定點放樣高程位置。
更精確地，可以採用以下的公式進行計算，該計算中使用了塔吊機的吊鉤速度等信息。
其中，hg表示吊鉤的高程，h1是所述流動站天線相位中心的高程，h2是所述流動站天線相位中心至天線底部的垂高，h3是所述橫臂上所述移動車的高度，l是所述裡程計測得的吊繩的收放裡程，v1是所述橫臂上所述移動車的切線速度，v2為風速，a是風的加速度，h4是所述動滑輪與所述吊鉤的垂直距離。
圖4示出了另一種塔吊機的示意圖。該塔吊機包括固定裝置21、立柱22、橫臂23、移動車24、和吊臂動滑輪25。圖5示出了吊臂25和吊鉤處的放大示意圖。對於如圖4和圖5所示的情況，裡程計可以放置在該動滑輪25處。在優選的實施方式中，裡程計6可以放置在離吊鉤較近的用於收放吊繩的滑輪處。在圖4所示的塔吊機的情況下，流動站2可以放置在移動車24上。流動站放置在設置在橫臂(或吊臂)23上的部件上的情況，也被稱為設置在該橫臂或吊臂上。
在一種實施方式中，流動站或監控裝置根據某一基準站到所述塔吊機的距離如下地計算平移參數誤差，從而獲得自身的平面位置和高程位置：
其中dx1、dy1、dz1表示流動站處的平移參數誤差，b，l表示基準站處的大地經緯度，dh表示基準站處的大地高誤差，b表示基準站和流動站之間的平面橫軸距離，l表示基準站和流動站之間的平面縱軸距離。根據平移參數誤差獲得流動站的位置的方法可以採用本領域已知或以後獲知的各種方法進行，本文不再贅述。利用這種方法，有效地利用了基準站和流動站之間的已知位置關係，可以更加精確地確定流動站的位置。
為了準確地確定以上的l和b，可以通過傳感器測量流動站在吊臂上的位置。
客戶終端3由定點吊裝員或放樣吊裝員手持，確定取樣和放樣地點。客戶終端3可以通過數據交換系統8或直接從基準站接收gnss衛星差分改正信號，完成差分計算後經由數據交換系統8向監控裝置4播發吊裝、放樣精確位置與指令信息。
在一種實施方式中，監控裝置4安裝在塔吊機操控室，輔助指揮塔吊機操作員吊裝作業，監控裝置4可以是帶有通訊模塊的臺式一體機、臺式機、筆記本電腦、掌上電腦、平板電腦或智慧型手機等，經由數據交換系統8接收流動站2、客戶終端3和裡程計6播發的位置、升降量與指令信息，確定吊裝定點放樣平面位置與取樣地點、放樣地點的位置、距離等。
根據本發明的這一實施方式，可以提高建築施工塔吊機吊裝作業效率，克服了白天或夜間通視困難等問題，其操作簡便直觀、可全天候作業、定點放樣精準且省時省力、實用價值高。而且不在吊鉤上安裝定位裝置，能夠降低成本。
圖6示出了依據本發明的一種實施方式的數據交換系統8。如圖6所示，所述的數據交換系統8設有數據交換模塊31、存儲模塊32、數據處理模塊33、通訊模塊34。所述的通訊模塊34可以是uhf電臺、wifi、gprs、藍牙通訊模塊。
本發明的一種基於建築施工塔吊機吊裝定點放樣系統，可以如下操作：吊裝前，在施工項目附近相對廣闊的已知坐標點上架設基準站，將基準站坐標輸入應用服務系統，自動生成吊裝定點放樣監視圖，由校正後的七參數配置(根據情況，也可以是3參數配置)並啟動流動站和客戶終端；吊裝時，由吊裝員向監控裝置播發吊裝定點、放樣位置與指令信息，操作員根據監控裝置的顯示或提示完成吊裝精準定點、放樣，吊裝作業完成後，結束吊裝作業程序，所有吊裝作業數據存儲至應用服務系統，自動生成吊裝作業定點放樣軌跡。
本系統的具體實施參考以下情況：1.在施工項目附近視野相對廣闊的已知坐標位置上架設一個或多個基準站；2.在使用本輔助系統的建築施工塔吊機橫臂動滑輪頂等處安裝流動站；3.在流動站和客戶終端上安裝數據通訊軟體；4.在施工現場合適位置放置數據交換系統，可以放在辦公室、塔吊機或基準站附近，數據交換系統也可以完成區域網伺服器功能；5.啟動基站、流動站等，檢查各個部件之間的數據連接正確。6.取三個或三個以上已知坐標點，將手持客戶終端放置在已知點，進行點校正計算七參數，並校正系統的正確性。7.監控裝置接收手持客戶終端吊裝定點、放樣坐標信息。8.啟動塔吊機，根據監控裝置確定的放裝定點位置先對準吊裝定點位置，開始吊裝作業，再對準吊裝放樣位置，落實吊裝任務，結束吊裝作業程序。
採用本專利減少人工值守方法的過程環節，提高吊裝作業操作的直觀性、簡利性、準確性和高效性。本專利的建築施工塔吊機吊裝定點放樣輔助系統提高建築施工塔吊機吊裝作業效率，克服了白天或夜間通視困難等問題，其操作簡便直觀、可全天候作業、定點放樣精準且省時省力、實用價值高。
本發明系統地提供了一種科學、簡便、高精度、全天候、無通視、智能化的建築施工塔吊機吊裝定點放樣輔助系統，適用於安裝在各品牌塔吊機設備上，為輔助塔吊機在吊裝作業時快速、精準、高效完成吊裝任務的定點放樣作業，提高設備的效率性、簡便性和精準性。
本發明的上述詳細的描述僅僅給本領域技術人員更進一步的相信內容，以用於實施本發明的優選方面，並且不會對本發明的範圍進行限制。僅有權利要求用於確定本發明的保護範圍。因此，在前述詳細描述中的特徵和步驟的結合不是必要的用於在最寬廣的範圍內實施本發明，並且可替換地僅對本發明的特別詳細描述的代表性實施例給出教導。此外，為了獲得本發明的附加有用實施例，在說明書中給出教導的各種不同的特徵可通過多種方式結合，然而這些方式沒有特別地被例舉出來。