基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统技术方案

本发明专利技术公开了基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，包括：塔身检测参数获取单元，其获取建筑塔机塔顶中心处的塔身GNSS检测站测得的各个检测历元的塔身北向和东向坐标和塔身高程；实时偏心量计算单元，根据各个检测历元的塔身北向和东向坐标，确定塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；塔臂检测参数获取单元，其获取建筑塔机塔臂上的塔臂GNSS检测站测得的各个检测历元的塔臂北向坐标、塔臂东向坐标和塔臂高程；塔臂方位角确定单元，根据塔臂北向和东向坐标以及塔身北向和东向坐标确定塔臂方位角；塔身侧向垂直度确定单元，根据塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量和塔身高度，及所述塔臂方位角，确定塔身侧向垂直度。

Automatic detection system of lateral perpendicularity of tower crane based on satellite positioning

【技术实现步骤摘要】
基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统
本专利技术涉及建筑塔机及其健康监测预警的

技术介绍
建筑施工塔吊机偶有事故发生，一旦发生事故就会造成较大的损失。随着塔身高度的增加，如果塔身垂直度出现较大的偏差，则可能造成重大安全事故。因而垂直度检测对于确保塔机安全运行具有重大的意义。垂直度检测的重要指标是侧向垂直度。目前没有在工作中对侧向垂直度进行实时测量的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术鉴于以上情况，提出用于缓解或消除现有技术中存在的一项或更多的缺点，至少提供一种有益的选择。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，包括：塔身检测参数获取单元，用于获取建筑塔机塔顶中心处的塔身GNSS检测站测得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标和塔身高程；实时偏心量计算单元，用于根据所述塔身检测参数获取单元获得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标，确定塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；塔臂检测参数获取单元，用于获取建筑塔机塔臂上的塔臂GNSS检测站测得的各个检测历元的塔臂北向坐标、塔臂东向坐标和塔臂高程；塔臂方位角确定单元，根据所述塔臂北向坐标、所述塔臂东向坐标以及所述塔身北向坐标、所述塔身东向坐标确定塔臂方位角；塔身侧向垂直度确定单元，根据所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量和塔身高度，以及所述塔臂方位角，确定塔身侧向垂直度。根据一种实施方式，所述塔身GNSS检测站测得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标和塔身高程，以及所述塔臂GNSS检测站测得的各个检测历元的塔臂北向坐标、塔臂东向坐标和塔臂高程是在确定双差整周模糊度之后根据最小二乘参数估计原则来实时获得的。根据一种实施方式，所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量如下地确定：其中，(Δxn,Δyn)是在GNSS坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；(xo,yo)是建筑塔机的塔基中心位置在GNSS坐标系下的平面坐标，是预先已知的，为所述塔身GNSS检测站在第n个检测历元的平面坐标。根据一种实施方式，所述塔臂方位角确定单元如下地实时确定塔臂方位角：其中，是所述塔臂方位角；是塔身GNSS检测站在GNSS坐标系下的第n个检测历元的平面坐标，是塔臂GNSS检测站在GNSS坐标系下的第n个检测历元的平面坐标。根据一种实施方式，所述塔身侧向垂直度确定单元如下地计算建筑塔机X轴向侧向垂直度：如果所述塔身侧向垂直度确定单元如下地计算建筑塔机Y轴向侧向垂直度：如果其中，(Δxn,Δyn)是在GNSS坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；是在塔基平面坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；是在塔基平面坐标系下X轴侧向垂直度；是在塔基平面坐标系下X轴侧向垂直度的倾斜角参数；是在塔基平面坐标系下Y轴侧向垂直度；是在塔基平面坐标系下Y轴侧向垂直度的倾斜角参数；为所述塔身GNSS检测站在第n个检测历元的塔身高程；Ho是建筑塔机的塔基中心位置在GNSS坐标系下的塔基高程，为已知量；是建筑塔机在GNSS坐标系下的塔臂方位角；αt是建筑塔机在GNSS坐标系下的塔基坐落方位角。根据一种实施方式，所述塔身侧向垂直度确定单元如下地计算建筑塔机X轴向侧向垂直度：如果所述塔身侧向垂直度确定单元如下地计算建筑塔机Y轴向侧向垂直度：如果其中，(Δxn,Δyn)是在GNSS坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；是在塔基平面坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；是在塔基平面坐标系下X轴侧向垂直度；是在塔基平面坐标系下X轴侧向垂直度的倾斜角参数；是在塔基平面坐标系下Y轴侧向垂直度；是在塔基平面坐标系下Y轴侧向垂直度的倾斜角参数；为所述塔身GNSS检测站在第n个检测历元的塔身高程；Ho是建筑塔机的塔基中心位置在GNSS坐标系下的塔基高程，为已知量；是建筑塔机在GNSS坐标系下的塔臂方位角；αt是建筑塔机在GNSS坐标系下的塔基坐落方位角；ε是塔臂摆臂处于X或Y轴向允许范围参数，可以根据实际情况进行设置，0°≤ε≤90°。根据一种实施方式，所述系统还包括塔身侧向倾斜角参数确定单元，用于定量确定建筑塔机塔身X轴或Y轴向侧向倾斜角参数的大小。根据一种实施方式，所述塔身侧向倾斜角参数确定单元如下地计算建筑塔机X轴向侧向倾斜角参数：所述塔身侧向倾斜角参数确定单元如下地计算建筑塔机Y轴向侧向倾斜角参数：其中，表示在塔基平面坐标系下X轴向侧向垂直度对应的倾斜角参数；表示在塔基平面坐标系下Y轴向侧向垂直度对应的倾斜角参数；是在塔基平面坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；为所述塔身GNSS检测站在第n个检测历元的塔身高程；Ho是建筑塔机的塔基中心位置在GNSS坐标系下的塔基高程，为已知量。根据一种实施方式，所述系统还包括预警单元，所述预警单元在塔身侧向垂直度大于预警阈值时进行预警提示，所述预警阈值如下地确定：I＝0.4％×k其中，k为预警系数，k＝0.5～3。依据本专利技术的技术方案，能够实时检测塔身垂直度，结构简单，不用在塔身上安装复杂的倾角传感器等设备，提高建筑施工作业的安全性。附图说明结合附图，可以更好地理解本专利技术。但是附图仅仅是示例性的，也不是按照比例绘制的，不是对本专利技术的保护范围的限制。图1示出了可使用依据本专利技术的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机塔身侧向垂直度检测系统的示意图；图2和图3是本专利技术的进行侧向垂直度检测的原理示意图；图4示出了依据本专利技术的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机塔身侧向垂直度检测系统的示意性功能方框图。图5示出了依据本专利技术的另一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机塔身侧向垂直度检测系统的示意性功能方框图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施例作进一步详述，但不构成对本专利技术的任何限制。附图中没有示出虽然与建筑塔机的工作相关但对于理解本专利技术无关的部件，说明书中也没有描述这些部件，这些部件可以采用现在已知的或未来获知的各种技术，均在本专利技术的保护范围内。图1示出了可使用依据本专利技术的一种实施方式的基于卫星定位的建筑塔机(建筑施工塔吊机)塔身垂直度实时监测系统的系统的示意图。如图1所示，可以应用本专利技术的建筑塔机包括塔身14、塔臂13，在塔顶安装有塔身检测站(GNSS流动站，Roverstation)12和在塔臂尖端安装的塔臂检测站15，该检测站12和15包括接收机(GPS接收机)，可以和地面设置的基准站(Basestation)11通信。基准站11可以架设在视野开阔、遮挡少的地方。基准站和检测站通过对卫星进行定位，而可以自身定位。该检测站12如何接收卫星信号、以及如何与基准站11进行交互，如何接收和使用GNSS卫星差分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，包括：/n塔身检测参数获取单元，用于获取建筑塔机塔顶中心处的塔身GNSS检测站测得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标和塔身高程；/n实时偏心量计算单元，用于根据所述塔身检测参数获取单元获得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标，确定塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；/n塔臂检测参数获取单元，用于获取建筑塔机塔臂上的塔臂GNSS检测站测得的各个检测历元的塔臂北向坐标、塔臂东向坐标和塔臂高程；/n塔臂方位角确定单元，根据所述塔臂北向坐标、所述塔臂东向坐标以及所述塔身北向坐标、所述塔身东向坐标确定塔臂方位角；/n塔身侧向垂直度确定单元，根据所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量和塔身高度，以及所述塔臂方位角，确定塔身侧向垂直度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，包括：
塔身检测参数获取单元，用于获取建筑塔机塔顶中心处的塔身GNSS检测站测得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标和塔身高程；
实时偏心量计算单元，用于根据所述塔身检测参数获取单元获得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标，确定塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；
塔臂检测参数获取单元，用于获取建筑塔机塔臂上的塔臂GNSS检测站测得的各个检测历元的塔臂北向坐标、塔臂东向坐标和塔臂高程；
塔臂方位角确定单元，根据所述塔臂北向坐标、所述塔臂东向坐标以及所述塔身北向坐标、所述塔身东向坐标确定塔臂方位角；
塔身侧向垂直度确定单元，根据所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量和塔身高度，以及所述塔臂方位角，确定塔身侧向垂直度。


2.根据权利要求1所述的基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，其特征在于，所述塔身GNSS检测站测得的各个检测历元的塔身北向坐标、塔身东向坐标和塔身高程，以及所述塔臂GNSS检测站测得的各个检测历元的塔臂北向坐标、塔臂东向坐标和塔臂高程是在确定双差整周模糊度之后根据最小二乘参数估计原则来实时获得的。


3.根据权利要求1所述的基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，其特征在于，所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量如下地确定：



其中，(Δxn,Δyn)是在GNSS坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；(xo,yo)是建筑塔机的塔基中心位置在GNSS坐标系下的平面坐标，是预先已知的，为所述塔身GNSS检测站在第n个检测历元的平面坐标。


4.根据权利要求1所述的基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，其特征在于，所述塔臂方位角确定单元如下地实时确定塔臂方位角：



其中，是所述塔臂方位角；是塔身GNSS检测站在GNSS坐标系下的第n个检测历元的平面坐标，是塔臂GNSS检测站在GNSS坐标系下的第n个检测历元的平面坐标。


5.根据权利要求4所述的基于卫星定位的建筑塔机侧向垂直度自动化检测系统，其特征在于，
所述塔身侧向垂直度确定单元如下地计算建筑塔机X轴向侧向垂直度：

如果
所述塔身侧向垂直度确定单元如下地计算建筑塔机Y轴向侧向垂直度：

如果
其中，



(Δxn,Δyn)是在GNSS坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；是在塔基平面坐标系下的所述塔身北向实时偏心量和塔身东向实时偏心量；是在塔基平面坐标系下X轴侧向垂直度；是在塔基平面坐标系下X轴侧向垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：周命端，鲍宏伟，马博泓，张文尧，赵渊，王家兴，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11