一种主塔整体竖转施工监控系统及方法与流程

本发明涉及桥梁施工监控技术领域，具体涉及一种主塔整体竖转施工监控系统及方法。

背景技术：

钢塔是斜拉索桥至关重要的传力构件，其设计、施工的好坏直接关系到整个斜拉桥的安危，一般的常规的钢塔，由于其整体的体积和重量都较大，整体吊装的难度较大，多采用节段拼装的方式，将若干节段依次序吊运至安装位置点，再在安装位置点逐段焊装拼接直至形成完整的钢塔。但是桥梁施工的位置环境较为恶劣，现场焊接拼装施工作业受到包括风雨、浪潮及盐碱等多重因素的影响，现场焊接质量难以得到稳定的保证，同时当钢塔结构较大时，采用现场焊接拼装作业施工难度过大，施工质量控制困难。目前随着施工装备及施工工艺的发展，大结构钢塔在完成工厂预制之后再整体海运到工程现场整体吊装施工安装已经越来越普遍，这种施工方式不仅钢塔制造质量可以得到保障，同时还可以避免长时间的高空危险作业并且缩短工期降低工程整体的造价成本。

针对大尺寸的钢塔整体竖转施工，目前国内外相关的监控技术涉及较少，主要采用应力控制单变量监控方法，无法做到对整个竖转过程进行施工指令指导并进行多角度、多维度的控制分析及相应的危险预判等。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种主塔整体竖转施工监控系统及方法，能够解决现有技术中无法做到对整个竖转过程进行施工指令指导，容易发生碰撞风险的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种主塔整体竖转施工监控系统，其用于设在主塔吊装装置上，所述主塔吊装装置包括上吊具、大浮吊船和小浮吊船，其特征在于，所述主塔整体竖转施工监控系统包括：

第一大浮吊船gps和第二大浮吊船gps，其用于分别设于大浮吊船的船头和船尾，通过获取大浮吊船的船头和船尾的坐标计算以大浮吊船为基线的方位斜率；

主塔定位装置，其用于设在上吊具上，以获取主塔的坐标，并基于方位斜率计算主塔相对于基线的偏移距离；

第一小浮吊船gps和第二小浮吊船gps，其用于分别设于小浮吊船的船头和船尾，以获取小浮吊船的船头和船尾的坐标，并基于方位斜率计算小浮吊船的船头和船尾相对于基线的偏移距离。

在上述技术方案的基础上，所述上吊具包括：

-扁担梁，其中部间隔设有两组连接装置，每组连接装置包括设于所述扁担梁两侧的第一连接件；

-两个起吊梁，其分别设于所述扁担梁的两端，每个起吊梁的中部与所述扁担梁的两端转动连接；

所述主塔定位装置包括：第一主塔gps和第二主塔gps，其用于分别设于两个所述起吊梁的中部，以获取两组起吊梁中部坐标平均值作为主塔的坐标。

在上述技术方案的基础上，还包括三组倾角仪，其用于分别设于所述扁担梁的中部以及两个起吊梁的回转中心，以获取各个位置的倾角，并基于起吊梁中部坐标以计算两个所述起吊梁两端的高程。

在上述技术方案的基础上，每组所述第一连接件均包括两根连接销轴和两块分别设置在所述扁担梁两侧的连接板，所述连接板上设有与所述连接销轴配合的销孔；

所述主塔整体竖转施工系统还包括四组销轴位移监测装置，其分别用于设于四块所述连接板上，用于监测四组所述连接销轴的位移；

还包括四组拉拽装置，其用于设于所述主塔上，并分别与四根所述连接销轴连接，当所述连接销轴位移超过设定阈值时，拉拽所述连接销轴。

在上述技术方案的基础上，还包括两套图像采集装置，其用于分别设于所扁担梁的两端，监控主塔上提姿态；还包括两套测距传感器，其用于分别设于两根大浮吊船的吊臂内侧，监控主塔与大浮吊船吊臂之间的间距。

另一方面，本发明还提供一种主塔整体竖转施工监控方法，包括以下步骤：

获取大浮吊船的船头和船尾的坐标，计算以大浮吊船为基线的方位斜率；

获取主塔的坐标，并基于大浮吊船的方位斜率以计算主塔相对于基线的偏移距离；

获取小浮吊船的船头和船尾的坐标，并基于大浮吊船的方位斜率以计算小浮吊船的船头和船尾相对于基线的偏移距离；

判断主塔的偏移距离以及小浮吊船的船头和船尾的偏移距离是否大于设定阈值，若否，则调整小浮吊船以使主塔和小浮吊船满足设定阈值后继续主塔竖转施工，若是，继续主塔竖转施工。

在上述技术方案的基础上，根据公式a＝(y2-y1)/(x2-x1)计算大浮吊船(5)的方位斜率a，其中，y2为大浮吊船船头的y轴坐标，y1为大浮吊船船尾的y轴坐标；x2为大浮吊船船头的x轴坐标，x1为大浮吊船船尾的x轴坐标；

根据公式△1＝(y3-y2)-(x3-x2)×a计算主塔的偏移量△1，其中，y3为主塔的y轴坐标，x3主塔的x轴坐标。

根据公式△2＝(y4-y2)-(x4-x2)×a计算小浮吊船船头的偏移量△2；

根据公式△3＝(y5-y2)-(x5-x2)×a计算小浮吊船船尾的偏移量△3；

其中，y4为小浮吊船头的y轴坐标，x4为小浮吊船头的x轴坐标，y5为小浮吊船船尾的y轴坐标，x5为小浮吊船船尾的x轴坐标。

在上述技术方案的基础上，还包括根据两个所述起吊梁两端的高程两两之差是否满足要求以对应调整的步骤，具体包括：

获取扁担梁两端以及中部的倾角以结合起吊梁中部坐标计算两个所述起吊梁两端的高程；

判断两个所述起吊梁两端的高程两两之差是否满足要求，若是，则继续主塔竖转施工，若否，则调整对应吊绳直至满足要求后继续主塔竖转施工。

在上述技术方案的基础上，根据公式：

h1＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)+(l起/2)×sin(b3-y)；

h2＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)-(l起/2)×sin(b3-y)；

h3＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)+(l起/2)×sin(b4-y)；

h4＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)-(l起/2)×sin(b4-y)；

计算两个起吊梁两端的高程h1、h2、h3和h4；

其中，z为扁担梁中心的z轴坐标，即两组起吊梁中部z轴坐标平均值z扁＝za31gps+za32gps，za31gps和za32gps分别为两个起吊梁中部的z轴坐标，l扁为扁担梁的长度，b1-x为扁担梁绕x轴的倾角，b3-y和b4-y分别为两根起吊梁绕y轴的倾角，l起为起吊梁的长度。

在上述技术方案的基础上，还包括根据监测的四组所述连接销轴的位移是否满足设定阈值以对应调整的步骤，具体包括：

获取四组所述连接销轴的位移；

判断四组所述连接销轴的位移是否均满足设定阈值，若是，继续主塔竖转施工，若否，则通过拉拽装置调整对应的连接销轴使其满足设定阈值后继续主塔竖转施工。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在使用该主塔整体竖转施工监控系统及方法时，通过第一大浮吊船gps和第二大浮吊船gps来获取大浮吊船的船头和船尾的坐标，通过大浮吊船的船头和船尾的坐标计算以大浮吊船为基线的方位斜率；通过主塔定位装置来获取主塔的坐标，并基于大浮吊船的方位斜率以计算主塔相对于基线的偏移距离；通过第一小浮吊船gps和第二小浮吊船gps来获取小浮吊船的船头和船尾的坐标，并基于大浮吊船的方位斜率以计算小浮吊船的船头和船尾相对于基线的偏移距离；判断主塔的偏移距离以及小浮吊船的船头和船尾的偏移距离是否大于设定阈值，若否，则调整小浮吊船以使主塔和小浮吊船满足设定阈值后继续主塔竖转施工，若是，继续主塔竖转施工。这样的设计可以在主塔竖转施工保证大浮吊船、主塔和小浮吊船在同一直线上，避免主塔晃动或者与大浮吊船的吊臂产生碰撞。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中gps的布置位置示意图；

图2为本发明实施例中销轴位移监测装置和倾角仪的布置位置示意图；

图3为本发明实施例中主塔整体竖转施工监控方法的流程图。

图中：1、上吊具；11、扁担梁；111、第一连接件；1111、连接板；1112、连接销轴；12、起吊梁；2、下吊具；3、主塔；4、小浮吊船；5、大浮吊船；6、拉拽装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种主塔整体竖转施工监控系统，其用于设在主塔吊装装置上，主塔吊装装置包括上吊具1、大浮吊船5和小浮吊船4，主塔整体竖转施工监控系统包括：第一大浮吊船gps和第二大浮吊船gps，其用于分别设于大浮吊船5的船头和船尾，通过获取大浮吊船5的船头和船尾的坐标计算以大浮吊船5为基线的方位斜率；主塔定位装置，其用于设在上吊具1上，以获取主塔的坐标，并基于方位斜率计算主塔相对于基线的偏移距离；第一小浮吊船gps和第二小浮吊船gps，其用于分别设于小浮吊船的船头和船尾，以获取小浮吊船的船头和船尾的坐标，并基于方位斜率计算小浮吊船的船头和船尾相对于基线的偏移距离。

在使用该主塔整体竖转施工监控系统时，通过第一大浮吊船gps和第二大浮吊船gps来获取大浮吊船5的船头和船尾的坐标，通过大浮吊船5的船头和船尾的坐标计算以大浮吊船5为基线的方位斜率；通过主塔定位装置来获取主塔的坐标，并基于大浮吊船5的方位斜率以计算主塔相对于基线的偏移距离；通过第一小浮吊船gps和第二小浮吊船gps来获取小浮吊船4的船头和船尾的坐标，并基于大浮吊船5的方位斜率以计算小浮吊船4的船头和船尾相对于基线的偏移距离；判断主塔的偏移距离以及小浮吊船4的船头和船尾的偏移距离是否大于设定阈值，若否，则调整小浮吊船4以使主塔3和小浮吊船4满足设定阈值后继续主塔竖转施工，若是，继续主塔竖转施工。这样的设计可以在主塔竖转施工保证大浮吊船5、主塔3和小浮吊船4在同一直线上，避免主塔3晃动或者与大浮吊船5的吊臂产生碰撞。

在本实施例中，第一大浮吊船gps和第二大浮吊船gps的编号分别为a1和a2，第一小浮吊船gps和第二小浮吊船gps的编号分别为a4和a5。

参见图2所示，在一些可选的实施例中，上吊具1包括：扁担梁11，其中部间隔设有两组连接装置，每组连接装置包括设于扁担梁11两侧的第一连接件111；两个起吊梁12，其分别设于扁担梁11的两端，每个起吊梁12的中部与扁担梁11的两端转动连接。

主塔定位装置包括：第一主塔gps和第二主塔gps，其用于分别设于两个起吊梁12的中部，以获取两组起吊梁中部坐标平均值作为主塔的坐标。

本例中，第一主塔gps和第二主塔gps的编号分别为a31和a32，a3为a31和a32坐标的平均值。

在本实施例中，通过设置在两个起吊梁12中部的第一主塔gps和第二主塔gps来获取两个起吊梁12的中部坐标，用两个起吊梁12的中部坐标平均值，作为主塔的坐标，来监控主塔的位置。

另外，在两个起吊梁12中部还分别设有一个全站仪棱镜，当gps仪器失效时，在上吊具1上的gps不易更换，高程数据由全站仪配合棱镜采集，通过全站仪数据替代gps坐标数据。

利用了gps系统和全站仪系统组合的方式，保证了三维坐标数据既可以互为校核又可以保证在gps信号稳定性较差时，三维坐标数据来源的稳定性。

在一些可选的实施例中，还包括三组倾角仪，其用于分别设于扁担梁11的中部以及两个起吊梁12的回转中心，以获取各个位置的倾角，并基于起吊梁中部坐标以计算两个起吊梁12两端的高程。

在得到两个起吊梁12两端的高程后，判断两个起吊梁12两端的高程两两之差是否满足要求，若是，则继续主塔竖转施工，若否，则调整对应吊绳直至满足要求后继续主塔竖转施工。

在本实施例中，这样的设计可以实时的监控起吊梁12两端的高程，来判断整个主塔是否平稳，以精准控制主塔的姿态。本例中，扁担梁11中部的倾角仪标号为b1，并配有备用倾角仪b2，两个起吊梁12回转中心的倾角仪标号为b3和b4。

在一些可选的实施例中，每组第一连接件111均包括两根连接销轴1112和两块分别设置在扁担梁11两侧的连接板1111，连接板1111上设有与连接销轴1112配合的销孔；

主塔整体竖转施工系统还包括四组销轴位移监测装置，其分别用于设于四块连接板1111上，用于监测四组连接销轴1112的位移。

在本实施例中，通过销轴位移监测装置监测连接销轴1112的位移状态，当四组连接销轴1112的位移有一组满足设定阈值时，则调整对应的连接销轴1112使其满足设定阈值后继续主塔竖转施工。这样可以防止连接销轴1112脱落，避免造成重大事故。

在一些可选的实施例中，还包括四组拉拽装置6，其用于设于主塔上，并分别与四根连接销轴1112连接，当连接销轴1112位移超过设定阈值时，拉拽连接销轴1112。

在一些可选的实施例中，拉拽装置6为千斤顶。

在本实施例中，通过设置在主塔上的千斤顶拉拽连接销轴1112，可以使连接销轴1112更加安全，避免脱落。

本实施例中，四组销轴位移监测装置的编号分别为c1、c2、c3和c4。

在一些可选的实施例中，还包括两套图像采集装置，其用于分别设于所扁担梁11的两端，监控主塔上提姿态。

在本实施例中，图像采集装置主要监测主塔竖转过程中，切入扒杆位置时，主塔的竖转过程姿态视频图像以及扒杆与主塔间距监测，主要是高程间的间距，避免主塔与扒杆发生碰撞。本例中，扒杆及为大浮吊船5的两个吊臂。

在一些可选的实施例中，还包括两套测距传感器，其用于分别设于两根大浮吊船5的吊臂内侧，监控主塔3与大浮吊船吊臂之间的间距。

在本实施例中，测距传感器为超声或者激光测距传感器，布设于扒杆和主塔重合区域，即主塔穿过两根扒杆时的重合区域，检测扒杆和主塔之间的距离，起到预警防碰撞作用。

所有的监测设备采用rs232或者rs485连接无线dtu设备并和固定供电电源设备相联系，通过2g/3g/4g网络经网络服务器和钢塔竖转施工现场的控制电脑进行数据传输及数据交换，现场控制电脑收发到相应的数据信息之后再通过网络传输至网络平台，后台多用户端电脑将通过直接访问网络平台获得相应的数据信息。

通讯架构简单可靠，适应性强，现场控制电脑具有现场调试、设置和控制传感器功能，例如远程开启传感器，远程关闭传感器，以达到节省电池电量，并方便现场相关技术人员对可能出现的情况进行处理，后端用户通过访问现场电脑上传至云平台的数据获得相应的信息数据，使得整个通讯控制架构处于利于现场工作人员维护和调试，后台用户利于数据获取及数据展示等。

如图3所示，本发明还提供一种主塔整体竖转施监控方法，包括以下步骤：

s1：获取大浮吊船5的船头和船尾的坐标，以计算大浮吊船5的方位斜率。

具体地，根据公式a＝(y2-y1)/(x2-x1)计算大浮吊船(5)的方位斜率a，其中，y2为大浮吊船船头的y轴坐标，y1为大浮吊船船尾的y轴坐标；x2为大浮吊船船头的x轴坐标，x1为大浮吊船船尾的x轴坐标。

s2：获取主塔的坐标，并基于大浮吊船5的方位斜率以计算主塔的偏移距离。

具体地，根据公式△1＝(y3-y2)-(x3-x2)×a计算主塔的偏移量△1，其中，y3为主塔的y轴坐标，x3主塔的x轴坐标。

s3：小浮吊船4的船头和船尾的坐标，并基于大浮吊船5的方位斜率以计算小浮吊船4的船头和船尾的偏移距离。

具体地，根据公式△2＝(y4-y2)-(x4-x2)×a计算小浮吊船船头的偏移量△2；

根据公式△3＝(y5-y2)-(x5-x2)×a计算小浮吊船船尾的偏移量△3；

其中，y4为小浮吊船头的y轴坐标，x4为小浮吊船头的x轴坐标，y5为小浮吊船船尾的y轴坐标，x5为小浮吊船船尾的x轴坐标。

s4：判断主塔的偏移距离以及小浮吊船4的船头和船尾的偏移距离是否大于设定阈值，若否，则调整小浮吊船4以使主塔3和小浮吊船4满足设定阈值后继续主塔竖转施工，若是，继续主塔竖转施工。

该方法可以在主塔竖转施工保证大浮吊船5、主塔3和小浮吊船4在同一直线上，避免主塔晃动或者与大浮吊船5的吊臂产生碰撞的风险。

在一些可选地实施例中，还包括根据两个起吊梁12两端的高程两两之差是否满足要求以对应调整的步骤，具体包括：

获取扁担梁11两端以及中部的倾角以结合起吊梁中部坐标计算两个起吊梁12两端的高程。

判断两个起吊梁12两端的高程两两之差是否满足要求，若是，则继续主塔竖转施工，若否，则调整对应吊绳直至满足要求后继续主塔竖转施工。

具体地，根据公式：

h1＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)+(l起/2)×sin(b3-y)；

h2＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)-(l起/2)×sin(b3-y)；

h3＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)+(l起/2)×sin(b4-y)；

h4＝(z扁/2)+(l扁/2)sin(b1-x)-(l起/2)×sin(b4-y)；

计算两个起吊梁12两端的高程h1、h2、h3和h4；

其中，z为扁担梁11中心的z轴坐标，即两组起吊梁12中部z轴坐标平均值z扁＝za31gps+za32gps，za31gps和za32gps分别为两个起吊梁12中部的z轴坐标，l扁为扁担梁11的长度，b1-x为扁担梁11绕x轴的倾角，b3-y和b4-y分别为两根起吊梁12绕y轴的倾角，l起为起吊梁12的长度。

在本实施例中，这样的设计可以实时的监控起吊梁12两端的高程，来判断整个主塔是否平稳，以精准控制主塔的姿态。

在一些可选地实施例中，还包括根据监测的四组连接销轴1112的位移是否满足设定阈值以对应调整的步骤，具体包括：

获取四组连接销轴1112的位移；判断四组连接销轴1112的位移是否均满足设定阈值，若是，继续主塔竖转施工，若否，则通过拉拽装置6调整对应的连接销轴1112使其满足设定阈值后继续主塔竖转施工。

在本实施例中，通过销轴位移监测装置监测连接销轴1112的位移状态，当四组连接销轴1112的位移有一组满足设定阈值时，则调整对应的连接销轴1112使其满足设定阈值后继续主塔竖转施工。这样可以防止连接销轴1112脱落，避免造成重大事故。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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