張治鈺+++鄧世恒+++張晴

摘 要：根據(jù)目前水利水電工程施工中大型施工設(shè)備存在易干擾的現(xiàn)狀，采用GNSS-RTK技術(shù)對設(shè)備關(guān)鍵部位進(jìn)行定位，并根據(jù)設(shè)備間的相對位置及運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立機(jī)械設(shè)備防碰撞模型，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、有效的預(yù)防事故發(fā)生，較好的指導(dǎo)機(jī)械運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對施工現(xiàn)場大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測及預(yù)警。

關(guān)鍵詞：GNSS-RTK；防碰撞系統(tǒng)；智能避讓；安全距離

引言

在水利水電施工現(xiàn)場，為了大壩的高效率施工，往往架立多臺(tái)塔機(jī)、纜機(jī)同時(shí)施工，由于施工作業(yè)空間狹窄，設(shè)備作業(yè)空間受到干擾，尤其在陰雨、霧霾等能見度不高的環(huán)境，操作人員因所處盲區(qū)、疲勞的影響而無法精準(zhǔn)定位[1]。傳統(tǒng)方法是加強(qiáng)現(xiàn)場管理，限定設(shè)備作業(yè)空間，但是這樣往往會(huì)造成施工效率下降。三峽工程根據(jù)超聲波回波測距方法對機(jī)械與其他設(shè)備之間的距離進(jìn)行測量，適用于設(shè)備單一、機(jī)械數(shù)量較少的情況[2]。龍灘水電站開發(fā)公司研發(fā)的防碰撞系統(tǒng)采用GPS定位，能夠?qū)崟r(shí)、有效的獲取施工設(shè)備相關(guān)部件的位置信息及設(shè)備與障礙物之間的距離，但是只適用于同一平面無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備[3]。龍開口水電站防碰撞系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測施工設(shè)備相關(guān)部件的位置信息，比較適用于不同平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[4-5]。

目前施工中定位精度不能滿足大壩機(jī)械準(zhǔn)確高效施工的需要，采用GNSS-RTK技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備關(guān)鍵部位位置信息，定位精度由米級提高至厘米級[6]，以大壩施工中的纜機(jī)、塔機(jī)運(yùn)行情況建立防碰撞模型[7]，不僅實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備位置信息，同時(shí)指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)動(dòng)，從減少碰撞事故的角度出發(fā)，提高系統(tǒng)整體效率。

1 防碰撞系統(tǒng)的工作原理

在大壩施工機(jī)械運(yùn)行中，防碰撞系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取機(jī)械運(yùn)動(dòng)部位的位置、速度等信息，并將獲取到的信息傳輸至中央信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)計(jì)算出各設(shè)備之間的相對位置關(guān)系，對可能發(fā)生的碰撞反饋給機(jī)械操作人員，對可能發(fā)生的碰撞做出判斷并分為三個(gè)等級，三級安全距離是指設(shè)備按照指示操作，并提醒操作人員注意周邊環(huán)境；二級安全距離是指在設(shè)備間距離較近，采取正常制動(dòng)可以避免發(fā)生碰撞；一級安全距離是指設(shè)備必須立刻采取緊急制動(dòng)才可以避免發(fā)生碰撞的距離。操作人員根據(jù)預(yù)警指示信號(hào)和經(jīng)驗(yàn)對機(jī)械進(jìn)行指導(dǎo)操作。

2 系統(tǒng)組成

2.1 定位系統(tǒng)

基準(zhǔn)站由接收機(jī)和發(fā)射電臺(tái)組成，基準(zhǔn)站安置在正確的已知坐標(biāo)點(diǎn)上，流動(dòng)站由接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈接收天線等組成，流動(dòng)站安置于施工機(jī)械關(guān)鍵部位，將塔機(jī)和纜機(jī)小車部位作為GNSS流動(dòng)站。

2.2 信息系統(tǒng)

塔機(jī)與纜機(jī)之間相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系可分為相向運(yùn)動(dòng)、相反運(yùn)動(dòng)及追擊運(yùn)動(dòng)，可能發(fā)生碰撞的情形為纜機(jī)吊罐與塔機(jī)吊臂、塔機(jī)吊鉤與纜機(jī)小車之間的碰撞。圖中陰影部分表示塔吊掃掠范圍，A、C為纜機(jī)小車運(yùn)動(dòng)先后位置點(diǎn)，圖2（a）表示纜機(jī)與塔機(jī)的相向運(yùn)動(dòng)，圖2（b）表示纜機(jī)與塔吊追擊運(yùn)動(dòng)。

2.3 預(yù)警系統(tǒng)

2.3.1 警示級別

不同的安全距離對應(yīng)不同的警示級別。兩設(shè)備處于運(yùn)行碰撞區(qū)時(shí)，采用紅色指示燈提醒人員操作，并伴隨語音提示，立即采取緊急制動(dòng)；兩設(shè)備處于運(yùn)行干擾區(qū)，采用黃色指示燈指導(dǎo)操作，注意設(shè)備間的運(yùn)行關(guān)系及明確避讓準(zhǔn)則；設(shè)備間處于運(yùn)行安全區(qū)采用綠色指示燈指導(dǎo)操作，提醒操作人員周圍區(qū)域的干擾設(shè)備及相對位置關(guān)系。

2.3.2 安全距離

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出二級或三級警示指令時(shí)，設(shè)備可能發(fā)生碰撞的相關(guān)部件的距離由三部分組成：操作人員聽到指令到進(jìn)行相應(yīng)操作的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的距離、設(shè)備在原本速度下采取制動(dòng)措施后由于慣性滑行的距離、對于優(yōu)先級不同的設(shè)備，是優(yōu)先級低的設(shè)備制動(dòng)后的滑行距離加上優(yōu)先級高的設(shè)備在該時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行距離；采取制動(dòng)后的設(shè)備間應(yīng)預(yù)留一定的安全距離，設(shè)備間最小安全距離為△S。

3 結(jié)束語

基于GNSS-RTK技術(shù)的機(jī)械設(shè)備的防碰撞系統(tǒng)，較好的解決了因復(fù)雜施工環(huán)境下設(shè)備間易發(fā)生碰撞的安全隱患，并對設(shè)備運(yùn)行間距予以劃分，分為不同級別的安全距離，設(shè)計(jì)以C#為基礎(chǔ)的防碰撞算法，為操作人員提供明確的指導(dǎo)信息，采用實(shí)時(shí)差分技術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)精度提供保障，將信息實(shí)時(shí)傳輸至客戶端，實(shí)現(xiàn)對大壩施工機(jī)械的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對“智能施工”的發(fā)展前景有一定的指導(dǎo)意義

參考文獻(xiàn)

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