李加敖，李洪鵬，房海波，謝 鳴，李小松

（1.山東中建眾力設(shè)備租賃有限公司，山東 濟南 250022；2.中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟南 250022；3.武漢港迪電氣傳動技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430040）

塔機智能化是大勢所趨，現(xiàn)今塔機操控技術(shù)雖在新時代的沖擊下得到了發(fā)展，但由于其應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)水平的特殊性，智能化程度不高，塔機依舊在沿襲傳統(tǒng)的操控手段。傳統(tǒng)的人工操作有以下弊端：①塔機安全性對操作人員的能力及素質(zhì)依賴高，長時間的簡單重復(fù)動作，極易疲勞，誤操作、違章操作導(dǎo)致的安全事故頻發(fā)；②操作環(huán)境狹小、上下班需攀爬塔機，惡劣的工作環(huán)境和工作內(nèi)容使得年輕人都不愿從事塔機操作工作，使得塔機司機極端欠缺。

隨著控制技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)等技術(shù)日趨成熟，將這些新技術(shù)應(yīng)用到塔機操控上，實現(xiàn)塔機智能化已是迫在眉睫。而實現(xiàn)塔機智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一就是無人駕駛下智能定位及跟隨技術(shù)。為此，中建八局第二建設(shè)有限公司、山東中建眾力設(shè)備租賃有限公司聯(lián)合武漢港迪電器公司成功開發(fā)了GNSS 定位系統(tǒng)并在無人操作塔機進行了測試，定位精度及響應(yīng)時間基本達到了預(yù)期目標。

1 GNSS定位系統(tǒng)的組成

GNSS 定位系統(tǒng)由無線AP、CORS 站接收機、平板移動站、PLC、交換機組成，無線AP、PLC、HMI及CORS站接收機通過交換機相連接，平板移動站通過無線AP 的WiFi 網(wǎng)絡(luò)與CORS基站接收機通訊（圖1）；CORS 站接收機、交換機、PLC 安裝在平衡臂根部配電箱處，無線AP安裝在平衡臂中部，無線AP 天線安裝在平衡臂端部，平板移動站由操控人員手持，位于吊物起吊位置及就位位置。

圖1 GNSS定位系統(tǒng)的組成

2 GNSS定位系統(tǒng)的工作原理

GNSS 定位系統(tǒng)使用RTK 技術(shù)完成塔機與無線遠程移動終端（操控人員）的定位，CORS站接收機自身的高精度位置信息通過交換機傳給PLC 設(shè)置為塔心經(jīng)緯度坐標，接收機作為基準站。平板作為流動站通過無線AP 的WiFi 接收基準站的差分信號，消去共同誤差式平板能得到高精度的衛(wèi)星定位信號。平板內(nèi)置塔機智能遠控APP 通過內(nèi)部程序獲得平板的經(jīng)緯度坐標。

平板APP 通過無線AP 的WiFi 與PLC 進行通訊，獲得塔心的經(jīng)緯度坐標，并根據(jù)算法建立一個以塔心為坐標原點以正東為x軸，正北為y軸的平面坐標系。計算出平板所在位置（經(jīng)緯度坐標值）與塔心之間的實時距離，以及平板位置在建立的平面坐標系中的x值、y值，并換算得到平板與塔心所在連線與正東方向所成的角度（-180°～180°）。

平板到塔心的距離即為小車運動的實時變幅距離，只需要將平板在坐標系中的角度跟塔機的回轉(zhuǎn)角度關(guān)聯(lián)起來就可以得到平板所在位置的回轉(zhuǎn)角度。

如圖2 所示，側(cè)塔機俯視圖，以塔心為坐標原點，正東為x軸正向，正北為y軸正向建立的坐標系中，A 小人所在位置為平板經(jīng)緯度坐標換算所得的實時位置，同時顯示的塔機臂架實時角度。

圖2 GNSS定位系統(tǒng)顯示界面

塔機回轉(zhuǎn)角度的0°不變時，它與正東方向所成的角度是一個固定值，因此只需要在平板坐標角度之上減去這個固定值就可以獲得平板所在位置的塔機回轉(zhuǎn)角度值，計算公式如下所示

式中α——平板位置塔機回轉(zhuǎn)角度；

β——平板實時坐標角度；

γ——塔機0°時平板在塔臂下獲得坐標角度。

根據(jù)實際情況，進行塔臂校正時不一定要在塔機回轉(zhuǎn)0°進行，根據(jù)實際工況塔臂校正時的計算公式如下可以轉(zhuǎn)化為

式中α——平板位置塔機回轉(zhuǎn)角度；

β——平板實時坐標角度；

δ——塔臂校正時坐標角度；

θ——塔臂校正時回轉(zhuǎn)角度。

綜上所述，通過平板與PLC 的通訊，PLC可以獲得平板所在位置的變幅距離、回轉(zhuǎn)角度，只需要再設(shè)置一個起升高度，就可以有一個明確的吊裝目標位置。通過平板與遙控器的操作，將當(dāng)前平板所在位置設(shè)為塔機半自動運行的目標位置，啟動半自動，塔機將會完成半自動運轉(zhuǎn)吊鉤到達平板所在位置上方，完成塔機呼喚功能。

根據(jù)RTK 差分衛(wèi)星定位法通過接收機發(fā)來的差分信號，使得安裝了衛(wèi)星定位模塊、差分服務(wù)軟件的平板獲得高精度（厘米級）的衛(wèi)星定位信號。

3 GNSS定位系統(tǒng)在智能塔機測試

我單位在廠區(qū)對QTZ160 塔機對GNSS 定位系統(tǒng)進行了測試：測試點（可分固定點和移動點）分布塔機不同方位、不同高度（模擬現(xiàn)場施工的不同工況），分別進行空載和吊載測試；在塔機半自動運行各項準備工作完成后，手持移動平板的操控人員在測試點按下遙控器“呼喚”鍵，塔機自動從初始位置先起升至安全距離，然后回轉(zhuǎn)、變幅聯(lián)動至測試點上方，吊鉤下降至安全距離停止，經(jīng)多次測試吊鉤中心至測試點誤差10cm 以內(nèi)，定位精度達到預(yù)期目標；末端少量工作可采取人工干預(yù)，完成整個吊裝過程。

4 結(jié)語

GNSS 定位系統(tǒng)在智能塔機成功測試為塔機智能遠控做出了有益探索，為塔機智能遠控提供了一個可選項，但GNSS 定位系統(tǒng)存在響應(yīng)時間較長問題，對塔機運行效率有一定影響，需進一步改進，為智能遠控塔機進入施工現(xiàn)場奠定基礎(chǔ)。