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专利号: 2021108592962
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种起吊塔片空间姿态实时监控方法,其特征在于:在悬浮抱杆(2)分解组立铁塔的过程中,采用UWB无线测距技术,建立组塔施工空间的三维直角坐标系,然后利用空间几何关系,求解得到了起吊塔片到已组塔身(1)起吊侧平面的最短距离,从而实现了整个铁塔组立过程中对起吊塔片到已组塔身(1)距离实时、精确地监测。

2.一种起吊塔片空间姿态实时监控方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一、建立组塔施工空间的三维直角坐标系:在输电铁塔4个塔腿位置设置4个基站节点a1、a2、a3、a4,在已组塔身起吊侧主材位置顶端设立1个标签节点b1,在起吊塔片上设立不在同一条直线上的3个标签节点c1,c2,c3;

然后根据已组塔身塔腿根开得到四个基站节点a1、a2、a3、a4的三维空间坐标分别为:(xa1,ya1,za1)、(xa2,ya2,za2)、(xa3,ya3,zA3)、(xa4,ya4,za4),四个标签节点为未知节点,坐标待求,其空间直角坐标分别为:b1(xb1,yb1,zb1)、c1(xc1,yc1,zc1)、c2(xc2,yc2,zc2)、c3(xc3,yc3,zc3);

步骤二、在单位时间t内,对已组塔身起吊侧主材位置顶端设立的标签节点b1到塔腿的

4个基站节点a1、a2、a3、a4的时间差值各自进行n次测量,同时采用卡尔曼滤波技术处理测量数据,然后,通过时间差乘以光速得到基站‑标签距离估计值Raib1,i=1,…,4、j=1,…,m,最后,采用求平均值的方法得到已组塔身起吊侧主材位置顶端设立的标签节点b1到塔腿

4个基站节点a1、a2、a3、a4距离实际测量值Da1b1,Da2b1,Da3b1,Da4b1;

步骤三、根据Chan算法,建立目标方程及其约束条件:将UWB模块规定量程下允许的距离误差设置为△R,用△li,i=1,…,4,分别定义如下式(1)表示已组塔身起吊侧主材位置顶端设立的标签节点b1到塔腿的4个基站节点a1、a2、a3、a4的距离实际测量值与理论计算值的绝对差值;

以已组塔身起吊侧主材位置顶端设立的标签节点b1到塔腿的4个基站节点a1、a2、a3、a4的距离实际测量值与理论计算值的绝对差值之和最小为目标,目标函数及其约束条件如式(2)所示:

min△l=△l1+△l2+△l3+△l4s.t.△li≤△R                (2)通过式(2),采用非线性规划方法,求解得到已组塔身起吊侧主材位置顶端设立的标签节点b1三维空间坐标(xb1,yb1,zb1);

步骤四、重复步骤二和步骤三,分别求得其余标签节点c1,c2和c3的坐标分别为c1(xc1,yc1,zc1)、c2(xc2,yc2,zc2)和c3(xc3,yc3,zc3);

步骤五、根据a1、a2两点的坐标(xa1,ya1,za1)、(xa2,ya2,za2)、以及步骤三求解得到的标签节点b1的三维空间坐标(xb1,yb1,zb1),可得向量 和由公式(3)得到由a1、a2和b1三点组成平面的法向量 最后根据平面的点法式方程得到已组塔身起吊一侧的平面方程(4);

同理,根据起吊塔片平面上的三个点的三维空间坐标c1(xc1,yc1,zc1)、c2(xc2,yc2,zc2)和c3(xc3,yc3,zc3),可得向量 和向量 由公式(5)得到由c1、c2和c3三点组成的平面法向量 最后,根据平面的点法式方程,得到已组塔身起吊一侧的平面方程(6);

将公式(4)与公式(6)化简,可分别得到已组塔身起吊一侧的平面和起吊塔片平面方程的一般式(7)和(8):

A1x+B1y+C1z+D1=0    (7)A2x+B2y+C2z+D2=0    (8);

步骤六、设起吊塔片平面上任意一点q的坐标为(x,y,z),则由点到平面的距离公式,可得q到已组塔身起吊一侧平面的距离函数方程(9):因为点q同时也位于起吊塔片平面上,满足公式(8),联立公式(8)和公式(9)可得起吊塔片平面上任意一点q到已组塔身起吊一侧平面的距离函数方程(10):步骤七、分别对公式(10)中的x和y变量求偏导,并另偏导数为零可得公式(11)和(12);

联立公式(11)与公式(12)可分别求得x=x0和y=y0的值,从而得到起吊塔片平面上任意一点到已组塔身起吊一侧平面的距离函数方程d(x,y)的极值点坐标(x0,y0),将极值点坐标(x0,y0)带入公式(10)中,最终,求得起吊塔片平面到已组塔身起吊一侧平面的最短距离d(x,y)min=d(x0,y0)。

3.一种起吊塔片空间姿态实时监控系统,其特征在于该系统包括:

4个安装在已组塔身塔腿的UWB基站;

1个安装在已组塔身起吊侧主材位置顶端的UWB标签;

安装在起吊塔片上的3个不在同一条直线的UWB标签;

位于地面的信号接收处理器;

已组塔身的4个塔腿UWB基站分别磁吸固定于塔腿a1、a2、a3、a4位置;

安装在已组塔身起吊侧主材位置顶端的UWB标签,磁吸固定于已组塔身主材b1位置;

信号接收处理器,通过对高频电磁波接收并处理已组塔身起吊侧主材位置顶端UWB标签和起吊塔片上的UWB标签的距离信息,实现起吊塔片到已组塔身距离的监测。

4.根据权利要求3所述一种起吊塔片空间姿态实时监控系统,其特征在于:安装在已组塔身塔腿的4个UWB基站具有相同的电气结构,即内部由UWB模块、电源管理模块、锂离子电池组和数据处理模块组成;已组塔身起吊侧主材位置顶端的1个UWB标签以及装在起吊塔片上的3个UWB标签除了具有以上模块外,还均包含单独的无线发射模块。

5.根据权利要求4所述一种起吊塔片空间姿态实时监控系统,其特征在于:安装在已组塔身塔腿的4个UWB基站、已组塔身起吊侧主材位置顶端的1个UWB标签、以及装在起吊塔片上的3个UWB标签均具有相同的机械结构,即均将充电DC母口(41)和触摸开关(42)设置在外壳底部位置,外壳底部设有磁铁(43)。