阅读说明：本技术 一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置及方法 (device and method for positioning prefabricated part through pulse radar ) 是由 李亮 刘道学 胡伟 赵夕国 毕晓艳 刘振邦 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置及方法,属于桥梁施工领域。针对现有技术中存在的无法快速获取预制构件位置信息的问题,本发明提供了一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置及方法,包括龙门吊、滑轨、脉冲雷达Ⅰ、滑触线和若干个脉冲雷达Ⅱ,所述滑触线设置在滑轨的一侧,龙门吊的支架下端设置有滑轮,龙门吊通过滑轮设置在滑轨上,龙门吊的横梁位于滑触线一侧设置有脉冲雷达Ⅰ,若干个脉冲雷达Ⅱ间隔设置在滑触线上,本发明通过将脉冲雷达和压力传感器与预制构件生产管理系统相结合,实现了对预制构件的精确定位。(Aiming at the problem that the position information of a prefabricated part cannot be quickly obtained in the prior art, the invention provides device and method for positioning the prefabricated part through a pulse radar, and the device comprises a dragon crane, a sliding rail, a pulse radar I, a sliding contact line and a plurality of pulse radars II, wherein the sliding contact line is arranged on the side of the sliding rail, the lower end of a support of the dragon crane is provided with a pulley, the dragon crane is arranged on the sliding rail through the pulley, a beam of the dragon crane is arranged on the sliding contact line side and is provided with the pulse radar I, and the pulse radars and a pressure sensor are combined with a prefabricated part production management system, so that the prefabricated part is accurately positioned.)

一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置及方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工领域，更具体地说，涉及一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置及方法。

背景技术

预制构件是采用工厂预制，再运至施工现场按设计要求位置进行安装固定的构件，是桥梁建设过程中的重要产品。随着工程建筑行业的发展，梁跨结构的使用越来与越频繁，并且大型工程建筑必须用到梁跨结构，如铁路、桥梁等，大量梁跨结构的使用，对构件厂的预制也带来一定的压力。台座是预制生产预制梁的过程中采用的一些专用设施，包括内外模具、钢筋绑扎胎具、浇筑台座、存放台座等。脉冲雷达是雷达的一种。能够辐射较短的高频脉冲，然后天线转接到接收机接收信号，因此发射和接收信号在时间上是分开的。脉冲雷达用于测距，尤其适于同时测量多个目标的距离。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。

预制构件生产管理系统是将构件预制工序及时长嵌入数字化生产排程系统，结合生产计划，实现各班组生产任务的自动下发。目前存在的预制构件生产管理系统需要记录预制构件的生产过程数据，这些数据主要依靠人工录入的方式，效率较低，且容易出错。

建筑信息化模型(BIM)的英文全称是Building Information Modeling，是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，使该模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，从而降低了工程生产成本，保障工程按时按质完成。

本发明旨在利用脉冲雷达定位的方式，实现预制构件的自动定位，并将数据实时传输到预制构件生产管理系统，实时更新系统内预制构件的位置信息，驱动BIM模型的实时展示。

中国专利申请，申请号CN201520033787.1，公开日2015年6月3日，一种桥梁跨度的激光测量装置，所述的激光测量装置包括主激光测距仪、副激光测距仪、主激光定位板、副激光定位板，所述的主激光测距仪、副激光测距仪、主激光定位板及副激光定位板呈长方形设置，分别设在长方形的四个顶点，所述的主激光测距仪、副激光测距仪分别对称设在待测桥梁一个支柱的径向两侧，所述的主激光定位板、副激光定位板分别对称设在待测桥梁相邻支柱的径向两侧，该实用新型利用精密的激光测距仪实现桥梁跨度的精准测量，同时考虑到单一设备的误差，采用三台激光测距仪，呈长方形设置，运用简单的勾股定理运算，得出更为精确的桥梁跨度。其不足之处在于，激光雷达定位存在温漂等问题导致定位不准，同时激光雷达的成本高，激光照射可能对施工人员造成伤害。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的预制构件生产管理系统无法快速获取预制构件位置信息的问题，本发明提供了一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置及方法，它通过将脉冲雷达与压力传感器与预制构件生产管理系统结合，实现了对预制构件的精确定位。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置，其特征在于：包括龙门吊、滑轨、脉冲雷达Ⅰ、滑触线和若干个脉冲雷达Ⅱ，所述滑触线设置在滑轨的一侧，龙门吊的支架下端设置有滑轮，龙门吊通过滑轮设置在滑轨上，龙门吊的横梁位于滑触线一侧设置有脉冲雷达Ⅰ，若干个脉冲雷达Ⅱ间隔设置在滑触线上，滑触线用于给脉冲雷达Ⅱ供电。

进一步的，滑触线与横梁平行设置在同一高度，避免脉冲雷达之间的高度差导致的计算误差。

更进一步的，滑触线上脉冲雷达Ⅱ的间隔小于200米，由于脉冲雷达的定位精度能达到100米的范围，因此在至多相邻200米的距离设置1个接收器，防止距离过大导致测量结果不准确，在最大距离设置接收器可以减少施工成本。

更进一步的，横梁下部为吊爪，吊爪与横梁之间设置有压力传感器，用于感知吊爪上构件的起落情况。

更进一步的，脉冲雷达Ⅰ、脉冲雷达Ⅱ和压力传感器上安装有无线传输装置，无线传输装置与外部控制系统相连接，外部控制系统为云端或机房中的计算机中的预制构件生产管理系统，无线传输装置将脉冲雷达和压力传感器检测到的数据信息实时传输到预制构件生产管理系统中。

一种通过脉冲雷达定位预制构件的方法，包括以下步骤：

S100、建立预制构件生产管理系统，生产预制构件厂内预先设置有若干个台座，台座用于放置生产的预制构件，通过台座确定预制构件的位置，系统初始化台座、脉冲雷达Ⅱ和预制构件的信息；

S200、当龙门吊通过吊爪吊起预制构件时，压力传感器感知到应力加载，将此应力加载信号通过无线传输装置传输给系统，此时系统记录预制构件的编号和初始位置；

S300、龙门吊吊起预制构件在滑轨上移动，将预制构件移动到对应的位置，当龙门吊放下预制构件时，压力传感器感知到应力卸载，龙门吊上的脉冲雷达Ⅰ发射脉冲测量信号，滑触线上的若干个脉冲雷达II接收脉冲测量信号；

S400、脉冲雷达I和脉冲雷达II将数据通过无线传输装置传输给系统，系统测算出脉冲雷达I与脉冲雷达II的直线距离，并记录与脉冲雷达I距离最短的脉冲雷达II的编号；

S500、系统根据脉冲雷达I和脉冲雷达II反馈的数据计算出预制构件的最终位置，并更新系统中的预制构件的位置信息及构件所放置的台座编号，从而更新系统的BIM模型中构件的位置信息及时间信息。

进一步的，步骤S100中，龙门吊以第一个台座为起点沿滑轨移动，系统以预制构件厂内第一个台座的中心点为基准点，按龙门吊行进的方向从小到大依次编制台座的编号，按龙门吊行进的方向从小到大依次编制滑触线上脉冲雷达II的编号，系统初始化台座编号、台座长度、台座间距、脉冲雷达II编号、脉冲雷达II间距、预制构件编号以及触滑线与龙门吊距离，台座长度与间距在预制构件厂建造时就已确定，预制构件的编号在构件生产开始时编制，编号中包括梁场简称、构件类型、构件类别和生产顺序。

更进一步的，步骤S400中，当滑触线上有多个脉冲雷II与脉冲雷达I的距离相同时，记录编号最小的脉冲雷达II，由于脉冲雷达之间的距离越小时测量结果越精确，因此选取最接近的脉冲雷达计算预制构件位置。

更进一步的，步骤S400中的测算脉冲雷达I与脉冲雷达II的直线距离包括以下步骤：

S401、记录脉冲雷达I为A，脉冲雷达II为B，A在Tas时刻发出脉冲测量信号，B在Tbr时刻接收到脉冲测量信号，经过一定时间后，B在Tbs时刻发出应答信号，A在Tar时刻接收到应答信号；

S402、计算设备A从发送脉冲测量信号到接收到应答信号的时间t_roundA：

t_roundA＝Tar-Tas

S403、计算设备B从接收脉冲测量信号到发送应答信号的时间t_replyB：

t_replyB＝Tbs--Tbr

S404、计算信号的总体飞行时间T为：

T＝t_roundA-t_replyB

S405、由于飞行时间T对应的飞行距离为去程与回程之和，因此能够得出单程信号飞信时间为2/T，考虑信号传播速度为光速F，因此实测距离LD＝2F/T。

更进一步的，步骤S500中计算预制构件位置包括以下步骤：

S501、系统读取滑触线与龙门吊的距离VD，读取脉冲雷达I和脉冲雷达II的直线距离LD，读取脉冲雷达II编号R_i，其中i≤脉冲雷达II个数，由于脉冲雷达II编号按从小到大的顺序编制，因此i对应为从本装置初始位置开始的第i个脉冲雷达，读取台座长度L，台座之间的间距S；

S502、计算出预制构件所对应的台座编号

其中x为滑触线上脉冲雷达的间距，j≤台座的个数，由于台座编号按从小到大的顺序编制，因此j对应为从初始位置开始的第j个台座；

S503、系统根据台座编号确定预制构件的位置，并将预制构件的编号与台座的编号组合保存到系统中，系统通过预制构件的编号查找对应的台座编号，实现对预制构件的快速定位。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明在龙门吊、滑触线上设置脉冲雷达和压力传感器，通过压力传感器感知预制构件的起落，通过脉冲雷达定位预制构件，通过无线传输装置发送给预制构件生产管理系统，预制构件生产管理系统计算出预制构件的位置，在系统中完成实时更新，本发明将由以前的人工采集数据转变为自动采集，提高了生产的工作效率，降低了人员的劳动强度；同时使用脉冲雷达和压力传感器等器件，避免了人为操作导致的数据误差，提高了数据的准确性，使系统能够更科学地辅助生产决策，实现了预制构件生产管理系统对预制构件的精确定位。

附图说明

图1为本发明的装置结构图；

图2为本发明的系统流程图；

图3为本发明的测算脉冲雷达距离流程图；

图4为本发明的定位预制构件流程图；

图5为本发明的方案实施流程图。

图中标号说明：1、滑轨；2、滑轮；3、支架；4、横梁；5、吊爪；6、压力传感器；7、脉冲雷达I；8、滑触线；9、脉冲雷达II；10、台座；11、预制构件。

具体实施方式

目前常用的RFID定位预制构件的方式有2种，一种是固定式读写器，一种是可移动式读写器。固定式读写器一般是将读写器埋设在固定位置，RFID芯片放在构件上，构件安装在工装上。固定式读写器的位置提前固定，当工装移动经过固定式读写器时，读写器读取RFID芯片获取实时位置。固定式读写器的方式不适用于大型预制构件场，一般适用于小型预制构件，因为大型预制构件场的工装是固定的不可移动，而小型预制构件的工装一般是可移动的。

可移动式读写器是将RFID芯片埋设在构件内部，通过PDA扫描枪扫描获取实时位置。这种方式的弊端在于需要人工去扫描，并且RFID芯片埋设在大型预制构件内部，在振捣的时候容易位置偏移，且钢筋网对于RFID信号有屏蔽作用，故这种方式在大型预制构厂的应用场景下不适用。

目前常用应变计来定位预制构件的位置，通过在台座上安装应变计，提前定义好每个台座的应变计编号，测量台座的变形情况。当预制构件放在台座上的过程中，应变计监测到应力变形。同理，当预制构件转移时，应变计检测到应力变形释放，通过数据传输模块，将这两组数据上传到系统，从而获得构件的位置。但这种方式有几个不足之处，一是有的预制构件场是条基式台座，无法采集到明显的应力变形；二是普通的应变计监测不到形状变化，高精度的应变计价格太高，因此应变计无法满足桥梁施工现场的管理要求。

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，一种通过脉冲雷达定位预制构件的装置，包括龙门吊、滑轨1、脉冲雷达Ⅰ7、滑触线8和脉冲雷达Ⅱ9，所述滑触线8设置在滑轨1的一侧，龙门吊的支架3下端设置有滑轮2，龙门吊通过滑轮2设置在滑轨1上，龙门吊的横梁4位于滑触线8一侧设置有脉冲雷达Ⅰ7，滑触线8上间隔设置有若干个脉冲雷达Ⅱ9，滑触线用于给脉冲雷达Ⅱ供电。所述滑触线8与横梁4平行设置在同一高度，避免脉冲雷达之间的高度差导致的计算误差。滑触线8上脉冲雷达Ⅱ9的间隔小于200米，由于脉冲雷达的定位精度能达到100米的范围，因此在至多相邻200米的距离设置1个接收器，防止距离过大导致测量结果不准确，在最大距离设置接收器可以减少施工成本。横梁4下部为吊爪5，吊爪5与横梁4之间设置有压力传感器6，用于感知吊爪上构件的起落情况。脉冲雷达Ⅰ7、脉冲雷达Ⅱ9和压力传感器6上安装有无线传输装置，这里的无线传输装置为RS485信号无线通信模块或4G LTE DTU，无线传输装置与外部控制系统相连接，外部控制系统为云端或机房中的计算机中的预制构件生产管理系统，无线传输装置将脉冲雷达和压力传感器6检测到的数据信息实时传输到预制构件生产管理系统中。龙门吊下方间隔设置有若干个台座10，台座10预先设置在生产预制构件厂内，台座的长度和间距在预制构件厂建造时就已确定，预制构件11放置在台座10上。

如图2所示，一种通过脉冲雷达定位预制构件的方法，包括以下步骤：

S100、建立预制构件生产管理系统，生产预制构件厂内预先设置有若干个台座10，台座10用于放置生产的预制构件11，通过台座10定位预制构件11的位置，系统初始化台座10、脉冲雷达Ⅱ9和预制构件11的信息，龙门吊以第一个台座10为起点沿滑轨1移动，系统以预制构件厂内第一个台座10的中心点为基准点，按龙门吊行进的方向从小到大依次编制台座10的编号，按龙门吊行进的方向从小到大依次编制滑触线上脉冲雷达Ⅱ9的编号，系统初始化台座10编号、台座10长度、台座10间距、脉冲雷达Ⅱ9编号、脉冲雷达Ⅱ9间距、预制构件11编号以及触滑线8与龙门吊距离，台座10长度与间距在预制构件厂建造时就已确定，预制构件的编号为随机编制；

S200、当龙门吊通过吊爪5吊起预制构件11时，压力传感器6感知到应力加载，将此应力加载信号通过无线传输装置传输给系统，此时系统记录预制构件的编号和初始位置；

S300、龙门吊吊起预制构件11在滑轨1上移动，将预制构件11移动到对应的位置，当龙门吊放下预制构件11时，压力传感器6感知到应力卸载，龙门吊上的脉冲雷达I7发射脉冲测量信号，滑触线8上的若干个脉冲雷达II9接收脉冲测量信号；

S400、脉冲雷达I7和脉冲雷达II9将数据通过无线传输装置传输给系统，系统测算出脉冲雷达I7与脉冲雷达II9直线距离，并记录与脉冲雷达I7距离最短的脉冲雷达II9的编号，当有多个脉冲雷达II9与脉冲雷达I7的距离相同时，记录编号最小的脉冲雷达II9，由于脉冲雷达之间的距离越小时测量结果越精确，因此选取最接近的脉冲雷达计算预制构件位置。；

S500、系统根据脉冲雷达I7和脉冲雷达II9反馈的数据计算出预制构件11的最终位置，并更新系统中的预制构件11的位置信息以及预制构件11所放置的台座10编号，从而生成系统中的BIM模型的位置信息。。

如图3所示，步骤S400中的测算脉冲雷达I7与脉冲雷达II9的直线距离包括以下步骤：

S401、记录脉冲雷达I7为A，脉冲雷达II9为B，A在Tas时刻发出脉冲测量信号，B在Tbr时刻接收到脉冲测量信号，经过一定时间后，B在Tbs时刻发出应答信号，A在Tar时刻接收到应答信号；

S402、计算设备A从发送脉冲测量信号到接收到应答信号的时间t_roundA：

t_roundA＝Tar-Tas

S403、计算设备B从接收脉冲测量信号到发送应答信号的时间t_replyB：

t_replyB＝Tbs--Tbr

S404、计算信号的总体飞行时间T为：

T＝t_roundA-t_replyB

S405、由于飞行时间T对应的飞行距离为去程与回程之和，因此能够得出单程信号飞信时间为2/T，考虑信号传播速度为光速F，因此实测距离LD＝2F/T。

如图4所示，步骤S500中计算预制构件11位置包括以下步骤：

S501、系统读取滑触线8与龙门吊的距离VD，读取脉冲雷达I7和脉冲雷达II9的直线距离LD，读取脉冲雷达II9的编号R_i，其中i≤脉冲雷达II9的个数，由于脉冲雷达II9编号按从小到大的顺序编制，因此i对应为从本装置初始位置开始的第i个脉冲雷达II9，读取台座10长度L，台座10之间的间距S；

S502、计算出预制构件11所对应的台座10编号其中x为脉冲雷达II的间距，j≤台座10的个数，由于台座10的编号按从小到大的顺序编制，因此j对应为从初始位置开始的第j个台座；

S503、根据系统中的台座10编号，定位预制构件11的位置，并将预制构件11的编号与台座10的编号组合保存到系统中，系统通过预制构件11的编号查找对应的台座10编号，实现对预制构件11的快速定位。

如图5所示，首先系统初始化台座10、预制构件11和脉冲雷达II9的信息，在生产开始时在预制构件生产管理系统内选定构件的初始台座，当龙门吊起吊及放下构件时，通过脉冲雷达及压力传感器定位当前所在位置，数据通过无线传输模块上传到预制构件生产管理系统，通过龙门吊的唯一算出构件移动的位置，驱动系统内数据的更新及BIM模型的实时展示。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。