基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装方法
阅读说明：本技术 基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装方法 (Big dipper positioning-based large-span bridge girder hoisting method ) 是由 肖云 罗意钟 唐祖文 梁利文 吴南山 邓平 于志斌 李壮 韦猛强 王翔 肖崑 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：一种基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装方法,包括三维精准定位系统、吊装自动控制系统；三维精准定位系统包括北斗基准站、北斗定位终端、差分服务系统和数据中心；北斗基准站以连续跟踪观测北斗卫星信号并提供定位的载波相位差分数据；北斗定位终端安装于跑车上和吊点上,获取对跑车和吊点的定位数据；吊装自动控制系统根据所述三维精准定位系统的数据中心的数据进行处理,控制跑车和吊点向目标运行。其优点是解决了现有技术因牵引索的弹性变形、位置变化造成测量精度不准确、通过对讲机配合人工操作造成控制精度不高,从而影响跑车停放精度和吊装精度的问题,实现吊装过程跑车的自动控制和精准定点停放,主梁吊装高度的准确、平稳控制。(A big-span bridge girder hoisting method based on Beidou positioning comprises a three-dimensional accurate positioning system and an automatic hoisting control system; the three-dimensional precise positioning system comprises a Beidou reference station, a Beidou positioning terminal, a differential service system and a data center; the Beidou reference station is used for continuously tracking and observing Beidou satellite signals and providing positioned carrier phase difference data; the Beidou positioning terminal is arranged on a sports car and a lifting point, and positioning data of the sports car and the lifting point are obtained; and the automatic hoisting control system processes the data according to the data of the data center of the three-dimensional accurate positioning system and controls the running cars and the hoisting points to run towards the target. The automatic control device has the advantages that the problems that in the prior art, due to elastic deformation and position change of the traction cable, the measurement precision is inaccurate, and the control precision is low due to the fact that the interphone is matched with manual operation are solved, so that the parking precision and the hoisting precision of the sports car are influenced, the automatic control and accurate fixed-point parking of the sports car in the hoisting process are realized, and the hoisting height of the main beam is accurately and stably controlled.)
技术领域
本发明涉及大跨度桥梁建造过程的吊运技术，特别涉及一种基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装方法。
背景技术
采用缆索吊机进行主梁吊装是目前大跨度桥梁主梁安装常用的方法。缆索吊机是主要运用于工程领域的大跨度纵向吊运的起重设备，通常是在沟谷的两岸设置塔架，在塔架上架设钢丝绳作为主要的承重构件，在钢丝绳上悬挂起重跑车，拉动跑车在钢丝绳上往复运动来实现两岸重物的运输这样的一个系统装置。它具有跨度大、效率高、结构相对简单，经济性好等优点。可用于跨越山谷、河流等障碍物情况下起吊和运输重物。
目前在缆索吊装施工中，主梁起吊高度、滑移行程通常采用测定放线长度或采用角度编码器来确定，并通过人工启停卷扬机方式控制位移和速度。这种方法存在如下弊端：采用测定放线长度方式测吊装高度时，由于承重索在重物作用下产生弹性变形，影响测量精度，且各吊点同步性低。采用角度编码器测量滑移行程时，跑车被牵引绳牵引而运行，其运行所达到的位置由牵引绞车上大摩擦轮轴上的角度编码器提供信息来显示。但跑车运行过程中牵引绳的拉力不断改变, 绳的长度也因弹性变形而发生变化，以致绳绕在大摩擦轮上的位置也相应有所改变,因而跑车位置显示的精确度比较差, 影响司机对缆索吊装系统作业的监控。
另外，目前缆索吊机采用人工操作方式，操作人员通过人工控制卷扬机的行程，特别是布置在两岸的两台卷扬机操作人员需通过对讲机配合，此操作方式下跑车速度难以准确控制，因而定点停放精度低，同步性误差大。
发明内容
本发明的目的就是提供一种实现吊装过程跑车的自动控制和精准定点停放，以及主梁吊装高度的精确控制的基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装方法。
本发明的解决方案是这样的：
一种基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装的方法，包括如下步骤：
（１）定位坐标基准设置步骤：建立北斗基准站，在桥梁主塔上选定一基准参考点并设置一临时北斗定位终端，测出基准参考点三维坐标，结合桥梁设计参数预先计算出各节段梁安装就位后的理论位置，进而得出就位后对应各跑车上的北斗定位终端的理论坐标、各吊架上北斗定位终端的理论坐标，并输入计算机控制中心；
（２）北斗定位终端设置步骤：在跑车上和吊点上分别安装北斗定位终端，北斗定位终端实时采集各跑车、吊点上的北斗定位终端的位置信息并传输到差分服务系统；差分服务系统计算得出各跑车、吊点的XYZ坐标并将数据传输到数据中心，吊装自动控制系统的计算机控制中心实时读取数据中心的数据并进行处理；
（3）起吊步骤：将节段梁与吊钩连接与固定后，启动起重卷扬机，将节段梁垂直吊离起吊平台，开始提升；提升过程中吊点上的北斗定位终端实时采集各吊点位置信息并传输到差分服务系统，差分服务系统计算得出各吊点的XYZ坐标并将数据传输到数据中心；吊装自动控制系统的计算机控制中心实时读取数据中心的数据并进行处理，计算出节段梁竖直位移及提升速度，并向起重卷扬机发出指令控制提升过程，直至达到预定位置后停止；
（4）运梁步骤：启动牵引卷扬机，牵引节段梁往目标位置行走，安装在跑车上的北斗定位终端实时采集跑车位置信息并传输到差分服务系统，差分服务系统计算得出各跑车的XYZ坐标并将数据传输到数据中心；吊装自动控制系统的计算机控制中心实时读取数据中心的数据并进行处理，计算出跑车的速度及距预定位置的距离，并向牵引卷扬机发出指令控制跑车的运动，直至达到预定位置后停止；
（5）就位步骤：再次启动起重卷扬机，将节段梁提升就位，提升过程控制方法同（3）起吊步骤。
进一步的：所述步骤（3）起吊步骤过程还包括吊点位移同步控制步骤：在起吊过程中，计算机控制中心实时比较各吊点的竖直位移，当任两个吊点的竖直位移差大于最大允许值△Ｈ时，计算机控制中心对竖直位移大的起重卷扬机发出减速指令，降低该起重卷扬机的起吊速度，对位移小的起重卷扬机发出提速指令，提高该起重卷扬机速度，直至两个吊点的竖直位移一致。
进一步的：所述步骤（4）运梁步骤过程还包括如下步骤：
a.跑车速度同步控制步骤：在运梁过程中，计算机控制中心实时比较两组跑车的速度，当两组跑车的速度差大于最大允许值△Ｖ时，计算机控制中心对速度快的牵引卷扬机发出减速指令，降低该牵引卷扬机的牵引速度，对速度慢的牵引卷扬机发出提速指令，提高该牵引卷扬机速度，直至两组跑车速度一致；
b.跑车位移同步控制步骤：在运梁过程中，计算机控制中心实时比较两组跑车的位移，当两组跑车位移差大于最大允许值△Ｓ时，计算机控制中心对位移大的跑车对应的牵引卷扬机发出减速指令，降低该牵引卷扬机的牵引速度，对位移小的跑车对应的牵引卷扬机发出提速指令，提高该牵引卷扬机速度，直至两组跑车位移值一致；
c.跑车精确就位步骤：当跑车与目标位置的距离≦减速距离Ｓ１时，计算机控制中心对牵引卷扬机发出减速指令，使跑车以较低的速度运行到目标位置，以减小惯性，平稳停车，提高就位精度。
本发明的优点是解决了现有技术因牵引索的弹性变形、位置变化造成测量精度不准确、通过对讲机配合人工操作造成控制精度不高，从而影响跑车停放精度和吊装精度的问题，实现吊装过程跑车的自动控制和精准定点停放，以及主梁吊装高度的准确、平稳控制。
附图说明
图1为本发明的北斗精准定位系统工作原理图。
图2为本发明的基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装方法的控制逻辑图（1）。
图3为本发明的基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装方法的控制逻辑图（2）。
图4为本发明应用于基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装系统总体布置图。
图5是图1的俯视图。
图6为图4中Ａ部分放大图。
图7为图4中Ｂ部分放大图。
图8为图5中Ｃ部分放大图。
图9为图5中D部分放大图。
附图部件明细为：1、北斗基准站，2a、一号起重卷扬机，2b、二号起重卷扬机，2c、三号起重卷扬机,2d、四号起重卷扬机,3、主控制中心，4a、一号索引卷扬机，4b、二号索引卷扬机，4c、三号索引卷扬机，4d、四号索引卷扬机，5a、一号储线筒，5b、二号储线筒，6、起吊平台，7a、1号跑车，7b、2号跑车，7c、3号跑车，7d、4号跑车，8、第一北斗定位终端，9、承重索，10、索引索，11、起重索，12、主缆，13、吊架，14、节段梁，15、第二北斗定位终端，16、主塔，17、副控制中心，18、临时北斗定位终端。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本发明基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装的方法，包括如下步骤：
（１）定位坐标基准设置步骤：建立北斗基准站1，在桥梁主塔上选定一基准参考点并设置一临时北斗定位终端18，测出基准参考点三维坐标，结合桥梁设计参数预先计算出各节段梁安装就位后的理论位置，进而得出就位后对应各跑车上的北斗定位终端的理论坐标、各吊架上北斗定位终端的理论坐标，并输入计算机控制中心。
（２）北斗定位终端设置步骤：在跑车上和吊点上分别安装北斗定位终端，北斗定位终端实时采集各跑车、吊点上的北斗定位终端的位置信息并传输到差分服务系统；差分服务系统计算得出各跑车、吊点的XYZ坐标并将数据传输到数据中心，吊装自动控制系统的计算机控制中心实时读取数据中心的数据并进行处理；
（3）起吊步骤：将节段梁14与吊钩连接与固定后，启动起重卷扬机2，将节段梁14垂直吊离起吊平台，开始提升。提升过程中安装在吊架13上的北斗定位终端15实时采集各吊点位置信息并传输到差分服务系统，差分服务系统计算得出各吊点的XYZ坐标并将数据传输到数据中心。吊装自动控制系统的计算机控制中心实时读取数据中心的数据并进行处理，计算出节段梁14竖直位移及其速度，并向起重卷扬机2发出指令控制提升过程，直至达到预定位置后停止。
所述起吊步骤过程还包括吊点位移同步控制步骤：在起吊过程中，计算机控制中心实时比较各吊点的竖直位移，当任两个吊点的竖直位移差大于最大允许值△Ｈ时，计算机控制中心对竖直位移大的起重卷扬机发出减速指令，降低该起重卷扬机的起吊速度，对位移小的起重卷扬机发出提速指令，提高该起重卷扬机速度，直至两个吊点的竖直位移一致。
（4）运梁步骤：启动牵引卷扬机4，牵引节段梁14往目标位置行走，安装在1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d上的北斗定位终端8实时采集1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d位置信息并传输到差分服务系统，差分服务系统计算得出各跑车的XYZ坐标并将数据传输到数据中心。吊装自动控制系统的计算机控制中心实时读取数据中心的数据并进行处理，计算出1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d的速度及距预定位置的距离，并向牵引卷扬机4发出指令控制1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d的运动，直至达到预定位置后停止。
所述运梁步骤过程还包括跑车速度同步控制步骤、跑车位移同步控制步骤和水平精确就位步骤：
a.跑车速度同步控制步骤：在运梁过程中，计算机控制中心实时比较两组跑车的速度，当两组跑车的速度差大于最大允许值△Ｖ时，计算机控制中心对速度快的牵引卷扬机发出减速指令，降低该牵引卷扬机的牵引速度，对速度慢的牵引卷扬机发出提速指令，提高该牵引卷扬机速度，直至两组跑车速度一致。
b.跑车位移同步控制步骤：在运梁过程中，计算机控制中心实时比较两组跑车的位移，当两组跑车位移差大于最大允许值△Ｓ时，计算机控制中心对位移大的跑车对应的牵引卷扬机发出减速指令，降低该牵引卷扬机的牵引速度，对位移小的跑车对应的牵引卷扬机发出提速指令，提高该牵引卷扬机速度，直至两组跑车位移值一致。
c.跑车精确就位步骤：当1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d与目标位置的距离≦减速距离Ｓ１时，计算机控制中心对牵引卷扬机4发出减速指令，使1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d以较低的速度运行到目标位置，以减小惯性，平稳停车，提高就位精度。
（４）就位步骤：再次启动起重卷扬机2，将节段梁14提升就位，提升过程控制方法同（3）起吊步骤。
发明应用于一个基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装系统的说明如下：
如图4、5、6、7、8、9所示，应用本发明的基于北斗定位的大跨度桥梁主梁吊装系统，包括三维精准定位系统、吊装自动控制系统；所述三维精准定位系统包括北斗基准站1、第一北斗定位终端8、第二北斗定位终端15、差分服务系统和数据中心；所述的北斗基准站1以连续跟踪观测北斗卫星信号，通过网络实时传输卫星信息，实时为北斗定位终端提供高精度的载波相位差分数据；所述第一北斗定位终端8安装于跑车上，第二北斗定位终端15安装在吊点上，接收北斗基准站的载波定位数据和北斗基准站坐标并传输到差分服务系统，本系统跑车采用四辆，即1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d，每辆跑车安装一个第一北斗定位终端8，每个吊点安装一个第二北斗定位终端15；所述的差分服务系统安装有差分服务软件，负责进行计算得到北斗定位终端的XYZ坐标，并将数据传输到数据中心，数据中心负责存储数据并将数据传输到所述吊装自动控制系统的计算机控制中心；所述的吊装自动控制系统包括计算机控制中心、起重卷扬机、牵引卷扬机、1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d、起重索11、牵引索10，吊架13及相关附属设施；所述计算机控制中心设置有：
（1）数据输入单元：用于输入1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d的运动目标坐标、节段梁14提升目标坐标、两组跑车速度差最大允许值△Ｖ、两组跑车位移差最大允许值△Ｓ、减速距离Ｓ１、吊点竖直位移差最大允许值△Ｈ等参数；
（2）数据读取和处理单元：用于实时读取所述三维精准定位系统的数据中心的数据并进行处理，计算出1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d运行速度、位移以及节段梁14提升速度、竖直位移等数据；
（3）跑车运动控制单元：用于根据跑车实时坐标、速度、位移等信息，控制跑车向目标坐标运行；
（4）吊装控制单元：用于根据被吊装的节段梁14的实时坐标、速度、竖直位移等信息，控制节段梁向目标位置运行。
所述计算机控制中心设置为主控制中心3和副控制中心17，分别设置在两岸，所述主控制中心3和所述副控制中心17通过有线或者无线的方式建立通讯，本实施例中，主控制中心和所述副控制中心通过高功率蓝牙建立通讯，施工时，根据需要可以通过主控制中心3对副控制中心17发出控制指令，实现对两岸起重卷扬机和牵引卷扬机的联动控制，也可以由主控制中心3和副控制中心17分别独立控制本岸的起重卷扬机2和牵引卷扬机4工作。
如图7、8所示，起重卷扬机2用于收放起重索11以实现节段梁14的提升和下放。所述起重卷扬机共设置四台，即一号起重卷扬机2a、二号起重卷扬机2b、三号起重卷扬机2c、四号起重卷扬机2d，在两岸上、下游各设置一台。
所述牵引卷扬机用于索引索10以实现1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d的运动。所述牵引卷扬机组共设置四台，即一号索引卷扬机4a、二号索引卷扬机4b、三号索引卷扬机4c、四号索引卷扬机4d，在两岸上、下游各设置一台。
如图4、6、９所示， 1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d为运梁机构，用于将节段梁14运输到指定位置。1号跑车7a、2号跑车7b、3号跑车7c、4号跑车7d设在承重索9上。承重索9上、下游各设一组，跑车上、下游各设一组，每组跑车由两个独立的跑车组成。同组两个跑车受同一组牵引索牵引；在每个跑车相同的位置均固设有第一北斗定位终端8，用于实时采集跑车位置信息。
如图6所示，所述吊架13采用型钢吊架，设2 根工字钢形成整体钢箱作纵梁，利用销子通过钢吊耳与承重索11进行连接，每根纵梁下部设置2个吊钩，节段梁14吊装时，采用螺杆将节段梁14与吊钩连接与固定；在每个吊钩正上方、所述吊架14上表面上均固设有北斗定位终端15，用于实时采集节段梁14的位置信息。
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