大坝塔机缆机防碰撞系统研究.doc

大坝塔机缆机防碰撞系统研究摘 要：根据目前水利水电工程施工中大型施工设备存在易干扰的现状，采用 GNSS-RTK 技术对设备关键部位进行定位，并根据设备间的相对位置及运动关系，建立机械设备防碰撞模型，该系统能够准确、有效的预防事故发生，较好的指导机械运行，实现了对施工现场大型机械设备运行的监测及预警 关键词：GNSS-RTK；防碰撞系统；智能避让；安全距离 引言 在水利水电施工现场，为了大坝的高效率施工，往往架立多台塔机、缆机同时施工，由于施工作业空间狭窄，设备作业空间受到干扰，尤其在阴雨、雾霾等能见度不高的环境，操作人员因所处盲区、疲劳的影响而无法精准定位[1]传统方法是加强现场管理，限定设备作业空间，但是这样往往会造成施工效率下降三峡工程根据超声波回波测距方法对机械与其他设备之间的距离进行测量，适用于设备单一、机械数量较少的情况[2]龙滩水电站开发公司研发的防碰撞系统采用 GPS 定位，能够实时、有效的获取施工设备相关部件的位置信息及设备与障碍物之间的距离，但是只适用于同一平面无旋转运动的设备[3]龙开口水电站防碰撞系统实时检测施工设备相关部件的位置信息，比较适用于不同平面的旋转运动[4-5]。

目前施工中定位精度不能满足大坝机械准确高效施工的需要，采用 GNSS-RTK 技术实时监测设备关键部位位置信息，定位精度由米级提高至厘米级[6]，以大坝施工中的缆机、塔机运行情况建立防碰撞模型[7]，不仅实时监测设备位置信息，同时指导设备运动，从减少碰撞事故的角度出发，提高系统整体效率 1 防碰撞系统的工作原理 在大坝施工机械运行中，防碰撞系统实时获取机械运动部位的位置、速度等信息，并将获取到的信息传输至中央信息系统，信息系统计算出各设备之间的相对位置关系，对可能发生的碰撞反馈给机械操作人员，对可能发生的碰撞做出判断并分为三个等级，三级安全距离是指设备按照指示操作，并提醒操作人员注意周边环境；二级安全距离是指在设备间距离较近，采取正常制动可以避免发生碰撞；一级安全距离是指设备必须立刻采取紧急制动才可以避免发生碰撞的距离操作人员根据预警指示信号和经验对机械进行指导操作 2 系统组成 2.1 定位系统 　　基准站由接收机和发射电台组成，基准站安置在正确的已知坐标点上，流动站由接收机、数据链接收天线等组成，流动站安置于施工机械关键部位，将塔机和缆机小车部位作为 GNSS 流动站 2.2 信息系统 塔机与缆机之间相对运动关系可分为相向运动、相反运动及追击运动，可能发生碰撞的情形为缆机吊罐与塔机吊臂、塔机吊钩与缆机小车之间的碰撞。

图中阴影部分表示塔吊扫掠范围，A、C 为缆机小车运动先后位置点，图2（a）表示缆机与塔机的相向运动，图 2（b）表示缆机与塔吊追击运动 2.3 预警系统 2.3.1 警示级别 不同的安全距离对应不同的警示级别两设备处于运行碰撞区时，采用红色指示灯提醒人员操作，并伴随语音提示，立即采取紧急制动；两设备处于运行干扰区，采用黄色指示灯指导操作，注意设备间的运行关系及明确避让准则；设备间处于运行安全区采用绿色指示灯指导操作，提醒操作人员周围区域的干扰设备及相对位置关系 2.3.2 安全距离 当系统发出二级或三级警示指令时，设备可能发生碰撞的相关部件的距离由三部分组成：操作人员听到指令到进行相应操作的反应时间内设备运行的距离、设备在原本速度下采取制动措施后由于惯性滑行的距离、对于优先级不同的设备，是优先级低的设备制动后的滑行距离加上优先级高的设备在该时间内的运行距离；采取制动后的设备间应预留一定的安全距离，设备间最小安全距离为△S 3 结束语 基于 GNSS-RTK 技术的机械设备的防碰撞系统，较好的解决了因复杂施工环境下设备间易发生碰撞的安全隐患，并对设备运行间距予以划分，分为不同级别的安全距离，设计以 C#为基础的防碰撞算法，为操作人员提供明确的指导信息，采用实时差分技术为整个系统精度提供保障，将信息实时传输至客户端，实现对大坝施工机械的实时监控，对“智能施工”的发展前景有一定的指导意义 参考文献 [1]肖志怀，胡勇健，陈佳，等.大坝建筑设备防碰撞系统[J].武汉大学学报（工学版） ，2013，46（6）：815-818. [2]张志强，吴庆鸣，夏大勇，等.大坝施工设备防碰撞预警系统[J].武汉大学学报（工学版） ，2007，40（1）：134-137. [3]张世保，刘星，杨帆.三峡工程施工机械联合作业防撞测控系统研究[J].中国三峡建设，2002（06）：17-18. 　　[4]夏大勇，熊雄，朱洪强，等.龙滩水电工程大坝施工设备防碰撞预警系统的开发[J].红水河，2006（04）：60-63. [5]李雪锋，许义群，高春辉，等.龙开口水电站防碰撞系统的设计、开发与应用[J].水力发电，2013，39（2）：57-60. [6]詹银虎，郑勇，张超，等.GNSS-RTK 技术在 FAST 馈源舱测量中的可行性研究[J].测绘通报，2013（S1）：29-33. [7]黄建文，祝建军，张婷.基于 GPS/RFID 组合定位的?|机塔机防碰撞系统研究[J].中国安全生产科学技术，2015（10）：90-95.。