[發明專利]一種基于GPS/RFID組合定位的纜機塔機防碰撞預警方法

有效

• 申請號: 201810069452.3
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108363085B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 黃建文;毛宇辰;祝建軍;劉敏;李朝全
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01S19/46
• 分類號: G01S19/46
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.一種基于GPS/RFID組合定位的纜機塔機防碰撞預警方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：在計算機仿真模擬分析程序中預設二級預警級別和三級預警級別對應的安全距離閾值D₁，D₂；

步驟2：根據實際施工使用的設備參數：纜機運行速度v₁，制動加速度a₁，塔機運行速度v₂，制動加速度a₂，現場測算纜機吊繩長度l，設備反應遲滯時間t₁，操作人員反應時間t₂，定位信號處理及仿真模擬分析程序計算時間t₃等參數，計算出二級預警級別和三級預警級別下的預警距離d₁和d₂；

步驟2中各項參數計算出二級預警級別和三級預警級別下的預警距離d₁和d₂，其組成如下：

二級預警級別下的預警距離的表達式為：

三級預警級別下的預警距離的表達式為：

①：式(1)和(2)中±的加號對應兩臺設備相向運行，減號對應兩臺設備同向或追趕運行，當被追趕設備靜止時，取v₂＝0；

②：式(1)和(2)中S₁為設備制動時纜繩擺動使吊鉤位移的距離，纜繩擺動線性化方程表達式近似為：

由此可求得纜繩擺動角度θ的表達式為：

則S₁可通過S₁＝l·tanθ求得；

③：式(1)和(2)中S₂為風壓迫使纜繩擺動吊鉤位移的距離，和風速，風向，吊裝重量等有關，該距離不小于2m，且6級以上陣風應停止高處吊裝作業；

④：式(1)和(2)中S₃為定位信號處理及仿真模擬分析計算時間t₃內設備運動距離的表達式為：

S₃＝(v₁×t₃)±(v₂×t₃) (5)；

步驟3：初始化定位系統，定位信號處理程序根據GPS/RFID組合定位裝置的GPS信號強度，優選RFID觀測值并確定最終精確定位距離；

步驟3中RFID定位采用信號強度(RSSI)算法測算距離，在RFID信號傳輸的路徑損耗模型中，p為發射的基準能量，d為信號傳輸距離s(d,p)為各模型中接收信號強度，ξ₁為模型參數，則接收信號強度可表示為：

式(6)中d₀為參考距離，通常取為1m，ξ₁為路徑衰減因子，在理想的自由傳輸空間，ξ₁＝2，在實際傳輸環境，其取值在2到5之間；由上式可以得到RFID讀卡器與標簽之間的觀測距離d：

在測得RFID定位距離后，再跟GPS觀測距離按照二者信號數量的比例進行加權計算用以聯合定位，在GPS/RFID組合定位系統中，定位精度由GDOP值表示，GDOP值隨GPS觀測衛星/信號數量增加而單調遞減，當RFID觀測值增多時也會使GDOP值降低，但RFID觀測值過多時對GDOP值影響不再顯著，且會使計算機計算過程更加復雜，所以對RFID觀測值進行優選如下：

①、當GPS系統可見衛星數N≥4時，根據定位誤差貢獻值最小的準則選取單個RFID觀測值；

②、當GPS系統可見衛星數0≤N4時，選4－N個RFID觀測值；

步驟4：實時不間斷監測設備距離，動態仿真和實時計算判斷設備運動情況及是否處于各預警距離內，發出相應預警指令；

步驟1中，所述仿真模擬分析程序基于Vaga Prime軟件平臺和C++語言編程，可實現三維動畫動態仿真，實時計算纜機、塔機相對位置關系，判斷其運行狀態并輸出預警指令，在該程序進行動態仿真前，首先用CATIA軟件建立施工環境和纜機、塔機的三維模型，再用3DMax軟件導入三維模型并對施工環境和施工機械模型渲染，增加其沉浸感，再將渲染后的模型導入Vaga Prime提供的Lynx圖形界面，最后通過編程開發的插件導入定位信號驅動纜機、塔機三維模型實現動態仿真和實時計算分析；

步驟3中，所述定位信號處理程序基于Matlab軟件平臺和C++語言編程，可實現讀取GPS和RFID接收器輸入計算機的定位信號并過濾異常信號后優選并計算出更精確的定位信號然后輸出到計算機指定位置。