[發明專利]懸浮抱桿的姿態監測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011213640.2
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112414364B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 陳德泉;鄧鋒華;郭向華;黃坡;林智侃;黃偉源;虞俊峰;卞宏志;張建勛;彭積俊;胡一奇
• 申請（專利權）人: 國網福建省電力有限公司建設分公司;國網福建省電力有限公司
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01C15/00;G01C21/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發明提出一種懸浮抱桿的姿態監測裝置及方法，其特征在于，包括：安裝在懸浮抱桿頂部中心的空間實時定位系統、安裝在在距懸浮抱桿頂部1/3位置的抱桿傾倒監測系統和上位機；所述空間實時定位系統用于提供其自身的三維位置坐標信息；所述抱桿傾倒監測系統用于提供懸浮抱桿四個角邊的瞬態加速度和靜態角度信息；所述上位機根據空間實時定位系統的三維位置坐標信息通過姿態解算得到懸浮抱桿軸心的實時空間位置和絕對傾角大小，并采用高斯牛頓姿態修正算法對抱桿傾倒監測系統進行姿態解算。以解決現有輸電鐵塔組立時，無法實時準確獲取抱桿空中姿態、對抱桿危險工作狀態及時預警的技術問題。

技術領域

本發明屬于輸電線路鐵塔施工技術領域，尤其涉及一種懸浮抱桿的姿態監測裝置及方法。

背景技術

隨著我國電力建設的快速發展，輸電線路電壓等級不斷提高，采用懸浮抱桿分解組立鐵塔已經是最常用和最實用的鐵塔組立施工方式。但是利用懸浮抱桿組立鐵塔時，規程規定抱桿傾角一般不得超過10°，當抱桿傾角過大時，一方面系統受力將增大，另外一方面，抱桿可能會發生失穩彎折事故，可見懸浮抱桿的空中姿態將對施工的安全性起著決定性作用。因此，為保證鐵塔組立施工的安全，提升施工效率，需要對懸浮抱桿的姿態進行實時監測。

當前，對抱桿姿態監測的主要方法為經驗法，即施工人員利用全站儀等光學成像設備每間隔一定時間對抱桿的空中姿態進行觀測，同時結合個人施工經驗和現場施工情況，對抱桿工作狀態是否危險做出判斷，并據此調節牽引設備放線速度和控制繩方向。顯然采用經驗法對抱桿姿態監測時，受施工人員自身經驗影響較大，無法及時對抱桿姿態變化產生的危險情況做出迅速準確反應，易造成安全事故。

發明內容

針對現有方案存在的缺陷和不足，本發明一種懸浮抱桿的姿態監測裝置及方法，解決現有輸電鐵塔組立時，無法實時準確獲取抱桿空中姿態、對抱桿危險工作狀態及時預警的技術問題。

其具體采用以下技術方案：

一種懸浮抱桿的姿態監測裝置，其特征在于，包括：安裝在懸浮抱桿頂部中心的空間實時定位系統、安裝在在距懸浮抱桿頂部1/3位置的抱桿傾倒監測系統和上位機；所述空間實時定位系統用于提供其自身的三維位置坐標信息；所述抱桿傾倒監測系統用于提供懸浮抱桿四個角邊的瞬態加速度和靜態角度信息；所述上位機根據空間實時定位系統的三維位置坐標信息通過姿態解算得到懸浮抱桿軸心的實時空間位置和絕對傾角大小，并采用高斯牛頓姿態修正算法對抱桿傾倒監測系統進行姿態解算。

優選地，所述空間實時定位系統包括相連接的北斗導航模塊、第一MCU模塊和第一無線通信模塊；所述抱桿傾倒監測系統包括相連接的，設置于懸浮抱桿的四個棱角處的四個陀螺儀和加速度集成傳感器、第二MCU模塊和第二無線通信模塊。

優選地，所述上位機包括帶有第三無線通信模塊的地面數據接收端和帶有第四無線通信模塊的遠程接收端；所述地面數據接收端連接空間實時定位系統和抱桿傾倒監測系統；所述遠程接收端連接地面數據接收端。

優選地，所述集成傳感器采用承托平臺固定。

優選地，所述北斗導航模塊采用北斗星通集團的OEM719板卡；所述第一MCU模塊和第二MCU模塊采用STM32F407系列單片機為控制核心；所述集成傳感器采用MPU9225慣性導航模塊；所述第一無線通信模塊、第二無線通信模塊和第三無線通信模塊采用ESP8266模塊；所述第四無線通信模塊采用GPRS模塊；所述承托平臺為片狀鋁基板，周圍分布有錨固孔用于與抱桿角鋼錨固固定。

優選地，結合CGCS2000坐標系和姿態矩陣實現抱桿絕對傾角的實時求解；通過高斯牛頓姿態修正算法求解得到各傳感器實時修正的四元數值，反解四元數后并通過均值和最值比較，求解得到懸浮抱桿最終準確的實時傾角。

一種懸浮抱桿的姿態監測方法，其特征在于：