[发明专利]基于LoRa技术的预制构件吊装姿态控制方法

说明书

本方法公开了基于LoRa技术的预制构件吊装姿态控制方法，涉及装配式建筑领域，针对预制构件吊装存在的问题，提出了一种可行的吊装姿态控制方法。本方法可在一定程度上解决了现有的预制构件施工吊装存在吊装粗糙，不能姿态控制，吊装现场处理方法落后等吊装安全风险问题。该方法主要包括：一是基于LoRa技术的信息传输单元，对吊装过程中的信息进行实时传输；二是基于惯性测量单元的姿态监测控制方法，对吊装过程中预制构件的摆动、偏转进行实时监控反馈。

技术领域

本发明涉及建筑建造技术领域，具体为基于LoRa技术的预制构件吊装姿态控制方法。

背景技术

装配式建筑预制构件施工吊装作业中存在许多问题，如吊装物体形状不规则；吊装过程要求精度高、要求预制构件摆动小等，但建筑业中对于构件吊装过程精确控制的研究较为缺少，对于构件的姿态控制研究几近于无。同时目前通信技术快速发展，一大批技术迅速发展，如LoRa、NB－IOT、UWB、RFID等技术加强了物与互联网、物与物之间的联系。相比于其他传输技术，LoRa技术在建筑行业具有独特的优势，LoRa技术采用LoRa网关独立组网，对比于NB-IOT组网更灵活，同时传输的穿透性能更好，传输距离也更远。对于施工现场来说，LoRa技术更加适用于施工现场复杂的环境，Lora网关可现场安装，施工完毕后拆卸重复利用，基于LoRa技术建立施工现场的物联网络体系，统筹整个施工流程以及施工工序。利用LoRa技术基于LoRaWAN低功耗广域网建立施工现场的智慧管理系统，建立构件吊装管理模块，对施工现场所要进行的吊装进行吊装过程以及吊装路径控制。传统LoRa技术主要应用于农业、道路交通等领域。随着近年来物联网的大力发展，基于LoRa技术在建筑领域的应用也已有了相关的研究，如目前已提出的基于LoRa技术的装配式施工智慧管理系统框架。另一方面，基于惯性测量单元(Interoir Measuent Unit)的研究十分多，主要在自动驾驶、航空航天领域，在建筑行业应用较少。惯性测量单元一般是由3个加速度计、3个陀螺仪以及磁力计组合而成的单元。通过加速度传感器可以测得三个方向的加速度，通过陀螺仪可以测得三轴得角速度。方法是先有惯性测量单元输出AD值，再通过转化算法将AD值转化为四元数，再通过转化算法将四元数解算为欧拉角，以上为姿态控制算法。本文基于此前研究的基础上，对基于LoRa技术的施工吊装精确控制提出了可行的方案，并进行了实际验证。

发明内容

针对现有存在的问题，本发明提供了基于LoRa技术的预制构件吊装姿态控制方法，该方法可以针对构件的姿态进行监控。该方法利用惯性测量单元(IMU)进行构件吊装过程中构件的姿态监测信息收集，同时基于LoRa技术，建立现场信息传输网络，进行预制构件吊装时构件姿态信息上传；将IMU收集到的姿态信息通过LoRa技术上传至云端服务器的数据库，在系统平台监控吊装过程中构件的实际姿态。具体方法为：利用IMU单元对构件在吊装过程的实时的摆动姿态监控，从而分辨吊装过成的风险。IMU单元，其包括有内置的坐标轴(坐标系)，称之为相对坐标系，同时建立以沿竖直方向向上为Z轴正向，以正北方向为X轴正向，以正东方向为Y轴正向的绝对坐标系。通过惯性测量单元实际测量得到的数据得出吊装过程中物体的倾斜角度以及推算出吊装过程中的摆动幅度。利用IMU监控构件在吊装过程中得姿态信息，通过IMULoRa模块将IMU得到的姿态信息利用LoRa传输模块传输到现场预先布置的网关中，再有LoRa网关上传至云端，从而使操作人员在平台上监控构件吊装过程中的实时姿态。可以给操作人员在吊装过程中根据实际情况及时判断吊装过程是否会发生危险，从而在危险发生前及时终止吊装，以此来保障吊装过程得安全性。同时设计了该方法的吊装控制具体应用流程，如下：LoRa网络现场布置；预制构件信息确认及核对；LoRaIMU模块安装；LoRaIMU模块激活及核对；吊装过程姿态监控；吊装结束模块关闭及拆卸。

该方法具体实施步骤如下：

步骤一：根据施工现场情况，基于LoRaWAN的网络架构进行组网，LoRa组网简单，只需在施工现场布置好网关即可，通过终端接受到的信息数据先传输到网关再有网关传输到云端服务器。结合施工现场物料堆放等情况布置相应的LoRa网关，在施工现场建立好LoRa的信息传输网络。