[发明专利]悬浮抱杆的姿态监测装置及方法

说明书

本发明提出一种悬浮抱杆的姿态监测装置及方法，其特征在于，包括：安装在悬浮抱杆顶部中心的空间实时定位系统、安装在在距悬浮抱杆顶部1/3位置的抱杆倾倒监测系统和上位机；所述空间实时定位系统用于提供其自身的三维位置坐标信息；所述抱杆倾倒监测系统用于提供悬浮抱杆四个角边的瞬态加速度和静态角度信息；所述上位机根据空间实时定位系统的三维位置坐标信息通过姿态解算得到悬浮抱杆轴心的实时空间位置和绝对倾角大小，并采用高斯牛顿姿态修正算法对抱杆倾倒监测系统进行姿态解算。以解决现有输电铁塔组立时，无法实时准确获取抱杆空中姿态、对抱杆危险工作状态及时预警的技术问题。

技术领域

本发明属于输电线路铁塔施工技术领域，尤其涉及一种悬浮抱杆的姿态监测装置及方法。

背景技术

随着我国电力建设的快速发展，输电线路电压等级不断提高，采用悬浮抱杆分解组立铁塔已经是最常用和最实用的铁塔组立施工方式。但是利用悬浮抱杆组立铁塔时，规程规定抱杆倾角一般不得超过10°，当抱杆倾角过大时，一方面系统受力将增大，另外一方面，抱杆可能会发生失稳弯折事故，可见悬浮抱杆的空中姿态将对施工的安全性起着决定性作用。因此，为保证铁塔组立施工的安全，提升施工效率，需要对悬浮抱杆的姿态进行实时监测。

当前，对抱杆姿态监测的主要方法为经验法，即施工人员利用全站仪等光学成像设备每间隔一定时间对抱杆的空中姿态进行观测，同时结合个人施工经验和现场施工情况，对抱杆工作状态是否危险做出判断，并据此调节牵引设备放线速度和控制绳方向。显然采用经验法对抱杆姿态监测时，受施工人员自身经验影响较大，无法及时对抱杆姿态变化产生的危险情况做出迅速准确反应，易造成安全事故。

发明内容

针对现有方案存在的缺陷和不足，本发明一种悬浮抱杆的姿态监测装置及方法，解决现有输电铁塔组立时，无法实时准确获取抱杆空中姿态、对抱杆危险工作状态及时预警的技术问题。

其具体采用以下技术方案：

一种悬浮抱杆的姿态监测装置，其特征在于，包括：安装在悬浮抱杆顶部中心的空间实时定位系统、安装在在距悬浮抱杆顶部1/3位置的抱杆倾倒监测系统和上位机；所述空间实时定位系统用于提供其自身的三维位置坐标信息；所述抱杆倾倒监测系统用于提供悬浮抱杆四个角边的瞬态加速度和静态角度信息；所述上位机根据空间实时定位系统的三维位置坐标信息通过姿态解算得到悬浮抱杆轴心的实时空间位置和绝对倾角大小，并采用高斯牛顿姿态修正算法对抱杆倾倒监测系统进行姿态解算。

优选地，所述空间实时定位系统包括相连接的北斗导航模块、第一MCU模块和第一无线通信模块；所述抱杆倾倒监测系统包括相连接的，设置于悬浮抱杆的四个棱角处的四个陀螺仪和加速度集成传感器、第二MCU模块和第二无线通信模块。

优选地，所述上位机包括带有第三无线通信模块的地面数据接收端和带有第四无线通信模块的远程接收端；所述地面数据接收端连接空间实时定位系统和抱杆倾倒监测系统；所述远程接收端连接地面数据接收端。

优选地，所述集成传感器采用承托平台固定。

优选地，所述北斗导航模块采用北斗星通集团的OEM719板卡；所述第一MCU模块和第二MCU模块采用STM32F407系列单片机为控制核心；所述集成传感器采用MPU9225惯性导航模块；所述第一无线通信模块、第二无线通信模块和第三无线通信模块采用ESP8266模块；所述第四无线通信模块采用GPRS模块；所述承托平台为片状铝基板，周围分布有锚固孔用于与抱杆角钢锚固固定。

优选地，结合CGCS2000坐标系和姿态矩阵实现抱杆绝对倾角的实时求解；通过高斯牛顿姿态修正算法求解得到各传感器实时修正的四元数值，反解四元数后并通过均值和最值比较，求解得到悬浮抱杆最终准确的实时倾角。

一种悬浮抱杆的姿态监测方法，其特征在于：