1.本发明涉及架桥机施工技术领域，尤其涉及一种架桥机定位方法、定位系统及架桥机控制系统。


背景技术：

2.架桥机用于架设桥梁使用，例如：公路、铁路桥梁等。在施工过程中，前后移动单元的站位时刻影响着架桥机施工安全，因此对移动单元移动的位置检测属于重中之重。但是，传统的编码器、磁条传感器等方式受限与架桥机自身结构特性和工作时的工况，会出现长距离检测不精确、检测位置累计误差增大等问题，需要人为多次校准，给架桥机使用增添很多不稳定因素。也有基于经纬度信息对移动单元移动的位置进行检测的，如中国实用新型专利202021959362.0一种架梁自动控制系统，但是，该实用新型专利中仅公开了使用rtk接收机定位天车空间坐标，并未公开具体的定位方法。
3.因此，针对架桥机施工中的定位问题需要提出一整套具体的检测方式及算法原理，用来实现精确定位。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，有必要提供一种架桥机定位方法、定位系统及架桥机控制系统。
5.本发明第一方面提供一种架桥机定位方法，包括以下步骤：部署一套经纬度定位基站和三套经纬度定位传感器；其中，第一套经纬度定位传感器部署在前移动单元的几何中心位置，第二套经纬度定位传感器部署在后移动单元的几何中心位置，第三套经纬度定位传感器部署在架桥机前腿上部主梁的几何中心位置；部署计算平台并建立基准坐标系；建立基准坐标系时，取桥墩设计时的经纬度坐标进行转化，使其与经纬度定位传感器的经纬度定位坐标在同一参考系下，并对坐标系进行所属桥墩、行标注；计算平台接收并解析获得各经纬度定位传感器的定位数据及航向角；根据主梁的定位传感器的经纬度，计算出距离当前主梁经纬度最近的桥墩，此桥墩所在的行即为架桥机所在行；根据主梁的定位传感器传递的航向角，确定架桥机的架梁方向；以当前桥墩为基准桥墩，沿架梁方向反方向连续选择同一行的桥墩为架桥机覆盖桥墩，作为距离参考桥墩；根据前移动单元的经纬度定位传感器和后移动单元的经纬度定位传感器的经纬度及距离参考桥墩的经纬度，分别计算出前移动单元和后移动单元与各自距离参考桥墩的距离。
6.基于上述，计算出前移动单元和后移动单元与各自距离参考桥墩的距离的方法包括：
通过差分运算，计算前移动单元中心点与其距离参考桥墩中心点的距离l和航向角α；后移动单元中心点与其距离参考桥墩中心点的距离l’和航向角α
’ ；根据余弦定理，前移动单元与其距离参考桥墩的前进距离x=arcsin（l）；前移动单元与其距离参考桥墩中心点横向偏移距离y=arccos（l）；后移动单元与其距离参考桥墩的前进距离x’=arcsin（l’）；后移动单元与其距离参考桥墩中心点横向偏移距离y’=arccos（l’）。
7.本发明第二方面提供一种架桥机定位系统，包括一套经纬度定位基站、三套经纬度定位传感器和计算平台，所述三套经纬度定位传感器与所述计算平台无线通信连接，实现所述的架桥机定位方法。
8.基于上述，每套经纬度定位传感器包括一个定位天线、一个定向天线、一个定位接收器，定向天线与定位天线沿架桥机架梁方向安装，距离大于30cm，定向天线在前，定位天线在后。
9.基于上述，计算平台采用内置有定位管理服务的工控机实现。
10.基于上述，还包括与所述工控机网络连接的客户端；所述工控机将定位计算出的距离数据转换为预设的数据格式，所述客户端将转换后的距离数据放入协定的数据寄存器中。
11.本发明第三方面提供一种架桥机控制系统，包括架桥机的plc电气控制系统，所述的架桥机定位系统的客户端根据所述plc电气控制系统的请求参数返回距离数据，所述plc电气控制系统在涉及位置控制时，以获取的距离数据为准进行控制及显示。
12.本发明的有益效果为：该架桥机定位方法能够将移动单元位移精度精确到
±
1cm级别，并且能根据具体施工情况，灵活变更参考0点位置。此检测方法搭建简单，操作方便，具有良好的可靠性与实操性。
13.该架桥机定位方法，不依赖于传统的gps方式，而是通过自建一个定位基站，所有的经纬度传感器都与该基站进行差分运算，并通过整合gps、北斗、伽利略、格洛纳斯四大定位系统，将精度大大提高，控制在
±
1cm级别。通过额外加装整机定位传感器（主梁的定位传感器），能够方便的对参考零点进行自定义设置，使现场操作更符合实际工况。并且根据现场硬件工作特征，系统采用了无线传输方式，免去了移动单元布线繁琐、通讯不畅等问题，使得搭建更简单，操作更方便、运行更可靠。
14.本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
15.图1为本发明实施例1的架桥机结构示意图。
16.图2为本发明实施例1的施工工况图。
17.图3为本发明实施例1的架桥机定位系统拓扑图。
18.图4为本发明实施例1架桥机定位方法的算法原理。
19.图5为本发明实施例1移动单元的偏移计算图。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
22.实施例1架桥机如图1所示，架桥机天车分为前移动单元和后移动单元，并在下部有前、中、后腿对架桥机进行支撑，架梁工作时，需要按照图1中所示占位进行架梁操作。移动单元需要移动到相对桥墩的固定位置时，才能保证落梁的精准性和快捷性。
23.施工工况如图2所示，架桥机架梁共有n行，架设一行箱梁后，需要横移到其他行进行施工，当架桥机所在列的箱梁架设完成后，会进行过孔操作，成功过孔后进行下列箱梁架设。
24.定位系统如图3所示，本实施例的架桥机定位系统，包括一套经纬度定位基站、三套经纬度定位传感器和计算平台，所述三套经纬度定位传感器与所述计算平台无线通信连接，用以实现架桥机的定位。
25.本实施例的架桥机定位系统原理是通过对定位基站、经纬度定位传感器及卫星等进行差分运算，计算出当前经纬度定位传感器的具体经纬度，精度能达到
±
1cm，使用该方法可以比普通的gps定位精度高两个数量级。
26.经纬度定位基站需要建设在项目范围内的一个开阔地段，保证经纬度定位基站与经纬度定位传感器间没有太多遮挡，能够极大提高信号质量。并且经纬度定位基站一旦架设校准完成后，所有差分运算都依赖定位基站的经纬度位置，因此如无必要，不要进行移动。
27.经纬度定位传感器共三套，每套由一个定位天线、一个定向天线、一个定位接收器组成。分别安装在前移动单元、后移动单元、前腿上梁处。其定位天线安装位置尽量贴近部位的几何中心位置，如因条件限制无法安装至几何中心，则需进行测量偏差，并带入后期计算公式，将偏差校正。定向天线与定位天线沿架桥机架梁方向安装，距离应大于30cm，定向天线在前，定位天线在后，间距越远，角度越精确。此处安装主要为了确定架桥机架梁方向，保证数据处理时的准确性。
28.受限于架桥机机械结构限制，前、后移动单元均需在主梁上前后移动，距离已经超过百米，若采用有线式方式将定位接收器计算的数据传输至电控箱已经不显示，因此采用低功耗、距离远、不易干扰的无线传输协议进行无线传输，需要经过测试，达到延时满足系统工作要求即可。
29.每一个经纬度定位传感器都有一路输出，并且分布在不同的结构件上，因此需要三台无线发射器，将定位接收器发出的数据以无线方式传递出去。工控机端需部署一台无线接收器，将三台无线发射器转出的无线信号收集后，以协定协议方式发给工控机。工控机
上部署一个定位管理服务，将无线接受器发送的数据进行算法处理；数据的算法处理都通过安装在工控机上的客户端进行运算处理，经纬度定位传感器选择主动上报模式，整个数据传输周期可自行设定，推荐使用500ms周期传输。当工控机上的客户端检测到经纬度定位传感器有数据传递过来，将直接对数据进行解析，并根据数据类别写入相应的数据寄存器中。
30.如图4所示，本实施例的数据的算法处理包括以下步骤：（1）部署计算平台并建立基准坐标系；建立基准坐标系时，取桥墩设计时的经纬度坐标进行转化，使其与经纬度定位传感器的经纬度定位坐标在同一参考系下，并对坐标系进行所属桥墩、行标注；将基准坐标系的数据以数据列表的方式导入到工控机的客户端中。
31.（2）以安装在主梁上的经纬度定位传感器为依据，将其数据进行解析，得到经纬度及航向角，定位传感器安装位置不要求，只要安装位置在施工过程中相对桥墩固定即可。
32.（3）根据主梁上的经纬度定位传感器的经纬度，与步骤（1）中导入的数据列表进行对比，计算出距离当前经纬度最近的桥墩，此桥墩所在的行即为架桥机所在行，图2中占位时，能计算出所在桥墩位于第2行的4#桥墩。
33.（4）根据主梁上的经纬度定位传感器传递的航向角，确定架桥机架梁方向，图2中占位时，架桥机架梁方向为右侧方向。
34.（5）以当前4#桥墩为基准桥墩，沿架梁方向反方向连续选择同一行的四个桥墩为架桥机覆盖桥墩，作为客户端选择距离参考桥墩的选项，存入工控机的临时组内，供工控机计算时使用；图2中占位时，选择的桥墩为1#、2#、3#、4#。
35.（6）将前后移动单元经纬度定位传感器采集的经纬度及航向角解析出来，供下面步骤计算使用。
36.（7）用户从客户端选择距离参考桥墩，此处，为方便用户施工，前、后移动单元可单独设置距离参考桥墩。如用户未选择，采用默认的4#桥墩为前移动单元的距离参考桥墩，3#桥墩为后移动单元的距离参考桥墩，以下计算以默认为例。
37.（8）根据前、后移动单元的经纬度及距离参考桥墩的经纬度，通过差分运算，计算前移动单元中心点与其距离参考桥墩中心点的距离l和航向角α，后移动单元中心点与其距离参考桥墩中心点的距离l’和航向角α
’ 。
38.（9）根据正余弦定理，计算出移动单元距离参考点的前后、左右距离，供服务器使用，其计算方法如图5所示（以前移动单元为例，后移动单元同理）：前移动单元与其距离参考桥墩的前进距离x=arcsin（l）；前移动单元与其距离参考桥墩中心点横向偏移距离y=arccos（l）；后移动单元与其距离参考桥墩的前进距离x’=arcsin（l’）；后移动单元与其距离参考桥墩中心点横向偏移距离y’=arccos（l’）。
39.（10）根据预先协商，确定一种固定的数据格式，将第（9）步计算得到的前进距离x、横向偏移距离y距离转换成协定的数据格式；具体的，根据步骤（9）计算得到的前进距离x、横向距离y的数据精度，选取合适的数据格式(16位浮点数或32位浮点数等等)，以保证数据传输过程中不会丢失精度。
40.（11）客户端将计算转换后的前后移动单元前进距离x、横向偏移距离y依次放入协定的数据寄存器中，供外部应用调取。
41.实施例2本实施例提供一种架桥机控制系统，包括架桥机的plc电气控制系统，实施例1所述的架桥机定位系统的客户端根据所述plc电气控制系统的请求参数返回距离数据，所述plc电气控制系统在涉及位置控制时，以获取的距离数据为准进行控制及显示。
42.本实施例架桥机控制系统针对在架桥机架梁控制过程中，需要实时检测前、后移动单元位移这一复杂工况，提出了一种切实可行、精确无误的解决办法，即在不改变原plc电气控制系统的基础上，安装整套经纬度定位系统硬件及客户端，即可实现精准的位置控制和检测，在现场使用过程中，不仅满足施工要求，并达到良好了效果。
43.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。