[发明专利]一种基于超宽带的塔吊空间定位方法

说明书

本发明涉及塔吊空间定位技术领域，尤其涉及一种基于超宽带的塔吊空间定位方法。本塔吊空间定位方法包括安放UWB基站，建立笛卡尔右手坐标系，在塔吊吊钩上安装UWB电子标签和让施工工人携带UWB电子标签；通过UWB电子标签和UWB基站通讯得到标签到基站的信号传播时间，由控制器求得标签到基站的距离，将距离和已知基站坐标带入方程组求解获取电子标签的空间坐标，实现实时定位。本发明能一定程度替换地面塔吊指挥人员，能够准确的定位需要材料的工人的位置和已经吊起材料在空中的实时位置，有效提高了塔吊操作人员的工作效率和工作完成质量，节约了施工成本，提高了工地施工建设的安全性。

技术领域

本发明涉及塔吊空间定位技术领域，尤其涉及一种基于超宽带的塔吊空间定位方法。

背景技术

塔吊已经成为中大型建筑施工中不可或缺的工具了。随着塔吊在不同场景中应用，发现使用传统的塔吊存在视觉盲区，塔吊操作人员不能完全观察到建筑工地所有位置，而且在光线条件较暗的环境和需要加快施工进度夜间环境施工时，塔吊操作人员往往很难准确定位材料需要的位置。虽然在塔吊施工过程中，有地面指挥人员与塔吊操作人员沟通配合，能够克服一些前面所述的情况，但也降低的塔吊的工作效率，加大的施工成本，而且还存在安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供了一种基于超宽带的塔吊空间定位方法。基于超宽带（UWB），技术确定吊装材料在建立的空间坐标系中的坐标。辅助塔吊操作人员快速定位材料的取装位置，尤其是在可视条件差和部分视觉盲区位置不需要地面指挥人员的配合就能快速定位材料的取装位置，提高了工作效率，节约了施工成本，降低了安全隐患。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

S1，安装UWB基站,建立笛卡尔右手坐标系。

S2，材料需要处UWB电子标签发出信号，各个基站使用TOA或TDOA来获取电子标签到各个基站的距离，以此来求得电子标签即材料处的唯一空间坐标，实现在所建坐标系下的定位。

优选的，步骤S1中建立笛卡尔右手坐标系的具体步骤为：

在塔吊支撑架底座中心处放置UWB基站1，以UWB基站1处为坐标系原点O;在塔吊驾驶舱高度处的支撑架中心处放置UWB基站2，并使得UWB基站１与UWB基站2连线垂直于水平面，以此连线方向为坐标系的Z轴，指向天空方向为Z轴正方向；在相邻塔吊上与UWB基站２等高度处放置UWB基站3，以UWB基站2与UWB基站３连线在水平面上的投影为坐标系的X轴，由UWB基站2到UWB基站３方向为X轴正方向；根据笛卡尔右手坐标系法则，将X轴旋转弧度为Y轴，沿Y轴方向找个在相邻的塔吊，在此塔吊上UWB基站２高度处放置UWB基站4。

测量获得每个UWB基站之间的距离，通过计算获得每个UWB基站在所建立的坐标系中的具体坐标。

优选的，步骤S2的具体步骤如下：

在材料装吊或卸载处的电子标签发出信号，通过测量信号在标签与各个基站之间的传播时间或者时间差，即使用TOA或TDOA方法来计算出电子标签到各个基站之间的距离

分别以各个UWB基站为球心，以获取的电子标签到各个基站的距离为半径，建立球面坐标系，四个球面的公共交点即为电子标签的空间位置，通过求解方程组获得。

其中、、、分别为四个UWB基站的坐标，R₁、R₂、R₃、R₄分别为电子标签到四个基站的距离，求解上面的方程组获得电子标签的空间坐标。

进一步优选的，在塔吊的挂钩上安装一个电子UWB电子标签，经过步骤S2所述处理过程，可以实时得到挂钩所处空间位置，即吊起材料的空间坐标。

本发明的有益效果如下：