[发明专利]一种大型吊装作业虚拟指挥舱及其工作方法

权利要求书

1.一种大型吊装作业虚拟指挥舱，其特征在于：包括实景监控系统、虚拟引导系统、精准定位系统和吊装力学分析系统；

所述实景监控系统，用于接收地面及井下布设的高清网络摄像机上传的实时监控画面，排查现场吊装准备情况，监控和记录吊装轨迹，提供吊装现场各角度画面，实现吊装全过程的可视化；所述实景监控系统由设置在吊装场景内的高清网络摄像机、存储服务器、实景监控客户端组成；

所述虚拟引导系统，用于构建吊装虚拟预演模型，实现对吊装过程的仿真模拟与路径优化，并对吊装风险进行预估以制定吊装方案，同时在实际吊装过程中，实现实际吊装与仿真模拟的实时同步播放，以对吊装过程中出现的不安全动作与状态及时作出响应纠正；所述虚拟引导系统由人机环信息模块、路径规划模块、仿真模拟模块组成；所述人机环信息模块，用于查询/输入吊装人员、吊装机械以及吊装环境的参数；

所述精准定位系统，通过应用超声波测距单元测量吊装物与工作井四周距离，用激光测距单元测量吊装物与井底距离，用角度测量单元测算吊装物倾角，将测量数据通过无线收发单元进行实时传输，并汇聚至客户端，实现吊装物上述测量数据的实时显示，防止吊装物发生碰撞，并对危险场景进行报警，提醒指挥人员对吊装人员发布指令，及时纠正吊装危险姿态；所述精准定位系统由超声波测距单元、激光测距单元、角度测量单元、无线收发单元、定位客户端组成；

所述吊装力学分析系统，用于确认起重机、吊装场地及吊装工况受力安全性，通过接收起重机力矩限制器的参数及布设在地面及井口的应力应变传感器的数据，分析计算起重机及吊装场地的安全状态，实现对起重机及其作业环境的受力情况的可视化，并对受力超出设置限值进行预报警，防止起重机发生倾覆以及吊装场地发生结构性破坏；所述吊装力学分析系统由起重机数据接收模块、应力应变无线传感器、力学分析模块组成；所述起重机数据接收模块接收起重机力矩限制器的参数，信号来源包括力角度传感器信号、角度传感器信号、长度传感器信号；所述应力应变传感器，用于测量吊装井壁最大竖向附加应力、环向附加应力、地面局部竖向位移、井壁竖向位移及水平位移。

2.根据权利要求1所述的一种大型吊装作业虚拟指挥舱，其特征在于：

所述超声波测距单元报警规则如下：当吊装物与井壁及周边其他设备的距离小于设置的一级报警距离，该单元发出一级报警信息并推送给指挥人员，由其对起重机驾驶员发出调整指令；当吊装物与井壁及周边其他设备的距离小于设置的二级报警距离时，该单元发出二级报警信息并推送给指挥人员，由其对起重机驾驶员发出暂停吊装指令；所述激光测距单元报警规则如下：当吊装物与井底的距离小于设置的一级报警距离，该单元发出一级报警信息并推送给指挥人员，由其对起重机驾驶员发出减速指令；当吊装物与井底的距离小于设置的二级报警距离时，该单元发出二级报警信息并推送至指挥人员，由其对起重机驾驶员发出暂停吊装指令；所述角度测量单元报警规则如下：当吊装物角度与设定角度相差超过设置的一级倾角差值时，该单元发出一级报警信息并推送至指挥人员，由其对起重机驾驶员发出调整指令；当吊装物角度与设定角度相差超过设置的二级倾角差值时，该单元发出二级报警信息并推送至指挥人员，由其对起重机驾驶员发出暂停吊装指令。

3.一种如权利要求1所述的大型吊装作业虚拟指挥舱的工作方法，其特征在于：包括准备工作方法和应用工作方法，其中准备工作方法步骤如下：

第一步，依托BIM模型，根据提供的起重机、各类人员、作业环境数据建立参数化BIM模型，其中，参数包括吊装物的重量、尺寸与外形特征、地面及竖井尺寸参数与吊装人员、指挥人员的基本信息；

第二步，建立吊装BIM模型，制定初步吊装方案；

第三步，根据制定的初步吊装方案，结合给定的吊装工况，通过吊装力学分析系统分析计算起重机的受力情况，确认起重机及吊装工况是否满足安全要求；

第四步，对于仿真过程中发现的各类问题进行记录并修正初步吊装方案；

第五步，再次进行仿真模拟，直至仿真过程中不再出现问题，由此形成最终基于BIM的可视化虚拟吊装方案；

第六步，根据形成的可视化虚拟吊装方案，确认刀盘吊装的定位监测方案。

4.一种如权利要求1所述的大型吊装作业虚拟指挥舱的工作方法，其特征在于：包括准备工作方法和应用工作方法，其中应用工作方法步骤如下：

第一步，根据吊装现场实地勘察，确定实景监控系统终端摄像机安装位置，制定安装方案；

第二步，执行第一步中制定的安装方案，安装完成后进行联网，建立实景监控实时全局域可视化系统；

第三步，开启实景监控系统，通过监控工作中心，对摄像机画面进行切换，并对摄像机进行旋转、变焦，确定各高清网络摄像机正常工作；

第四步，将精准定位系统的超声波测距单元、激光测距单元、角度测量单元布置在吊装物的相应位置，开启各测量单元及终端监控软件，对各测量单元进行联网调试，确保各单元正常工作；

第五步，吊装前，指挥人员利用吊装力学分析系统对起重机力矩限制器、地面与井口的应力应变传感器传回的具体参数进行分析，判断起重机及吊装场地是否处于安全状态；

第六步，指挥人员根据实景监控系统，当吊装人员与吊装场地已做好吊装准备，指挥人员指挥起重机驾驶员起吊；

第七步，起吊过程中，指挥人员同步播放虚拟引导系统的可视化虚拟吊装方案，根据虚拟吊装过程，对起重机驾驶员发出指令，使得吊装过程按照确定的吊装方案进行；

第八步，同时，指挥人员根据精准定位系统显示的吊装物与四周的距离，对起重机驾驶员持续发出标准化指令；

第九步，当吊装间距达到一级报警距离或二级报警距离，精准定位系统发出报警时，指挥人员根据实景监控系统的监控画面，指挥起重机驾驶员采取预防措施，调整吊装物姿态，防止发生碰撞；

第十步，吊装物快接近工作井底部时，指挥人员通过精准定位系统的激光测距单元传回的数据与实景监控系统传回的实时吊装画面，对起重机驾驶员发出减速指令，直至吊装物到达预定位置，对起重机驾驶员发出停止吊装指令，由此一个吊装过程完毕。