[发明专利]一种大型吊装作业虚拟指挥舱及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于吊装作业安全控制领域，特别涉及一种大型吊装作业虚拟指挥舱及其工作方法。

背景技术

随着中国经济高速发展，国内石油化工、水利水电、基础设施项目等规模越来越大，其单机设备也越来越大型化、精密化；并且由于模块化施工的逐渐推行，体积更大、重量更重的大型模块也不断涌现出来。吊装物的大型化、重型化，使得吊装工艺要求越发严苛，需要保证吊装物的准确吊装与防碰撞，难度远超以往的吊装作业。同时，根据国家质量监督检验检疫总局公布的2015年上半年特种设备安全有关情况，吊装机械事故占特种设备上报事故总数的 13.5%。因此，提高大型吊装物吊装过程的精确性、安全性与吊装行为的可预测性成为当前研究的紧迫任务。

由于吊装物的大型化，起重机在吊装过程中容易发生倾覆，吊装场地在过大荷载情况下也容易发生结构性破坏；同时，起重机驾驶员在吊装过程中存在多个盲区；再者，现场环境嘈杂、交叉作业多，需要指挥人员配合起重机驾驶员完成吊装作业，然而多人联合指挥作业会使沟通效果难以得到保证，且单靠指挥人员自身经验来判断吊装是否安全也无法保证作业的精度和安全性，指令不一、不规范对起重机驾驶员操作同样造成巨大负面影响，危及吊装作业安全。为此，发明一套大型吊装作业虚拟指挥舱及其工作方法具有重要的工程意义和现实价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种大型吊装作业虚拟指挥舱及其工作方法，实现吊装现场全局域监控的可视化，并基于BIM模型构建吊装虚拟预演模型，通过设置工况、吊装参数，实现对吊装过程的仿真模拟与路径优化，从而对吊装风险进行事先掌握，制定符合实际要求的吊装方案；再者，通过精准定位与吊装力学分析，实现吊装防碰撞与安全管控的自动化、信息化，为一线指挥人员提供准确、直观的预报警信息，从而向起重机驾驶员给出统一、标准化的吊装指令，协助起重机驾驶员顺利、安全完成吊装作业，为大型吊装作业提供了安全、实时、有效的技术保障。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种大型吊装作业虚拟指挥舱，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，辅助指挥人员查看作业盲区，保证其掌握吊装现场各角度画面，协助其指挥起重机驾驶员调整吊装物姿态，实现吊装全过程的可视化；所述吊装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，用于确保吊装物保持正确的姿态，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。