一种大型结构物吊装过程姿态监测系统及调整方法

技术领域

本发明涉及海洋石油工程技术领域，具体涉及一种大型结构物吊装过程姿态监测系统及调整方法。

背景技术

随着我国海洋石油业的迅猛发展油气勘探开发走向深水化，海洋石油钻井平台的设计建造规模越来越大，导致在海洋平台的建造和安装中被吊物不可避免的趋于大型化。而大型结构物的吊装在建造和安装工程中起着举足轻重的作用，吊装方案的设计和实施对工程项目的统筹规划、成本控制、施工进度控制、施工安全等都有着重大的影响。吊装施工人员和设计人员需要深入地了解和分析被吊物的具体情况，加强相关数据信息的收集和处理，系统地分析整个吊装过程，认真规划和设计合理的吊装方法和安装工艺，全面考虑和预防影响吊装过程的各个因素。

被吊物的姿态控制影响着重量分配、结构变形以及安装组对作业的安全和难度，传统吊装中吊装人员基本依靠自己的眼睛进行观察来掌握被吊物的姿态，需要施工人员具备一定的施工经验。但是人眼观察存在着视差，并且被吊物的尺寸和重量日趋大型化，因此当观察位置或施工环境等受限时，施工人员难以准确地掌控被吊物的姿态变化，从而影响到吊装作业的实施和安全。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大型结构物吊装过程姿态监测系统及调整方法，用于解决当观察位置或施工环境等受限时，施工人员难以通过人眼观察准确地掌控被吊物的姿态变化的技术问题，从而达到准确地反馈被吊物的空中姿态，避免由于人眼观察存在视差的技术问题。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种大型结构物吊装过程姿态监测系统，包括：

无线倾角传感器，用于收集被测平面与基准面之间的角度变化数据信息，并将收集到的角度变化数据信息传输给连接基站；

连接基站，用于接收所述无线倾角传感器传输的角度变化数据信息，并对所述角度变化数据信息进行解调，并将解调后的角度数据传输给所述后台处理PC；

后台处理PC，用于查看所述无线倾角传感器传输的解调后的角度数据，并对所述解调后的角度数据进行存储；

手持显示器，用于接收所述无线倾角传感器传输的角度变化数据信息，对所述角度变化数据信息进行解调，将解调后的角度信息进行显示，并将解调后的角度信息进行保存。

作为本发明优选的实施方式，所述无线倾角传感器包括：

加速度传感器，通过通信接口模块与积分运算模块连接，用于采集被测物的加速度信息并将加速度数据传输给积分运算模块；

积分运算模块，通过通信接口模块与第一无线传输模块连接，用于接收到所述加速度传感器传输的加速度数据后进行积分运算将所述加速度数据处理为角度数据，并将所述角度数据传输给第一无线传输模块；

第一无线传输模块，用于将所述角度数据分别传输给所述连接基站和所述手持显示器；

第一供电模块，用于给所述无线倾角传感器进行供电；

固定模块，用于将所述无线倾角传感器固定在指定位置。

作为本发明优选的实施方式，所述连接基站包括：

第二无线传输模块，用于接收所述无线倾角传感器的第一无线传输模块发送的无线信号数据；

第一信息处理模块，通过通信接口模块与所述第二无线传输模块连接，用于将所述第二无线传输模块接收到的无线信号数据进行解调；

数据线，用于将所述连接基站和所述后台处理PC进行联通，并将解调后的数据传输给所述后台处理PC以及从USB总线获取电源供所述连接基站工作。

作为本发明优选的实施方式，所述后处理PC包括：

处理器，通过通信接口模块与所述存储器连接，并运行存储器上存储的计算机程序；

存储器，存储有被所述处理器运行的计算机程序；

其中，通过所述处理器运行所述计算机程序查看所述无线倾角传感器收集的角度数据，并对所述角度数据进行储存。

作为本发明优选的实施方式，所述手持显示器包括：

第三无线传输模块，用于接收所述无线倾角传感器的第一无线传输模块发送的无线信号数据；

第二信息处理模块，通过通信接口模块与所述第三无线传输模块连接，用于将所述第三无线传输模块接收到的无线信号数据进行解调；

液晶显示模块，通过通信接口模块与所述第二信息处理模块连接，用于将所述第二信息处理模块解调后的角度信息进行显示；

数据保存模块，通过通信接口模块与所述第二信息处理模块连接，用于将所述解调后的角度信息进行保存；

第二供电模块，用于给所述手持显示器进行供电。

一种大型结构物吊装过程姿态调整方法，包括以下步骤：

提供一吊装方案，根据所述吊装方案得到吊装作业包括的各项吊装参数，并根据所述各项吊装参数在吊装物表面布置无线倾角传感器；

根据所述各项吊装参数对吊装索具和吊装设备进行安全检查；

通过所述无线倾角传感器获取初始状态下吊装物的姿态，得到相应的初始姿态数据；

获取所述各项吊装参数中吊装物的最终姿态数据，基于所述初始姿态数据和所述最终姿态数据设置调节极限值；

根据所述吊装方案对所述吊装物进行吊装，并在吊装过程中通过所述无线倾角传感器实时采集所述吊装物的姿态变化数据，根据所述姿态变化数据，并基于所述调节极限值对所述吊装物的姿态进行及时调整。

作为本发明优选的实施方式，在通过所述无线倾角传感器实时采集所述吊装物的姿态变化数据时，包括：

通过固定模块将所述无线倾角传感器固定在吊装物表面上，并对所述无线倾角传感器进行调整，直至所述无线倾角传感器底座与所述吊装物表面平行；

通过加速度传感器采集所述吊装物的加速度信息并将加速度数据传输给积分运算模块；

通过所述积分运算模块接收到加速度数据后进行积分运算将所述加速度数据处理为角度数据，并将所述角度数据传输给第一无线传输模块；

通过所述第一无线传输模块将所述角度数据分别传输给连接基站和手持显示器；

其中，所述无线倾角传感器包括所述加速度传感器、所述积分运算模块、所述第一无线传输模块以及所述固定模块。

作为本发明优选的实施方式，在通过所述第一无线传输模块将所述角度数据传输给连接基站后，包括：

通过第二无线传输模块接收所述无线倾角传感器的第一无线传输模块发送的所述角度数据；

通过第一信息处理模块将所述第二无线传输模块接收到的所述角度数据进行解调；

通过数据线将所述连接基站和后台处理PC进行联通，并将解调后的数据传输给所述后台处理PC；

其中，所述连接基站包括所述第二无线传输模块、所述第一信息处理模块以及所述数据线。

作为本发明优选的实施方式，在将解调后的数据传输给所述后台处理PC后，包括：

通过处理器运行存储器上存储的计算机程序，查看所述无线倾角传感器收集的角度数据，并对所述角度数据进行储存；

其中，所述后台处理PC包括所述处理器和所述存储器。

作为本发明优选的实施方式，在通过所述第一无线传输模块将所述角度数据传输给手持显示器后，包括：

通过第三无线传输模块接收所述无线倾角传感器的第一无线传输模块发送的所述角度数据；

通过第二信息处理模块将所述第三无线传输模块接收到的所述角度数据进行解调；

通过液晶显示模块将所述第二信息处理模块解调后的角度信息进行显示；

通过数据保存模块将所述解调后的角度信息进行保存；

其中，所述手持显示器包括所述第三无线传输模块、所述第二信息处理模块、所述液晶显示模块以及所述数据保存模块。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所提供的监测系统通过无线倾角传感器实时采集被吊物的角度变化数据信息，并将角度变化数据信息传输给连接基站进行解调后发给后台处理PC，以及将角度变化数据信息传输给手持显示器，使得后台监测人员通过后台处理PC可实时查看到被吊物的角度变化数据信息，也使得现场吊装指挥及安装人员通过手持显示器也能实时查看到被吊物的角度变化数据信息，从而及时对被吊物的姿态进行调整；

(2)本发明通过被吊物倾角的实时监测获取吊装姿态的变化数据，并根据姿态调整参数指导姿态调整，减少对人的依赖，避免由于人眼观察带来的视差，提升了大型结构物吊装的准确性，同时提升了大型结构物吊装的效率和安全性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1-是本发明实施例的大型结构物吊装过程姿态监测系统示意图；

图2-是本发明实施例的大型结构物吊装过程姿态调整方法步骤图；

图3-是本发明实施例的典型的大型结构物及无线倾角传感器安装位置示意图；

图4-是本发明实施例的实际吊物姿态与理论吊装姿态差异示意图；

图5-是本发明实施例的大型结构物吊装过程示意图；

图6-是本发明实施例的无线倾角传感器的内部模块示意图；

图7-是本发明实施例的连接基站与后台处理PC的连接示意图；

图8-是本发明实施例的后台处理PC的内部模块示意图；

图9-是本发明实施例的手持显示器的内部模块示意图。

附图标号说明：1、无线倾角传感器；2、连接基站；3、后台处理PC；4、手持显示器；5、大型被吊结构物；6、第一无线倾角传感器；7、第二无线倾角传感器；8、第三无线倾角传感器；9、第四无线倾角传感器；10、第一履带吊；11、第二履带吊；12、第三履带吊；13、第四履带吊；14、加速度传感器；15、积分运算模块；16、第一无线传输模块；17、第一供电模块；18第二无线传输模块；19、第一信息处理模块；20、数据线；21、处理器；22、存储器；23、第三无线传输模块；24、第二信息处理模块；25、液晶显示模块；26、数据保存模块；27、第二供电模块。

具体实施方式

本发明所提供的大型结构物吊装过程姿态监测系统，如图1所示，包括：无线倾角传感器1、连接基站2、后台处理PC3以及手持显示器4。

无线倾角传感器1用于收集被测平面与基准面之间的角度变化数据信息，并将收集到的角度变化数据信息传输给连接基站2。

连接基站2用于接收无线倾角传感器1传输的角度变化数据信息，并对角度变化数据信息进行解调，并将解调后的角度数据传输给后台处理PC3。

后台处理PC3用于查看无线倾角传感器1传输的解调后的角度数据，并对解调后的角度数据进行存储。

手持显示器4用于接收无线倾角传感器1传输的角度变化数据信息，对角度变化数据信息进行解调，将解调后的角度信息进行显示，并将解调后的角度信息进行保存。

进一步地，如图6所示，无线倾角传感器1包括：加速度传感器14、积分运算模块15、第一无线传输模块16、第一供电模块17以及固定模块。

加速度传感器14通过通信接口模块与积分运算模块15连接，用于采集被测物的加速度信息并将加速度数据传输给积分运算模块15。

积分运算模块15通过通信接口模块与第一无线传输模块16连接，用于接收到加速度传感器14传输的加速度数据后进行积分运算将加速度数据处理为角度数据，并将角度数据传输给第一无线传输模块16。

第一无线传输模块16用于将角度数据分别传输给连接基站2和手持显示器4。

第一供电模块17用于给无线倾角传感器1进行供电。

固定模块用于将无线倾角传感器1固定在指定位置。

更进一步地，固定模块为磁性底座，除了磁性底座外，还可以通过扎带、胶带以及胶布等方式将无线倾角传感器1固定在指定位置。

更进一步地，如图7所示，连接基站2包括第二无线传输模块18、第一信息处理模块19以及数据线20。

第二无线传输模块18用于接收无线倾角传感器1的第一无线传输模块16发送的无线信号数据。

第一信息处理模块19通过通信接口模块与第二无线传输模块18连接，用于将第二无线传输模块18接收到的无线信号数据进行解调。

数据线20用于将连接基站2和后台处理PC3进行联通，并将解调后的数据传输给后台处理PC3以及从USB总线获取电源供连接基站2工作。

进一步地，如图8所示，后处理PC3包括处理器21和存储器22。

处理器21通过通信接口模块与存储器22连接，并运行存储器22上存储的计算机程序。

存储器22存储有被处理器21运行的计算机程序。

其中，通过处理器21运行计算机程序查看无线倾角传感器1收集的角度数据，并对角度数据进行储存。

更进一步地，如图9所示，手持显示器4包括：

第三无线传输模块23用于接收无线倾角传感器1的第一无线传输模块16发送的无线信号数据。

第二信息处理模块24通过通信接口模块与第三无线传输模块23连接，用于将第三无线传输模块23接收到的无线信号数据进行解调。

液晶显示模块25通过通信接口模块与第二信息处理模块24连接，用于将第二信息处理模块24解调后的角度信息进行显示。

数据保存模块26通过通信接口模块与第二信息处理模块24连接，用于将解调后的角度信息进行保存。

第二供电模块27用于给手持显示器4进行供电。

本发明所提供的大型结构物吊装过程姿态调整方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1：提供一吊装方案，根据吊装方案得到吊装作业包括的各项吊装参数，并根据各项吊装参数在吊装物表面布置无线倾角传感器1；

步骤S2：根据各项吊装参数对吊装索具和吊装设备进行安全检查；

步骤S3：通过无线倾角传感器1获取初始状态下吊装物的姿态，得到相应的初始姿态数据；

步骤S4：获取各项吊装参数中吊装物的最终姿态数据，基于初始姿态数据和最终姿态数据设置调节极限值；

步骤S5：根据吊装方案对吊装物进行吊装，并在吊装过程中通过无线倾角传感器1实时采集吊装物的姿态变化数据，根据姿态变化数据，并基于调节极限值对吊装物的姿态进行及时调整。

在上述步骤S5中，在通过无线倾角传感器1实时采集吊装物的姿态变化数据时，包括：

通过固定模块将无线倾角传感器1固定在吊装物表面上，并对无线倾角传感器1进行调整，直至无线倾角传感器1底座与吊装物表面平行；

通过加速度传感器14采集吊装物的加速度信息并将加速度数据传输给积分运算模块15；

通过积分运算模块15接收到加速度数据后进行积分运算将加速度数据处理为角度数据，并将角度数据传输给第一无线传输模块16；

通过第一无线传输模块16将角度数据分别传输给连接基站2和手持显示器4；

其中，无线倾角传感器1包括加速度传感器14、积分运算模块15、第一无线传输模块16以及固定模块。

进一步地，在通过第一无线传输模块16将角度数据传输给连接基站2后，包括：

通过第二无线传输模块18接收无线倾角传感器1的第一无线传输模块16发送的角度数据；

通过第一信息处理模块19将第二无线传输模块18接收到的角度数据进行解调；

通过数据线20将连接基站2和后台处理PC3进行联通，并将解调后的数据传输给后台处理PC3；

其中，连接基站2包括第二无线传输模块18、第一信息处理模块19以及数据线20。

更进一步地，在将解调后的数据传输给后台处理PC3后，包括：

通过处理器21运行存储器22上存储的计算机程序，查看无线倾角传感器1收集的角度数据，并对角度数据进行储存；

其中，后台处理PC3包括处理器21和存储器22。

进一步地，在通过第一无线传输模块16将角度数据传输给手持显示器4后，包括：

通过第三无线传输模块23接收无线倾角传感器1的第一无线传输模块16发送的角度数据；

通过第二信息处理模块24将第三无线传输模块23接收到的角度数据进行解调；

通过液晶显示模块25将第二信息处理模块24解调后的角度信息进行显示；

通过数据保存模块26将解调后的角度信息进行保存；

其中，手持显示器4包括第三无线传输模块23、第二信息处理模块24、液晶显示模块25以及数据保存模块26。

本发明通过无线倾角传感器1对大型结构物的整个吊装过程中的姿态进行监测，并在吊装过程中不断对实时数据进行分析和处理，及时掌握被吊物姿态并据此进行及时的调整，减少对观察人员经验的依赖，降低人为因素带来的风险，提升了吊装作业的准确性及效率。

图1为大型结构物吊装过程姿态监测系统示意图。无线倾角传感器1为数据获取端用于收集角度数据并通过第一无线传输模块16发射数据信号。数据处理端有两种方式，方式一是通过连接基站2接收无线倾角传感器1发射的角度数据，并经过第一信息处理模块19进行解调后，将角度数据传输给后台处理PC 3进行显示和保存。方式二是使用手持显示器4接收无线倾角传感器1发射的角度数据，经过第二信息处理模块24进行解调后，将角度信息显示在液晶显示模块25上。

图2为大型结构物吊装过程姿态调整方法步骤图，图2包括了步骤S1至步骤S5。

作为一种方式，步骤S1在具体的实施方式中无线倾角传感器1需要安装在被吊结构物表面，吊装前需要首先确定基准平面，保证无线倾角传感器1的加速度传感器14与基准平面平行(当无线倾角传感器1的底座与基准平面平行时，加速度传感器14基本与基准平面平行)，确保发生角度偏转时加速度传感器14能准确捕捉到角度变化。

可选的，无线倾角传感器1与被吊结构物固定方式通常采用磁性底座吸附在被吊结构物表面上，也可以通过扎带、胶带或胶布等粘贴固定在被吊结构物表面上。可选的，一个被吊结构物至少可以设置3个无线倾角传感器1，安装位置示意图可见图3所示。

作为一种方式，步骤S2在具体的实施方式中需要确保吊装实施的安全性，确保吊装作业符合安全和程序要求。

作为一种方式，步骤S3和步骤S4在具体的实施方式中，可以获取与确定被吊结构物在预制位置和最终的安装位置对应的基准坐标系和位置信息。可选的，位置信息包括预制位置高度、就位高度、对接口空间位置信息、结构物预制状态与水平面的角度信息、结构物最终就位后与水平面的角度等信息，继而可以基于结构物预制位置的信息和最终就位位置的信息构建结构物姿态调整变化差值。可选的，坐标系和位置信息的具体构建原理以及构建过程可以参考相关技术，在此不再赘述。

具体地，启动步骤S1中安装完成的无线倾角传感器1，通过无线接收端获取被吊结构物位于前述预制位置基准坐标系下的起始姿态信息。

具体地，获取被吊结构物在预制位置和最终的安装位置对应的基准坐标系和位置信息，通过对比两种状态下被吊结构物的姿态，获取被吊结构物吊装姿态控制调节参数。

作为一种方式，步骤S5在具体的实施方式中，无线倾角传感器1可以每隔3秒向数据处理端发送被吊结构物的实时状态信息。例如，如图4所示，假设基准坐标系构建的XY平面与水平面平行，那么可以用Фx,Фy分别表示被吊结构物与基准平面X和Y方向的夹角。可选的，无线倾角传感器1获取结构物的姿态信息的原理以及获取实现过程可以参考相关技术，在此不再赘述。

作为一种方式，步骤S5在具体的实施方式中，基于调节极限值对吊装物的姿态进行及时调整的过程如图5所示。图5所示的吊装过程所涉及到的设备包括：第一履带吊10、第二履带吊11、第三履带吊12、第四履带吊13、大型被吊结构物5、第一无线倾角传感器6、第二无线倾角传感器7、第三无线倾角传感器8、第四无线倾角传感器9、连接基站2以及后台处理PC3。可选的，履带吊数量需要根据实际吊装需求布置；无线倾角传感器1数量以及安装位置可以根据实际需求进行调整，具体可以不作限定；连接基站2和后台处理PC3可以采用手持显示器4代替，具体根据实际使用场景进行选择。无线数据传输方式可以采用蓝牙技术或基于WiFi通信协议进行连接。

本实施例中未进行说明的内容为现有技术，故不再进行赘述。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所提供的监测系统通过无线倾角传感器实时采集被吊物的角度变化数据信息，并将角度变化数据信息传输给连接基站进行解调后发给后台处理PC，以及将角度变化数据信息传输给手持显示器，使得后台监测人员通过后台处理PC可实时查看到被吊物的角度变化数据信息，也使得现场吊装指挥及安装人员通过手持显示器也能实时查看到被吊物的角度变化数据信息，从而及时对被吊物的姿态进行调整；

(2)本发明通过被吊物倾角的实时监测获取吊装姿态的变化数据，并根据姿态调整参数指导姿态调整，减少对人的依赖，避免由于人眼观察带来的视差，提升了大型结构物吊装的准确性，同时提升了大型结构物吊装的效率和安全性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。