基于北斗導航定位系統(tǒng)的高大架體垂直度檢測必要性研究

摘要：北斗導航定位系統(tǒng)中存在高大架體，目前針對這一高大架體的垂直度檢測方法已經(jīng)提出，形成了一套完整的垂直度檢測系統(tǒng)，它屬于典型的高大架體實時垂直度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括了定位監(jiān)測系統(tǒng)以及眾多測量單元，本文專門介紹了這一垂直度在線監(jiān)測系統(tǒng)，了解其中的測量單元與實時運算單元等諸多設備。最后分析基于北斗導航定位系統(tǒng)的高大架體垂直度在線監(jiān)測方法。

關鍵詞：北斗導航定位系統(tǒng);高大架體垂直度;測量單元;在線定位監(jiān)測方法

在北斗導航定位系統(tǒng)中，它的最重要分支系統(tǒng)就是在線定位監(jiān)測系統(tǒng)，其中配合多個測量單元主要展開定位監(jiān)測，確保北斗雙天線系統(tǒng)觀測天線載波相位到位，基于短基線雙差求解算法求解實時夾角。整個過程中要運用重力加速度傳感器來獲取上表面線算法，分析實時夾角，結(jié)合角度值輸出實時運算單元來接收測量單元內(nèi)容，同時實時計算出高大架體垂直度，最終將垂直度數(shù)據(jù)信息發(fā)送到云數(shù)據(jù)中心中，滿足在線監(jiān)測數(shù)據(jù)要求。

一、北斗導航定位系統(tǒng)的各單元分析

（一）北斗導航定位系統(tǒng)的基本概述。北斗導航定位系統(tǒng)中是包含了高大架體實施垂直度在線監(jiān)測系統(tǒng)的，它其中就包括了定位監(jiān)測系統(tǒng)、云數(shù)據(jù)中心以及實時警示系統(tǒng)，同時它的定位監(jiān)測系統(tǒng)中還包含了最重要的測量單元、實時運算單元以及無線傳輸單元。

（二）北斗導航定位系統(tǒng)的各單元分析。就以測量單元為例，它直接安裝在高大架體上，主要通過北斗雙天線系統(tǒng)觀測天線載波相位位置，同時采用短基線雙差求解算法求解高大架體傾斜絕對方向角，再參考重力加速度傳感器獲取重力加速度，并分析其表面發(fā)現(xiàn)與鉛錘的方向之間的實時夾角，最終輸出實時運算單元內(nèi)容。

再說實時運算單元，它在接收測量單元過程中實時發(fā)送夾角以及夾角角度值，結(jié)合角度值三角函數(shù)來計算高大架體的垂直度。在這里，需要分析垂直度與閾值之間關系，如果垂直度大于設定閾值，則希望定位監(jiān)測系統(tǒng)驅(qū)動分析警示系統(tǒng)內(nèi)容，建立現(xiàn)場警告機制，主要對無線傳輸單元實時垂直度數(shù)據(jù)發(fā)送內(nèi)容進行分析，并全部發(fā)送至云數(shù)據(jù)中心中。

再次分析實時警示系統(tǒng)，對高大架體進行合理部署，確保在接收實時運算單元過程中也能同時發(fā)出告警信號，如果接收定位監(jiān)測系統(tǒng)需要結(jié)合聲光電等多種形式進行警告通知，了解警示系統(tǒng)作用。

最后分析云數(shù)據(jù)中心，它在利用接收定位監(jiān)測系統(tǒng)過程中主要依靠無線傳輸單元發(fā)送云數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)內(nèi)容，將定位數(shù)據(jù)信息全部存儲于高大架體中，確保高大架體正常運行。另外，云數(shù)據(jù)中心還配合APP為現(xiàn)場提供監(jiān)視數(shù)據(jù)、質(zhì)檢管理數(shù)據(jù)。在云數(shù)據(jù)中心接收到大量實時數(shù)據(jù)時它是超過設定閾值的，確保發(fā)送告警信息到達系統(tǒng)使用者方面。

除上述單元外，還包括了鉛錘方向測量單元、位置測量單元等等，它們在測量高大架體傾斜方面發(fā)揮了重要作用。參考北斗導航定位系統(tǒng)功能應用，它所建立的垂直度在線監(jiān)測系統(tǒng)表現(xiàn)特征明顯，可結(jié)合告警信號中的不同告警等級進行分析，建立實時警示系統(tǒng)輸出機制。例如在低等級告警過程中就使用蜂鳴警告，高等級告警過程中就使用現(xiàn)場警報器[1]。

二、北斗導航定位系統(tǒng)的高大架體實時垂直度在線監(jiān)測方法步驟

利用北斗導航定位系統(tǒng)，可實現(xiàn)對高大架體實時垂直度工進行在線監(jiān)測，它的監(jiān)測方法步驟具體如下：

首先針對待測高大架體頂部Pa位置水平安裝定位監(jiān)測系統(tǒng)，在定位監(jiān)測系統(tǒng)過程中分析測量單元以及運算單元的實際應用狀況，建立xyz坐標軸，配合測量單元重力加速度分析傳感器測量過程，了解在xyz三軸三大方向的分量組成相量內(nèi)容。簡言之，主要是基于向量測量待測高大架體與鉛錘方向的傾角，由此計算垂直度數(shù)值。在高大架體垂直度計算過程中，它的線段表示待測能力較強，可基于Po點水平面分析Zx平面線段，確保Po在Zx平面之上[2]。

其次需要將定位監(jiān)測系統(tǒng)直接安裝在塔吊操作室下方標準節(jié)位置，保持它與塔吊標準節(jié)橫梁上平面始終保持平行狀態(tài)。

第三要采用實時警示系統(tǒng)，在系統(tǒng)操作間中安裝并使用蜂鳴器，并取電220VAC，保證蜂鳴器能夠起到提醒塔吊操作人員的作用。在連接實時警示系統(tǒng)過程中，要保證警示鈴處于塔吊中底部位置。

第四要在標準節(jié)位置結(jié)合設備重力加速度建立z軸，形成水平面xy平面，滿足左手坐標系建立坐標系統(tǒng)。確保A點設備重力加速度傳感器在表面的法向量xyz坐標系下形成三軸分量，組成綜合向量值，通過傳感器測量重力加速度箱梁內(nèi)容，圍繞垂直度實時垂直度數(shù)值計算到位。

第五要根據(jù)短基線雙差進行針對性求解，分析A點設備建立正北方向水平扭轉(zhuǎn)角度，結(jié)合塔吊傾斜角分析其絕對方向，并求解[3]：

第六要觀測方向角與鉛錘方向夾角，計算實時運算單元內(nèi)容，確保運算單元能夠根據(jù)實時垂直度進行針對性定義，最后可計算出塔吊實時垂直度。在分析垂直度數(shù)值過程中，要保證垂直度數(shù)值>第一設定閾值。確保實時警告單元能夠驅(qū)動蜂鳴器，保證駕駛員能夠隨時隨地發(fā)現(xiàn)異常，這在停機操作方面作用較大。就垂直度>第二設定閾值這一情況來看，它需要結(jié)合實時告警單元報警器進行被驅(qū)動操作，如此也能提醒現(xiàn)場人員快速撤離。

第七要參考北斗雙天線系統(tǒng)分析高大架體實時垂直度在線監(jiān)測方法，了解A點設備建立實時垂直度分析體系，并建立5G無線通信模塊，可考慮采用TCP?soket模式發(fā)送信息數(shù)據(jù)到云數(shù)據(jù)中心，最后將數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫之中。在TCP?Server分析過程中，需要將云數(shù)據(jù)中心的Web?Server運用于Web?Socket協(xié)議中，確保將接收數(shù)據(jù)推送到用戶Web界面中，并自動刷新Web界面，顯示新數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時對云數(shù)據(jù)設備運行狀態(tài)記錄所對應告警內(nèi)容進行分析。

總結(jié)：目前基于北斗導航定位系統(tǒng)針對高大架體垂直度進行監(jiān)測，需要相應建立監(jiān)測系統(tǒng)，分析其監(jiān)測規(guī)律與數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證預先警告到位。如此對解決重大安全風險的高大架體方面非常有效，而在建立實時在線監(jiān)測系統(tǒng)過程中，北斗導航定位系統(tǒng)是發(fā)揮了重大價值作用的。

參考文獻：

[1]孟川舒，趙晶，張吉峰.鐵路車載北斗高精度一體化天線設計與實現(xiàn)[J].鐵路計算機應用，2019，271（10）：52-56.

[2]劉瑩，蔡體菁，劉洋，等.旋轉(zhuǎn)短基線北斗雙天線/MIMU定向方法[J].中國慣性技術(shù)學報，2019，027（005）：605-609，617.

[3]魏景輝，廖林.一種新型北斗二代抗干擾零相位天線陣[J].電子測試，2019，000（001）：27-28.

作者簡介：尹亮，（1980.11-），男，漢，陜西西安人，長安大學橋梁與隧道工程碩士學歷，陜西交通控股集團有限公司，高級工程師，從事工程現(xiàn)場管理。