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CN111137791B - 一种基于无线通信的变电站起吊系统 - Google Patents

一种基于无线通信的变电站起吊系统 Download PDF

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CN111137791B
CN111137791B CN201911328706.XA CN201911328706A CN111137791B CN 111137791 B CN111137791 B CN 111137791B CN 201911328706 A CN201911328706 A CN 201911328706A CN 111137791 B CN111137791 B CN 111137791B
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CN
China
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line
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CN201911328706.XA
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廖兴旺
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Fujian Ruis Technology Co ltd
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Fujian Ruis Technology Co ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear
    • B66C15/04—Safety gear for preventing collisions, e.g. between cranes or trolleys operating on the same track
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear
    • B66C15/06—Arrangements or use of warning devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Emergency Alarm Devices (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于无线通信的变电站起吊系统，及电力系统领域，系统包括：吊装设备、第一定位器、第二定位器以及后端服务器；后端服务器包括：环境位置采集模块，用于根据各个第一定位器在变电站内的位置信息，获取各个安全控制线的第一端部坐标以及第二端部坐标；吊装位置采集模块，用于实时采集第二定位器的位置信息，获取各个危险源控制线的第三端部坐标以及第四端部坐标；吊装危险预警模组，用于求解安全控制线与危险源控制线之间的最短距离；若最短距离小于第一阈值，则输出危险警报。本发明通过设定安全控制线以及危险控制线，求解安全控制线与危险控制线之间的最短距离，当最短距离过小时发出危险警报，以便施工人员注意施工安全。

Description

一种基于无线通信的变电站起吊系统
技术领域
本发明涉及变电站领域，特别涉及一种基于无线通信的变电站起吊系统。
背景技术
变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。在发电厂内的变电站是升压变电站，其作用是将发电机发出的电能升压后馈送到高压电网中。
在变电站中，变电站环境内设备及线路较多，当有新设备要吊装或旧设备吊装移除时，由于吊装操作失误容易造成吊装机器与变电站中的环境设备或线路发送碰撞事故。在现有技术中，变电站的吊装安全管控缺失。
发明内容
有鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线通信的变电站起吊系统，旨在通过设定安全控制线以及危险控制线，并在控制线两端设置定位器以便获取各个控制线的两端位置，并求解安全控制线与危险控制线之间的最短距离，判断二者之间的距离是否小于第一阈值，当小于第一阈值时，发出危险警报，提醒施工人员吊装设备与环境中的原有设施距离较近，存在撞上的风险，以便提醒施工人员注意施工安全。
为实现上述目的，本发明提供一种基于无线通信的变电站起吊系统，所述系统包括：
吊装设备；所述吊装设备包括吊杆、吊绳、吊钩；
第一定位器；所述第一定位器根据变电站的实地环境信息，设置于所述变电站内需保护的控制线的两端，并形成安全控制线；所述实地环境信息包括：站内电线线路、站内电塔、站内设备；其中，所述第一定位器分别设置于所述站内电线线路的两端、所述站内电塔的顶部和底部以及所述站内设备的顶面边角和底面边角；所述安全控制线包括：所述站内电线线路的所在线段、所述站内电塔的所述顶部和所述底部的连线、所述站内设备的边线；
第二定位器；所述第二定位器设置于所述吊装设备的吊杆的两端以及吊钩下方吊装的第一设备的底部，并形成危险源控制线；所述危险源控制线包括：吊杆两端的所述第二定位器构成的线段以及所述吊杆的顶部与所述吊钩的下方吊装的所述第一设备的底部所构成的线段；
以及后端服务器；所述后端服务器包括：
通信模块；所述通信模块与所述吊装设备、所述第一定位器、所述第二定位器通信连接；
环境位置采集模块，用于根据各个所述第一定位器在变电站内的位置信息，获取各个所述安全控制线的两个端部坐标：第一端部坐标A(xa,ya,za)以及第二端部坐标B(xb,yb,zb)；
吊装位置采集模块，用于实时采集所述第二定位器的位置信息，获取各个所述危险源控制线的两个端部坐标：第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及第四端部坐标D(xd,yd,yd)；
吊装危险预警模组，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解所述安全控制线与所述危险源控制线之间的最短距离ε；若所述最短距离ε小于第一阈值，则输出危险警报。
在该技术方案中，通过设定安全控制线以及危险控制线，并在控制线两端设置定位器以便获取各个控制线的两端位置，并求解安全控制线与危险控制线之间的最短距离，判断二者之间的距离是否小于第一阈值，当小于第一阈值时，发出危险警报，提醒施工人员吊装设备与环境中的原有设施距离较近，存在撞上的风险，以便施工人员注意施工安全。
在一具体实施方式中，所述吊装危险预警模组，包括
控制线公垂线求解模块，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解公垂线向量
Figure BDA0002329033760000031
所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000032
满足：
Figure BDA0002329033760000033
所述
Figure BDA0002329033760000034
为所述第一端部坐标A(xa,ya,za)指向所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)所形成的安全控制线向量；所述
Figure BDA0002329033760000035
为所述第三端部坐标
Figure BDA0002329033760000036
指向所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)所形成的危险源控制线向量；所述
Figure BDA0002329033760000041
第一平面求解模块，用于获取第一平面的第一法向量，根据所述第一法向量以及所述第一端部坐标A(xa,ya,za)，求解所述第一平面的第一平面方程xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)＝0，构建第一函数f(x,y,z)；其中，f(x,y,z)＝xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)，所述第一平面由所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000042
确定；
第二平面求解模块，用于获取第二平面的第二法向量，根据所述第二法向量以及所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)，求解所述第二平面的第二平面方程xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)＝0，构建第二函数g(x,y,z)；其中，g(x,y,z)＝xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)，所述第二平面由所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000043
确定；
函数值求解模块，用于将所述第一端部坐标A(xa,ya,za)代入所述第一函数求解第一函数值fA，将所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)代入所述第一函数求解第二函数值fB，将所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)代入所述第二函数求解第三函数值gC，将所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)代入所述第二函数求解第四函数值gD；
公垂线垂足求解模块，用于根据所述第二平面方程、所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)，确定第一垂足M(xm,ym,zm)；根据所述第一平面方程、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，确定第二垂足N(xn,yn,zn)；
最短距离求解模块，用于判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小，判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小，求解最短距离ε；其中，
若fAfB<0且gCgD<0，则最短距离ε满足：
Figure BDA0002329033760000051
若fAfB>0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000052
若fAfB<0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000053
若fAfB>0且gCgD<0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000054
危险警报输出模块，用于响应于所述最短距离ε小于所述第一阈值，则输出所述危险警报。
在该技术方案中，第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的同一侧时，第一函数值fA与所述第二函数值fB同号，则判断垂点M在安全控制线的延长线上；当第一函数值fA与所述第二函数值fB异号时，则第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的两侧，则判断垂点M在安全控制线内；同理，可以对第三端部坐标C、第四端部坐标D进行判断。通过该技术方案，能够有效获知垂足是否在控制线的线段之内，当垂足均在控制线内时，则异面距离就是最短距离，当垂足不在控制线内时，则根据实际情况进行判断，以便对获得相应的最短距离ε。
在一具体实施方式中，所述最短距离求解模块，还用于判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小；判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小，求解最短距离ε；其中，
若fAfB<0且gCgD<0，则最短距离ε满足：
Figure BDA0002329033760000061
若fAfB>0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000062
若fAfB<0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000063
若fAfB>0且gCgD<0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000064
在该技术方案中，第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的同一侧时，第一函数值fA与所述第二函数值fB同号，则判断垂点M在安全控制线的延长线上；当第一函数值fA与所述第二函数值fB异号时，则第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的两侧，则判断垂点M在安全控制线内；同理，可以对第三端部坐标C、第四端部坐标D进行判断。通过该技术方案，能够有效获知垂足是否在控制线的线段之内，当垂足均在控制线内时，则异面距离就是最短距离，当垂足不在控制线内时，则根据实际情况进行判断，以便对获得相应的最短距离ε。
在一具体实施方式中，所述吊装危险预警模组，还包括：
异面直线距离求解模块，用于求解所述安全控制线所在直线与所述危险控制线所在直线的垂直距离长度
Figure BDA0002329033760000071
所述
Figure BDA0002329033760000072
满足：
Figure BDA0002329033760000073
在该技术方案中，对安全控制线与危险控制线之间的异面距离进行求解。
在一具体实施方式中，所述第一平面求解模块，包括：
第一平面法向求解单元，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000074
求解所述第一平面的第一法向
Figure BDA0002329033760000075
所述
Figure BDA0002329033760000076
所述
Figure BDA0002329033760000077
第一平面方程求解单元，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)以及所述第一法向
Figure BDA0002329033760000078
获得所述第一平面方程：xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)＝0；
所述第二平面求解模块，包括：
第二平面法向求解单元，用于根据所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000081
求解所述第二平面的第二法向
Figure BDA0002329033760000082
所述
Figure BDA0002329033760000083
所述
Figure BDA0002329033760000084
第二平面方程求解单元，用于根据所述第二端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第二法向
Figure BDA0002329033760000085
获得所述第二平面方程：xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)＝0。
在一具体实施方式中，所述第一垂足M(xm,ym,zm)满足：
Figure BDA0002329033760000086
所述第二垂足N(xn,yn,zn)满足：
Figure BDA0002329033760000087
在一具体实施方式中，所述系统还包括：阈值设定模块；所述阈值设定模块包括：
设备参数输入单元，用于输入所述变电站设备的结构参数；所述结构参数包括形状及大小；
阈值设定单元，用于根据所述结构参数设定所述第一阈值。
具体而言，根据变电站设备的大小越大，则第一阈值也设定为越大；在实际场景中，可以根据实际需要对第一阈值进行设定。
在一具体实施方式中，所述后端服务器还包括：
控制模块，用于根据所述危险警报，控制所述吊装设备的所述吊杆停止移动。
本发明的有益效果是：1)、在本发明中，通过设定安全控制线以及危险控制线，并在控制线两端设置定位器以便获取各个控制线的两端位置，并求解安全控制线与危险控制线之间的最短距离，判断二者之间的距离是否小于第一阈值，当小于第一阈值时，发出危险警报，提醒施工人员吊装设备与环境中的原有设施距离较近，存在撞上的风险，以便施工人员注意施工安全。2)、在本发明中，第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的同一侧时，第一函数值fA与所述第二函数值fB同号，则判断垂点M在安全控制线的延长线上；当第一函数值fA与所述第二函数值fB异号时，则第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的两侧，则判断垂点M在安全控制线内；同理，可以对第三端部坐标C、第四端部坐标D进行判断。通过该技术方案，能够有效获知垂足是否在控制线的线段之内，当垂足均在控制线内时，则异面距离就是最短距离，当垂足不在控制线内时，则根据实际情况进行判断，以便对获得相应的最短距离ε。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式中提供的一种基于无线通信的变电站起吊系统的系统框图；
图2是本发明一具体实施方式中提供的一种变电站设备吊装控制方法的流程示意图；
图3是本发明一具体实施方式中提供的起吊系统的吊装原理图；
图4是本发明一具体实施方式中提供的起吊系统的安全控制线与危险控制线位置关系图；
图5是本发明另一具体实施方式中提供的起吊系统的安全控制线与危险控制线位置关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-5所示，在本发明第一实施例中，提供一种变电站设备吊装控制方法，所述方法用于控制吊装设备运载变电站设备，所述方法包括：
步骤S1、根据变电站的实地环境信息，在所述变电站内需保护的控制线的两端安装第一定位器，并形成安全控制线；所述实地环境信息包括：站内电线线路、站内电塔、站内设备；其中，所述第一定位器分别设置于所述站内电线线路的两端、所述站内电塔的顶部和底部以及所述站内设备的顶面边角和底面边角；所述安全控制线包括：所述站内电线线路的所在线段、所述站内电塔的所述顶部和所述底部的连线、所述站内设备的边线；
步骤S2、在所述吊装设备的吊杆的两端以及吊钩下方吊装的第一设备的底部安装第二定位器，并形成危险源控制线；所述危险源控制线包括：吊杆两端的所述第二定位器构成的线段以及所述吊杆的顶部与所述吊钩的下方吊装的所述第一设备的底部所构成的线段；
步骤S3、根据各个所述第一定位器在变电站内的位置信息，获取各个所述安全控制线的两个端部坐标：第一端部坐标A(xa,ya,za)以及第二端部坐标B(xb,yb,zb)；
步骤S4、实时采集所述第二定位器的位置信息，获取各个所述危险源控制线的两个端部坐标：第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及第四端部坐标D(xd,yd,yd)；
步骤S5、根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解所述安全控制线与所述危险源控制线之间的最短距离ε；若所述最短距离ε小于第一阈值，则输出危险警报。
在本实施例中，通过设定安全控制线以及危险控制线，并在控制线两端设置定位器以便获取各个控制线的两端位置，并求解安全控制线与危险控制线之间的最短距离，判断二者之间的距离是否小于第一阈值，当小于第一阈值时，发出危险警报，提醒施工人员吊装设备与环境中的原有设施距离较近，存在撞上的风险，以便施工人员注意施工安全。
在本实施例中，在所述步骤S5中，所述求解所述安全控制线与所述危险源控制线之间的最短距离ε，包括：
步骤S51、根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解公垂线向量
Figure BDA0002329033760000111
所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000112
满足：
Figure BDA0002329033760000113
所述
Figure BDA0002329033760000114
为所述第一端部坐标A(xa,ya,za)指向所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)所形成的安全控制线向量；所述
Figure BDA0002329033760000115
为所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)指向所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)所形成的危险源控制线向量；所述
Figure BDA0002329033760000121
具体推导公式如下：
Figure BDA0002329033760000122
步骤S52、获取第一平面的第一法向量，根据所述第一法向量以及所述第一端部坐标A(xa,ya,za)，求解所述第一平面的第一平面方程xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)＝0，构建第一函数f(x,y,z)；其中，f(x,y,z)＝xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)，所述第一平面由所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000123
确定；
步骤S53、获取第二平面的第二法向量，根据所述第二法向量以及所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)，求解所述第二平面的第二平面方程xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)＝0，构建第二函数g(x,y,z)；其中，g(x,y,z)＝xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)，所述第二平面由所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000124
确定；
步骤S54、将所述第一端部坐标A(xa,ya,za)代入所述第一函数，求解第一函数值fA；将所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)代入所述第一函数，求解第二函数值fB；将所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)代入所述第二函数，求解第三函数值gC；将所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)代入所述第二函数，求解第四函数值gD；
步骤S55、根据所述第二平面方程、所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)，确定第一垂足M(xm,ym,zm)；根据所述第一平面方程、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，确定第二垂足N(xn,yn,zn)；
步骤S56、判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小，求解最短距离ε；判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小；其中，
若fAfB<0且gCgD<0，则最短距离ε满足：
Figure BDA0002329033760000131
若fAfB>0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000132
若fAfB<0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000133
若fAfB>0且gCgD<0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000134
步骤S57、响应于所述最短距离ε小于所述第一阈值，则输出所述危险警报。
示意性的，在图4中，第一垂足M(xm,ym,zm)位于安全控制线段之内，第二垂足N(xn,yn,zn)也位于危险控制线段之内；而在图5中，第一垂足M(xm,ym,zm)位于安全控制线段之外，第二垂足N(xn,yn,zn)位于危险控制线段之内。
在本实施例中，第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的同一侧时，第一函数值fA与所述第二函数值fB同号，则判断垂点M在安全控制线的延长线上；当第一函数值fA与所述第二函数值fB异号时，则第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的两侧，则判断垂点M在安全控制线内；同理，可以对第三端部坐标C、第四端部坐标D进行判断。通过本实施例，能够有效获知垂足是否在控制线的线段之内，当垂足均在控制线内时，则异面距离就是最短距离，当垂足不在控制线内时，则根据实际情况进行判断，以便对获得相应的最短距离ε。
值得一提的是，在步骤S56中安全控制线与危险控制线之间的距离可以分为四种情况：1)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线上时，两个垂点的连线就是安全控制线与危险控制线之间的最短距离，只需该最短距离大于或等于第一阈值的情况下，吊装系统即为安全；2)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线延长线时，最短距离必是端点的连线，最短距离
Figure BDA0002329033760000141
3)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线上且另一垂点落在危险控制线延长线时，最短距离
Figure BDA0002329033760000151
4)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线延长线且另一垂点落在危险控制线上时，最短距离
Figure BDA0002329033760000152
可选的，在另外的实施例中，可以将第一实施例中的所述步骤S56替换为：
步骤S56、判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小；判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小，求解最短距离ε；其中，
若fAfB<0且gCgD<0，则最短距离ε满足：
Figure BDA0002329033760000153
若fAfB>0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000154
若fAfB<0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000155
若fAfB>0且gCgD<0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000156
在该可替换的实施例中，第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的同一侧时，第一函数值fA与所述第二函数值fB同号，则判断垂点M在安全控制线的延长线上；当第一函数值fA与所述第二函数值fB异号时，则第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的两侧，则判断垂点M在安全控制线内；同理，可以对第三端部坐标C、第四端部坐标D进行判断。在该可替换的实施例中，能够有效获知垂足是否在控制线的线段之内，当垂足均在控制线内时，则异面距离就是最短距离，当垂足不在控制线内时，则根据实际情况进行判断，以便对获得相应的最短距离ε。
值得一提的是，在步骤S56中安全控制线与危险控制线之间的距离可以分为四种情况：1)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线上时，两个垂点的连线就是安全控制线与危险控制线之间的最短距离，只需该最短距离大于或等于第一阈值的情况下，吊装系统即为安全；2)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线延长线时，第一端部坐标A、第二端部坐标B中距离第二平面较近的端部与第三端部坐标C、第四端部坐标D中距离第一平面较近的端部之间的连线距离就是安全控制线与危险控制线之间的最短距离；3)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线上且另一垂点落在危险控制线延长线时，最短距离
Figure BDA0002329033760000161
4)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线延长线且另一垂点落在危险控制线上时，最短距离
Figure BDA0002329033760000171
在第一实施例中，在所述步骤S5中，所述方法还包括：
步骤S5A、求解所述安全控制线所在直线与所述危险控制线所在直线的垂直距离长度
Figure BDA0002329033760000172
所述
Figure BDA0002329033760000173
满足：
Figure BDA0002329033760000174
在本实施例中，对安全控制线与危险控制线之间的异面距离进行求解。
在本实施例中，所述步骤S52包括：
步骤S521、根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000175
求解所述第一平面的第一法向
Figure BDA0002329033760000176
所述
Figure BDA0002329033760000177
所述
Figure BDA0002329033760000178
步骤S522、根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)以及所述第一法向
Figure BDA0002329033760000179
获得所述第一平面方程：xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)＝0。
在本实施例中，所述步骤S53包括：
步骤S531、根据所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)以及所述公垂线向量
Figure BDA00023290337600001710
求解所述第二平面的第二法向
Figure BDA00023290337600001711
所述
Figure BDA00023290337600001712
所述
Figure BDA00023290337600001713
步骤S532、根据所述第二端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第二法向
Figure BDA0002329033760000181
获得所述第二平面方程：xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)＝0。
在本实施例中，在所述步骤S55中，所述第一垂足M(xm,ym,zm)满足：
Figure BDA0002329033760000182
所述第二垂足N(xn,yn,zn)满足：
Figure BDA0002329033760000183
在本实施例中，所述方法还包括：
输入所述变电站设备的结构参数；所述结构参数包括形状及大小；
根据所述结构参数设定所述第一阈值。
具体而言，根据变电站设备的大小越大，则第一阈值也设定为越大；在实际场景中，可以根据实际需要对第一阈值进行设定。
在本实施例中，根据所述危险警报，控制所述吊装设备的所述吊杆停止移动。
如图1-5所示，在本发明第二实施例中，提供了一种基于无线通信的变电站起吊系统，所述系统包括：
吊装设备100；所述吊装设备100包括吊杆101、吊绳102、吊钩103；
第一定位器301；所述第一定位器301根据变电站的实地环境信息，设置于所述变电站内需保护的控制线的两端，并形成安全控制线；所述实地环境信息包括：站内电线线路、站内电塔、站内设备；其中，所述第一定位器301分别设置于所述站内电线线路的两端、所述站内电塔的顶部和底部以及所述站内设备的顶面边角和底面边角；所述安全控制线包括：所述站内电线线路的所在线段、所述站内电塔的所述顶部和所述底部的连线、所述站内设备的边线；
第二定位器302；所述第二定位器302设置于所述吊装设备100的吊杆101的两端以及吊钩103下方吊装的第一设备的底部，并形成危险源控制线；所述危险源控制线包括：吊杆101两端的所述第二定位器302构成的线段以及所述吊杆101的顶部与所述吊钩103的下方吊装的所述第一设备的底部所构成的线段；
以及后端服务器200；所述后端服务器200包括：
通信模块210；所述通信模块210与所述吊装设备100、所述第一定位器301、所述第二定位器302通信连接；
环境位置采集模块220，用于根据各个所述第一定位器301在变电站内的位置信息，获取各个所述安全控制线的两个端部坐标：第一端部坐标A(xa,ya,za)以及第二端部坐标B(xb,yb,zb)；
吊装位置采集模块230，用于实时采集所述第二定位器302的位置信息，获取各个所述危险源控制线的两个端部坐标：第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及第四端部坐标D(xd,yd,yd)；
吊装危险预警模组240，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解所述安全控制线与所述危险源控制线之间的最短距离ε；若所述最短距离ε小于第一阈值，则输出危险警报。
在本实施例中，通过设定安全控制线以及危险控制线，并在控制线两端设置定位器以便获取各个控制线的两端位置，并求解安全控制线与危险控制线之间的最短距离，判断二者之间的距离是否小于第一阈值，当小于第一阈值时，发出危险警报，提醒施工人员吊装设备100与环境中的原有设施距离较近，存在撞上的风险，以便施工人员注意施工安全。
在本实施例中，所述吊装危险预警模组240，包括
控制线公垂线求解模块241，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解公垂线向量
Figure BDA0002329033760000201
所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000202
满足：
Figure BDA0002329033760000203
所述
Figure BDA0002329033760000204
为所述第一端部坐标A(xa,ya,za)指向所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)所形成的安全控制线向量；所述
Figure BDA0002329033760000205
为所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)指向所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)所形成的危险源控制线向量；所述
Figure BDA0002329033760000206
具体推导公式如下：
Figure BDA0002329033760000207
Figure BDA0002329033760000211
第一平面求解模块242，用于获取第一平面的第一法向量，根据所述第一法向量以及所述第一端部坐标A(xa,ya,za)，求解所述第一平面的第一平面方程xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)＝0，构建第一函数f(x,y,z)；其中，f(x,y,z)＝xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)，所述第一平面由所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000212
确定；
第二平面求解模块243，用于获取第二平面的第二法向量，根据所述第二法向量以及所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)，求解所述第二平面的第二平面方程xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)＝0，构建第二函数g(x,y,z)；其中，g(x,y,z)＝xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)，所述第二平面由所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000213
确定；
函数值求解模块244，用于将所述第一端部坐标A(xa,ya,za)代入所述第一函数求解第一函数值fA，将所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)代入所述第一函数求解第二函数值fB，将所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)代入所述第二函数求解第三函数值gC，将所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)代入所述第二函数求解第四函数值gD；
公垂线垂足求解模块245，用于根据所述第二平面方程、所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)，确定第一垂足M(xm,ym,zm)；根据所述第一平面方程、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，确定第二垂足N(xn,yn,zn)；
最短距离求解模块246，用于判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小，判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小，求解最短距离ε；其中，
若fAfB<0且gCgD<0，则最短距离ε满足：
Figure BDA0002329033760000221
若fAfB>0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000222
若fAfB<0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000223
若fAfB>0且gCgD<0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000224
危险警报输出模块247，用于响应于所述最短距离ε小于所述第一阈值，则输出所述危险警报。
示意性的，在图4中，第一垂足M(xm,ym,zm)位于安全控制线段之内，第二垂足N(xn,yn,zn)也位于危险控制线段之内；而在图5中，第一垂足M(xm,ym,zm)位于安全控制线段之外，第二垂足N(xn,yn,zn)位于危险控制线段之内。
在本实施例中，第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的同一侧时，第一函数值fA与所述第二函数值fB同号，则判断垂点M在安全控制线的延长线上；当第一函数值fA与所述第二函数值fB异号时，则第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的两侧，则判断垂点M在安全控制线内；同理，可以对第三端部坐标C、第四端部坐标D进行判断。本实施例能够有效获知垂足是否在控制线的线段之内，当垂足均在控制线内时，则异面距离就是最短距离，当垂足不在控制线内时，则根据实际情况进行判断，以便对获得相应的最短距离ε。
值得一提的是，在步骤S56中安全控制线与危险控制线之间的距离可以分为四种情况：1)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线上时，两个垂点的连线就是安全控制线与危险控制线之间的最短距离，只需该最短距离大于或等于第一阈值的情况下，吊装系统即为安全；2)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线延长线时，最短距离必是端点的连线，最短距离
Figure BDA0002329033760000231
3)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线上且另一垂点落在危险控制线延长线时，最短距离
Figure BDA0002329033760000232
4)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线延长线且另一垂点落在危险控制线上时，最短距离
Figure BDA0002329033760000233
而，在另一可替换的实施例中，采用了另一种方式求解最短距离ε；可选的，所述最短距离求解模块246，还用于判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小；判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小，求解最短距离ε；其中，
若fAfB<0且gCgD<0，则最短距离ε满足：
Figure BDA0002329033760000241
若fAfB>0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000242
若fAfB<0且gCgD>0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000243
若fAfB>0且gCgD<0，则最短距离
Figure BDA0002329033760000244
在该可替换的实施例中，第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的同一侧时，第一函数值fA与所述第二函数值fB同号，则判断垂点M在安全控制线的延长线上；当第一函数值fA与所述第二函数值fB异号时，则第一端部坐标A、第二端部坐标B位于第二平面的两侧，则判断垂点M在安全控制线内；同理，可以对第三端部坐标C、第四端部坐标D进行判断。在本实施例中，能够有效获知垂足是否在控制线的线段之内，当垂足均在控制线内时，则异面距离就是最短距离，当垂足不在控制线内时，则根据实际情况进行判断，以便对获得相应的最短距离ε。
值得一提的是，在步骤S56中安全控制线与危险控制线之间的距离可以分为四种情况：1)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线上时，两个垂点的连线就是安全控制线与危险控制线之间的最短距离，只需该最短距离大于或等于第一阈值的情况下，吊装系统即为安全；2)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的两个垂点都分别在安全控制线和危险控制线延长线时，第一端部坐标A、第二端部坐标B中距离第二平面较近的端部与第三端部坐标C、第四端部坐标D中距离第一平面较近的端部之间的连线距离就是安全控制线与危险控制线之间的最短距离；3)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线上且另一垂点落在危险控制线延长线时，最短距离
Figure BDA0002329033760000251
4)、当安全控制线所在直线与危险控制线所在直线的公垂线的一个垂点在安全控制线延长线且另一垂点落在危险控制线上时，最短距离
Figure BDA0002329033760000252
在本实施例中，所述吊装危险预警模组240，还包括：
异面直线距离求解模块，用于求解所述安全控制线所在直线与所述危险控制线所在直线的垂直距离长度
Figure BDA0002329033760000253
所述
Figure BDA0002329033760000254
满足：
Figure BDA0002329033760000261
在本实施例中，对安全控制线与危险控制线之间的异面距离进行求解。
在本实施例中，所述第一平面求解模块242，包括：
第一平面法向求解单元，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000262
求解所述第一平面的第一法向
Figure BDA0002329033760000263
所述
Figure BDA0002329033760000264
所述
Figure BDA0002329033760000265
第一平面方程求解单元，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)以及所述第一法向
Figure BDA0002329033760000266
获得所述第一平面方程：xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)＝0。
所述第二平面求解模块243，包括：
第二平面法向求解单元，用于根据所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)以及所述公垂线向量
Figure BDA0002329033760000267
求解所述第二平面的第二法向
Figure BDA0002329033760000268
所述
Figure BDA0002329033760000269
所述
Figure BDA00023290337600002610
第二平面方程求解单元，用于根据所述第二端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第二法向
Figure BDA00023290337600002611
获得所述第二平面方程：xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)＝0。
在本实施例中，所述第一垂足M(xm,ym,zm)满足：
Figure BDA0002329033760000271
所述第二垂足N(xn,yn,zn)满足：
Figure BDA0002329033760000272
在本实施例中，所述系统还包括：阈值设定模块400；所述阈值设定模块400包括：
设备参数输入单元，用于输入所述变电站设备的结构参数；所述结构参数包括形状及大小；
阈值设定单元，用于根据所述结构参数设定所述第一阈值。
具体而言，根据变电站设备的大小越大，则第一阈值也设定为越大；在实际场景中，可以根据实际需要对第一阈值进行设定。
在本实施例中，所述后端服务器200还包括：
控制模块250，用于根据所述危险警报，控制所述吊装设备100的所述吊杆101停止移动。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于无线通信的变电站起吊系统，其特征在于，所述系统包括：
吊装设备；所述吊装设备包括吊杆、吊绳、吊钩；
第一定位器；所述第一定位器根据变电站的实地环境信息，设置于所述变电站内需保护的控制线的两端，并形成安全控制线；所述实地环境信息包括：站内电线线路、站内电塔、站内设备；其中，所述第一定位器分别设置于所述站内电线线路的两端、所述站内电塔的顶部和底部以及所述站内设备的顶面边角和底面边角；所述安全控制线包括：所述站内电线线路的所在线段、所述站内电塔的所述顶部和所述底部的连线、所述站内设备的边线；
第二定位器；所述第二定位器设置于所述吊装设备的吊杆的两端以及吊钩下方吊装的第一设备的底部，并形成危险源控制线；所述危险源控制线包括：吊杆两端的所述第二定位器构成的线段以及所述吊杆的顶部与所述吊钩的下方吊装的所述第一设备的底部所构成的线段；
以及后端服务器；所述后端服务器包括：
通信模块；所述通信模块与所述吊装设备、所述第一定位器、所述第二定位器通信连接；
环境位置采集模块，用于根据各个所述第一定位器在变电站内的位置信息，获取各个所述安全控制线的两个端部坐标：第一端部坐标A(xa,ya,za)以及第二端部坐标B(xb,yb,zb)；
吊装位置采集模块，用于实时采集所述第二定位器的位置信息，获取各个所述危险源控制线的两个端部坐标：第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及第四端部坐标D(xd,yd,yd)；
吊装危险预警模组，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解所述安全控制线与所述危险源控制线之间的最短距离ε；若所述最短距离ε小于第一阈值，则输出危险警报。
2.如权利要求1所述的一种基于无线通信的变电站起吊系统，其特征在于，所述吊装危险预警模组，包括
控制线公垂线求解模块，用于根据所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)以及所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，求解公垂线向量
Figure FDA0002825681420000021
所述公垂线向量
Figure FDA0002825681420000022
满足：
Figure FDA0002825681420000023
所述
Figure FDA0002825681420000024
为所述第一端部坐标A(xa,ya,za)指向所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)所形成的安全控制线向量；所述
Figure FDA0002825681420000025
为所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)指向所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)所形成的危险源控制线向量；所述
Figure FDA0002825681420000026
第一平面求解模块，用于获取第一平面的第一法向量
Figure FDA0002825681420000027
根据所述第一法向量以及所述第一端部坐标A(xa,ya,za)，求解所述第一平面的第一平面方程xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)＝0，构建第一函数f(x,y,z)；其中，f(x,y,z)＝xs1(x-xa)+ys1(y-ya)+zs1(z-za)，所述第一平面由所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)以及所述公垂线向量
Figure FDA0002825681420000028
确定；所述
Figure FDA0002825681420000029
所述
Figure FDA00028256814200000210
第二平面求解模块，用于获取第二平面的第二法向量
Figure FDA0002825681420000031
根据所述第二法向量以及所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)，求解所述第二平面的第二平面方程xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)＝0，构建第二函数g(x,y,z)；其中，g(x,y,z)＝xs2(x-xc)+ys2(y-yc)+zs2(z-zc)，所述第二平面由所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)以及所述公垂线向量
Figure FDA0002825681420000032
确定；所述
Figure FDA0002825681420000033
所述
Figure FDA0002825681420000034
函数值求解模块，用于将所述第一端部坐标A(xa,ya,za)代入所述第一函数求解第一函数值fA，将所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)代入所述第一函数求解第二函数值fB，将所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)代入所述第二函数求解第三函数值gC，将所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)代入所述第二函数求解第四函数值gD；
公垂线垂足求解模块，用于根据所述第二平面方程、所述第一端部坐标A(xa,ya,za)、所述第二端部坐标B(xb,yb,zb)，确定第一垂足M(xm,ym,zm)；根据所述第一平面方程、所述第三端部坐标C(xc,yc,yc)、所述第四端部坐标D(xd,yd,yd)，确定第二垂足N(xn,yn,zn)；
最短距离求解模块，用于判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小，判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小，求解最短距离ε；其中，
若fAfB＜0且gCgD＜0，则最短距离ε满足：
Figure FDA0002825681420000035
若fAfB＞0且gCgD＞0，则最短距离
Figure FDA0002825681420000036
若fAfB＜0且gCgD＞0，则最短距离
Figure FDA0002825681420000037
若fAfB＞0且gCgD＜0，则最短距离
Figure FDA0002825681420000041
危险警报输出模块，用于响应于所述最短距离ε小于所述第一阈值，则输出所述危险警报。
3.如权利要求2所述的一种基于无线通信的变电站起吊系统，其特征在于，所述最短距离求解模块，还用于判断所述第一函数值fA与所述第二函数值fB乘积fAfB值的大小；判断所述第三函数值gC与所述第四函数值gD乘积gCgD值的大小，求解最短距离ε；其中，
若fAfB＜0且gCgD＜0，则最短距离ε满足：
Figure FDA0002825681420000042
若fAfB＞0且gCgD＞0，则最短距离
Figure FDA0002825681420000043
若fAfB＜0且gCgD＞0，则最短距离
Figure FDA0002825681420000044
若fAfB＞0且gCgD＜0，则最短距离
Figure FDA0002825681420000045
4.如权利要求或2或3所述的一种基于无线通信的变电站起吊系统，其特征在于，所述吊装危险预警模组，还包括：
异面直线距离求解模块，用于求解所述安全控制线所在直线与所述危险控制线所在直线的垂直距离长度
Figure FDA0002825681420000051
所述
Figure FDA0002825681420000052
满足：
Figure FDA0002825681420000053
5.如权利要求2或3所述的一种基于无线通信的变电站起吊系统，其特征在于，所述第一垂足M(xm,ym,zm)满足：
Figure FDA0002825681420000054
所述第二垂足N(xn,yn,zn)满足：
Figure FDA0002825681420000055
6.如权利要求1所述的一种基于无线通信的变电站起吊系统，其特征在于，所述系统还包括：阈值设定模块；所述阈值设定模块包括：
设备参数输入单元，用于输入变电站设备的结构参数；所述结构参数包括形状及大小；
阈值设定单元，用于根据所述结构参数设定所述第一阈值。
7.如权利要求1所述的一种基于无线通信的变电站起吊系统，其特征在于，所述后端服务器还包括：
控制模块，用于根据所述危险警报，控制所述吊装设备的所述吊杆停止移动。
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