本申请涉及大型储罐建造技术领域，特别涉及一种穹顶气顶升监测装置和方法。
背景技术：
大型低温储罐大多采用正装法施工，其穹顶在外罐混凝土承台上组装，然后用气顶升的方式就位。在气顶升的过程中，需要对穹顶上升的速度及倾斜度进行监控，以确保穹顶在允许上升速度和倾斜角度内顶升。
相关方案中，预先安排8个测量人员在罐顶每间隔45°角的位置，分别将50m盘尺的起始读数端固定在垂直正下方的穹顶上表面。在气顶升过程中，每间隔一定的时间由8个测量人员同时读取各自盘尺的读数，通过对讲机上报给数据记录人员，数据记录人员将读数输入到电脑中，通过简单的公式换算，计算出各测量阶段的穹顶上升至的位置、上升速度和倾斜度。
由于穹顶一直处于上升的过程中，而8个测量人员读数不可能完全在同一个时间点，导致各测量人员读取数据有偏差，再加上50m盘尺本身的精度较低的问题，进而导致记录分析人员在电脑中分析出来的穹顶上升速度和倾斜度不准确，致使对穹顶上升速度产生误判，影响气顶升施工过程中的安全性。
技术实现要素：
为解决上述穹顶气顶升过程中因人工读取所造成的上升速度和倾斜角度不准确问题，本申请实施例中，提供一种穹顶气顶升监测装置，包括：多个激光测距仪和上位机；多个激光测距仪分布于罐壁的顶部，用于监测穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离；一个所述目标位置对应一个所述激光测距仪；所述穹顶可在所述罐壁围成的空腔内上升；上位机用于根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度和/或第一倾斜角度。
进一步地，所述穹顶气顶升监测装置还包括倾角仪；
所述倾角仪设于所述穹顶上，用于实时监测所述穹顶的倾斜角度；
所述上位机用于根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的第一倾斜角度，并融合所述倾角仪监测到的所述穹顶的倾斜角度和所述第一倾斜角度，以得到第二倾斜角度。
进一步地，所述倾角仪设置在所述穹顶的顶部。
进一步地，所述罐壁呈圆筒形；
所述多个激光测距仪环形均匀布设于所述罐壁的顶部。
进一步地，所述穹顶上各目标位置位于对应的所述激光测距仪的正下方。
进一步地，所述穹顶气顶升监测装置还包括无线发送模块和无线接收模块；
所述无线发送模块电连接所述激光测距仪，所述无线发送模块用于获取所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离信息并无线发送；
所述无线接收模块电连接所述上位机，所述无线接收模块用于无线接收所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离信息并传输给所述上位机。
进一步地，所述穹顶气顶升监测装置还包括显示模块；
所述显示模块用于在所述上位机根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度之后，显示所述穹顶的高度。
本申请还提供一种穹顶气顶升监测方法，包括：
获取分布于罐壁的顶部的多个激光测距仪监测到的穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离；
根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度和/或第一倾斜角度。
进一步地，所述根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度包括：
将各激光测距仪的高度分别减去对应的各目标位置与激光测距仪之间的距离，得到各目标位置的高度；
求全部目标位置的高度的平均数，得到所述穹顶的高度。
进一步地，所述穹顶气顶升监测方法还包括：
获取设于所述穹顶上的倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度；
将所述倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度与根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的第一倾斜角度相融合，得到第二倾斜角度。
由上述技术方案可知，本申请至少具有如下优点和积极效果：
本申请提供了一种穹顶气顶升监测装置和方法，多个激光测距仪分布于罐壁的顶部，可在穹顶气顶升的过程中同时监测穹顶上各目标位置与激光测距仪的距离，从而可根据各目标位置与激光测距仪的距离计算出穹顶所处的高度位置和倾斜角度，并且可以根据计算出的穹顶的高度和上升时间进一步计算出穹顶上升的速度；从而，可大大提高气顶升过程中对穹顶的高度位置、倾斜角度和上升速度的监测精度，避免产生误判而影响施工安全。
附图说明
图1是本申请一实施例中穹顶气顶升监测装置数据传输示意框图。
图2是本申请一实施例中激光测距仪和倾角仪分别设置于罐壁和穹顶上的侧视结构示意图。
图3是本申请一实施例中激光测距仪和倾角仪分别设置于罐壁和穹顶上的俯视结构示意图。
图4是本申请一实施例中穹顶气顶升监测装置整体系统示意框图。
图5是本申请一实施例中穹顶气顶升监测方法步骤示意图。
附图标记：
1、激光测距仪；2、倾角仪；3、无线发送模块；4、无线接收模块；5、上位机；6、显示模块；7、罐壁；8、穹顶；9、风机。
具体实施方式
体现本申请特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本申请的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请文件中出现的“和/或”表示既可以“和”的关系，也可以是“或”的关系，例如，“a和/或b”表示“a和b”或“a或b”两种情况，对应“a”、“b”或“a和b”三种可能的结果。
大型低温储罐大多采用正装法施工，其穹顶在外罐混凝土承台上组装，然后用气顶升的方式就位。在气顶升的过程中，需要对穹顶上升的速度及倾斜度进行监控，以确保穹顶在允许上升速度和倾斜角度内顶升。
相关方案中，预先安排8个测量人员在罐顶每间隔45°角的位置，分别将50m盘尺的起始读数端固定在垂直正下方的穹顶上表面。在气顶升过程中，每间隔一定的时间由8个测量人员同时读取各自盘尺的读数，通过对讲机上报给数据记录人员，数据记录人员将读数输入到电脑中，通过简单的公式换算，计算出各测量阶段的穹顶上升至的位置、上升速度和倾斜度。
由于穹顶一直处于上升的过程中，而8个测量人员读数不可能完全在同一个时间点，导致各测量人员读取数据有偏差，再加上50m盘尺本身的精度较低的问题，进而导致记录分析人员在电脑中分析出来的穹顶上升速度和倾斜度不准确，致使对穹顶上升速度产生误判，影响气顶升施工过程中的安全性。
为此，本申请以下实例中提供一种穹顶气顶升监测装置和方法，以解决穹顶气顶升过程中因人工读取所造成的上升速度和倾斜角度不准确问题。
参照图1，本申请提供的一种穹顶气顶升监测装置，包括多个激光测距仪1、倾角仪2、无线发送模块3、无线接收模块4、上位机5和显示模块6。
参照图2和图3，罐壁7具体可以是由混凝土筑成的竖立于地面的圆筒形结构。在一些实施例中，罐壁7也可以是除混凝土之外的其他材质，如罐壁7也可以是由金属材料制成。
穹顶8呈向上鼓起的圆穹形。穹顶8顶部最高点与其圆周边缘的圆心位于同一竖轴上。穹顶8置于罐壁7内，穹顶8可在罐壁7内上下移动。
风机9设于罐壁7外。风机9的排气口通过管道连通罐壁7内穹顶8下方的空间，风机9向罐壁7内穹顶8下方的空间充气可将穹顶8沿罐壁7上升。
参照图3和图4，激光测距仪1固定于罐壁7的顶部。激光测距仪1具体可设置八个，例如，d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7和d8八个激光测距仪1环形均布于罐壁7的顶部。也即，在罐壁7的顶部每间隔45°设置一个激光测距仪1。
激光测距仪1的具体数量，根据实际需要设置，以成对设置也即设置成偶数个较佳。例如，在一些实施例中，激光测距仪1也可以在罐壁7的顶部均匀设置四个、六个、十个或更多个。
激光测距仪1的测距标的在穹顶8靠近圆周边缘处的上表面上，例如，测距标的可以是位于激光测距仪1的激光测距端正下方的穹顶8的上表面上，每个激光测距仪1对应一个测距目标位置。激光测距仪1的测距目标位置即在穹顶8上的测距部位。测距目标位置在靠近穹顶8的靠近圆周边缘处，可以最大限度的发现穹顶8的各部分的位移差。
激光测距仪1在罐壁7的顶部均布设置八个的情况下，分别对应测量的是穹顶8上靠近边缘处均匀间隔45°的八个目标位置。
继续参照图2，各激光测距仪1在罐壁7的顶部固定后，各激光测距仪1的测距端等高。在各激光测距仪1的测距端等高设置后，穹顶8不发生倾斜的情况下，穹顶8上的各目标位置到对应的各激光测距仪1的测距端的距离相等。在穹顶8发生倾斜的情况下，穹顶8上的各目标位置到对应的各激光测距仪1的测距端的距离则不相等。例如，其中激光测距仪d1到其对应的目标位置的距离为l1，而与激光测距仪d1正对的激光测距仪d5到其对应的目标位置的距离为l2，l1不等于l2，表明穹顶8发生了倾斜。
实际施工中，多个激光测距仪1在罐壁7顶部可利用钢支架进行牢靠地固定。激光测距仪1的安装高度高出罐壁顶部1200mm左右，并尽可能地使各激光测距仪1保持在同一高度。各激光测距仪1安装高度差需控制在100mm之内，从而避免因各激光测距仪1过大的高度偏差而影响监测精度。
倾角仪2设置在穹顶8上，用于在穹顶8上升的过程中实时监测穹顶8的倾斜角度。具体地，倾角仪2可设置在穹顶8位于正中位置也即最高位置处。
继续参照图4，无线发送模块3可对应每个激光测距仪1设置一个。对应倾角仪2也设置一个无线发送模块3。例如，激光测距仪1设置八个，倾角仪2设置一个的情况下，可设置九个无线发送模块3，每个无线发送模块3对应电连接一个激光测距仪1或倾角仪2，从而可分别获取八个激光测距仪1和一个倾角仪2的实时反馈数据，并将获取的数据信息通过无线信号发送出去。
在一些实施例中，无线发送模块3也可以是与多个激光测距仪1和一个倾角仪2分别电连接，能够同时获取多个激光测距仪1和一个倾角仪2的监测数据，并同时将数据信息分别通过无线信号发送出去的一个集成的功能单元。
在一些实施例中，无线发送模块也可以分别集成在多个激光测距仪1上和倾角仪2上，也即每个激光测距仪1上和倾角仪2均有独立的无线信号发射功能，从而使激光测距仪1上和倾角仪2获取测量数据后直接通过无线信号发送出去。
无线接收模块4与上位机5电连接。无线接收模块4能够接收无线发送模块3所发出的包含有各激光测距仪1和倾角仪2的监测数据的无线信号，并将接收到的信号传递给上位机5，从而使上位机5获得各激光测距仪1和倾角仪2的监测数据。
在一些实施例中，也可将无线接收模块集成在上位机5中，从而使上位机5本身具备接收包含激光测距仪1测量数据和倾角仪2测量数据的无线信号的功能。
在一些实施例中，无线发送模块3和无线接收模块4共同形成无线传输系统。激光测距仪1和倾角仪2通过该无线传输系统将采集到的数据信息通过无线传输系统传输至上位机5中。
例如，激光测距仪1采用rs232的方式与无线发送模块3相连接，实现激光测距仪1与无线发送模块3的数据通信。无线接收模块4通过rs232的方式连接上位机5，进而将接收到的数据信息传输至上位机中。
上位机5根据各激光测距仪1监测到的穹顶8上的各目标位置的高度计算出穹顶8的高度位置。例如，可将监测到的八个目标位置的高度进行平均，从而得到穹顶8所上升到的高度位置。
进一步地，上位机5还能够根据穹顶8上升到的高度和使用的时间计算出上升的速度。进而，上位机5可根据上升的速度估算出还需要多长时间上升至罐壁7的顶部，以便提前做好准备，提高效率，保证气顶升施工安全。
上位机5还能够根据各激光测距仪1监测到的穹顶8上的各目标位置的高度计算出反映穹顶8倾斜程度的第一倾斜角度，从而对穹顶8顶升过程中的位姿状态进行监控，避免穹顶8的倾斜角度超出最大允许倾斜角度而引发施工安全问题。
进一步地，上位机5还可以将计算出的第一倾斜角度和倾角仪2所监测到的穹顶8的倾斜角度进行融合计算，从而得到更加精确的穹顶8倾斜角度，进一步提高施工安全性。这里，将经过融合计算所得到的更加精确的穹顶8倾斜角度称为第二倾斜角度。
显示模块6可以是与上位机5电连接的显示装置，如显示屏等。显示模块6将上位机5所计算出的穹顶8上升的高度位置、第二倾斜角度等数据显示出来，也可以单独用于显示其中的某一项数据。显示模块6和上位机5可以是一体的带有显示屏的电脑。
上位机5和显示模块6配合工作，可以使用fameview软件，用vbscript编程语言编写脚本，把激光测距仪1采集来的数据经过简单运算，来得到穹顶8的高度位置、穹顶8的倾斜度和穹顶8的上升速度，并制作出实时报警界面和位移曲线图在显示模块6上显示出来。
参照图5，本申请还提供一种穹顶气顶升监测方法，包括如下步骤：
步骤s1，获取分布于罐壁的顶部的多个激光测距仪监测到的穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离。
例如，在穹顶上升的过程中，均布于罐壁的顶部的八个激光测距仪分别监测穹顶上靠近边缘处位于各激光测距仪正下方的各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离，为下一步计算穹顶的高度和第一倾斜角度提供依据。
步骤s2，根据穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算穹顶的高度和/或第一倾斜角度。
例如，各激光测距仪在罐壁顶部的高度相同的情况下，可将各激光测距仪的高度分别减去对应的各目标位置与激光测距仪之间的距离，从而得到各目标位置的高度。然后，通过将计算出的目标位置的高度进行平均即可作为穹顶的高度，也即确定穹顶顶升所达到的位置。
根据各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离或已经计算出的各目标位置的高度，还可以计算出表示穹顶倾斜程度的第一倾斜角度，避免穹顶超过设定的倾斜角度不被发现而引起施工事故。
计算第一倾斜角度的具体方法可以是，根据各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离或已经计算出的各目标位置的高度，结合第一倾斜角度所对应的穹顶上两点之间的距离，利用三角函数进行计算。
例如，根据d1′高度和d5′的高度，计算出d1′和d5′的高度差，进而结合d1′到d5′的距离，利用三角函数，可计算出d1′与d5′的连线和水平面的夹角。计算出的该夹角大小即可作为穹顶在d1′与d5′连线方向上的倾斜角度。其中，d1′和d5′是穹顶上分别对应激光测距仪d1和激光测距仪d5的两个目标位置。
在一些实施例中，也可以根据穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离，仅计算穹顶的高度或仅计算第一倾斜角度。
本申请一些实施例中，穹顶气顶升监测方法还包括：
获取设于所述穹顶上的倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度。
例如，在获取激光测距仪监测穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离的同时，也获取倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度。
将所述倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度与根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的第一倾斜角度相融合，得到第二倾斜角度。在该步骤中，将根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算出的第一倾斜角度，与倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度进行融合计算，从而得到更为准确的第二倾斜角度。然后，将第二倾斜角度与允许的最大倾斜角度相对比，采取措施避免第二倾斜角度超过允许的最大倾斜角度，从而保证施工安全。
在一些实施例中，上述根据穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算穹顶的高度或第一倾斜角度的步骤s2之后，所述方法还包括：
根据穹顶的高度和上升所用时长，计算穹顶上升的速度。从而，可及时采取措施避免穹顶上升的速度超过所允许的最大上升速度，以确保施工安全。
综合以上，本申请穹顶气顶升监测装置的一个工作过程如下：
在对穹顶8进行气顶升之间，先将多个激光测距仪1按照以上实施例中所示出的方法均匀分布地设置在罐壁7的顶部，将倾角仪2设置在穹顶8的顶部正中位置处。
启动风机9对罐壁7内的穹顶8进行气顶升。在气顶升的过程中，罐壁7顶部的多个激光测距仪1分别对位于其测距端正下方的穹顶8上的目标位置进行距离测量，并将测量所得数据通过由无线发送模块3和无线接收模块4构成的无线传输系统传输给上位机5。
在激光测距仪1对穹顶8上的目标位置进行距离测量的同时，设置在穹顶8上的倾角仪2也实时对穹顶8的倾斜角度进行测量，并将测量所得的倾斜角度数据通过无线发送模块3和无线接收模块4传输给上位机5。
上位机5和显示模块6利用fameview软件并通过vbscript编程语言编写脚本，把各激光测距仪1采集来的距离数据进行运算，得到穹顶8的高度位置和穹顶8的第一倾斜度，结合上升时间得出穹顶8的上升速度。然后，可制作出实时报警界面和位移曲线图显示在显示模块6上。
计算出第一倾斜度后，可将第一倾斜度与倾角仪2所采集的穹顶8倾斜度数据进行对比融合，从而得到更加精确的倾角数据。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离本申请的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
1.一种穹顶气顶升监测装置，其特征在于，包括：
多个激光测距仪，分布于罐壁的顶部，用于监测穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离；一个所述目标位置对应一个所述激光测距仪；所述穹顶可在所述罐壁围成的空腔内上升；
上位机，用于根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度和/或第一倾斜角度。
2.根据权利要求1所述的穹顶气顶升监测装置，其特征在于，还包括：
倾角仪，设于所述穹顶上，用于实时监测所述穹顶的倾斜角度；
所述上位机用于根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的第一倾斜角度，并融合所述倾角仪监测到的所述穹顶的倾斜角度和所述第一倾斜角度，以得到第二倾斜角度。
3.根据权利要求2所述的穹顶气顶升监测装置，其特征在于，所述倾角仪设置在所述穹顶的顶部。
4.根据权利要求1所述的穹顶气顶升监测装置，其特征在于，所述罐壁呈圆筒形；
所述多个激光测距仪环形均匀布设于所述罐壁的顶部。
5.根据权利要求1所述的穹顶气顶升监测装置，其特征在于，所述穹顶上各目标位置位于对应的所述激光测距仪的正下方。
6.根据权利要求1所述的穹顶气顶升监测装置，其特征在于，还包括无线发送模块和无线接收模块；
所述无线发送模块电连接所述激光测距仪，所述无线发送模块用于获取所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离信息并无线发送；
所述无线接收模块电连接所述上位机，所述无线接收模块用于无线接收所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离信息并传输给所述上位机。
7.根据权利要求1所述的穹顶气顶升监测装置，其特征在于，还包括显示模块；
所述显示模块用于在所述上位机根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度之后，显示所述穹顶的高度。
8.一种穹顶气顶升监测方法，其特征在于，包括：
获取分布于罐壁的顶部的多个激光测距仪监测到的穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离；
根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度和/或第一倾斜角度。
9.根据权利要求8所述的穹顶气顶升监测方法，其特征在于，所述根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的高度包括：
将各激光测距仪的高度分别减去对应的各目标位置与激光测距仪之间的距离，得到各目标位置的高度；
求全部目标位置的高度的平均数，得到所述穹顶的高度。
10.根据权利要求8所述的穹顶气顶升监测方法，其特征在于，还包括：
获取设于所述穹顶上的倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度；
将所述倾角仪所监测到的所述穹顶的倾斜角度与根据所述穹顶上各目标位置与对应的激光测距仪之间的距离计算所述穹顶的第一倾斜角度相融合，得到第二倾斜角度。
技术总结