CN104698440B - 一种软体排沉放位置检测方法 - Google Patents

一种软体排沉放位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软体排沉放位置检测方法，其特征在于，采用一个基站和三个移动站的GPS定位系统，将三个移动站安装在测量船上并行至检测点上方，在排体边缘设定检测点位置安装超声波发射传感器，在三个移动站周围安装超声波接收传感器，靠三个超声波接收传感器接收并测出超声波到达的传播时间，计算出距离，同时由移动站的信息确定三个超声波接收传感器的三维坐标，经空间坐标解译即得出检测点的空间位置。本发明能够快捷准确地获取软体排沉放位置，为后续沉排提供依据，保证软体排沉排效果；同时具有操作简单，成本低廉，可行性好，精确度高的优点。

Description

一种软体排沉放位置检测方法
技术领域
本发明涉及一种水利施工测量技术，尤其是涉及一种软体排沉放位置检测方法。
背景技术
河道堤岸崩塌、滩槽冲淤、航道移位等是河床演变最普遍的现象，对水利工程防护和航道整治都具有重要的影响。在航道整治工程中，在岸坡和滩面铺设软体排以减少岸、滩冲刷，稳定河床和航道是工程整治的重要措施。
根据施工机具的能力，软体排的宽度一般为20m，长度则依据需要防护的范围而定。在铺设过程中，一般是希望将排体平整地铺设在河床上，两块软体排之间搭接3m左右，以产生更好地防护效果。
当水流流速较快、水深较大时，软体排在着床过程中会漂浮摆动，甚至翻卷，不易沉放到设定的位置。所以在软体排沉放后需要检测其具体位置，为铺设下一个排体提供依据。现有的检测方法主要有两种：其一是采用侧扫声呐对河床进行扫描，得出施工区的地形，再判断软体排的位置。由于水流浑浊、地形复杂、扫描精度等因素的影响，此方法较难检测出软体排的准确位置，此外，侧扫声呐的成本较高，操作也很复杂。其二是由潜水员直接潜入河床探测，此方法不易进行测点定位，且具有一定的危险性，成本也较高。
故如何设计一种操作简单，成本低廉，可行性好，精确度高的软体排沉放位置检测技术，成为本领域人员有待考虑的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种操作简单，成本低廉，可行性好，精确度高的软体排沉放位置检测方法；以能够快捷准确地获取软体排沉放位置，为后续沉排提供依据，保证软体排沉排效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种软体排沉放位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在软体排沉放之前在排体边缘设定检测点，并在检测点连接一根牵引绳，牵引绳整体长度超过水深并在牵引绳上端连接浮体；
b、获取一套包括一个基站和三个移动站的GPS定位系统，在沉排作业区岸边上方开敞的位置架设所述基站，测定基站的三维坐标；在测量船上安装所述三台移动站，三台移动站为呈三角形布置在同一水平面，基站与移动站无线通讯连接；
c、获取一个超声波发射传感器（优选采用大功率、大发散角的超声波发射传感器），和三个超声波接收传感器组成局部坐标测量系统，三个超声波接收传感器分别设置于三台移动站的正下方固定高度位置处；（用于接收超声波传感器写好并计算得到超声波传感器与对应GPS移动站的距离。）
d、软体排沉排过程中，当检测点沉入到河床后，浮体浮于河面，需要检测时，靠上述测量船行至浮体位置获取到牵引绳，在超声波发射传感器上连接一个圆环和一根整体长度超过水深的拉取绳，将牵引绳穿过圆环，然后拉动牵引绳使得超声波发射传感器在自重作用下沿牵引绳向下滑动到检查点位置后定位，该过程中将拉取绳另一端持于水面上；
e、从测量船向超声波发射传感器发送启动指令，超声波发射传感器工作发出信号，由三个超声波接收传感器接收并测出超声波到达的传播时间，根据（温度修正的）水声速计算每个超声波接收传感器距超声波发射传感器的距离，同时由移动站的信息确定三个超声波接收传感器的三维坐标，经空间坐标解译即得出超声波发射传感器的三维坐标即得到检测点的空间位置；（实施时，可以将测量船在一定范围内移动，经多次检测和误差校正，最后得出此发射传感器的准确坐标，即沉排测点的三维坐标）
f、一个检测点测量完成后，可以拉动拉取绳收回发射传感器，同时剪短牵引绳收回浮体，换下一个检测点继续进行上述检测，得出排体边缘各检测点的准确坐标后，连线即得出排体的边缘线，完成软体排沉排位置检测。（实施时靠本方法测定出前后两个沉排的相对位置，即可以为下一个沉排的铺设提供依据；同时将定位环固定在沉排的任何位置，则可以测量沉排任何位置的三维坐标。实施时还可以在每个沉排下游边缘和排尾留几个浮球，以利工程验收测量。）。
作为优化，a步骤中，拉取绳均优选采用不锈钢航空钢丝绳，其质量更加可靠。
作为优化，a步骤中，浮体可优选采用汽车轮胎、游泳圈等，其作用是牵引钢丝牵引绳套至水面。这样可以废物利用，节省成本。
作为优化，d步骤中，超声波发射传感器安装在一密闭容器中，圆环和拉取绳均连接在密闭容器上，在超声波发射传感器下沉过程中靠拉取取绳沉入深度判断超声波发射传感器下行位置。这样，可以更加利于密封防水，且方便判断超声波发射传感器是否下行到位。进一步地，所述密闭容器的下端重力大于上端，其上端为非金属材质且具有一空腔，所述超声波发射传感器安装在密闭容器内部下端且超声波发射传感器的信号发射端向上位于空腔内，密闭容器的下端外部和圆环固定连接，上端外部和拉取绳连接；这样可以保证传感器始终处于发射端向上的状态，保证信号的传输并降低检测误差。
综上所述，本发明能够快捷准确地获取软体排沉放位置，为后续沉排提供依据，保证软体排沉排效果；同时具有操作简单，成本低廉，可行性好，精确度高的优点。
附图说明：
图1 为本发明实施时的立面布置示意图；
图2 为本发明实施时的平面布置示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式：
如图1-图2所示，一种软体排沉放位置检测方法，其特点在于，包括以下步骤：
a、在软体排沉放之前在排体边缘设定检测点，并在检测点连接一根牵引绳，牵引绳整体长度超过水深并在牵引绳上端连接浮体；（浮体可采用汽车轮胎、游泳圈等，其作用是牵引钢丝牵引绳套至水面。）
b、获取一套包括一个基站和三个移动站的GPS定位系统，在沉排作业区岸边上方开敞的位置架设所述基站，测定基站的三维坐标；在测量船上安装所述三台移动站，三台移动站为呈三角形布置在同一水平面，基站与移动站无线通讯连接；
c、获取一个超声波发射传感器（优选采用大功率、大发散角的超声波发射传感器），和三个超声波接收传感器组成局部坐标测量系统，三个超声波接收传感器分别设置于三台移动站的正下方，优选为相同是固定高度位置处，（用于接收超声波传感器写好并计算得到超声波传感器与对应GPS移动站的距离。）
d、软体排沉排过程中，当检测点沉入到河床后，浮体浮于河面，需要检测时，靠上述测量船行至浮体位置获取到牵引绳，在超声波发射传感器上连接一个圆环和一根整体长度超过水深的拉取绳（优选采用不锈钢航空钢丝绳），将牵引绳穿过圆环，然后拉动牵引绳使得超声波发射传感器在自重作用下沿牵引绳向下滑动到检查点位置后定位，该过程中将拉取绳另一端持于水面上；（超声波发射传感器安装在一密闭容器中，圆环和拉取绳均连接在密闭容器上，在超声波发射传感器下沉过程中靠拉取取绳沉入深度判断超声波发射传感器下行位置。进一步地，所述密闭容器的下端重力大于上端，其上端为非金属材质且具有一空腔，所述超声波发射传感器安装在密闭容器内部下端且超声波发射传感器的信号发射端向上位于空腔内，密闭容器的下端外部和圆环固定连接，上端外部和拉取绳连接；这样可以保证传感器始终处于发射端向上的状态，保证信号的传输并降低检测误差）
e、从测量船向超声波发射传感器发送启动指令，超声波发射传感器工作发出信号，由三个超声波接收传感器接收并测出超声波到达的传播时间，根据（温度修正的）水声速计算每个超声波接收传感器距超声波发射传感器的距离，同时由移动站的信息确定三个超声波接收传感器的三维坐标，经空间坐标解译即得出超声波发射传感器的三维坐标即得到检测点的空间位置；（实施时，可以将测量船在一定范围内移动，经多次检测和误差校正，最后得出此发射传感器的准确坐标，即沉排测点的三维坐标）
f、一个检测点测量完成后，可以拉动拉取绳收回发射传感器，同时剪短牵引绳收回浮体，换下一个检测点继续进行上述检测，得出排体边缘各检测点的准确坐标后，连线即得出排体的边缘线，完成软体排沉排位置检测。（实施时靠本方法测定出前后两个沉排的相对位置，即可以为下一个沉排的铺设提供依据；同时将定位环固定在沉排的任何位置，则可以测量沉排任何位置的三维坐标。实施时还可以在每个沉排下游边缘和排尾留几个浮球，以利工程验收测量。）。
结合附图更加具体地说，上述方法实施时，在附图1和图2中，GPS-B为GPS基站，GPS-M1~GPS-M3为1~3号GPS移动站，B为测量船，J为超声波发射传感器，R1~R3为1~3号超声波接收传感器，C为检测点，R为牵引绳，F为浮球（即浮体），P1为已铺设的软体排，P2为正在铺设的排体。
在软体排P2的编排过程中，在排头和两侧边缘一定距离设置多个检测点C，将合适长度的牵引绳R下端连接在检测点C上端连接浮球F，浮球F可采用气球、汽车轮胎或游泳圈等可漂浮物体，在软体排P2沉放延伸的过程中，浮球F漂浮在牵引绳R上方。
在作业区岸边上空开敞的地方架设GPS系统的基站GPS-B，测定基站的三维坐标；在测量船上安装3台GPS移动站，即GPS-M1 、GPS-M2和 GPS-M3，基站通过专用无线电台与移动站通讯。当GPS接收到超过9颗卫星的信号时，其三维坐标定位可达到2cm的精度。
采用一个大功率（大于100W）、大发散角（大于60度）的超声波发射传感器J、3个超声波接收传感器R1、R2和R3组成局部坐标测量系统，3个接收传感器分别位于GPS-M1、GPS-M2和GPS-M3的正下方，并准确测量接收传感器与对应GPS移动站的距离，即可推算3个超声波接收传感器R1、R2和R3的三维坐标。
铺排一定长度后，将测量船B开到需要检测的区域，获取到牵引绳R，在超声波发射传感器J上连接一个圆环和一根整体长度超过水深的拉取绳，将牵引绳R穿过圆环，然后拉动牵引绳使得超声波发射传感器在自重作用下沿牵引绳向下滑动到检查点位置后定位，该过程中将拉取绳另一端持于水面上；超声波发射传感器J安装在具有一定浮力的密闭容器中，保持其发射端始终向上。
从测量船B通过水下电缆向超声波发射传感器J发送发射超声波的指令，由3个超声波接收传感器R1、R2和R3测出发射超声波的传播时间，根据温度修正的水声速度计算每个传感器距超声波发射传感器J的距离，由3个超声波接收传感器R1、R2和R3的三维坐标，经空间坐标解译得出超声波发射传感器J的三维坐标。设超声波接收传感器R1、R2和R3距超声波发射传感器J的直线距离分别为l 1、l 2和l 3，三维坐标分别为（x 1, y 1, z 1）、（x 2, y 2, z 2）和（x 3, y 3, z 3），则超声波发射传感器J或软体排测点C的三维坐标（x, y, z）可按以下线性方程组求解：
（1）
按照上述方法，测量船B在一定范围内移动，经多次检测和误差校正，最后得出超声波发射传感器J的准确坐标，即软体排测点C的三维坐标。
一个测点C测量完成后拉动拉取绳收回超声波发射传感器J，同时剪短牵引绳收回浮体，牵引绳R优选采用棉质材料，留于水体内可以很快腐蚀冲刷掉，不影响排体，然后换下一个测点C继续进行，得出铺设软体排P2边缘各点的准确坐标，连线得出软体排的边缘线，测定与前一个铺设软体排P1的相对位置，并为下一个软体排的铺设提供依据。
将定位环C固定在软体排P2的任何位置，则可以测量软体排任何位置的三维坐标。实施时在每个软体排下游边缘和排尾留几个浮球F，以利工程验收测量。

Claims (4)

1.一种软体排沉放位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在软体排沉放之前在排体边缘设定检测点，并在检测点连接一根牵引绳，牵引绳整体长度超过水深并在牵引绳上端连接浮体；牵引绳采用棉质材料得到；
b、获取一套包括一个基站和三台移动站的GPS定位系统，在沉排作业区岸边上方开敞的位置架设所述基站，测定基站的三维坐标；在测量船上安装所述三台移动站，三台移动站呈三角形布置在同一水平面，基站与移动站无线通讯连接；
c、获取一个超声波发射传感器，和三个超声波接收传感器组成局部坐标测量系统，三个超声波接收传感器分别设置于三台移动站的正下方固定高度位置处；
d、软体排沉排过程中，当检测点沉入到河床后，浮体浮于河面，需要检测时，靠上述测量船行至浮体位置获取到牵引绳，在超声波发射传感器上连接一个圆环和一根整体长度超过水深的拉取绳，将牵引绳穿过圆环，然后拉动牵引绳使得超声波发射传感器在自重作用下沿牵引绳向下滑动到检查点位置后定位，该过程中将拉取绳另一端持于水面上；
e、从测量船向超声波发射传感器发送启动指令，超声波发射传感器工作发出信号，由三个超声波接收传感器接收并测出超声波到达的传播时间，根据水声速计算每个超声波接收传感器距超声波发射传感器的距离，同时由移动站的信息确定三个超声波接收传感器的三维坐标，经空间坐标解译即得出超声波发射传感器的三维坐标即得到检测点的空间位置；
f、一个检测点测量完成后，拉动拉取绳收回发射传感器，同时剪断牵引绳收回浮体，换下一个检测点继续进行上述检测，得出排体边缘各检测点的准确坐标后，连线即得出排体的边缘线，完成软体排沉排位置检测。
2.如权利要求1所述的软体排沉放位置检测方法，其特征在于，拉取绳均采用不锈钢航空钢丝绳。
3.如权利要求1所述的软体排沉放位置检测方法，其特征在于，所述浮体采用汽车轮胎或者游泳圈。
4.如权利要求1所述的软体排沉放位置检测方法，其特征在于，d步骤中，超声波发射传感器安装在一密闭容器中，圆环和拉取绳均连接在密闭容器上，在超声波发射传感器下沉过程中靠拉取取绳沉入深度判断超声波发射传感器下行位置。
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