CN104762973B - 一种深水抛石高程控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水抛石高程控制系统，该系统包括：船体、抛石管、声纳设备、伸缩油缸和监测器；抛石管位于所述船体上，用于向基床抛石；声纳设备位于所述抛石管的底部，用于探测抛石管底部到基床的距离；监测器位于所述抛石管的顶部，用于实时监测抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离；所述伸缩油缸位于所述抛石管的底部，用于根据所述监测器监测的所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，实时修正所述声纳设备探测的抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值。该系统不仅保证了抛石管高程的精度要求，而且有效的降低了因外界环境的影响，提高了施工的效率。
Description
技术领域
本发明涉及水运工程测量技术领域，具体涉及一种深水抛石高程控制系统。
背景技术
水运工程是交通运输业比如铁路、公路、水运、民航、管道等的重要组成部分，其中水运工程中基础施工的抛石高程控制难度较大，现有技术中主要是通过人工整平、挖机填抛为主要手段，其中采用的高程的测量方法为RTK定位配合钢丝绳或标杆测量。
由于在海水中各种外界环境比如海水的流速，海上的风浪以及海水的深度等因素，导致采用上述方法无法实现高程的较准确的测量，更无法实现高程精度的控制；此外，上述方法的适用环境受限条件较多，仅仅适用于深度较浅，流速较小，风浪较小的环境下。因此在海水波浪和人为的影响较大时，上述高程的精度很难控制。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种深水抛石高程控制系统，该系统实现了对深水抛石高程精准的控制。
第一方面，本发明提供一种深水抛石高程控制系统，该系统包括：船体、抛石管、声纳设备、伸缩油缸和监测器；
所述抛石管位于所述船体上，用于向基床抛石；
所述声纳设备位于所述抛石管的底部，用于探测所述抛石管底部到基床的距离；
所述监测器位于所述抛石管的顶部，用于实时监测所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离；
所述伸缩油缸位于所述抛石管的底部，用于根据所述监测器监测的所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，实时修正所述声纳设备探测的抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值。
可选的，所述声纳设备包括第一声纳设备、第二声纳设备、第三声纳设备和第四声纳设备；
所述第一声纳设备和所述第二声纳设备为校准声速的声纳设备，分别位于所述抛石管的两侧；
所述第三声纳设备和所述第四声纳设备分别位于所述抛石管的两侧，所述第三声纳设备与所述第一声纳设备位于所述抛石管的同一侧，所述第四声纳设备与所述第二声纳设备位于所述抛石管的另一侧；
所述第三声纳设备探测的为所述抛石管底部到基床铺设前的距离；
所述第四声纳设备探测的为所述抛石管底部到基床铺设后的距离。
可选的，所述系统还包括：第一小车和第二小车；
所述船体上设有轨道，所述抛石管位于所述第一小车或所述第二小车上；
所述第一小车沿着所述轨道在所述船体的船头到船尾的方向前后移动，或所述第二小车沿着所述轨道在所述船体的宽度方向左右移动。
可选的，所述船体上还设有显示设备，所述显示设备用于显示所述抛石管的位置、所述抛石管底部到基床铺设前的距离以及所述抛石管底部到基床铺设后的距离。
可选的，所述系统还包括定位器；
所述定位器位于所述船体上，用于根据所述抛石管的位置、所述抛石管底部到基床铺设前的距离以及所述抛石管底部到基床铺设后的距离，定位所述抛石管的位置。
可选的，所述定位所述抛石管的位置，具体包括：
在所述抛石管底部到基床铺设前的距离与第一预设距离的偏差大于预设偏差范围时，通过所述伸缩油缸进行调整；
在所述抛石管底部到基床铺设后的距离与第二预设距离的偏差在预设偏差范围内时，通过控制所述第一小车或第二小车带动所述抛石管进行下一基床的铺设。
可选的，所述基床铺设后的精度为±10mm。
可选的，所述伸缩油缸位于所述抛石管的底部，用于根据所述监测器监测的所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，实时修正所述声纳设备探测的抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值，包括：
通过所述伸缩油缸的修正幅值，控制抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值在预设偏差范围内；
L＝H1-H-h；
其中，L为伸缩油缸的修正幅值，H1为抛石管顶部到基床的距离，H为第一预设距离，h抛石管底部到该监测器相位中心的距离。
可选的，所述抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值的预设偏差范围为±4cm。
由上述技术方案可知，本发明提出了一种深水抛石高程控制系统，该系统通过位于所述抛石管的底部伸缩油缸，根据所述监测器监测的所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，实时修正所述声纳设备探测的抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值，并且将该差值的预设偏差范围控制在±4cm，该系统不仅保证了抛石管高程的精度要求，而且有效的降低了因外界环境的影响，提高了施工的效率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种深水抛石高程控制系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的抛石管连接件的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的声纳设备安装的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本实施例提供的一种深水抛石高程控制系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：船体1、抛石管2、声纳设备3、伸缩油缸4和监测器5；
所述抛石管位于所述船体上，用于向基床抛石；
如图2所示，所述声纳设备位于所述抛石管的底部，用于探测所述抛石管底部到基床的距离；
所述监测器位于所述抛石管的顶部，用于实时监测所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离；
所述伸缩油缸位于所述抛石管的底部，用于根据所述监测器监测的所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，实时修正所述声纳设备探测的抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值。
具体的通过所述伸缩油缸的修正幅值，控制抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值在预设偏差范围内；
L＝H1-H-h；
其中，L为伸缩油缸的修正幅值，H1为抛石管顶部到基床的距离，H为第一预设距离，h抛石管底部到该监测器相位中心的距离。
举例来说，该伸缩油缸可以调节该抛石管的伸出长度，最长可达1.2m，以满足抛石铺设标高的精调要求。
使用上述系统可使抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值的预设偏差范围为±4cm。
上述第一预设距离可以理解为预先设置的抛石管底部到基床的距离。
上述系统通过位于所述抛石管的底部伸缩油缸，根据所述监测器监测的所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，实时修正所述声纳设备探测的抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值，并且将该差值的预设偏差范围控制在±4cm，该系统不仅保证了抛石管高程的精度要求，而且有效的降低了因外界环境的影响，提高了施工的效率。
如图3所示，具体的该声纳设备3包括第一声纳设备31、第二声纳设备32、第三声纳设备33和第四声纳设备34；
所述第一声纳设备和所述第二声纳设备为校准声速的校准声纳设备，分别位于所述抛石管的两侧；
所述第三声纳设备和所述第四声纳设备为基床铺设的使用声纳，分别位于所述抛石管的两侧，所述第三声纳设备与所述第一声纳设备位于所述抛石管的同一侧，所述第四声纳设备与所述第二声纳设备位于所述抛石管的另一侧；
所述第三声纳设备探测的为所述抛石管底部到基床铺设前的距离；
所述第四声纳设备探测的为所述抛石管底部到基床铺设后的距离。
在具体基床铺设过程中，上述系统还包括第一小车61和第二小车62。在该基床的铺设完毕后，进入下一基床铺设时，需要通过第一小车或第二小车倒动抛石管移动，从而进入下一基床的铺设。所述船体上设有轨道，所述抛石管位于所述第一小车或所述第二小车上；所述第一小车沿着所述轨道在所述船体的船头到船尾的方向前后移动，或所述第二小车沿着所述轨道在所述船体的宽度方向左右移动。当第一小车或第二小车带动抛石管行走时引起船体挠度，通过安装在抛石管底部的油缸修正挠度，可以控制基床铺设精度在±10mm；抛石管移动时会产生倾斜，对于发生在抛石管底部的摩擦力，通过改变投入管内的石料高度，能够降低抛石管倾斜；整平施工是在设计垄的位置弯曲行走，其施工精度(水平面)是±10cm。
所述船体上还设有图1中未示出的显示设备，所述显示设备用于显示所述抛石管的位置、所述抛石管底部到基床铺设前的距离以及所述抛石管底部到基床铺设后的距离。
所述系统还包括定位器7；
所述定位器位于所述船体上，位于控制室内，用于根据所述抛石管的位置、所述抛石管底部到基床铺设前的距离以及所述抛石管底部到基床铺设后的距离，定位所述抛石管的位置。
具体定位所述抛石管的位置包括：
在所述抛石管底部到基床铺设前的距离与第一预设距离的偏差大于预设偏差范围时，通过所述伸缩油缸进行调整，上述第一预设距离可以理解为预先设置的抛石管底部到基床的距离。
在所述抛石管底部到基床铺设后的距离与第二预设距离的偏差在预设偏差范围内时，通过控制所述第一小车或第二小车带动所述抛石管进行下一基床的铺设。前述第二预设距离可以理解为预设的抛石管底部到基床铺设后的距离。
在基床铺设控制室内可接收船体的信息，事先得知船体和设计垄的不平度并进行修正，能在基床铺设过程中够达到更高的铺设精度，另外，由于铺设现场的原地基是软基，在整平作业时会出现下沉，因此分2次作业，第1次施工的高度比设计高度低20cm～30cm，形成垫层基础，然后根据设计高度进行第2次精确施工，来控制抛石高程精度。
下面对上述系统的具体工作原理进行详细说明：
首先根据设计给定的设计垄顶标高，在控制室的显示设备上设定设计标高，然后通过控制下降抛石管至设计标高以上0.2米，调整油缸伸缩使抛石管底部到基床的深度与预设深度相等。通过抛石管顶部设置的监测器确认所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，第一小车和第二小车沿设计的行走轨迹行走，通过移动第一小车或第二小车，使抛石管的位置与法线、基线基本保持一致，确保抛石管实时定位于铺设基床的位置一致。铺设过程中高程控制系统通过抛石管顶部实测的实时高程传输到油缸控制系统，然后将油缸调整到设计标高，同时轨道挠度为零，然后将油缸转到自动模式，油缸随挠度变化自动伸缩，使抛石管底部到基床的深度与预设深度相等，在铺设过程中水下抛石管底部的高精度声纳设备在监测器高程控制下通过测量到基床的距离，结合声纳设备中抛石管两侧的校准声纳设备测量得到回送长度，能够实时修正与设计标高的差值，从而反算出垄顶的实时高程。碎石基床铺设质量控制顶标高可以达到偏差±4cm。
通过实验，上述系统可以应用在施工区域面向外海，水深40米，气象海象条件比较恶劣的条件下，能够保证碎石基床铺设质量控制顶标高可以达到偏差±4cm。
以上所述各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种深水抛石高程控制系统，其特征在于，该系统包括：船体、抛石管、声纳设备、伸缩油缸和监测器；
所述抛石管位于所述船体上，用于向基床抛石；
所述声纳设备位于所述抛石管的底部，用于探测所述抛石管底部到基床的距离；
所述监测器位于所述抛石管的顶部，用于实时监测所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离；
所述伸缩油缸位于所述抛石管的底部，用于根据所述监测器监测的所述抛石管顶部到基床的距离以及所述抛石管底部到该监测器相位中心的距离，实时修正所述声纳设备探测的抛石管底部到基床的距离与第一预设距离的差值；
其中，所述声纳设备包括第一声纳设备、第二声纳设备、第三声纳设备和第四声纳设备；
所述第一声纳设备和所述第二声纳设备为校准声速的声纳设备，分别位于所述抛石管底部的两侧；
所述第三声纳设备和所述第四声纳设备为基床铺设的使用声纳，分别位于所述抛石管底部的两侧，所述第三声纳设备与所述第一声纳设备位于所述抛石管底部的同一侧，所述第四声纳设备与所述第二声纳设备位于所述抛石管底部的另一侧；
所述第三声纳设备探测的为所述抛石管底部到基床铺设前的距离；
所述第四声纳设备探测的为所述抛石管底部到基床铺设后的距离。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第一小车和第二小车；
所述船体上设有轨道，所述抛石管位于所述第一小车或所述第二小车上；
所述第一小车沿着所述轨道在所述船体的船头到船尾的方向前后移动，或所述第二小车沿着所述轨道在所述船体的宽度方向左右移动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述船体上还设有显示设备，所述显示设备用于显示所述抛石管的位置、所述抛石管底部到基床铺设前的距离以及所述抛石管底部到基床铺设后的距离。
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