CN104913769A - 沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统及测控方法 - Google Patents

沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统及测控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统,具有多组接收/发射超声波传感器、工业PC控制平台、串口/无线网络通讯系统、指挥室PC控制和显示平台,多组接收/发射超声波传感器通过同轴电缆与工业PC控制平台连接,工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过串口/无线网络通讯系统连接。同时还提供了一种测控方法。本发明测量系统成本低、精度高、适应性强、智能化程度高、可靠性好,有效解决沉管隧道建设中管段水下对接的高精度测控问题。

Description

沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统及测控方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统及测控方法。
背景技术
[0002] 由于沉管隧道有很多工作是在水下进行的,因此与陆地隧道相比,沉管隧道对测量工作提出了更高的要求。对修建沉管隧道来说,如何对沉管沉放进行测量控制是一个世界性的难题。发达国家对沉管隧道经过了多年的研宄和技术积累,对这些难题己经有了比较成熟的解决方案。
[0003] 由于我国对沉管隧道测量技术的研宄起步比较晚,目前国内研宄掌握的技术、经验和可供参考的资料相对较少,对跨海沉管隧道涉及的测量控制方法与技术更是几乎没有系统深入的研宄。可以说,我国对沉管隧道进行测量控制的方法还处在初级阶段。而随着我国经济的高速发展,在江、河、湖、海中修建高速公路、城市道路、地铁或高速铁路的水下沉管隧道必然越来越多。仅从目前来看,我国对沉管隧道的需求己经特别的大,面对如此急切与大量的需求,无论是从沉管隧道测量控制技术总结方面,还是沉管隧道测量控制技术储备和提高方面,我国都必须加大对建造海底隧道涉及的各方面测量技术进行系统深入的研宄,发展出具有我国自主知识产权的海底隧道测量控制技术,尽快最大限度地满足需求。
[0004] 截止目前,管段对接中首选测量方法是全站仪和GPS测量方法,该方法代表了目前国内外主流沉放监测技术水平,由于目前GPS和全站仪测量技术已发展成熟,因此系统的稳定性较强,一般不会出现测量错误、测量中断等大的故障。该方法的局限性主要有几个方面:(1)控制点测量精度低,不适合长、大结构的管节测量。原因在于,测量方法未考虑管节、测量塔的变形对结果的影响,而在管段结构较大的情况下,变形引起的误差不可忽略;
(2)适用于内河测量,在这种情况下,全站仪设站难度较小,且观测距离短,精度高。而外海测量中,站点设置困难,观测距离长,精度低;(3)适合于短距离隧道测量监控,不适合类似港珠澳沉管隧道等长距离隧道的对接测量。因为在沉放对接监控中,不仅需要准确测量待沉放管节的空间坐标,而且需要测量上节已沉放管节的空间坐标(注:注浆托起或重力沉降,空间位置发生了改变),而已沉放管节的测量只能通过全站仪管内接力测量(注:管节之间只有钢封门是通视的)的方式,在长距离隧道中,精度难以保障;(4)测量方法完全依赖测量塔,在沉放工艺改变,不设置测量塔的情况下即无法实施。
[0005]另外,从已有沉管隧道测量资料来看,该方法还有一个比较大的缺陷,就是测量结果的验证和校核问题(从已有查阅资料中未发现类似研宄)。这里的验证和校核并不是针对测量点,而是针对接头对接控制点。
[0006] 在管节沉放对接中,潜水测量是主要辅助方法,即由潜水员对两块块体之间的间隙进行估算从而对沉放结果进行测量。这种传统的测量方法在首块块体沉放的时候会比较费时费力,因为当水下没有任何标志的时候,无法利用潜水员定位而只能依赖设置在首块管体上的长杆来定位,由于深处水流无法准确测定,同时长杆的刚度无法得到保证,因此这种方法所得到的首块块体的定位精度无法得到保证,质量比较低,并且水下未知的环境,对潜水员的生命也存在威胁。
[0007] 以上这些方法还有一个严重的缺陷,只能用于浅水测量,在这种条件下,GPS和全站仪可以通过测量控制塔传递测量,潜水员也可以较长时间地进行水下工作。但在深水沉管隧道建设中,潜水作业受到很大的限制,而且安全也是一个大问题,GPS等测量方法也因为没有控制塔传递而无法测量。
[0008] 国外发达国家的沉管隧道建设已经有近80多年的历史,相关的测量技术相对完善和先进。这里对于GPS等常规测量方法不再赘述,只讨论具有一定先进性的非常规测量和监测方法。
[0009]目前国外沉管隧道建设中能够代表最高测量技术水平的是水下声呐法。该方法是一种相对定位测量方法,其测量的是待沉管节与已沉管节对接端的相对位置,当管节距离较近时,该方法具有较高的定位精度。目前,该方法的在我国的推广应用有一定的难度,主要原因有:(I)由于国外技术垄断,使用成本极高,通常在数几百万元人民币以上;(2)该方法在国内尚未经过实际应用,其可行性和实际使用效果有待进一步研宄。
[0010] 综上所述,目前已有的测量方法均有一定缺陷和不足,不能满足我国沉管隧道建设进一步发展的需要,在测量方法的适应性和分析结果的即时性、准确性等方面均需大幅度提高。从国家基础建设规划来看,随着技术、资金储备的成熟,大规模、长距离、大深度的沉管隧道建设高潮即将到来。在这种背景下,管节沉放对接中存在的测量难题必须尽快予以解决。从目前来看,从传统测量方法的角度出发进行进一步改进很难达到工程要求,而国外技术引进成本又过高,且本土化改造也是一个复杂的过程,必须研宄一种新的设备及相应的标准化操作流程,这种方法应该具有以下特点或功能:(I)测量方法适应强,能够适应沉管隧道施工的一般条件。(2)具有较高的安全性、可靠性,测量过程中无不可控危险因素;测量过程稳定,不受周边环境的影响而中断或出错,具有全天候工作能力。(3)实施过程复杂程度低,具有较强的可操作性。(4)测量精度高,可满足工程要求;测量精度稳定性高,不受水深、水流等环境因素的影响而降低。(5)测量效率高,基本与沉放对接过程可以保持同步进行。(6)测量结果的即时性好,能够及时为工程决策提供所需依据。
发明内容
[0011] 本发明的目的就是为了解决上述问题,提供一种沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统。
[0012] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统,具有多组接收/发射超声波传感器、工业PC控制平台、串口 /无线网络通讯系统、指挥室PC控制和显示平台,多组接收/发射超声波传感器通过同轴电缆与工业PC控制平台连接,工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过串口 /无线网络通讯系统连接。
[0013] 优选的是:接收/发射超声波传感器组数为三组,每组接收/发射超声波传感器中,发射超声波传感器与接收超声波传感器的对应关系为I对4,I对3,2对4或者2对3,接收超声波传感器通过支架安装在沉管的管尾,发射超声波传感器通过支架安装在待沉管的管头。
[0014] 优选的是:工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过无线电传输系统或者3G/4G传输系统连接。
[0015] 另一方面,一种应用上述沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统实现的测控方法,具有以下步骤:
[0016] S1、安装传感器,接收/发射超声波传感器分组面对面安装到管头和管尾的位置;
[0017] S2、接收/发射超声波传感器测量中心和预设控制点标定,采用高精度全站仪在同一坐标系下测量得到传感器中心、预设控制点以及管段角点的空间坐标值,用于管段相对姿态的计算;
[0018] S3、现场测量,控制接收/发射超声波传感器的声波发射和接收,根据声波在水中的走时计算接收/发射超声波传感器之间的空间距离;
[0019] S4、发射传感器测量中心坐标计算,以已沉放管段管底面为投影中心建立独立坐标系,根据前面标定结果计算出接收超声波传感器中心、控制点的空间坐标,然后以发射超声波传感器中心坐标为未知数建立接收/发射超声波传感器测量中心之间的距离方程组,通过解方程组得到发射超声波传感器的中心坐标值,以此类推得到各个发射超声波传感器测量中心的空间坐标;
[0020] S5、待沉放管段控制点坐标计算,根据发射超声波传感器前期标定坐标和测量坐标计算变换矩阵,然后将标定的管段控制点坐标乘以该矩阵即可得到其即时坐标;
[0021] S6、在计算得到所有控制点坐标的基础上,调用微软Direct3D函数库建立两节管段的空间模型。
[0022] 优选的是:接收/发射超声波传感器测量中心和管段控制点坐标采用0.5"以上高精度全站仪进行标定,标定内容为统一坐标系下的三维坐标。
[0023] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0024] (I)测量精度随着管头距离的缩小不断提高,最终精度可达到1mm以内,完全能够满足沉管隧道建设中对管段沉放对接的测量精度要求;
[0025] (2)整个测量过程全部在水下进行,因此测量精度基本不受潮位、水深的影响;
[0026] (3)测量过程不需要通过测量塔传递,因此结果不受管段变形和测量控制塔变形的影响,精度和可靠性得到了大幅度提高;
[0027] (4)适应性强,不仅可满足内河浅水的测量,同样适用于外海深水测量,而且无需借助测量塔等传递物(传统GPS等通过对测量塔进行定位,然后换算到管段空间坐标)。
[0028] (5)将测量学、计算机、图形图像学的最新发展成果运用到管节沉放对接监控中,达到了施工过程中关键目标的及时掌控,为控制和决策提供最直接的依据。
附图说明
[0029]图1为实施例中沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统示意图。
[0030]图2为实施例中沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控方法实施过程示意图。
[0031] 图3a为第一种支架的结构图。
[0032] 图3b为第一种支架中钢管口部结构图。
[0033] 图3c为第一种支架中法兰盘结构图。
[0034] 图3d为第一种支架中底座结构图。
[0035] 图4a为第二种支架的结构图。
[0036] 图4b为第二种支架中钢管口部结构图。
[0037] 图4c为第二种支架中法兰盘结构图。
[0038] 图4d为第二种支架中底座结构图。
[0039] 图5a为第三种支架的结构图。
[0040] 图5b为第三种支架中钢管口部结构图。
[0041] 图5c为第三种支架中法兰盘结构图。
[0042] 图5d为第三种支架中底座结构图。
[0043] 附图标记说明:11发射超声波传感器,12接收超声波传感器,21底座,22镀锌钢管,23对中卡盘。
具体实施方式
[0044] 以下结合附图对本发明作说明。
[0045] 实施例一
[0046] 参见图1,一种沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统,具有多组接收/发射超声波传感器、工业PC控制平台、串口 /无线网络通讯系统、指挥室PC控制和显示平台,多组接收/发射超声波传感器通过同轴电缆与工业PC控制平台连接,工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过串口 /无线网络通讯系统连接。超声波传感器通过同轴电缆与工业PC控制平台连接并受其控制,相互之间的控制和数据传输采用总线方式。
[0047] 接收/发射超声波传感器组数为三组,每组接收/发射超声波传感器中,发射超声波传感器与接收超声波传感器的对应关系为I对4,I对3,2对4或者2对3,接收超声波传感器通过支架安装在沉管的管尾,发射超声波传感器通过支架安装在待沉管的管头。每组根据现场条件采取I发3收、I发4收、2发3收等多种灵活的组合方式,每次使用中设置两组或3组传感器(实施例中采用三组的形式),发射超声波传感器根据设置的周期、脉宽、电压提供脉冲超声波,接收超声波传感器根据设置的周期、延迟、采样间隔、采样点数接收脉冲超声波。
[0048] 工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过无线电传输系统或者3G/4G传输系统连接。
[0049] 无线电台传输和3G/4G网络传输两种方式,现场测量得到的声波数据通过这两种传输方式传回岸上控制室内的服务器计算机,经过处理后将坐标和3维模型结果显示到屏幕上。考虑到目前3G/4G网络覆盖了全国绝大部分城市地区,首选基于该网络的数据通讯系统。另外,考虑到3G/4G网络覆盖区域有限,采用无线电台传输系统作为备选通讯方案,通过两套传输系统的融合,实现全天候条件下测量数据的稳定、即时传输。
[0050] 采集到的原始数据为超声波强度值,采用相应的算法计算首至波走时,并转换为传感器测量中心之间的空间距离值。在得到各组接收/发射超声波传感器之间的空间距离值后,通过所选择(串口 /网络选择I种)的通讯系统发送回指挥室服务器PC,结合管节几何尺寸、设备安装尺寸换算管段之间的空间位置和姿态,并采用三维图形建模方法绘制其图形。
[0051] 传感器安装在固定支架上,在测量过程中,随着沉放进度的推进,逐渐沉没于水下。安装支架在制作管段时预埋到管顶面预设位置。需要指出的是,本测量系统的安装精度要求不高,但要求结构钢度高、中心标定精度高。
[0052] 支架包括底座、镀锌钢管和高精度对中卡盘,底座和镀锌钢管以法兰盘方式连接,对中卡盘设置在钢管上,测量中综合采用3种类型的支架,Z-B型(第二种支架)作为声波接收传感器安装支架,高度统一 ;Z-A(第一种支架)、Z-C(第三种支架)型混合安装,以错开高度,使得接收超声波传感器形成一个3维空间形态。传感器安装底板采用15cmX 1cmX 5mm的钢板,钢板根据不同的支架型号安装到不同高度,Z-A、Z-B型安装到支架顶部,Z-C型分别安装到距离支架顶部Om和Im位置。钢管管径11.4cm,管壁厚度5mm,下部管长30cm,上部管长有118cm (Z-A型)和168cm (Z-B和Z-C型)两种型号。法兰盘直径25cm,厚度1cm,螺栓连接孔共8个,孔径18_,底板也采用相同型号的法兰盘,法兰盘与钢管采用焊接方式连接,法兰盘之间对中后采用螺栓连接。对中卡盘采用精密机床专用的3爪对中卡盘,对中精度达0.01mm。传感器放置到3爪之间,随着卡盘螺丝的旋紧,传感器最终固定到中心位置。支架在制作管段时,直接预埋到混凝土中。采用高精度对中卡盘,安装精度由于0.0lmm;安装支架采用上下分离、中间法兰盘连接、可拆卸的方式,避免了沉管浮运时被拖缆损坏的可能。
[0053]系统的工作过程:在已沉放管段和待沉放管段的接头处安装声波传感器,其中一组为声波发射,即水声器阵,一组为声波接收,即水听器阵,通过声波的发射和接收测量相互之间的距离,根据对距离的分析计算得到管节的空间关系。该方案用于沉放对接的关键阶段的监测,此时管头的距离已经很近(按2m以内分析)。
[0054] 同轴屏蔽电缆长60m,一端连接工控PC板卡接口,另一端连接传感器并随沉放进程沉没至水下。电缆本体以及接头部位采用环氧树脂灌注方式进行了防水处理,能够满足300m以浅水深的防水要求。
[0055] 距离测量根据收发之间的首至波走时和波速来计算。在工控PC的控制下,发射传感器启动超声波发射,同时接收传感器进入到声波接收和数据储存状态,完成一次采集后,计算机启动首至波查找进行,确定首至波位置后,结合延时、采样间隔计算出声波走时,然后与波速相乘就得到了接收/发射传感器之间的空间距离,该值通过电台或者无线网络发回岸上控制室。
[0056] 管段空间位置根据接收/发射传感器相互之间的距离进行反算,坐标系采用自建独立坐标系,以已沉放管节的底面作为XOY投影面,原点为管头宽度方向中点,Z轴垂直于XOY向上。在得到每组传感器阵列中发射传感器到4个接收传感器的空间距离后,以发射传感器中心坐标为未知数,建立空间距离方程组,采用开发的解方程组算法程序得到发射传感器的坐标。以此类推,在得到3个发射传感器测量中心坐标的基础上,结合管段的结构尺寸参数,调用微软发布的Direct3D函数库解析得到待沉放管节的空间位置和姿态。
[0057] 3维建模采用线框模型,在得到各个控制节点坐标的基础上,空间线连接的方式构建模型。建模函数直接调用微软发布的Direct3D开发包。
[0058] 最终软件界面实时显示两节管段的空间相对位置和姿态,另外管节的位置、姿态、管节对接面信息以数值形式实时显示在信息栏中。采集设备的远程控制、参数设置等以菜单和命令栏的形式显示在界面上。
[0059] 实施例二
[0060] 参见图1和图2,一种应用实施例一中的沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统实现的测控方法,具有以下步骤:
[0061] S1、安装传感器,接收/发射超声波传感器分组面对面安装到管头和管尾的位置;
[0062] S2、接收/发射超声波传感器测量中心和预设控制点标定,采用高精度全站仪在同一坐标系下测量得到传感器中心、预设控制点以及管段角点的空间坐标值,用于管段相对姿态的计算;
[0063] S3、现场测量,控制接收/发射超声波传感器的声波发射和接收,根据声波在水中的走时计算接收/发射超声波传感器之间的空间距离;
[0064] S4、发射传感器测量中心坐标计算,以已沉放管段管底面为投影中心建立独立坐标系,根据前面标定结果计算出接收超声波传感器中心、控制点的空间坐标,然后以发射超声波传感器中心坐标为未知数建立接收/发射超声波传感器测量中心之间的距离方程组,通过解方程组得到发射超声波传感器的中心坐标值,以此类推得到各个发射超声波传感器测量中心的空间坐标;
[0065] S5、待沉放管段控制点坐标计算,根据发射超声波传感器前期标定坐标和测量坐标计算变换矩阵,然后将标定的管段控制点坐标乘以该矩阵即可得到其即时坐标;
[0066] S6、在计算得到所有控制点坐标的基础上,调用微软Direct3D函数库建立两节管段的空间模型。
[0067] 接收/发射超声波传感器测量中心和管段控制点坐标采用0.5"以上高精度全站仪进行标定,标定内容为统一坐标系下的三维坐标。
[0068] 每个沉管对接面两侧各布置3组测距声波传感器,每组传感器包含I个发射端和4个接收端,通过测量传感器之间的距离反算管节的空间相对位置。在测量前,首先在对接面左右两侧(即管头和管尾)安装相应的发射或接收传感器,然后采用高精度全站仪测量方法对传感器中心点进行标定,标定内容为同一坐标系下传感器中心的空间坐标和管节结构上标志点的坐标,通过这些坐标点的换算即可得到传感器测量中心与管节结构的初始相对空间坐标(全站仪的测量精度不得低于0.5")。该初始空间坐标数据作为后续空间坐标计算的初始状态。测量过程中,采用工控机控制传感器的同步收发,3个发射传感器同步发射超声信号,与之相对应的3组接收传感器在发射进程启动的同时开始采集声波信号。通过测量超声信号从发射传感器到接收传感器的走时,再乘以声波在水中的传播速度即可得出两点之间的距离。每组阵列可测量得到4个空间距离,通过上面测量其中的任意3个距离值建立几何关系方程组,解该方程组即可反算出发射端相对于接收端的空间坐标(设发射传感器中心坐标为X、y、z,建立到任意3个接收传感器中心的距离方程组,然后解方程组)。以此类推,测量得到了 3个发射端子的中心坐标。由于发射传感器与安装管节结构在沉放过程中保持固定相对位置,因此可以通过这3个测量坐标得到对接面上任一控制点的坐标(控制点与发射传感器中心的坐标差为ΔΧ、Ay、ΛΖ)。根据以上步骤,即得到了统一坐标系下两个对接面上所有控制点的坐标,通过控制点的比较和分析即可确定管节之间的空间位置关系,进而达到对管节沉放对接的准确测量和监控。
[0069] 传感器阵列的组合根据实际工况可以采用多种方式,常见的有I对4、1对3、2对4、2对3等等。传感器阵列一般以管段中轴线对称安装,发射传感器如果采用I对多方式,则几个传感器的安装高度不得相同。
[0070] 传感器测量中心和管段对接面控制点标定是极其关键的一个环节,其标定的精度对后续测量精度具有决定性的影响。在同一坐标系下,采用高精度全站仪对各点的3维坐标进行测量。
[0071] 传感器空间坐标算法的数据源为超声波传感器阵列测量得到的相互之间的空间距离值,输出值为独立自建坐标系下传感器测量中心的空间坐标。
[0072] 管段控制点坐标算法的数据源为传感器的空间坐标值,输出值为独立自建坐标系下管段控制点的空间坐标。
[0073] 本发明将水下超声波测量技术应用到管段沉放对接测量中。这种测量法不受施工条件和水文条件的限制,测量精度随着管段对接面的靠近逐渐提高,最终可以达到1mm之内,能够满足目前相关规范以及工程要求。
[0074] 测量工作水深为60m,超声波传感器阵列设置3组,每组为I发4收,I个发射传感器安装在待沉放管节的管头,4个接收传感器安装在已沉放管节的管尾。3组传感器等距分布,相互之间的距离为1m(根据实际情况调节)。传感器保证发射面和接收面针对。接收传感器安装高度一致,均为2m,发射传感器安装高度左右两组为2m,中间一组为1.5m(安装高度根据实际情况调节,须保证收发传感器透视)。
[0075] 安装完成后,进行现场标定,标定目标为传感器测量中心和对接面控制点。采用高精度全站仪(0.5")进行测量,在统一坐标系下,测量得出15个传感器测量中心的三维坐标。在对接面上各选择8个控制点,测量得出16个控制点的三维坐标。标定完成将传感器拆除,只留安装底座,目的是防止管段浮运过程中被拖缆挂断。
[0076] 第一节沉管浮运到位后,首先进行二次舾装,此时安装第一节管段管尾的3组12个声波接收传感器,并对电缆接头做防水保护。沉放过程中,接收超声波传感器及电缆随同管段一起沉放至水下。
[0077] 第二节管段浮运到位后,首先进行二次舾装,此时在管头安装3组3个发射超声波传感器。与此同时,采用潜水作业方式将上节管段上12个接收超声波传感器的接头拉出水面,并除去防水材料,漏出接头。
[0078] 在第二节管段沉放前,将所有的接收和发射超声波传感器接头接到现场的采集工控机PC上,并启动电源、软件以及无线发射器,检查无误后,开始按照既定方案进行测量。
[0079] 测量过程中,每5-10秒自动测量一次,并根据相应的算法对波形进行处理和分析,得到首至波走时,结合现场实测波速计算出接收/发射超声波传感器之间的空间距离;然后将该12个空间距离值采用无线传输方式发送回岸上控制室PC。控制室PC在接收到数据后,根据相应的算法和管段设计资料、前期标定资料计算出管段之间的相对空间位置和姿态,然后采用3维空间建模的方法将其实时状态在计算机上显示出来。在此基础上,将管段对接面控制点的坐标等信息也一同显示出来,供指挥人员决策参考。
[0080] 本文略去对公知技术的描述。
[0081] 以上所述仅为本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式,凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统,其特征在于,具有多组接收/发射超声波传感器、工业PC控制平台、串口 /无线网络通讯系统、指挥室PC控制和显示平台,多组接收/发射超声波传感器通过同轴电缆与工业PC控制平台连接,工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过串口 /无线网络通讯系统连接。
2.根据权利要求1所述的沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统,其特征在于:接收/发射超声波传感器组数为三组,每组接收/发射超声波传感器中,发射超声波传感器与接收超声波传感器的对应关系为I对4,I对3,2对4或者2对3,接收超声波传感器通过支架安装在沉管的管尾,发射超声波传感器通过支架安装在待沉管的管头。
3.根据权利要求1所述的沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统,其特征在于:工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过无线电传输系统或者3G/4G传输系统连接。
4.一种应用权利要求1或2或3所述的沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统实现的测控方法,其特征在于,具有以下步骤: 51、安装传感器,接收/发射超声波传感器分组面对面安装到管头和管尾的位置; 52、接收/发射超声波传感器测量中心和预设控制点标定,采用高精度全站仪在同一坐标系下测量得到传感器中心、预设控制点以及管段角点的空间坐标值,用于管段相对姿态的计算; 53、现场测量,控制接收/发射超声波传感器的声波发射和接收,根据声波在水中的走时计算接收/发射超声波传感器之间的空间距离; 54、发射传感器测量中心坐标计算,以已沉放管段管底面为投影中心建立独立坐标系,根据前面标定结果计算出接收超声波传感器中心、控制点的空间坐标,然后以发射超声波传感器中心坐标为未知数建立接收/发射超声波传感器测量中心之间的距离方程组,通过解方程组得到发射超声波传感器的中心坐标值,以此类推得到各个发射超声波传感器测量中心的空间坐标; 55、待沉放管段控制点坐标计算,根据发射超声波传感器前期标定坐标和测量坐标计算变换矩阵,然后将标定的管段控制点坐标乘以该矩阵即可得到其即时坐标; 56、在计算得到所有控制点坐标的基础上,调用微软Direct3D函数库建立两节管段的空间模型。
5.根据权利要求4所述的测控方法,其特征在于:接收/发射超声波传感器测量中心和管段控制点坐标采用0.5"以上高精度全站仪进行标定,标定内容为统一坐标系下的三维坐标。
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