CN105464049A - 深水抛填船实时测控验收系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水抛填船实时测控验收系统，包括抛填船，所述抛填船上设置定点抛填装置，所述定点抛填装置包括用于约束抛石的溜槽,提拉溜槽的提升机构，抛填船侧设置轨道，所述溜槽可沿轨道移动，所述溜槽可通过提升机构上下移动，所述溜槽上部设置GPS，所述溜槽下部设置水下测控装置。本发明对大流速、深水恶劣工况的适应性强，该系统具有深度大、精度高、工效高、自动化等显著，并有效的提高有效作业时间，可为类似工程测控系统的设计及使用借鉴应用。

Description

深水抛填船实时测控验收系统及施工方法

技术领域

本发明涉及一种深水抛填船实时测控验收系统及施工方法。

背景技术

航道整治工程中，施工抛填块石施工时，船舶对水下抛石的厚度和平面位置确定具有一定的难度，需设计一种深水抛填船测控系统实现块石抛填的厚度和位置实时显示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在航道整治抛填块石施工时，对水下抛石的厚度和平面位置能够实现块石抛填的厚度和位置实时显示的系统，以及使用该系统的施工方法。

为解决上述技术问题，本发明的深水抛填船实时测控验收系统，包括抛填船，所述抛填船上设置定点抛填装置，所述定点抛填装置包括用于约束抛石的溜槽,提拉溜槽的提升机构，抛填船侧设置轨道，所述溜槽可沿轨道移动，所述溜槽可通过提升机构上下移动，所述溜槽上部设置GPS，所述溜槽下部设置水下测控装置。通过GPS测得基床面与GPS的距离，测量GPS与水面之间的距离和水面与水下测控装置的距离，以及水下测控装置的度数，即可得出基床抛石面的高程。

优选的，所述水下测控装置为高度计。水下测控装置可以是探测仪或高度计。高度计从精度上更加精确，易于维护，采用了高强度铝合金外壳防水一体化设计，LCD数码/键盘设置参数/操作简便，水底自动跟踪门技术，可适用于50m以上的工作水深，故选取高度计作为本系统设计的水下测控设备

作为一种的改进，所述抛填船上设置母船定位GPS。

作为一种的改进，所述抛填船上的母船定位GPS设置两台，在抛填船的艏端对称设置。将数据线通过无线发射模块传送至总控制室，根据GPS平面坐标读数以及位置关系，计算出船舶及水下抛填块石的平面位置绝对坐标，系统误差可实现5mm～1ppm。

作为一种的改进，所述抛填船上海设置倾斜仪。倾斜仪控制母船的姿态从而实现控制溜槽在水下的姿态控制换算修正。

作为一种的改进，所述定点抛填装置还包括用于安装溜槽的台车，所述台车可在船侧的台车轨道上行走。

作为一种的改进，所述抛填船上设置声呐测控系统。通过声呐测控系统对水下抛石厚度高程和平面位置进行发射声波，待声波接触抛填块石后会自动反射到接收器，测控系统通过发射和回收的时间自动计算出抛填块石的高程。

本发明还涉及一种深水抛填船实时测控验收施工方法，包括下列步骤，

（1）抛填船就位：抛填船通过锚泊系统实现初步定位，然后开启GPS精确就位系统，通过缆系调整起抛填船精确就位，实现平面位置偏差不大于5cm；

（2）运料船靠泊：运料船采用平板驳，靠泊船舶航行速度不得大于0.3m/s，且靠泊船舶的吨位不大于3000吨级，靠泊后通过定位缆系绑定连接。

（3）溜槽就位：启动系统提升或下降溜槽系统至一定的高度后，开启测控系统测量进行扫测水下原基床面的高程，进行一次记录；

（4）抛填作业：首先设定设计抛填高程后，通过送料系统向溜槽内送料，并开启测控系统实时检测抛填块石厚度的变化情况，达到设计抛填高程后，停止送料作业，此时测控系统自动记录抛填块石的高程，并开启溜槽横向移动卷扬机，拉动系统延船舶纵向移动，移动至设计行程后，通过锚系绞缆移船至下一船位；

（5）扫测验收：待整个船尾抛填完成后，提升抛填溜槽距离抛填面一定高度，开启扫测验收系统，进行抛填基床面的验收比对作业，并行成验收数据，完成该船位的块石抛填、验收作业；

在整个过程中，GPS实时显示基床面抛填块石的高程并记录，该系统不受潮位的影响，并可以通过倾斜仪数据，在系统软件中实时修正抛填块石的厚度和高程，实现自动化作业。

本发明的深水抛填船实时测控验收系统及施工方法在深水抛填船中得到应用，并在后海基地进行了系统测试，通过分析研究证明该系统是先进的，在我国水运工程航道整治工程中，对大流速、深水恶劣工况的适应性更强，系统的应用得出块石抛填高度偏差不超过1cm±0.1％所测深度，平面位置抛填偏差不大于10cm，该系统具有深度大、精度高、工效高、自动化等显著，并有效的提高有效作业时间，可为类似工程测控系统的设计及使用借鉴应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是抛填装置的结构示意图。

图2是台车的结构示意图。

图3是本发明的深水抛填船的结构示意图。

图4是本发明的深水抛填船的俯视图。

图5是高程换算示意图。

图6是测控系统原理图。

具体实施方式

本发明的深水抛填船实时测控验收系统，包括抛填船8，抛填船8上设置定点抛填装置，如图1和图2所示，定点抛填装置包括用于约束抛石的溜槽1，用于安装溜槽1的台车2和安装在船侧的台车轨道3，台车2可沿台车轨道3移动。台车轨道包括设置在船舷上的船舷轨道31和悬挑轨道32，船侧设置悬挑梁4，悬挑梁4上设置轨道梁5，轨道梁5上设置悬挑轨道32，台车可以在船侧自由且稳固的行走。

使用溜槽1抛石，可以将抛石精确约束在设定的位置，防止抛石被流水冲走。将溜槽1约束在台车2上，台车2上设置小轮21，可沿轨道3行走，当一个位置抛石完毕后，可以移动台车2，在下一个位置继续抛石。

台车2上设置提拉溜槽的提升机构，提升机构为克令吊和卷扬机。设置了提升机构，可以随时改变溜槽1的高度，适应不同的环境；在组装和拆卸时，可以使用提升机构提升和降下溜槽1。溜槽分节拆除，由于总重量大于船舶自带克令吊提升能力，需要由卷扬机配合提升，拆除后放在船舷侧或甲板上。

由于设置了轨道，一次移船驻位可实现延船纵轴方向移动20m，竖向可升降高度为30m。

如图3和图4所示，溜槽1上部设置GPS1，溜槽1下部设置水下测控装置。通过GPS测得基床面与GPS的距离，测量GPS与水面之间的距离和水面与水下测控装置的距离，以及水下测控装置的度数，即可得出基床抛石面的高程。

当溜槽固定在一定高程位置上时，通过GPS换算出下部高度计的端部高度，换算图示见图5。水面高程为0位高程，GPS1测出读数为H读，GPS1与水面线之间的距离为H1，高度计距离水面线距离为H2，高度计的读数为H3，设基床面的实时高程显示为H4，则基床面高程H4=H读-H1-H2-H3，即为基床抛石面的高程；

水下测控装置为高度计6。水下测控装置可以用探测仪，也可以用高度计。高度计从精度上更加精确，易于维护，采用了高强度铝合金外壳防水一体化设计，LCD数码/键盘设置参数/操作简便，水底自动跟踪门技术，可适用于50m以上的工作水深，故选取高度计作为本系统设计的水下测控设备

抛填船8上设置母船定位GPS，抛填船8上的母船定位GPS设置两台，分别是GPS2和GPS3，在抛填船8的艏端对称设置，溜槽1上部为GPS1。将数据线通过无线发射模块传送至总控制室，根据GPS平面坐标读数以及位置关系，计算出船舶及水下抛填块石的平面位置绝对坐标，系统误差可实现5mm～1ppm。定位系统包括3台RTKGPS工作模式和2台RTKGPS工作模式[6]。

三台RTKGPS工作模式

当系统中接入3台正常工作的RTKGPS时，可选择3台RTKGPS工作模式。此时，GPS1、GPS2用于船位确定，GPS3用于溜槽位置和槽口高度（高度计高度）的确定。此工作模式的定位及测高原理较为简单。

两台RTKGPS工作模式

当系统中GPS1和GPS2有1台未接入或工作不正常，GPS3工作正常时，可选择2台RTKGPS工作模式。假设GPS1工作正常，此时采用GPS1和GPS3进行船位确定，GPS3仍用于溜槽位置和槽口高度（高度计高度）的确定。

此工作模式由于GPS3处于移动状态，为了正确进行船位确定，需要在设备标定时测定行车轨道在船体坐标系中的方向，建立轨道的平面方程，通过GPS1、GPS3的距离实时解算GPS3的船体坐标，以建立船体坐标系与施工坐标系的实时坐标转换关系。

抛填船上海设置倾斜仪7。倾斜仪控制母船的姿态从而实现控制溜槽在水下的姿态控制换算修正。

抛填船上设置声呐测控系统。通过声呐测控系统对水下抛石厚度高程和平面位置进行发射声波，待声波接触抛填块石后会自动反射到接收器，测控系统通过发射和回收的时间自动计算出抛填块石的高程。

本发明还涉及一种深水抛填船实时测控验收施工方法，包括下列步骤，

（1）抛填船就位：抛填船通过锚泊系统实现初步定位，然后开启GPS精确就位系统，通过缆系调整起抛填船精确就位，实现平面位置偏差不大于5cm；

（2）运料船靠泊：运料船采用平板驳，靠泊船舶航行速度不得大于0.3m/s，且靠泊船舶的吨位不大于3000吨级，靠泊后通过定位缆系绑定连接。

（3）溜槽就位：启动系统提升或下降溜槽系统至一定的高度后，开启测控系统测量进行扫测水下原基床面的高程，进行一次记录；

（4）抛填作业：首先设定设计抛填高程后，通过送料系统向溜槽内送料，并开启测控系统实时检测抛填块石厚度的变化情况，达到设计抛填高程后，停止送料作业，此时测控系统自动记录抛填块石的高程，并开启溜槽横向移动卷扬机，拉动系统延船舶纵向移动，移动至设计行程后，通过锚系绞缆移船至下一船位；

（5）扫测验收：待整个船尾抛填完成后，提升抛填溜槽距离抛填面一定高度，开启扫测验收系统，进行抛填基床面的验收比对作业，并行成验收数据，完成该船位的块石抛填、验收作业；

在整个过程中，GPS实时显示基床面抛填块石的高程并记录，该系统不受潮位的影响，并可以通过倾斜仪数据，在系统软件中实时修正抛填块石的厚度和高程，实现自动化作业。

坐标转换及图形处理

能够实现坐标转换功能，将GPS测得的WGS-84坐标转换成工程坐标系中的坐标；能够导入AutoCAD格式的背景图等；可以输入实时气象预报数据；能够导入OfficeExcel格式的相关数据，根据施工需要生成OfficeWord格式和OfficeExcel格式施工记录表；实时、同步采集各仪器设备数据，计算出导向板底部的三维坐标，实现抛石和验收的同步测量；

实现二维和三视图三维动态显示，实时用图形的形式直观的显示，并且可以多角度切换，给技术人员提供直观的参考；系统可实现实时抓图、自动记录显示文件并以图文形式储存。

Claims (8)

1.一种深水抛填船实时测控验收系统，其特征在于：包括抛填船，所述抛填船上设置定点抛填装置，所述定点抛填装置包括用于约束抛石的溜槽,提拉溜槽的提升机构，抛填船侧设置轨道，所述溜槽可沿轨道移动，所述溜槽可通过提升机构上下移动，所述溜槽上部设置GPS，所述溜槽下部设置水下测控装置。

2.按照权利要求1所述的深水抛填船实时测控验收系统，其特征在于：所述水下测控装置为高度计。

3.按照权利要求2所述的深水抛填船实时测控验收系统，其特征在于：所述抛填船上设置母船定位GPS。

4.按照权利要求3所述的深水抛填船实时测控验收系统，其特征在于：所述抛填船上的母船定位GPS设置两台，在抛填船的艏端对称设置。

5.按照权利要求3所述的深水抛填船实时测控验收系统，其特征在于：所述抛填船上海设置倾斜仪。

6.按照权利要求2所述的深水抛填船实时测控验收系统，其特征在于：所述定点抛填装置还包括用于安装溜槽的台车，所述台车可在船侧的台车轨道上行走。

7.按照权利要求2所述的深水抛填船实时测控验收系统，其特征在于：所述抛填船上设置声呐测控系统。

8.一种深水抛填船实时测控验收施工方法，其特征在于：包括下列步骤，

（1）抛填船就位：抛填船通过锚泊系统实现初步定位，然后开启GPS精确就位系统，通过缆系调整起抛填船精确就位，实现平面位置偏差不大于5cm；

（2）运料船靠泊：运料船采用平板驳，靠泊船舶航行速度不得大于0.3m/s，且靠泊船舶的吨位不大于3000吨级，靠泊后通过定位缆系绑定连接。

（3）溜槽就位：启动系统提升或下降溜槽系统至一定的高度后，开启测控系统测量进行扫测水下原基床面的高程，进行一次记录；

（4）抛填作业：首先设定设计抛填高程后，通过送料系统向溜槽内送料，并开启测控系统实时检测抛填块石厚度的变化情况，达到设计抛填高程后，停止送料作业，此时测控系统自动记录抛填块石的高程，并开启溜槽横向移动卷扬机，拉动系统延船舶纵向移动，移动至设计行程后，通过锚系绞缆移船至下一船位；

（5）扫测验收：待整个船尾抛填完成后，提升抛填溜槽距离抛填面一定高度，开启扫测验收系统，进行抛填基床面的验收比对作业，并行成验收数据，完成该船位的块石抛填、验收作业；

在整个过程中，GPS实时显示基床面抛填块石的高程并记录，该系统不受潮位的影响，并可以通过倾斜仪数据，在系统软件中实时修正抛填块石的厚度和高程，实现自动化作业。