CN105625484B - 一种大型物品深水测控系统和方法 - Google Patents

一种大型物品深水测控系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105625484B
CN105625484B CN201511033441.2A CN201511033441A CN105625484B CN 105625484 B CN105625484 B CN 105625484B CN 201511033441 A CN201511033441 A CN 201511033441A CN 105625484 B CN105625484 B CN 105625484B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
sound wave
large item
control unit
wave measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201511033441.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105625484A (zh
Inventor
林鸣
李勇
李一勇
刘兆权
刘德进
尹海卿
李增军
彭瑞
岳远征
黄维民
高纪兵
赵坤
锁旭宏
宋江伟
孙阳阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CCCC First Harbor Engineering Co Ltd
No 2 Engineering Co Ltd of CCCC First Harbor Engineering Co Ltd
Original Assignee
CCCC First Harbor Engineering Co Ltd
No 2 Engineering Co Ltd of CCCC First Harbor Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CCCC First Harbor Engineering Co Ltd, No 2 Engineering Co Ltd of CCCC First Harbor Engineering Co Ltd filed Critical CCCC First Harbor Engineering Co Ltd
Priority to CN201511033441.2A priority Critical patent/CN105625484B/zh
Publication of CN105625484A publication Critical patent/CN105625484A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105625484B publication Critical patent/CN105625484B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D33/00—Testing foundations or foundation structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D2250/00—Production methods
    • E02D2250/0061—Production methods for working underwater

Abstract

本发明公开了一种大型物品深水测控系统和方法，该方法包括多个声波测控单元和控制器；多个声波测控单元至少三个为一组测控单元进行通信测量；测控单元中的多个声波测控单元分别设置在已安装大型物品和待安装大型物品上；测控单元至少为两组；控制器同时接收两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。本发明可以同时测量两组应答器，测量速度提至原来的两倍，增加测量频率，增强系统稳定性，通过在已安装的大型物品上增加声纳应答器提高测量精度。

Description

一种大型物品深水测控系统和方法
技术领域
本发明涉及一种大型物品深水系统和测控方法，属于深水测控技术领域。
背景技术
水下沉管隧道与陆地隧道相比，有很多工作是在水下进行的，因此，沉管隧道对测量工作提出了更高的要求。
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。
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。这些方法有一个严重的缺陷，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。
现有的一种相对定位测量方法中，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。沉管安装精度直接影响沉管能否正常安装，目前施工单位关于海底沉管安装方法主要有：声呐测控法，测量塔法。声呐法已经在沉管安装过程中顺利运用，为了沉管更加精准的安装，对声呐系统进行系统优化，提高其精度。
如图1所示，现声呐测控系统由1台应答器TR6发送指令，2台应答器TR1、TR2接受。具体地，每次只能是呼叫一组一组进行声波通讯，例如应答器以TR1-TR2-TR3；TR1-TR4-TR5；TR2-TR4-TR5的顺序依次进行声波通讯，每次通讯测量出相应的应答器之间的距离和深度，送受波器将这些数据接收并传至安装船主船上的控制电脑，最后声纳测控系统软件将这些数据整合，根据管节标定得到的各应答器与待安管节的相对位置关系，计算出待安管节的三维姿态和到已安管节的距离，从而指导安装。这种声波通讯方式使得整个声呐测控系统的应答性能低下，计算速度偏慢；另外，测量精度偏低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何快速精确定位水下大型物品安装。
为实现上述的发明目的，本发明提供了一种大型物品深水系统和测控方法。
一方面本发明，提供一种大型物品深水测控系统，包括多个声波测控单元和控制器；
所述多个声波测控单元至少三个为一组测控单元进行通信测量；
所述测控单元中的多个声波测控单元分别设置在已安装大型物品和待安装大型物品上；
所述测控单元至少为两组；
所述控制器同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；
根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。
可选地，还包括近距离偏差测量声波测控单元；
所述近距离偏差测量声波测控单元固定在已安装大型物品边缘上；
所述边缘是靠近待安装大型货物的边缘；
所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。
可选地，近距离偏差测量声波测控单元设置在距已安装大型货物边缘1～14.2米处。
另一方面，本发明提供一种大型物品深水测控方法，应用于上述的测控系统，包括如下步骤：
同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度；
根据所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；
根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。
可选地，还包括近距离计算待安装大型物品与已安装大型物品安装误差的步骤：
在已安装大型物品靠近待安装大型货物的边缘设置近距离偏差测量声波测控单元；
所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。
可选地，修正水平偏差量是通过以下方式计算得到的：
H＝B-G
其中，H表示修正水平偏差值，B表示实际偏差值，G表示计算偏差值。
可选地，所述计算偏差值是通过以下方式得到的：
G＝(E-F)/2
其中，G表示计算偏差值，E表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第一声波测控单元的距离，F表示E表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第二声波测控单元的距离。
本发明提供的大型物品深水系统和测控方法，可以同时测量两组应答器，测量速度提至原来的两倍，增加测量频率，增强系统稳定性，通过在已安装的大型物品上增加声纳应答器提高测量精度。
附图说明
图1是现有技术中定位测量方法声波测控单元安装示意图；
图2是本发明定位测量方法声波测控单元安装示意图；
图3是本发明距离计算待安装大型物品与已安装大型物品安装误差示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图2所示，本发明提供一种大型物品深水测控系统，包括多个声波测控单元和控制器；所述多个声波测控单元至少三个为一组测控单元进行通信测量；所述测控单元中的多个声波测控单元分别设置在已安装大型物品和待安装大型物品上；所述测控单元至少为两组；所述控制器同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。
可以同时测量两组应答器(1、4、5和2、4、5#两组)，测量速度提至原来的两倍，增加测量频率，增强系统稳定性。如图2所示，应答器TR1、应答器TR2、应答器TR3、固定设置在待安装大型物品上，应答器TR4、应答器TR5固定设置在已安装的大型物品上。在本发明中，通过同时测量两组应答器，在在原有单组测量(如1、4、5#)基础将测量速率提至原来两倍，系统稳定性更好。另外，由于计算偏差是取同时测量两组应答器的数据的平均值，因此，精度也有所提升。现有的单组应答器测量模式适合于两个大型物件高差较大且相隔距离较大的情况下，但是精度不能达到1cm以内。而本发明通过新增加的应答器，在两个大型货物件高差不大(在2m左右)，距离也相近(在2m左右)的情况下使用，并且是用于控制轴线方向的偏差，使用三个应答器组成一个近似等腰三角形，进行等腰边的实时测量，进而计算出轴线偏差，精度可以达到1cm。
在本发明中，还包括近距离偏差测量声波测控单元(应答器TR6)；所述近距离偏差测量声波测控单元固定在已安装大型物品边缘上；所述边缘是靠近待安装大型货物的边缘；所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。距离偏差测量声波测控单元优选设置在距已安装大型货物边缘1至14.2米处。在待安沉管距已沉管节1m处，增加新的应答器(图1中TR6)并使用新的测量模式——补正模式，可以提高测量精度在1cm以内(原系统在该节段测量精度在3cm左右)。在本发明中，通过新增应答器可以实现更高精度的轴线控制。新增加的应答器，用于在两个大型物件高差不大(在2m左右)，距离也相近(在2m左右)，缩短了测量距离，使用三个应答器组成一个近似等腰三角形，通过进行两条等腰边的实时测量，进而计算出轴线偏差，因为应答器之间的测量距离越短，测量精度也越高。另外，测量的两个距离相近，误差也近似，在计算中通过做差可以相互抵消，最终精度可以达到1cm。
该系统水平距离(偏差量)是根据多次使用勾股定理计算得出的。具体地，TR1与TR2之间的距离(C+D)是预先测量得到的，TR1与TR6之间的距离(E)、TR2与TR6之间的距离(F)是通过应答器测量得到。在TR6与TR1和TR2组成的三角形的三条边C+D(c)、E(a)、F(b)都已知量。根据三角形余弦定理就可以计算出三个内角α、β、γ，然后多次使用勾股定理计算出A、B、C、D距离。
余弦定理：
a2＝b2+c2-2bc×cosα
b2＝c2+a2-2ac×cosβ
c2＝a2+b2-2ab×cosγ
根据深水测控系统的计算特性，增加计算因素，计算结果就会增加误差。所以决定直接使用测定出的声纳应答器间的距离来求出已安管节和待安管节端面之间的水平距离偏差(偏差量)，因此，需要在已安管节尾端顶面增加1台应答器。对此，针对其安装位置进行了模拟计算。
模拟条件：端面间距离1m时，计算TR6位置由3.4m～14.2m移动时的误差。
其结果，将TR6的位置设置在距已沉管节端面1.2m处，有±4mm的误差，7.4m处有1cm的误差，14.2m有2cm误差，随着距离增加，误差也随之增大，故将TR6选择在1.2m处较为合适。
为进一步体现本发明提供的大型物品深水测控系统的优越性，本发明还提供一种大型物品深水测控方法，该方法，应用于上述的测控系统，包括如下步骤：同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度；根据所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。
在本发明中，水平距离(偏差量)是根据多次使用勾股定理计算得出的。根据深水测控系统的计算特性，增加计算因素，计算结果就会增加误差。所以决定直接使用测定出的声纳应答器间的距离来求出已安管节和待安管节端面之间的水平距离偏差(偏差量)，因此，需要在已安管节尾端顶面增加1台应答器。对此，针对其安装位置进行了模拟计算。
模拟条件：端面间距离1m时，计算TR6位置由3.4m～14.2m移动时的误差。
其结果，将TR6的位置设置在距已沉管节端面1.2m处，有±4mm的误差，7.4m处有1cm的误差，14.2m有2cm误差，随着距离增加，误差也随之增大，故将TR6选择在1.2m处较为合适。
还包括近距离计算待安装大型物品与已安装大型物品安装误差的步骤：
在已安装大型物品靠近待安装大型货物的边缘设置近距离偏差测量声波测控单元；
所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。
如图2所示，修正水平偏差量是通过以下方式计算得到的：
H＝B-G
其中，H表示修正水平偏差值，B表示实际偏差值，G表示计算偏差值。
如图3所示，所述计算偏差值是通过以下方式得到的：
G＝(E-F)/2
其中，G表示计算偏差值，E表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第一声波测控单元的距离，F表示E表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第二声波测控单元的距离。
综上所述，本发明提供的大型物品深水系统和测控方法，可以同时测量两组应答器，测量速度提至原来的两倍，增加测量频率，增强系统稳定性，通过在已安装的大型物品上增加声纳应答器提高测量精度。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种大型物品深水测控系统，其特征在于，包括多个声波测控单元和控制器；
所述多个声波测控单元至少三个为一组测控单元进行通信测量；
所述测控单元中的多个声波测控单元分别设置在已安装大型物品和待安装大型物品上；
所述测控单元至少为两组；
所述控制器同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；
根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案；还包括近距离偏差测量声波测控单元；
所述近距离偏差测量声波测控单元固定在已安装大型物品边缘上；
所述边缘是靠近待安装大型货物的边缘；
所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。
2.根据权利要求1所述的大型物品深水测控系统，其特征在于，所述近距离偏差测量声波测控单元设置在距已安装大型货物边缘1～14.2米处。
3.一种大型物品深水测控方法，其特征在于，应用于权利要求1-2任意一项所述的测控系统，包括如下步骤：
同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度；
根据所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；
根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案；
还包括近距离计算待安装大型物品与已安装大型物品安装误差的步骤：
在已安装大型物品靠近待安装大型货物的边缘设置近距离偏差测量声波测控单元；
所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。
4.根据权利要求3所述的深水测控方法，其特征在于，修正水平偏差量是通过以下方式计算得到的：
H＝B-G
其中，修正H表示水平偏差值，B表示实际偏差值，G表示计算偏差值。
5.根据权利要求4所述的深水测控方法，其特征在于，所述计算偏差值是通过以下方式得到的：
G＝(E-F)/2
其中，G表示计算偏差值，E表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第一声波测控单元的距离，F表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第二声波测控单元的距离。
CN201511033441.2A 2015-12-31 2015-12-31 一种大型物品深水测控系统和方法 Active CN105625484B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511033441.2A CN105625484B (zh) 2015-12-31 2015-12-31 一种大型物品深水测控系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511033441.2A CN105625484B (zh) 2015-12-31 2015-12-31 一种大型物品深水测控系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105625484A CN105625484A (zh) 2016-06-01
CN105625484B true CN105625484B (zh) 2018-01-30

Family

ID=56040794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511033441.2A Active CN105625484B (zh) 2015-12-31 2015-12-31 一种大型物品深水测控系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105625484B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106840210B (zh) * 2017-03-17 2020-03-20 中交第一航务工程局有限公司 一种高精度倾斜仪标定方法
CN107037433B (zh) * 2017-03-22 2020-07-14 中交第一航务工程局有限公司 一种用于沉管安装的声呐偏差测控系统及偏差测控方法
CN107989045B (zh) * 2017-11-29 2020-06-16 中交上海航道局有限公司 一种提升铺排船铺设施工精度的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003027508A (ja) * 2001-07-12 2003-01-29 Taisei Corp 沈埋函の位置計測装置
CN1242128C (zh) * 2002-08-27 2006-02-15 上海隧道工程股份有限公司 沉管隧道管段浮运沉放对接施工工艺
CN103912013B (zh) * 2013-01-07 2016-03-30 中交一航局第二工程有限公司 隧道沉管的沉放方法
CN105091982A (zh) * 2014-05-08 2015-11-25 李毅 一种水位检测控制系统及其水位检测方法
CN104913769A (zh) * 2015-04-15 2015-09-16 上海海科工程咨询有限公司 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
CN204676554U (zh) * 2015-04-17 2015-09-30 武汉理工大学 一种沉管水下施工定位系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105625484A (zh) 2016-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105823480B (zh) 基于单信标的水下移动目标定位算法
CN105588582B (zh) 一种测控定位装置的位置标定方法和系统
CN105625484B (zh) 一种大型物品深水测控系统和方法
CN104913769A (zh) 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
CN105672357B (zh) 一种管节安装定位控制系统和方法
CN104792261B (zh) 地下洞室三维空间精细测量系统
CN107264724A (zh) 机舱曲面反态分段中用于舾装管系安装的基准线设计方法
CN103912012B (zh) 管节水下姿态的测控系统及测控方法
CN100462884C (zh) 海底管道内爬行器智能控制器
CN108356512B (zh) 自适应调平航天器精密对接工艺
CN109029460A (zh) 深海运载器对水面监控平台测距的导航方法、系统及装置
CN101706276B (zh) 一种竖井设备安装中的纵向标定法
CN107621259A (zh) 一种用于沉管隧道最终接头的浮态标定系统及方法
CN106645421A (zh) 一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置及方法
CN203129177U (zh) 管节水下姿态的测控系统
CN105973212A (zh) 一种船体测量辅助工装及测量方法
CN106646498B (zh) 一种掘进机横向偏移测量方法
CN109597410B (zh) 一种可自主移动的自适应测试平台及自主寻路方法
CN105270580B (zh) 一种船载侧吃水检测系统及检测方法
CN107037433B (zh) 一种用于沉管安装的声呐偏差测控系统及偏差测控方法
CN104818740A (zh) 绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法及其精确下放定位系统
CN110986860B (zh) 一种基于智能机器人的塔柱倾斜度判定方法
CN108761470A (zh) 一种基于拖缆形态方程解析的目标定位方法
CN106525041A (zh) 一种深水跨接管的测量方法
CN105629280A (zh) 一种超大件物品定位控制系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant