CN105672357A - 一种管节安装定位控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及一种管节安装定位控制系统和方法。本发明提供的管节安装定位控制系统包括：设置在安装船上的定位装置，用于获取该定位装置的位置参数；声呐测控装置，用于通过声波通讯获取待安管节与安装船之间的拖运相对位置关系，以及待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系；控制装置，用于根据定位装置、声呐测控装置测得的数据确定待安管节的当前位置，并根据当前位置和待安管节的预设位置输出修正参数，修正当前位置。本系统通过将定位装置安装在安装船上，利用定位装置和声呐测控装置对待安管节进行定位，从而能够避免测量塔在水中发生形变影响待安管节的定位精度，进而提高管节安装定位控制的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及一种管节安装定位控制系统和方法。
背景技术
随着社会的进步和科技的发展，管节隧道越来越广泛地被应用于水上交通工程中，管节法隧道施工是把已经预制好的管节沉放到水中事先开挖好的沟槽中，再在水中将各管节拼装连成一体的一种施工方法。
目前在管节水下沉放和对接施工中，全站仪法和GPS法是对管节定位常用的方法。这两种方法通常是在管节的首尾各安装一个测量塔，每个测量塔上设置GPS定位系统或者棱镜，从而对管节进行绝对定位，并根据实时测量的绝对坐标与管节在施工系统中的预设坐标之间的差距调整管节的位置。虽然采用全站仪法或者GPS法可以测量管节的绝对坐标，但是随着待安管节与已安管节的距离不断缩小，管节的入水深度逐渐增加，由于测量塔在深水条件下自身发生形变，会造成管节上各个特征点的实际坐标与根据全站仪法或者GPS法测量的结果计算出的坐标之间存在偏差，影响待安管节与已安管节对接时待安管节的定位精度，从而导致管节的安装定位准确度降低。
发明内容
为了提高管节安装定位的准确度，本发明提供了一种管节安装定位控制系统和方法。
本发明第一方面提供了一种管节安装定位控制系统，包括：控制装置、定位装置和声呐测控装置；
所述定位装置固定设置在待安管节的安装船上，用于获取该定位装置的位置参数；
所述声呐测控装置，包括分别安装在安装船上、待安管节上和已安装管节上的测控单元；
所述声呐测控装置，用于通过声波通讯获取待安管节与安装船之间的拖运相对位置关系，以及待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系；
所述控制装置，用于：
在待安管节脱离安装船前，根据所述位置参数，以及待安管节上标定的各个特征点与所述定位装置之间的标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据所述位置参数和所述拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所述预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和所述预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。
进一步的，所述定位装置，包括：
至少两台GPS接收天线。
进一步的，所述系统，还包括：
设置在待安管节上的双轴倾斜仪，用于获取待安管节的横向倾角和纵向倾角；
所述控制装置，还用于根据所述横向倾角和所述纵向倾角调整待安管节在安装过程中的实时姿态。
进一步的，所述声呐测控装置，包括：安装在安装船上的第一测控单元，安装在待安管节上的第二测控单元和安装在已安管节上的第三测控单元；
所述拖运相对位置关系是通过所述第一测控单元和所述第二测控单元之间的声波通讯测得的；
所述安装相对位置关系是通过所述第二测控单元和所述第三测控单元之间的声波通讯测得的。
进一步的，所述第二测控单元，包括：第一应答器、第二应答器和第三应答器；
所述第三测控单元，包括：第四应答器和第五应答器；
所述安装相对位置关系，包括：以第一应答器-第二应答器-第三应答器，第一应答器-第四应答器-第五应答器，第二应答器-第四应答器-第五应答器的顺序依次进行声波通讯，每次声波通讯测量出的相应应答器之间的距离和深度。
进一步的，所述根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，包括：
对各次声波通讯测量出的相应应答器之间的距离和深度整合获得整合数据，根据所述第二测控单元的各个应答器与待安管节的标定的应答位置关系和所述整合数据确定待安管节的三维姿态，以及待安管节与已安管节之间的安装距离；
根据所述三维姿态和所述安装距离确定待安管节的第三位置。
进一步的，所述应答位置关系是待安管节在制造完成后通过坐标标定得到的。
基于相同的构思，本发明的第二方面提供了一种管节安装定位控制方法，其特征在于，应用本发明的第一方面任一项所述的系统，包括如下步骤：
将待安管节与安装船进行绑定，标定待安管节上各个特征点与安装船上的定位装置之间的标定位置关系；
分别在安装船上、待安管节上和已安装管节上安装声呐测控装置的测控单元；
获取所述定位装置的位置参数；
利用所述声呐测控装置通过声波通讯获取待安管节与安装船之间的拖运相对位置关系，以及待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系；
在待安管节脱离安装船前，根据所述位置参数，以及所述标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据所述位置参数和所述拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所述预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和所述预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。
进一步的，所述位置参数包括：坐标参数和方向参数。
进一步的，所述标定位置关系是待安管节在制造完成后通过坐标标定得到的。
本发明提供的管节安装定位控制系统，通过安装在安装船上的定位装置获取位置参数，通过声呐测控装置获取拖运相对位置关系和安装相对位置关系；在待安管节脱离安装船前，根据位置参数，以及待安管节上标定的各个特征点与定位装置之间的标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据位置参数和拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。从而能够避免测量塔在水中发生形变影响对待安管节的定位精度，进而提高管节安装定位控制的准确度。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的管节安装定位控制系统中第二声呐测控单元的安装位置示意图；
图2是本发明第一实施例中第二声呐测控单元和备用定位装置的安装位置示意图；
图3是本发明第二实施例提供的管节安装定位控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本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。
本发明的第一实施例提供的管节安装定位控制系统，包括：控制装置、定位装置和声呐测控装置；
所述定位装置固定设置在待安管节的安装船上，用于获取该定位装置的位置参数；
所述声呐测控装置，包括分别安装在安装船上、待安管节上和已安装管节上的测控单元；
所述声呐测控装置，用于通过声波通讯获取待安管节与安装船之间的拖运相对位置关系，以及待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系；
所述控制装置，用于：
在待安管节脱离安装船前，根据所述位置参数，以及待安管节上标定的各个特征点与所述定位装置之间的标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据所述位置参数和所述拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所述预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和所述预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。
本发明提供的管节定位控制系统，通过安装在安装船上的定位装置获取位置参数，通过声呐测控装置获取拖运相对位置关系和安装相对位置关系；在待安管节脱离安装船前，根据位置参数，以及待安管节上标定的各个特征点与定位装置之间的标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据位置参数和拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。从而能够避免测量塔在水中发生形变影响对待安管节的定位精度，进而提高管节安装定位控制的准确度。
在具体实施时，所述定位装置，可以包括：
至少两台GPS接收天线。
如此设计的好处在于，可以实时获取定位装置的坐标参数和方向参数，从而及时调整管节的位置和运输线路。
在具体实施时，GPS接收天线可以为RTKGPS天线。
在具体实施时，所述系统，还可以包括：
设置在待安管节上的双轴倾斜仪，用于获取待安管节的横向倾角和纵向倾角；
所述控制装置，还用于根据所述横向倾角和所述纵向倾角调整待安管节在安装过程中的实时姿态。
在具体实施时，所述双轴倾斜仪可以设置在待安管节的中间部位。在具体实施时，由于待安管节在运输和安装过程中会发生倾斜，因此在待安管节的定位过程中会因待安管节的纵向倾角和横向倾角造成对管节定位的准确度。能够实时监测管节在运输过程中是否水平，根据横向倾角和纵向倾角调整管节的倾角使其保持水平，从而增加对待安管节当前位置确定的准确度。在具体实施时，也可以通过双轴倾斜仪实时监测管节的横向倾角和纵向倾角，使管节最终的横向倾角和纵向倾角符合预先为管节设计的横向倾角和纵向倾角。使管节的姿态符合预设的姿态。
在具体实施时，所述声呐测控装置，可以包括：安装在安装船上的第一测控单元，安装在待安管节上的第二测控单元和安装在已安管节上的第三测控单元；
所述拖运相对位置关系是通过所述第一测控单元和所述第二测控单元之间的声波通讯测得的；
所述安装相对位置关系是通过所述第二测控单元和所述第三测控单元之间的声波通讯测得的。
如此设计的好处在于，可以快速获得拖运相对位置关系和安装相对位置关系，从而方便控制装置快速确定待安管节的第三位置。
在具体实施时，所述第二测控单元，可以包括：第一应答器1、第二应答器2和第三应答器3。第一应答器1、第二应答器2和第三应答器3在管节上的位置如图1所示；
所述第三测控单元，包括：第四应答器和第五应答器；
所述安装相对位置关系，包括：以第一应答器1-第二应答器2-第三应答器3，第一应答器1-第四应答器-第五应答器，第二应答器2-第四应答器-第五应答器的顺序依次进行声波通讯，每次声波通讯测量出的相应应答器之间的距离和深度。
如此设计的好处在于，能够快速获得待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系。
在具体实施时，也可以为管节安装备用定位装置，如图2所示，可以将所述第二测控单元安装在管节的首端，在管节的尾端安装备用测量塔，将备用定位装置设置在备用测量塔的顶端。当安装船上的定位装置工作正常时，利用安装船上的定位装置测量位置参数，当安装船上的定位装置出现故障时，可以根据备用定位装置获取的备用位置参数和管节上预先标定的各个特征点与备用定位装置之间的位置关系获得管节的第一位置和第二位置。在具体实施时，备用定位装置可以是RTKGPS定位装置。
在具体实施时，所述根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，可以包括：
对各次声波通讯测量出的相应应答器之间的距离和深度整合获得整合数据，根据所述第二测控单元的各个应答器与待安管节的标定的应答位置关系和所述整合数据确定待安管节的三维姿态，以及待安管节与已安管节之间的安装距离；
根据所述三维姿态和所述安装距离确定待安管节的第三位置。
如此可以精确地确定待安管节的第三位置。
在具体实施时，所述应答位置关系可以是待安管节在制造完成后通过坐标标定得到的。
如此可以使控制装置通过坐标转换解算快速确定待安管节的第三位置。
本发明的第二实施例提供了一种管节安装定位控制方法，应用本发明第一实施例任一项所述的系统，包括如下步骤：
步骤S1，将待安管节与安装船进行绑定，标定待安管节上各个特征点与安装船上的定位装置之间的标定位置关系，获取所述定位装置的位置参数；
步骤S2，分别在安装船上、待安管节上和已安装管节上安装声呐测控装置的测控单元；
步骤S3，利用所述声呐测控装置通过声波通讯获取待安管节与安装船之间的拖运相对位置关系，以及待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系；
步骤S4，在待安管节脱离安装船前，根据所述位置参数，以及所述标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；
步骤S5，在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据所述位置参数和所述拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所述预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；
步骤S6，在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和所述预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。
在具体实施时，所述位置参数可以包括：坐标参数和方向参数。
在具体实施时，所述标定位置关系可以是待安管节在制造完成后通过坐标标定得到的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种管节安装定位控制系统，其特征在于，包括：控制装置、定位装置和声呐测控装置；
所述定位装置固定设置在待安管节的安装船上，用于获取该定位装置的位置参数；
所述声呐测控装置，包括分别安装在安装船上、待安管节上和已安装管节上的测控单元；
所述声呐测控装置，用于通过声波通讯获取待安管节与安装船之间的拖运相对位置关系，以及待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系；
所述控制装置，用于：
在待安管节脱离安装船前，根据所述位置参数，以及待安管节上标定的各个特征点与所述定位装置之间的标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据所述位置参数和所述拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所述预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和所述预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位装置，包括：
至少两台GPS接收天线。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统，还包括：
设置在待安管节上的双轴倾斜仪，用于获取待安管节的横向倾角和纵向倾角；
所述控制装置，还用于根据所述横向倾角和所述纵向倾角调整待安管节在安装过程中的实时姿态。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声呐测控装置，包括：安装在安装船上的第一测控单元，安装在待安管节上的第二测控单元和安装在已安管节上的第三测控单元；
所述拖运相对位置关系是通过所述第一测控单元和所述第二测控单元之间的声波通讯测得的；
所述安装相对位置关系是通过所述第二测控单元和所述第三测控单元之间的声波通讯测得的。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二测控单元，包括：第一应答器、第二应答器和第三应答器；
所述第三测控单元，包括：第四应答器和第五应答器；
所述安装相对位置关系，包括：以第一应答器-第二应答器-第三应答器，第一应答器-第四应答器-第五应答器，第二应答器-第四应答器-第五应答器的顺序依次进行声波通讯，每次声波通讯测量出的相应应答器之间的距离和深度。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，包括：
对各次声波通讯测量出的相应应答器之间的距离和深度整合获得整合数据，根据所述第二测控单元的各个应答器与待安管节的标定的应答位置关系和所述整合数据确定待安管节的三维姿态，以及待安管节与已安管节之间的安装距离；
根据所述三维姿态和所述安装距离确定待安管节的第三位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述应答位置关系是待安管节在制造完成后通过坐标标定得到的。
8.一种管节安装定位控制方法，其特征在于，应用权利要求1-7任一项所述的系统，包括如下步骤：
将待安管节与安装船进行绑定，标定待安管节上各个特征点与安装船上的定位装置之间的标定位置关系；
分别在安装船上、待安管节上和已安装管节上安装声呐测控装置的测控单元；
获取所述定位装置的位置参数；
利用所述声呐测控装置通过声波通讯获取待安管节与安装船之间的拖运相对位置关系，以及待安管节与已安管节之间的安装相对位置关系；
在待安管节脱离安装船前，根据所述位置参数，以及所述标定位置关系确定待安管节的第一位置；根据待安管节的第一位置和待安管节的预设位置计算第一修正参数，修正待安管节的第一位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离大于或等于预设值时，根据所述位置参数和所述拖运相对位置关系确定待安管节的第二位置；根据待安管节的第二位置和所述预设位置计算第二修正参数，修正待安管节的第二位置；
在待安管节脱离安装船后，且待安管节与已安管节之间的距离小于预设值时，根据所述安装相对位置关系确定待安管节的第三位置，根据待安管节的第三位置和所述预设位置计算第三修正参数，修正待安管节的第三位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述位置参数包括：坐标参数和方向参数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述标定位置关系是待安管节在制造完成后通过坐标标定得到的。
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