CN109208686A - 一种用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，用于解决传统测量方法带来的成本高、海况限制、数据时效性差的问题。本发明充分利用自航耙吸式挖泥船的施工特性，提供一种疏浚施工同时进行水深测量的浚测一体化系统，在船舶施工过程中完成船舶下方地形的扫测，从而实现施工区域的水深测量。本发明可以节省测量工作的运营成本，提升浚前、浚中、浚后测量的时效性，并可通过实时测量引导自航耙吸式挖泥船及时扫浅，从而提升了疏浚的施工效率和质量。

Description

一种用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统

技术领域

本发明涉及一种水深测量系统，具体为用于自航耙吸式挖泥船进行航道疏浚施工时的浚测一体化同步测量。

背景技术

航道疏浚指用挖泥船或其他工具在航道中清除水下泥沙的作业。航道疏浚是开发航道，增加和维护航道尺度的主要手段之一。水深是航道疏浚施工的主要技术指标，同时也是航道疏浚工程规划的主要依据之一。

自航耙吸式挖泥船是一种装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置的自航、装舱式挖泥船。挖泥时，将耙头下放至河底，利用泥泵的真空作用，通过耙头和吸泥管自河底吸入泥浆至挖泥船的泥舱中，装满泥舱后，起耙航行至抛泥区开启泥门卸泥，或直接将挖起的泥土排除舷外。

在自航耙吸式挖泥船疏浚施工开始前，需要进行浚前测量，采用测量船对疏浚区域及其边坡线一定范围内的水深和地形进行测量，测量结果是工程规划的主要依据；在施工过程中，为了控制疏浚施工质量、提高施工效率，需要进行浚中测量，测量船根据工程进展对施工区域的水深和地形进行及时测量；施工完成后，还需进行浚后测量，用测量船对疏浚区域及其边坡线进行全面的水深和地形测量，以验证本次疏浚施工的工程质量是否满足合同要求。

传统疏浚施工测量方法的问题在于：一、需要为疏浚施工配备专用的测量船艇和测量人员，在疏浚施工过程中均需频繁调用测量船艇进行施工水域水深测量，测量成本高；二、测量船受到自身条件所限，一般只能在二级海况以下才能进行测量工作，在多数情况下，需要等待海况满足测量要求。测量工作往往因为等待海况而难以进行，影响施工进度；三、施工过程中，海况不满足测量要求时，测量船将无法及时测量施工区域的水深，从而造成数据时效性差，影响工程质量和进度控制。

为了避免传统测量方法带来的海况限制、数据时效性差、成本高的问题，提升疏浚施工效率，充分发挥自航耙吸式挖泥船自航的特性，在自航耙吸式挖泥船上配备浚测一体化系统实现施工同步水深测量。

发明内容

本发明提供了一种用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，用于解决传统测量方法带来的成本高、海况限制、数据时效性差的问题。本发明充分利用自航耙吸式挖泥船的施工特性，提供一种疏浚施工同时进行水深测量的浚测一体化系统，在船舶施工过程中完成船舶下方地形的扫测，从而实现施工区域的水深测量。

本发明有效提升浚前、浚中、浚后测量的时效性，通过实时测量引导自航耙吸式挖泥船及时扫浅，从而提升了疏浚的施工效率和质量，节省测量工作的运营成本。

具体的，本发明提供一种用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，其包括：多波束测深子系统、升降平台机构子系统、全自动电控子系统、网络传输子系统和数据处理与显示子系统。

所述多波束测深子系统包括多波束测量主机及2套多波束换能器。

所述多波束换能器集成声呐发射阵、声呐接收阵、表面声速仪、航向与姿态修正单元等。

所述升降平台机构子系统包括升降绞车总成、船舱围井、导轨、升降平台、拖链总成和液压系统等。

所述的升降绞车总成位于船舱围井上部，包括升降绞车以及升降绞车底座，升降绞车安装于升降绞车底座上，通过钢丝绳与升降平台相连。

所述的船舱围井为船体结构的组成部分，从主甲板或主甲板以上甲板直通船底。

所述的导轨安装于船舱围井内部，用于升降平台平滑升降。

所述升降平台用于安装多波束测量子系统的集成换能器，在导轨的约束下作上下运动并可通过锁紧装置进行锁紧固定。

所述液压系统包括液压动力泵站总成、液压马达、液压油缸等。

所述全自动电控子系统包括压力传感器、行程传感器、限位传感器、中央控制单元以及电控子系统软件模块。

所述中央控制单元包括中央处理器、开关量采集模块、模拟量采集模块和电机驱动模块等。

所述网络传输子系统包括工业光纤交换机以及配套光纤模块等。用于连接全自动电控子系统和数据处理与显示子系统，实时传输相关数据。

所述数据处理与显示子系统包括船舶专用工控机、驾驶台控制面板以及浚测一体化软件等。

所述浚测一体化软件部署于船舶专用工控机内，包括测量系统控制模块、测量数据采集模块、多元数据融合显示模块、测量数据成图模块和施工辅助管理模块等。

所述测量系统控制模块支持自动控制和人工控制，用于控制测量机构的下放、回收以及开始和停止测量等动作并处理各类异常报警。

所述测量数据采集模块用于实时采集多波束测深子系统的测量数据，进行数据的转换、计算、多维修正、自动清洗，实时获得被测区域的测量数据。

所述多元数据融合显示模块用于将获取的测量数据和施工管理数据融合，并采用多种方式进行显示。

所述测量数据成图模块用于将测量数据自动成图，成图数据支持导出为通用测深文件格式。

所述施工辅助管理模块用于帮助施工人员直观观测数据，辅助疏浚施工，提高施工效率和质量。

本发明的优点如下所述：

本发明可在五级海况以下进行测量工作，测量精度及覆盖范围满足施工测量要求，实现施工过程同步测量，节省测量工作的运营成本。

本发明可实时获取在浚前、浚中、浚后测量的水深数据，并可引导挖泥船及时扫浅，从而提升施工效率和质量。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1自航耙吸式挖泥船浚测一体化系统总体结构图

图2多波束测深子系统结构图

图3升降平台机构子系统结构图

图4全自动电控子系统结构图

图5网络传输子系统结构图

图6多数据处理与显示子系统结构图

附图中序号含义解释如下：

1-多波束测深子系统；2-升降平台机构子系统；3-全自动电控子系统；4-网络传输子系统；5-数据处理与显示子系统；

101-多波束测量主机；102-多波束换能器；1021-声呐发射阵； 1022-声呐接收阵；1023-表面声速仪；1024-航向与姿态修正单元；

201-升降绞车总成；202-船舱围井；203-导轨；204-升降平台； 205-拖链总成；206-液压系统；

301-压力传感器；302-行程传感器；303-限位传感器；304-中央控制单元；305-电控子系统软件；

401-工业光纤交换机；402-光纤；403-光纤模块；

501-船舶专用工控机；502-驾驶台控制面板；503-浚测一体化软件；5031-测量系统控制模块；5032-测量数据采集模块；5033-多元数据融合显示模块；5034-测量数据成图模块；5035-施工辅助管理模块；

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施示例对本发明的结构及工作原理做进一步解释：

本发明提供一种用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，其包括：多波束测深子系统1、升降平台机构子系统2、全自动电控子系统3、网络传输子系统4和数据处理与显示子系统5。

所述多波束测深子系统1包括多波束测量主机101及2套多波束换能器102。用于在船舶施工过程中对船舶下方河床地形进行扫测，单次扫测宽度大于10倍水深，覆盖耙头施工范围。通过船舶连续施工或航行即完成对指定区域的测量。多波束换能器102分别安装于靠近船舶艏部左右两侧，形成V型阵布置。

所述多波束换能器102集成声呐发射阵1021、声呐接收阵1022、表面声速仪1023、航向与姿态修正单元1024等。声呐发射阵1021、声呐接收阵1022按照设计时序交替工作，通过多波束声呐回波叠加计算水深。表面声速仪1023用于检测换能器所处水断面的声速。航向与姿态修正单元1024高速实时计算换能器的航向角度、俯仰角度、横摇角度，用于修正船舶在航行时的航向角度变化、纵横摇摆对水深测量数据的影响，保证测量精度。

所述升降平台机构子系统2包括升降绞车总成201、船舱围井 202、导轨203、升降平台204和拖链总成205等。--用于承载多波束测深子系统1中的相关测量设备，并使其可自动升降以方便测量和维修保养。

所述的升降绞车总成201位于船舱围井202上部，包括升降绞车以及升降绞车底座，升降绞车安装于升降绞车底座上，通过钢丝绳与升降平台204相连。

所述的船舱围井202为船体结构的组成部分，从主甲板直通船底，用于安装导轨203，并通过上下油缸锁紧升降平台204。

所述的导轨203安装于船舱围井202内部，用于升降平台204平滑升降。

所述升降平台204用于安装多波束测深子系统1的多波束换能器 102，在导轨203的约束下作上下运动并可通过锁紧装置进行锁紧固定。

所述液压系统206包括液压动力泵站总成、液压马达和液压油缸。液压动力泵站总成用于提供液压马达和液压油缸的驱动动力，液压马达用于驱动升降绞车，液压油缸用于升降平台的锁紧。

所述全自动电控子系统3包括压力传感器301、行程传感器302、限位传感器303、中央控制单元304以及电控子系统软件305模块。用于控制升降平台204，并通过感知升降平台204的各种状态对控制行为进行调整。

所述中央控制单元304包括中央处理器、开关量采集模块、模拟量采集模块和电机驱动模块等。用于采集各种传感信息，通过电控子系统软件305运算处理后形成驱动指令，驱动升降平台机构子系统2 运行。

所述网络传输子系统4包括工业光纤交换机401以及配套光纤 402、光纤模块403等。用于连接升降平台机构子系统2和数据处理与显示子系统5，实时传输相关数据。

所述数据处理与显示子系统5包括船舶专用工控机501、驾驶台控制面板502以及浚测一体化软件503等。用于提供水深测量实时分析功能，水深图像展示功能以及相关系统控制功能。

所述浚测一体化软件503部署于船舶专用工控机501内，包括测量系统控制模块5031、测量数据采集模块5032、多元数据融合显示模块5033、测量数据成图模块5034和施工辅助管理模块5035等。

所述测量系统控制模块5031用于控制测量机构的下放、回收以及开始和停止测量等动作并处理各类异常报警。系统支持自动控制和人工控制，自动控制包含浚前、浚中、浚后三种模式。

所述测量数据采集模块5032用于实时获取多波束测深子系统1 的测量数据，包含每个波束的测量数据以及水下基阵的实时航向、俯仰、横摇等数据，结合船舶施工定位GPS、船舶姿态、船舶吃水、声速等数据进行相应的转换和计算，通过多维修正和数据自动清洗剔除野值保证数据精度，实时得到被测区域的测点测深数据。

所述多元数据融合显示模块5033用于将获取的测量数据和施工管理数据融合，并采用多种方式进行显示。多元数据包括：施工设计图、浚前测量数据、船舶CAD模型、施工动态数据、施工计划线、施工轨迹线、实时扫测数据、历史扫测数据等。显示方式包括：回波图显示、测深点文字显示、色块图显示、等深线显示、三维DEM、三维点云显示等。实时测量数据采用文字冒泡模式等多种方式直观显示，便于施工人员观测。支持测量数据实时构建DEM网格并利用三维技术显示，将浚前和浚后数据叠加显示，可以让施工人员直观观测到最近施工后的水下地形情况以及最近的施工质量，对于浅点区域重点标识。

所述测量数据成图模块5034用于将测量数据自动成图，成图数据支持导出为通用测深文件格式。浚前和浚后数据可依照事先设定后的比例尺要求自动成图。浚中数据做为施工作业过程中的水深指导数据，结合耙头位置和耙头轨迹预测重点呈现即将施工位置的水深数据。

所述施工辅助管理模块5035提供各类基于测量数据的施工辅助功能，如：施工计划线和测量计划线设定、施工质量分析、施工质量预警、浅点智能搜寻和标识、指定水深区域标识、自动深度过滤等。帮助施工人员直观观测数据，辅助疏浚施工，提高施工效率和质量。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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 (5)

1.一种用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，其特征在于：包括多波束测深子系统、升降平台机构子系统和数据处理与显示子系统。

所述多波束测深子系统包括多波束测量主机及2套多波束换能器。

所述多波束换能器集成声呐发射阵、声呐接收阵、表面声速仪、航向与姿态修正单元等。

所述升降平台机构子系统包括升降绞车总成、船舱围井、导轨、升降平台、拖链总成和液压系统等。

所述的升降绞车总成位于船舱围井上部，包括升降绞车以及升降绞车底座，升降绞车安装于升降绞车底座上，通过钢丝绳与升降平台相连。

所述的船舱围井为船体结构的组成部分，从主甲板或主甲板以上甲板直通船底。

所述的导轨安装于船舱围井内部，用于升降平台平滑升降。

所述升降平台用于安装多波束测量子系统的集成换能器，在导轨的约束下作上下运动并可通过锁紧装置进行锁紧固定。

所述液压系统包括液压动力泵站总成、液压马达、液压油缸等。

所述数据处理与显示子系统包括船舶专用工控机、驾驶台控制面板以及浚测一体化软件等。

所述浚测一体化软件部署于船舶专用工控机内，包括测量系统控制模块、测量数据采集模块、多元数据融合显示模块、测量数据成图模块和施工辅助管理模块等。

所述测量系统控制模块支持自动控制和人工控制，用于控制测量机构的下放、回收以及开始和停止测量等动作并处理各类异常报警。

所述测量数据采集模块用于实时采集多波束测深子系统的测量数据，进行数据的转换、计算、多维修正、自动清洗，实时获得被测区域的测量数据。

所述多元数据融合显示模块用于将获取的测量数据和施工管理数据融合，并采用多种方式进行显示。

所述测量数据成图模块用于将测量数据自动成图，成图数据支持导出为通用测深文件格式。

所述施工辅助管理模块用于帮助施工人员直观观测数据，辅助疏浚施工，提高施工效率和质量。

2.根据权利要求1所述的用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，其特征在于：部署于自航耙吸式挖泥船上，在自航耙吸式挖泥船施工时可同步完成相应区域水深测量，开展施工测量时，单次扫测宽度大于10倍水深，覆盖耙头施工范围。船舶在连续施工后同步完成相应施工区域的测量。

3.根据权利要求1所述的用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，其特征在于：所述多波束换能器分别安装于靠近船舶艏部左右两侧，形成V型阵布置。

4.根据权利要求1所述的用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，其特征在于：所述多波束换能器随升降平台伸出船底板，在平台锁紧后，多波束系统即可开始持续稳定的测量工作。

5.根据权利要求1所述的用于自航耙吸式挖泥船的浚测一体化水深测量系统，其特征在于：所述浚测一体化软件可控制测量机构的下放、回收以及开始和停止测量等动作并处理各类异常报警；可将波束测量数据和辅助数据结合计算，实时得到被测区域的测点测深数据；可将获取的测量数据和施工管理数据融合，并采用多种方式进行显示；可将测量数据自动成图，成图数据支持导出为通用测深文件格式；可提供各类基于测量数据的施工辅助功能。