CN110083151B - 一种打桩船定位控制方法及系统 - Google Patents

一种打桩船定位控制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110083151B
CN110083151B CN201910188584.2A CN201910188584A CN110083151B CN 110083151 B CN110083151 B CN 110083151B CN 201910188584 A CN201910188584 A CN 201910188584A CN 110083151 B CN110083151 B CN 110083151B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ship
coordinate system
ship body
point
anchor
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
CN201910188584.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110083151A (zh
Inventor
王鑫
尚勇志
张铁
章庆生
余国斌
崔亚昆
唐文献
郭胜
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.)
Shanghai Xiongcheng Marine Engineering Co ltd
Original Assignee
Shanghai Xiongcheng Marine 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 Shanghai Xiongcheng Marine Engineering Co ltd filed Critical Shanghai Xiongcheng Marine Engineering Co ltd
Priority to CN201910188584.2A priority Critical patent/CN110083151B/zh
Publication of CN110083151A publication Critical patent/CN110083151A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110083151B publication Critical patent/CN110083151B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Placing Or Removing Of Piles Or Sheet Piles, Or Accessories Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种打桩船的定位及运动控制方法，通过船体上两个GPS信号接收器在平面内建立随船坐标系；根据接收的坐标信息，得到随船坐标系原点在绝对坐标系内的坐标；根据基桩轴心在船体上的位置，得到基桩轴心在随船坐标系下的坐标；使用扫描仪得到基桩轮廓后，计算出基桩实际位置，并得到基桩轴心偏移误差；打桩船就位后，确定船体上各个锚分布点在绝对坐标系中的位置坐标；定位船体中心坐标，当船在该点时，在随船坐标系中，得到各个连接点在绝对坐标系下的坐标；根据船体就位姿态，得到打桩船就位时随船坐标系原点位置；进而得出各方向运动速度；从而计算出在相应时刻各个锚机的收缆速度，来控制各个锚机收缆速率实现打桩船运动。

Description

一种打桩船定位控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种打桩船定位及运动控制方法。
背景技术
随着海上基础设施工程建设规模的不断扩大，海上打桩船的使用越来越频繁。打桩船是一种海上打桩设备，通过打桩船将基桩安装在海下的土层中，基桩安装完成后即可在基桩上安装风力发电等作业平台。
打桩船使用抱桩器抱桩后，根据定位系统可以得到基桩轴心位置坐标，但抱桩器的抱紧方式，易使基桩轴心产生位置偏差，进而降低基桩定位及就位精度；打桩船在打群桩过程中，需要在作业区域和基桩运输船之间来回运动，进行打桩、吊桩作业，由定位系统确定船体位置后，由人工控制收放锚索的绞车，进而控制船体运动，人工操作的方式效率低且精度差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种使打桩船就位精度高、打桩效率快的定位及运动控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：打桩船定位及运动控制方法包括以下步骤：
步骤一、在船体上安装两个GPS信号接收器和扫描仪，在平面内，建立绝对坐标系XOY和随船坐标系X'O'Y'；
步骤二、GPS信号接收器接收坐标信息并结合卫星基站发出的差分信号，得出GPS信号接收器在绝对坐标系下的精确位置坐标；
步骤三、根据其中一个GPS信号接收器的位置坐标和安装位置，得到随船坐标系原点在绝对坐标系内的坐标O(XO,YO)；
步骤四、根据两个GPS信号接收器位置坐标得到随船坐标系的Y’方向；
步骤五、使用扫描仪得到基桩轮廓后，计算出基桩实际位置，并与基桩理论位置比较，得到基桩轴心偏移误差δ(δx,δy)；
步骤六、打桩船拖航至作业区域并抛锚，锚索连接点处装有的测角仪测量锚索角度，再根据锚索放出长度，计算出各个锚分布点(P1～Pn)在绝对坐标系XOY中的位置坐标，分别为
Figure BDA0001993653620000021
步骤七、定位船体中心O坐标，当船在O(XO,YO)点时，各个锚与船体连接点(Q1～Qn)在绝对坐标系XOY下的坐标为
Figure BDA0001993653620000022
步骤八、在随船坐标系X'O'Y'中，根据各个连接点Q1～Qn与船中心O的位置关系，再结合定位的O的坐标，得到各个连接点在绝对坐标系XOY下的坐标为：
Figure BDA0001993653620000023
步骤九、立桩目标点位置为T'(XT',YT')，根据船体就位姿态，得到打桩船就位时随船坐标系原点O'位置，
Figure BDA0001993653620000024
θ为船体转动角度；
步骤十、打桩船从O点运动至O'点，设定船体运动时长为a(s)，得出各方向运动速度为：
Figure BDA0001993653620000025
其中，vX为绝对坐标系下船体沿X方向的运动速度，
vY为绝对坐标系下船体沿Y方向的运动速度，
ω为船体转动的角速度。
步骤十一、当船体运动至O'点时，各个锚与船体连接点(Q1'～Qn')绝对坐标系下的坐标为
Figure BDA0001993653620000031
则在t时刻，Qi'的坐标为：
Figure BDA0001993653620000032
步骤十二、计算钢丝绳长度，水深为h，忽略钢丝绳下垂，则钢丝绳长度Li(i＝1,2,...,n)为：
Figure BDA0001993653620000033
步骤十三、在t时刻，各个锚机的收缆速度Vi(i＝1,2,...,n)为：
Figure BDA0001993653620000034
步骤十四、根据求得的速度来控制各个锚机收放速度，实现打桩船的快速准确运动。
本发明的有益效果是：本方法使用扫描仪测得基桩轴心位置偏移误差，并在随后的运动控制中补偿误差，提高了打桩船的就位精度，保证打桩位置准确；
采用自动控制船体运动的方法，使得打桩船快速、准确到达目标位置，提高了吊桩效率和打桩精度；
此自动控制船体运动的方法可以减轻人工劳动强度，此方法下，无需经验丰富的操控人员亦可快速、准确地完成船体运动到目标位置的作业；
自动控制船体运动的方法简单、高效，易于自动控制软件的编程实现，且此方法适用于不同锚数的打桩船，适用范围广。
附图说明
图1是打桩船俯视图。
图2是打桩船主视图。
图3是打桩船随船坐标系示意图。
图4是打桩船运动示意图。
图1-4中：1-船体、2-GPS信号接收器、3-桩架、4-锚索连接点、5-锚机、6-倾斜仪、7-扫描仪、8-抱桩器、9-基桩。
具体实施方式
下面结合附图，以安装八个锚的船体为例，详细描述本发明的具体实施方案。
如图1-4所示，打桩船定位及运动控制方法包括以下步骤：
步骤一、在船体上安装两个GPS信号接收器和扫描仪，在平面内，建立绝对坐标系XOY和随船坐标系X'O'Y'；
步骤二、GPS信号接收器接收坐标信息并结合卫星基站发出的差分信号，得出GPS信号接收器在绝对坐标系下的精确位置坐标；
步骤三、根据其中一个GPS信号接收器的位置坐标和安装位置，得到随船坐标系原点在绝对坐标系内的坐标O(XO,YO)；
步骤四、根据两个GPS信号接收器位置坐标得到随船坐标系的Y’方向；
步骤五、使用扫描仪得到基桩轮廓后，计算出基桩实际位置，并与基桩理论位置比较，得到基桩轴心偏移误差δ(δx,δy)；
步骤六、打桩船拖航至作业区域并抛锚，锚索连接点处装有的测角仪测量锚索角度，再根据锚索放出长度，计算出八个锚分布点(P1～Pn)在绝对坐标系XOY中的位置坐标，分别为
Figure BDA0001993653620000041
步骤七、定位船体中心O坐标，当船在O(XO,YO)点时，八个锚与船体连接点(Q1～Qn)在绝对坐标系XOY下的坐标为
Figure BDA0001993653620000051
步骤八、在随船坐标系X'O'Y'中，根据八个连接点Q1～Q8与船中心O的位置关系，再结合定位的O的坐标，得到八个连接点在绝对坐标系XOY下的坐标为：
Figure BDA0001993653620000052
步骤九、立桩目标点位置为T'(XT',YT')，根据船体就位姿态，得到打桩船就位时随船坐标系原点O'位置，
Figure BDA0001993653620000053
θ为船体转动角度；
步骤十、打桩船从O点运动至O'点，设定船体运动时长为a(s)，得出各方向运动速度为：
Figure BDA0001993653620000054
其中，vX为绝对坐标系下船体沿X方向的运动速度，
vY为绝对坐标系下船体沿Y方向的运动速度，
ω为船体转动的角速度。
步骤十一、当船体运动至O'点时，八个锚与船体连接点(Q1'～Q8')绝对坐标系下的坐标为
Figure BDA0001993653620000055
则在t时刻，Qi'的坐标为：
Figure BDA0001993653620000061
步骤十二、计算钢丝绳长度，水深为h，忽略钢丝绳下垂，则钢丝绳长度Li(i＝1,2,...,n)为：
Figure BDA0001993653620000062
步骤十三、在t时刻，八个锚机的收缆速度Vi(i＝1,2,...,8)为：
Figure BDA0001993653620000063
步骤十四、根据求得的速度来控制各个锚机收放速度，实现打桩船的快速准确运动。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.打桩船定位及运动控制方法，包括以下步骤：
步骤一、在船体上安装两个GPS信号接收器和扫描仪，在平面内，建立绝对坐标系XOY和随船坐标系X'O'Y'；
步骤二、GPS信号接收器接收坐标信息并结合卫星基站发出的差分信号，得出GPS信号接收器在绝对坐标系下的精确位置坐标；
步骤三、根据其中一个GPS信号接收器的位置坐标和安装位置，得到随船坐标系原点在绝对坐标系内的坐标O(XO,YO)；
步骤四、根据两个GPS信号接收器位置坐标得到随船坐标系的Y’方向；
步骤五、使用扫描仪得到基桩轮廓后，计算出基桩实际位置，并与基桩理论位置比较，得到基桩轴心偏移误差δ(δx,δy)；
步骤六、打桩船拖航至作业区域并抛锚，锚索连接点处装有的测角仪测量锚索角度，再根据锚索放出长度，计算出各个锚分布点P1～Pn在绝对坐标系XOY中的位置坐标，分别为
Figure FDA0002425292690000011
步骤七、定位船体中心O坐标，当船在O(XO,YO)点时，各个锚与船体连接点Q1～Qn在绝对坐标系XOY下的坐标为
Figure FDA0002425292690000012
步骤八、在随船坐标系X'O'Y'中，根据各个连接点Q1～Qn与船中心O的位置关系，再结合定位的O的坐标，得到各个连接点在绝对坐标系XOY下的坐标为：
Figure FDA0002425292690000013
步骤九、立桩目标点位置为T'(XT',YT')，根据船体就位姿态，得到打桩船就位时随船坐标系原点O'位置，
Figure FDA0002425292690000021
θ为船体转动角度；
步骤十、打桩船从O点运动至O'点，设定船体运动时长为a(s)，得出各方向运动速度为：
Figure FDA0002425292690000022
其中，vX为绝对坐标系下船体沿X方向的运动速度，
vY为绝对坐标系下船体沿Y方向的运动速度，
ω为船体转动的角速度；
步骤十一、当船体运动至O'点时，各个锚与船体连接点Q1′～Qn′绝对坐标系下的坐标为
Figure FDA0002425292690000023
则在t时刻，Qi'的坐标为：
Figure FDA0002425292690000024
步骤十二、计算钢丝绳长度，水深为h，忽略钢丝绳下垂，则钢丝绳长度Li为：
Figure FDA0002425292690000025
， i ＝ 1,2,...,n
步骤十三、在t时刻，各个锚机的收缆速度Vi为：
Figure FDA0002425292690000026
i ＝ 1,2,...,n ；
步骤十四、根据求得的速度来控制各个锚机收放速度，实现打桩船的快速准确运动。
CN201910188584.2A 2019-03-13 2019-03-13 一种打桩船定位控制方法及系统 Active CN110083151B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910188584.2A CN110083151B (zh) 2019-03-13 2019-03-13 一种打桩船定位控制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910188584.2A CN110083151B (zh) 2019-03-13 2019-03-13 一种打桩船定位控制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110083151A CN110083151A (zh) 2019-08-02
CN110083151B true CN110083151B (zh) 2020-05-19

Family

ID=67413182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910188584.2A Active CN110083151B (zh) 2019-03-13 2019-03-13 一种打桩船定位控制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110083151B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109914408B (zh) * 2019-03-13 2020-06-02 江苏科技大学 一种打桩船及其姿态调整、定位控制和打桩方法
CN116443217B (zh) * 2023-06-16 2023-08-22 中交一航局第一工程有限公司 一种打桩船驻位控制方法、装置、打桩船及存储介质
CN117271946B (zh) * 2023-11-22 2024-04-02 中交天津航道局有限公司 一种绞吸船钢桩升降的定位方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3613144B2 (ja) * 2000-06-09 2005-01-26 コベルコ建機株式会社 溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法
CN102312438A (zh) * 2010-07-02 2012-01-11 南通市海洋水建工程有限公司 海上潮间带风电场大型钢管桩打桩施工设备
CN102587425A (zh) * 2012-03-29 2012-07-18 温州建设集团有限公司 一种基桩测量定位施工方法
CN103149855B (zh) * 2013-03-22 2015-09-16 上海港务工程公司 海上打桩远程监控系统
CN104727336A (zh) * 2015-03-09 2015-06-24 江苏龙源振华海洋工程有限公司 浅海风电场大型单管桩基础施工方法
CN107653858A (zh) * 2017-08-14 2018-02-02 中交第二航务工程局有限公司 水上自升式的桩顶可移动打桩平台及其施工方法
CN108894228B (zh) * 2018-08-01 2020-06-16 浙江省交通规划设计研究院有限公司 打桩定位方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110083151A (zh) 2019-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110083151B (zh) 一种打桩船定位控制方法及系统
WO2020182231A2 (zh) 一种打桩船及其姿态调整、定位控制和打桩方法
US7942051B2 (en) Method and device for survey of sea floor
JP6353955B2 (ja) アンカー無しの浮動発電プラントシステム
CN110158634B (zh) 用于海上风电钢管桩带锤立桩沉桩的施工系统及施工方法
CN105178316A (zh) 一种用于gps水上沉桩控制的振动沉桩打桩船
CN208815567U (zh) 一种沉管系泊安装锚系预张拉系统
CN212772503U (zh) 一种沉箱安装双gps测量定位装置
CN103910041A (zh) 高精度海上风机吊装船
CN213508514U (zh) 一种用于袋装砂施工的海上作业平台
CN108560595A (zh) 一种沉管系泊安装锚系预张拉系统及沉管沉放对接方法
JPH10181691A (ja) 定点保持制御装置
JP3358077B2 (ja) 水中構造物の据付・沈設方法及び装置
CN209979858U (zh) 一种gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统
CN109398615B (zh) 一种浮标用沉块的深海布放方法
CN113594972B (zh) 一种基于多船联动的海上铺缆协同作业方法及系统
JP2001074834A (ja) 水中構築物の計測方法
JP4960145B2 (ja) 均し装置
JPH09250935A (ja) 海底地盤調査方法
JPH0465169B2 (zh)
JPS63210614A (ja) 杭打設における杭の鉛直矯正方法
CN111487580A (zh) 一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法
CN115983046B (zh) 一种预测预制结构运动轨迹的水下精准对接方法
CN110588889A (zh) 一种深层搅拌船的锚泊定位系统及定位方法
CN215297684U (zh) 海上风电施工测量定位系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A positioning control method and system for pile driving barge

Effective date of registration: 20220107

Granted publication date: 20200519

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai pilot Free Trade Zone Lingang New District sub branch

Pledgor: SHANGHAI XIONGCHENG MARINE ENGINEERING CO.,LTD.

Registration number: Y2022980000225

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20230128

Granted publication date: 20200519

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai pilot Free Trade Zone Lingang New District sub branch

Pledgor: SHANGHAI XIONGCHENG MARINE ENGINEERING CO.,LTD.|SHANGHAI XIONGCHENG SHIP ENGINEERING Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980000225

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A positioning control method and system for pile driver

Effective date of registration: 20230201

Granted publication date: 20200519

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai pilot Free Trade Zone Lingang New District sub branch

Pledgor: SHANGHAI XIONGCHENG MARINE ENGINEERING CO.,LTD.|SHANGHAI XIONGCHENG SHIP ENGINEERING Co.,Ltd.

Registration number: Y2023310000019

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right