CN113341868A - 一种海上沉箱安装施工的远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上沉箱安装施工的远程监控系统，包括数个液动阀门、数个水位计、数个摄像头、四个GPS。数个液动阀门各自安装在沉箱的数个进水口上；数个水位计和数个摄像头各自安装在沉箱的数个格仓的顶部；四个GPS各自安装在沉箱的顶面四个角部；沉箱顶部的工作平台上安装液压站、PLC控制器、交换机和第一无线AP；液压站与数个液动阀门连接；PLC控制器的信号输入口、输出口与数个水位计连接；PLC控制器的信号输入口、输出口各自通过信号线与液压站连接；交换机的端口分别与数个摄像头、四个GPS、第一无线AP和PLC控制器连接；工作船上安装计算机和第二无线AP。本发明无需人工停留在沉箱顶部平台进行操控。

Description

一种海上沉箱安装施工的远程监控系统

技术领域

本发明涉及一种海上沉箱安装施工的远程监控系统。

背景技术

沉箱是一种混凝土箱型结构，内部通过设置内隔墙形成若干个格仓，多用于码头和防波堤。沉箱的体积巨大，尺寸可达几十米，重量可达上千吨。例如某工程的沉箱高度为27.2m,长度为24.4m,宽度为19.6m的矩形，重量达到5600吨。沉箱的隔墙上间隔留有进水口。沉箱安装是指水流入沉箱，沉箱的浮力减小而下沉，直至稳定降落在海底泥面上。沉箱首先在陆地上进行预制，完成后由半潜驳运至施工点位，接着半潜驳下沉，沉箱由于浮力漂浮在水中，半潜驳脱离沉箱后驶离，然后由人工打开沉箱外侧墙的进水口阀门，控制水流入沉箱的格仓内，调整沉箱下沉的速度和姿态，保证沉箱平稳下沉直至安装。

目前，沉箱100的安装是依赖人工站在沉箱顶部的工作平台200’上通过系杆10A进行进水口阀门10B的调节和统一指挥，如图1所示。根据沉箱的体积，一般配备数个进水口阀门。沉箱安装施工时，人工数量从几个到十几个不等。由于沉箱在下沉过程中，可能出现由风浪引起的晃动、设备原因造成的沉箱下沉速度失控和姿态倾斜等不利状况，造成在工作平台上的工作人员摔倒和落水，发生安全生产事故。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种海上沉箱安装施工的远程监控系统，它无需人工停留在沉箱顶部平台进行操控，杜绝了由于沉箱晃动和倾斜造成的人员从高空坠落的事故。

本发明的目的是这样实现的：一种海上沉箱安装施工的远程监控系统，安装在沉箱顶部的工作平台上；所述沉箱通过内隔墙分隔成数个格仓，数个格仓之间的内隔墙下部在同一高度各自开设连通口，所述沉箱的外侧墙上开设数个与位于沉箱边缘的数个格仓一一对应的进水口，这些进水口的高度与连通口的高度相同；

本发明的远程监控系统包括数个液动阀门、数个水位计、数个摄像头、四个GPS定位仪、液压站、PLC控制器、交换机、第一无线AP、计算机和第二无线AP；

数个液动阀门一一对应地安装在沉箱外侧墙上的数个进水口上；

数个水位计和数个摄像头均一一对应地安装在所述沉箱的数个格仓的顶部；

四个GPS定位仪一一对应地安装在沉箱的顶面四个角部；

所述液压站、PLC控制器、交换机和第一无线AP均安装在工作平台上；所述液压站通过液压油管与数个液动阀门连接；所述PLC控制器的信号输入口、信号输出口通过信号线与数个水位计连接；所述PLC控制器的信号输出口和输入口各自通过信号线与所述液压站连接；所述交换机的端口通过信号线分别与数个摄像头、四个GPS定位仪、第一无线AP以及PLC控制器连接；

所述计算机和第二无线AP均安装在工作船上，且所述计算机与第二无线AP信号连接；

所述水位计监测到的信息依次通过PLC控制器、交换机、第一无线AP和第二无线AP传输给计算机；

所述GPS定位仪和摄像头监测到的信息依次通过交换机、第一无线AP和第二无线AP传输给计算机；

所述液压站的油压信息和数个液动阀门的开闭信息依次通过PLC控制器、交换机、第一无线AP和第二无线AP传输给计算机；

所述计算机用于控制数个水位计、数个摄像头以及四个GPS定位仪的开机和关机；计算机的显示器显示水位计、摄像头、GPS定位仪、液动阀门的工作状态信息，以及水位计采集的格仓内的水位信息、摄像头采集的格仓内的影像信息、GPS定位仪采集的沉箱的定位、高程信息；操作人员通过计算机发出指令控制液动阀门的打开、关闭，并调整液动阀门的打开程度；计算机发出的指令信号依次通过第二无线AP、第一无线AP和交换机传输给PLC控制器，由PLC控制器控制液压站来驱动液动阀门动作。

上述的海上沉箱安装施工的远程监控系统，其中，所述液压站包括含有油箱、液压油泵、油泵控制阀的供油管路。

上述的海上沉箱安装施工的远程监控系统，其中，所述计算机能根据操作人员输入的沉箱的截面尺寸、重量、起重船的吊重、环境水位和水底高程，计算出沉箱在安装过程中各个阶段的注水水位和注水时间。

上述的海上沉箱安装施工的远程监控系统，其中，所述工作平台采用金属板并在金属板的四周安装挂钩，该工作平台通过挂钩挂在所述沉箱的外侧墙或内隔墙上。

本发明的海上沉箱安装施工的远程监控系统，利用水位计监测格仓内的水位，利用GPS定位仪监测沉箱的定位和高程信息，利用摄像头监测格仓内的水面信息，利用无线AP和交换机向PLC控制器、摄像头、GPS定位仪发送计算机的控制指令，并传输上述部件采集的监测信息至计算机，与计算机配套的监控软件对监测到的信息进行处理和可视化，通过软件交互界面，可远程下达操控指令，通过PLC控制器控制液压站来驱动安装在沉箱的进水口的液动阀门，实现打开或关闭或半开半闭，从而控制沉箱的进水流量，调整沉箱下沉的速度和姿态，保证沉箱平稳下沉直至安装。采用本发明的远程监控系统，沉箱在安装施工中无需人工停留在沉箱顶部的工作平台上进行操控，杜绝了由于沉箱晃动和倾斜造成的人员从高空坠落的事故。

附图说明

图1是现有技术的海上沉箱安装施工时的示意图；

图2是本发明的海上沉箱安装施工的远程监控系统的原理图；

图3是本发明的海上沉箱安装施工的远程监控系统的安装结构的正视图；

图4是图3的俯视图；

图5是图4中的A-A向视图。

图6是本发明的海上沉箱安装施工的远程监控系统中的计算机的监控软件的界面图；

图7是采用了本发明的远程监控系统在进行海上沉箱安装施工的步骤二时的状态图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图2和图7，本发明的海上沉箱安装施工的远程监控系统，安装在沉箱100顶部的工作平台200上；沉箱100通过内隔墙分隔成九个格仓，九个格仓呈九宫格型，九个格仓之间的内隔墙的下部在同一高度各自开设一连通口101，沉箱100的外侧墙上开设八个与位于沉箱边缘的八个格仓一一对应的进水口102，这些进水口102的高度与连通口101的高度相同。工作平台200呈正方形并采用金属板制作，工作平台200与位于沉箱正中间的格仓的平面几何尺寸适配，该工作平台200的四周均焊接若干挂钩201，该工作平台200通过挂钩201挂在位于沉箱正中间的格仓的四周内隔墙上。

本发明的海上沉箱安装施工的远程监控系统，包括八个液动阀门10、九个水位计20、九个摄像头30、四个GPS定位仪40、液压站50、PLC控制器60、交换机70、第一无线AP81、计算机90和第二无线AP82；

八个液动阀门10一一对应地安装在沉箱100的八个进水口102上；

九个水位计20和九个摄像头30均一一对应地安装在沉箱100的九个格仓的顶部；

四个GPS定位仪40一一对应地安装在沉箱100的顶面四个角部；

液压站50、PLC控制器60、交换机70和第一无线AP81均安装在工作平台200上；液压站50通过液压油管51与八个液动阀门10连接；PLC控制器60的信号输出口和信号输入口通过信号线与九个水位计20连接；PLC控制器60的信号输出口的信号输入口各自通过信号线与液压站50连接；交换机70的端口通过信号线分别与九个摄像头30、四个GPS定位仪40、第一无线AP81以及PLC控制器60连接；

计算机90和第二无线AP82均安装在工作船上，且计算机90与第二无线AP82信号连接；

九个水位计20和九个摄像头30一一对应地监测九个格仓内的水位，九个水位计20将监测到的九个格仓的水位信息依次通过PLC控制器60、交换机70、第一无线AP和第二无线AP传输给计算机90；

第一无线AP81和第二无线AP82具有无线信号发射、接收的功能；

交换机70可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路，其在系统中的作用就是将各个无线设备联系起来，形成一个信息交互网络；

四个GPS定位仪40用于监测沉箱100的定位和高程信息，包括沉箱100顶面四个角部的高程、经度、纬度和方位；

四个GPS定位仪40将监测到的沉箱100的定位和高程信息以及摄像头30将监测到九个格仓的水位信息均依次通过交换机70、第一无线AP81和第二无线AP82传输给计算机90；

液压站50包括含有油箱、液压油泵、油泵控制阀的供油管路，液压站50的油压信息和八个液动阀门10的开闭信息依次通过PLC控制器60、交换机70、第一无线AP81和第二无线AP82传输给计算机90；

计算机90用于控制九个水位计29、九个摄像头30以及四个GPS定位仪40的开机和关机；计算机90的显示器能显示九个水位计20、九个摄像头30、四个GPS定位仪40和八个液动阀门10的工作状态信息，以及水位计20采集的格仓内的水位信息、摄像头30采集的格仓内的影像信息、GPS定位仪40采集的沉箱100的定位、高程信息；操作人员通过计算机90发出指令控制液动阀门10的打开、关闭，并调整液动阀门10的打开程度，以控制进入沉箱10的水流速度；计算机90发出的指令信号依次通过第二无线AP82、第一无线AP81和交换机70传输给PLC控制器60，由PLC控制器60控制液压站50来驱动液动阀门10动作。

与计算机90配套的监控软件能实现以下功能：

1)控制：用于控制八个液动阀门10、九个水位计20、九个摄像头30以及四个GPS定位仪40的打开和关闭；

2)监测:水位计20监测的各个格仓内的水位、摄像头30拍摄的各个格仓内的水位情况、GPS定位仪40测量的沉箱100的定位和高程信息均可以传输回计算机中，方便实时监测。

3)预警:预设沉箱在安装过程中的步骤及每一步骤的预警水位和垂直度限值，在以下情况下进行预警：

A、水位计传回的水位信息显示，各格仓水位不均衡，偏差过大；

B、GPS定位仪的高程信息显示沉箱的倾斜度过大；

C、水位计、液动阀门、GPS定位仪、摄像头发生工作故障。

4)计算：能通过操作人员输入的沉箱的截面尺寸、重量、起重船的吊重、环境水位和水底高程，计算出沉箱在安装过程中各个阶段的注水水位和注水时间，供操作人员使用。

采用了本发明的海上沉箱安装施工的远程监控系统在沉箱安装施工时包括以下步骤：

步骤一，监控系统安装。

在沉箱100的进水口安装液动阀门10，沉箱100的顶面四个角部布置GPS定位仪40、水位计20、摄像头30，再在沉箱100的顶部搭设工作平台200，工作平台200上放置液压站50、PLC控制器60、交换机70和第一无线AP81，然后将液压站50通过液压油管51与液动阀门10进行连接。在起重船上放置计算机90和第二无线AP82。

步骤二，沉箱的运输及分离。

使用半潜驳运输沉箱，运输过程中，半潜驳的四个塔楼分别有缆绳与沉箱连接，从而固定沉箱。半潜驳运输沉箱至施工点位附近后，开始抛锚。起重船靠近半潜驳，起重船抛锚，从起重船船头拉出尼龙缆绳交叉环抱住沉箱。沉箱顶部设置有数个拉环，拉环上连接吊索，起重船的吊臂上有吊钩，用吊钩吊住吊索，轻吊使拉索呈吊起状态。

半潜驳下潜一定深度，直至进水口在水面以下，停止下沉。

使用计算机和监控软件，操作监控软件的开、关阀门功能，打开液动阀门，水流入沉箱的格仓，沉箱下沉，重心降低，沉箱的稳定性增加。进水下沉过程中，水位计和摄像头实时采集各个格仓内的水位和影像信息，GPS定位仪采集沉箱四个角部的定位、高程信息，采集的信息传输至计算机，展示在监控软件的界面中。

沉箱进水下沉过程中，起重臂逐渐承担部分沉箱重力。起重船保持一定的吊力，帮助沉箱维持稳定的半浮游状态。半潜驳继续下潜使沉箱完全浮起并脱离半潜驳。过程中时刻观察沉箱的姿态，监控软件中传回的水位信息、高程信息，若发现沉箱出现倾斜应及时调整液动阀门的开闭来调节进水速度，从而调平沉箱。

半潜驳的首塔楼松解缆绳，起重船抬高起重臂并后退，起重船始终维持一定的吊力以确保沉箱的浮游姿态稳定。起重船的船头卷扬机开始收缆牵引沉箱，半潜驳的尾塔楼控制好尼龙缆溜尾，使沉箱平稳缓慢向起重船靠拢，避免沉箱与半潜驳的摩擦碰撞，待起重船的吊臂达到一定角度后，起重船与沉箱的姿态稳定时，起重船前锚松、后锚绞，使沉箱和起重船一起移动，离开半潜驳，当沉箱与半潜驳达到一定的安全距离后，解掉半潜驳的尾塔楼与沉箱之间的尼龙缆绳，时刻观察沉箱的浮游稳定状态，如有需要应及时打开液动阀门加水调整。沉箱离开半潜驳之后，利用计算机控制液压阀门半开，进一步向沉箱的格仓内注水，降低重心，提高浮游稳定性，沉箱较平稳后，关闭液动阀门。

起重船起、抛锚(或由锚艇调整锚位)，通过绞缠、松开锚缆移动，吊运沉箱至定位驳的接应位置，抛锚后，定位驳上的两根缆绳送至沉箱并通过卡环进行连接，定位驳和起重船同步移动靠近至沉箱的安装基槽；

起重船300与定位驳400将沉箱100运至安装基槽100A后，此时起重船300和定位驳400各自位于沉箱的安装基槽100A的两侧，起重船300和定位驳400通过对拉工艺完成沉箱100的精准定位(见图7)；利用沉箱顶端预设的卷扬机与已安装好的沉箱通过钢丝绳进行八字交叉连接，沉箱移动至定位附近后启动卷扬机进行收揽，通过收、放缆调节沉箱与已安装好的沉箱的相对位置，实现初步定位。

步骤三，沉箱安装下沉。

待沉箱初始定位后，利用计算机和软件远程打开液动阀门，沉箱开始注水下沉。沉箱在下沉过程中要保证沉箱每个格仓内的水位均衡，使整个沉箱竖直并缓慢下沉；注水过程中，通过液动阀门的开、关，控制注水的速度来调整各个格仓的水量，进而调整沉箱的姿态；在注水过程中，水位计和摄像头实时采集各个格仓内的水位和影像信息，传输人员应时刻关注系统采集的信息，若出现偏差应立即进行纠偏。

沉箱在注水下沉过程中，利用四个GPS定位仪全程测量沉箱的四个角部的高程以及位置信息，确保四个角部的高差差异在控制范围内，若出现偏差应立即进行纠偏。当沉箱下沉至靠近海底基床时关闭液动阀门，暂停下沉，对沉箱再次调节定位；调整完毕后，继续打开液动阀门进行注水，同时关注GPS定位仪采集的高程和定位信息，确保四个角部的高程差异小于施工精度要求，当沉箱下沉至贴近海底基床时，关闭液动阀门，暂停下沉，最后进行一次精确调整定位；完成精确调整后打开液动阀门，继续注水，起重船配合放缆，直至沉箱坐落在海底基床上；

步骤四，监控系统取回。

确认沉箱安装完毕后即可指挥起重船撤下沉箱顶的工作平台以及液动阀门、水位仪、摄像头、GPS定位仪，起重船离开。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种海上沉箱安装施工的远程监控系统，安装在沉箱顶部的工作平台上；所述沉箱通过内隔墙分隔成数个格仓，数个格仓之间的内隔墙下部在同一高度各自开设连通口，所述沉箱的外侧墙上开设数个与位于沉箱边缘的数个格仓一一对应的进水口，这些进水口的高度与连通口的高度相同；其特征在于，所述远程监控系统包括数个液动阀门、数个水位计、数个摄像头、四个GPS定位仪、液压站、PLC控制器、交换机、第一无线AP、计算机和第二无线AP；

数个液动阀门一一对应地安装在沉箱外侧墙上的数个进水口上；

数个水位计和数个摄像头均一一对应地安装在所述沉箱的数个格仓的顶部；

四个GPS定位仪一一对应地安装在沉箱的顶面四个角部；

所述液压站、PLC控制器、交换机和第一无线AP均安装在工作平台上；所述液压站通过液压油管与数个液动阀门连接；所述PLC控制器的信号输入口、信号输出口通过信号线与数个水位计连接；所述PLC控制器的信号输出口和输入口各自通过信号线与所述液压站连接；所述交换机的端口通过信号线分别与数个摄像头、四个GPS定位仪、第一无线AP以及PLC控制器连接；

所述计算机和第二无线AP均安装在工作船上，且所述计算机与第二无线AP信号连接；

所述水位计监测到的信息依次通过PLC控制器、交换机、第一无线AP和第二无线AP传输给计算机；

所述GPS定位仪和摄像头监测到的信息依次通过交换机、第一无线AP和第二无线AP传输给计算机；

所述液压站的油压信息和数个液动阀门的开闭信息依次通过PLC控制器、交换机、第一无线AP和第二无线AP传输给计算机；

所述计算机用于控制数个水位计、数个摄像头以及四个GPS定位仪的开机和关机；计算机的显示器显示水位计、摄像头、GPS定位仪、液动阀门的工作状态信息，以及水位计采集的格仓内的水位信息、摄像头采集的格仓内的影像信息、GPS定位仪采集的沉箱的定位、高程信息；操作人员通过计算机发出指令控制液动阀门的打开、关闭，并调整液动阀门的打开程度；计算机发出的指令信号依次通过第二无线AP、第一无线AP和交换机传输给PLC控制器，由PLC控制器控制液压站来驱动液动阀门动作。

2.根据权利要求1所述的海上沉箱安装施工的远程监控系统，其特征在于，所述液压站包括含有油箱、液压油泵、油泵控制阀的供油管路。

3.根据权利要求1所述的海上沉箱安装施工的远程监控系统，其特征在于，所述计算机能根据操作人员输入的沉箱的截面尺寸、重量、起重船的吊重、环境水位和水底高程，计算出沉箱在安装过程中各个阶段的注水水位和注水时间。

4.根据权利要求1所述的海上沉箱安装施工的远程监控系统，其特征在于，所述工作平台采用金属板并在金属板的四周安装挂钩，该工作平台通过挂钩挂在所述沉箱的外侧墙或内隔墙上。

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