CN113607103A - 折棍式测量绳、沉管定位系统及测量定位方法 - Google Patents

折棍式测量绳、沉管定位系统及测量定位方法 Download PDF

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CN113607103A CN202111015435.XA CN202111015435A CN113607103A CN 113607103 A CN113607103 A CN 113607103A CN 202111015435 A CN202111015435 A CN 202111015435A CN 113607103 A CN113607103 A CN 113607103A
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尹春辉
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Abstract

本发明涉及测量技术领域，特别是一种折棍式测量绳、沉管定位系统及测量定位方法，其中折棍式测量绳包括至少两根相铰接的杆节段，相邻所述杆节段之间设置有角度检测装置，所述角度检测装置用于检测对应相邻所述杆节段之间的相对角度。本申请所述的折棍式测量绳，能够得出折棍式测量绳任意两节点之间的相对位置关系，进而达到利用折棍式测量绳测量两个点之间的相对位置的目的，本申请的折棍式测量绳相比于测量塔来说，结构简单，每根杆节段的长度相比测量塔的高度大大减小，对每节杆节段的强度要求大大降低，进而有效地节约了测量成本，同时也能在深水工况无法使用测量塔的情况下使用。

Description

折棍式测量绳、沉管定位系统及测量定位方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，特别是一种折棍式测量绳、沉管定位系统及测量定位方法。
背景技术
目前，对某些待测装置(例如沉管、方块等)测量时，通常安装测量塔来进行测量两个点之间的相对位置，采用该测量方法，测量塔的刚度及稳定性要求较高，测量塔的造价和安装成本较大；若遇到在涉水环境下测量时，因水流、风浪、重力对测量塔作用力的影响，该待测装置安装水深越深，测量塔越高，对测量塔的强度要求越高，测量塔对待测装置的作用力也越大，对待测装置结构受力的要求也越高。
当测量塔对待测装置的作用力超过待测装置的受力限度时，待测装置就不能使用测量塔进行测量，故急需找到一种取代测量塔的装置。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的在深水工况时时，无法使用测量塔的问题，提供了一种折棍式测量绳、沉管定位系统及测量定位方法，在深水工况时也可以使用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
折棍式测量绳，包括至少两根相铰接的杆节段，相邻所述杆节段之间设置有角度检测装置，所述角度检测装置用于检测对应相邻所述杆节段之间的相对角度。
本申请所述的折棍式测量绳，在使用时，所述角度检测装置用于检测对应相邻所述杆节段之间的相对角度，通过杆节段的长度和相邻所述杆节段之间的相对角度，即可能够得出折棍式测量绳任意两个杆节段之间的相对位置关系，进而达到利用折棍式测量绳测量两个点之间的相对位置的目的，本申请的折棍式测量绳相比于测量塔来说，结构简单，每根杆节段的长度相比测量塔的高度大大减小，对每节杆节段的强度要求大大降低，进而有效地节约了测量成本，同时也能在深水工况无法使用测量塔的情况下使用，来代替测量塔使用。
优选地，所述杆节段为至少三节，所有所述杆节段依次铰接。
优选地，所述杆节段为至少三节，所有所述杆节段依次铰接，相邻所述杆节段通过铰接轴相铰接，至少两个所述铰接轴之间具有夹角K，0°<K<180°，即两个所述铰接轴之间不平行。
优选地，所有所述杆节段拉直时，所有所述铰接轴平行或垂直同一面。
优选地，相邻所述铰接轴相互垂直设置。
优选地，至少三个所述铰接轴之间两两相互垂直设置。
具体地，相邻所述杆节段定义为杆节段一和杆节段二，所述杆节段一和所述杆节段二之间通过铰接轴相铰接；
所述角度检测装置包括编码器，所述编码器连接于所述杆节段二上，所述铰接轴和所述杆节段一一起转动设置，所述铰接轴与所述编码器的输出端同轴一起转动连接。
更具体地，所述编码器包括中空型编码器，所述中空型编码器连接于所述杆节段二上，所述中空型编码器的输出端同轴套设连接于所述铰接轴上。
优选地，还包括计算机，所述计算机与所述编码器电性连接；
所述计算机用于同步向多个所述编码器发送测量指令；
所述编码器基于所述测量指令测量对应相邻所述杆节段之间的角度数据并传输角度数据给所述计算机。
优选地，所述角度检测装置为绝对式旋转编码器或应答式旋转编码器。
例如：选用光电旋转编码器或磁电旋转编码器，采用的是绝对值型的光电编码器或磁电编码器，可精确测量角度的变化。
本申请还公开了一种沉管定位系统，包括至少两个如本申请所述的折棍式测量绳，折棍式测量绳用于安装于沉管上，在每根所述折棍式测量绳中，最下方的所述杆节段与所述沉管固定连接，且所述杆节段被配置为：当所述沉管位于水下时，至少一节所述杆节段的一部分能够被上提位于水面之上，所述沉管上安装有用于测量沉管相对于水平倾斜角度的倾斜仪器。
具体地，倾斜仪器为倾斜仪，可以装在沉管内。
本申请所述的一种沉管定位系统，使用时，将最下方的一节与沉管固定连接，最上方的一节杆节段的至少一部分露出水面，例如：将最下方的一节与沉管固定连接的连接点选为特征控制点O，将上方的一节杆节段的至少一部分露出水面部分的末端端点选为特征控制点Q，基于O点相对沉管的位置的三维坐标得到最下方的一节顶部与其相邻杆节段铰接点P处位置坐标，由于相邻所述杆节段之间设置有角度检测装置，通过角度检测装置能够测量出最下方的一节与下方第二节所述杆节段之间的角度，进而依据铰接点处位置坐标得到下方第二节所述杆节段与下方第三节杆节段铰接点处相对沉管的位置的三维坐标(如果只有两节即依据铰接点处位置坐标得到下方第二节所述杆节段顶部露出水面部分的具体位置)，依次推导，进而可以算的上方的一节杆节段的至少一部分露出水面部分的特征控制点Q，进而反向推导可得，知道特征控制点Q相对沉管的位置的三维坐标，进而达到取代测量塔来将水下沉管管节的特征控制点引出水面的目的，通过使用杆节段来进行测量相比于测量塔来来说，每根杆节段的长度相比测量塔的高度大大减小，对每节杆节段的强度要求大大降低，进而有效地节约了测量成本。同时也能在深水工况无法使用测量塔的情况下使用。
本申请的沉管定位系统，利用至少两个折棍式测量绳，将其设置于沉管上，再利用倾斜仪器测出沉管相对于水平倾斜角度，进而得到沉管的具体位置。
优选地，所述沉管纵向两端各安装至少一条如本申请所述的节棍式测量绳，绳顶拉出水面，绳顶各挂一个定位装置，沉管内装一倾斜仪，定位装置用于测量定位绳顶的标定点位，通过节棍式测量绳测量引出绳顶的两个标定点，即达到将沉管上的两个标定点引出水面的目的。
本申请还公开了一种测量定位方法，包含以下步骤：
基于本申请所述的折棍式测量绳建立测量绳测量模型，并使得所述测量绳测量模型满足：当输入所有所述杆节段长度数据和所有相邻所述杆节段之间的角度数据时，得到两个所述杆节段之间的相对位置。
本申请所述的一种测量定位方法，利用杆节段长度数据和相邻所述杆节段之间的角度数据，进而很方便的得出两个所述杆节段之间的相对位置，该测量方法简单，方便。
本申请所述的一种测量定位方法中，得到两个所述杆节段之间的相对位置，上述描述中的两个所述杆节段并不一定是相邻的；也有可能是之间还铰接有至少一根杆节段，普遍为一头一尾。
优选地，将所述杆节段分别定义为第1杆节段、第2杆节段、……和第N杆节段，N≥2；
建立所述测量绳测量模型具体包括以下步骤：
S1.建立坐标系，并将如本申请所述的折棍式测量绳放置于所述坐标系中，建立标定坐标系基准；
S2.以所述第1杆节段长度作为平移量参数建立第1杆节段的平移变换矩阵计算模型；且第1杆节段相对于所述标定坐标系基准的旋转角度作为旋转量参数建立第1杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S3.以所述第2杆节段长度作为平移量参数建立第2杆节段的平移变换矩阵计算模型；且第2杆节段相对于所述第1杆节段的转动角度作为旋转量参数建立第2杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S4.依次计算后续杆节段的平移变换矩阵计算模型和旋转变换矩阵计算模型，直至得到第N杆节段的平移变换矩阵计算模型和第N杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S5.基于所有所述平移变换矩阵计算模型和所有所述旋转变换矩阵计算模型建立所述测量绳测量模型。
本申请所述的一种测量定位方法，通过算出第1杆节段至第N杆节段的平移变换矩阵计算模型和旋转变换矩阵，最终得到所述测量绳测量模型，进而算出两个所述杆节段之间的相对位置，该测量方法简单，方便。
在实际操作过程中，第1杆节段可以为下面的杆节段，第N杆节段为上面的杆节段；第1杆节段可以为上面的杆节段，第N杆节段为下面的杆节段，而且当第1杆节段为上面的杆节段的时候，依次往下推算，计算更方便。
具体地，所述平移量参数为(a，b，c)，
所述平移变换矩阵计算模型具体为：
Figure BDA0003239695990000051
和/或
旋转量参数为α，
所述旋转变换矩阵计算模型具体为：
绕X轴旋转：
Figure BDA0003239695990000061
绕Y轴旋转：
Figure BDA0003239695990000062
绕Z轴旋转：
Figure BDA0003239695990000063
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本申请所述的折棍式测量绳，在使用时，所述角度检测装置用于检测对应相邻所述杆节段之间的相对角度，通过杆节段的长度和相邻所述杆节段之间的相对角度，即可能够得出折棍式测量绳任意两个杆节段之间的相对位置关系，进而达到利用折棍式测量绳测量两个点之间的相对位置的目的，本申请的折棍式测量绳相比于测量塔来说，结构简单，每根杆节段的长度相比测量塔的高度大大减小，对每节杆节段的强度要求大大降低，进而有效地节约了测量成本，同时也能在深水工况无法使用测量塔的情况下使用。
2、本申请的沉管定位系统，利用至少两个折棍式测量绳，将其设置于沉管上，再利用倾斜仪器测出沉管相对于水平倾斜角度，进而得到沉管的具体位置。
3、本申请所述的一种测量定位方法，利用杆节段长度数据和相邻所述杆节段之间的角度数据，进而很方便的得出两个所述杆节段之间的相对位置，该测量方法简单，方便。
4、本申请所述的一种测量定位方法，通过算出第1杆节段至第N杆节段的平移变换矩阵计算模型和旋转变换矩阵，最终得到所述测量绳测量模型，进而算出两个所述杆节段之间的相对位置，该测量方法简单，方便。
附图说明
图1是本发明的折棍式测量绳的结构示意图。
图2是本发明的角度检测装置的结构布置示意图。
图3是本发明的一种沉管定位系统的结构示意图。
图4是本发明的实施例3或4中一种测量定位方法的坐标示意图。
图5是本发明的实施例4或5中一种测量定位方法的坐标示意图。
图标：1-杆节段；11-杆节段一；12-杆节段二；2-角度检测装置；3-铰接轴；4-轴承；5-沉管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1和2所示，本实施例所述的折棍式测量绳，包括至少两根相铰接的杆节段1，相邻所述杆节段1之间设置有角度检测装置2，所述角度检测装置2用于检测对应相邻所述杆节段1之间的相对角度。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述杆节段1为至少三节。
相邻所述杆节段1通过铰接轴3相铰接，至少两个所述铰接轴3之间具有夹角K，0°<K<180°，即两个所述铰接轴3之间不平行。
所述杆节段1为刚性杆件，其每节较短，挠度变形小，其形成的折棍式测量绳长度较长时，即使杆节段1是刚性很强的材料，其折棍式测量绳整体也会变成柔性，例如100米水深，使得其能够测量适用于测量塔无法测量的工况。
在上述基础上，进一步优选的方式，所有所述杆节段1拉直时，所有所述铰接轴3平行或垂直同一面。
在上述基础上，进一步优选的方式，相邻所述铰接轴3相互垂直设置。
在上述基础上，进一步优选的方式，至少三个所述铰接轴3之间两两相互垂直设置，使得折棍式测量绳能够呈现出自由万向旋转的状态。
如图2所示，具体地，相邻所述杆节段1定义为杆节段一11和杆节段二12，所述杆节段一11和所述杆节段二12之间通过铰接轴3相铰接；
所述角度检测装置2包括编码器，所述编码器连接于所述杆节段二12上，所述铰接轴3和所述杆节段一11一起转动设置，所述铰接轴3与所述编码器的输出端同轴一起转动连接。
具体如图2所示，每相邻所述杆节段一11和所述杆节段二12之间的杆节段二12的尾部与杆节段一11的头部勾连铰接；铰接轴3设置用螺栓固定，无法自己转动，只能作为杆节段一11的构件跟随杆节段整体转动；
在铰接轴3上安装一个中空编码器，并用一个适配的轴承完成铰接轴3与中空编码器的固定；
每一根杆节段1都在头部销轴处配置一个编码器，完成杆节段的角度测试；
考虑到编码器的防水，采用防护等级为IP68；另外将用特制的软胶管6对整条杆节段进行封装，防止水的进入。
更具体地，所述编码器包括中空型编码器，所述中空型编码器连接于所述第二杆节段12上，所述中空型编码器的输出端同轴套设连接于所述铰接轴3上。
另一种具体地，所述角度检测装置为绝对式旋转编码器或应答式旋转编码器。
例如：选用光电旋转编码器或磁电旋转编码器，采用的是绝对值型的光电编码器或磁电编码器，可精确测量角度的变化。
具体地，光电编码器采用水下防护等级，并进行封装防水，数据线通过杆节段中空部分穿引至岸上；
磁电编码器可以进行封装防水，也可以用防水的型号，安装更方便。
杆节段一11和杆节段二12之间通过轴承4相铰接，轴承4套设于铰接轴3上，角度检测装置2的两侧均设置有所述轴承4。
以上编码器量程可以为-180°至180°。
在上述基础上，进一步优选的方式，本实施例所述的折棍式测量绳还包括计算机，所述计算机与所述编码器电性连接；
所述计算机用于同步向多个所述编码器发送测量指令；
所述编码器基于所述测量指令测量对应相邻所述杆节段1之间的角度数据并传输角度数据给所述计算机。
计算机与编码器之间可以通过有线或者无线方式传输信号。
优选地，所述杆节段1均中空设置，所述编码器的数据线位于所述杆节段1的中空腔室内。
本实施例的有益效果：本申请所述的折棍式测量绳，本申请所述的折棍式测量绳，在使用时，所述角度检测装置2用于检测对应相邻所述杆节段1之间的相对角度，通过杆节段1的长度和相邻所述杆节段1之间的相对角度，即可能够得出折棍式测量绳任意两个杆节段1之间的相对位置关系，进而达到利用折棍式测量绳测量两个点之间的相对位置的目的，本申请的折棍式测量绳相比于测量塔来说，结构简单，每根杆节段1的长度相比测量塔的高度大大减小，对每节杆节段1的强度要求大大降低，进而有效地节约了测量成本，同时也能在深水工况无法使用测量塔的情况下使用。
实施例2
如图3所示，本实施例所述的一种沉管定位系统，包括沉管5和至少两个如实施例1所述的折棍式测量绳，折棍式测量绳用于安装于沉管5上，在每根所述折棍式测量绳中，最下方的所述杆节段1与所述沉管5固定连接，且所述杆节段1被配置为：当所述沉管5位于水下时，至少一节所述杆节段1的一部分能够被上提位于水面之上，所述沉管5上安装有用于测量沉管5相对于水平倾斜角度的倾斜仪器。
具体地，倾斜仪器为倾斜仪，可以装在沉管5内。
为了更加精确地知晓沉管5的倾斜角度，在沉管5上安装倾斜仪。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述沉管5纵向两端各安装至少一条如本申请所述的节棍式测量绳，绳顶拉出水面，绳顶各挂一个定位装置，沉管5内装一倾斜仪，定位装置用于测量定位绳顶的标定点位，通过节棍式测量绳测量引出绳顶的两个标定点，即达到将沉管5上的两个标定点引出水面的目的。
具体地，定位装置为GNSS系统。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述第一杆节段11和所述第二杆节段12之间通过铰接轴3相铰接；所述角度检测装置2包括编码器，所述编码器连接于所述第二杆节段12上，所述铰接轴3和所述第一杆节段11一起转动设置，所述铰接轴3与所述编码器的输出端同轴一起转动连接，相邻杆节段1用不断改变方向的铰接轴连接，最上面的杆顶露出水面作为特征控制点Q，并通过编码器实时测出相邻杆节段1的转角，并根据每根杆节段1的长度实时解算出最小面的杆顶的特征控制点相对沉管的位置，这样，每根杆节段1的长度相比测量塔的高度大大减小，对每节杆节段1的强度要求大大降低，之后通过每个关节的姿态位置结合转角推算出杆顶特征控制点的相对位置坐标，取代测量塔。
本申请所述的一种沉管定位系统，使用时，将最下方的一节与沉管固定连接，最上方的一节杆节段1的至少一部分露出水面，例如：将最下方的一节与沉管固定连接的连接点选为特征控制点O，将上方的一节杆节段1的至少一部分露出水面部分的末端端点选为特征控制点Q，基于O点相对沉管的位置的三维坐标得到最下方的一节顶部与其相邻杆节段1铰接点处位置坐标，由于相邻所述杆节段1之间设置有角度检测装置2，通过角度检测装置2能够测量出最下方的一节与下方第二节所述杆节段1之间的角度，进而依据铰接点处位置坐标得到下方第二节所述杆节段1与下方第三节杆节段1铰接点处相对沉管的位置的三维坐标如果只有两节即依据铰接点处位置坐标得到下方第二节所述杆节段1顶部露出水面部分的具体位置，依次推导，进而可以算的上方的一节杆节段1的至少一部分露出水面部分的特征控制点Q，进而反向推导可得，知道特征控制点Q相对沉管的位置的三维坐标，进而达到取代测量塔来将水下沉管管节的特征控制点引出水面的目的，通过使用杆节段1来进行测量相比于测量塔来来说，每根杆节段的长度相比测量塔的高度大大减小，对每节杆节段的强度要求大大降低，进而有效地节约了测量成本。同时也能在深水工况无法使用测量塔的情况下使用。本申请的沉管定位系统，利用至少两个折棍式测量绳，将其设置于沉管5上，再利用倾斜仪器测出沉管5相对于水平倾斜角度，进而得到沉管5的具体位置。
实施例3
如图1-图5所示，本实施例所述的一种测量定位方法，包含以下步骤：基于实施例1或2所述的折棍式测量绳建立测量绳测量模型，并使得所述测量绳测量模型满足：当输入所有所述杆节段1长度数据和所有相邻所述杆节段1之间的角度数据时，得到两个所述杆节段1之间的相对位置。
得到两个所述杆节段1之间的相对位置，上述描述中的两个所述杆节段1并不一定是相邻的，也有可能是之间还铰接有至少一根杆节段1，普遍一头一尾。
在上述基础上，进一步优选的方式，将所述杆节段1分别定义为第1杆节段、第2杆节段、……和第N杆节段，N≥2；
建立所述测量绳测量模型具体包括以下步骤：
S1.建立坐标系，并将实施例1或2中所述的折棍式测量绳放置于所述坐标系中，建立标定坐标系基准；
S2.以所述第1杆节段长度作为平移量参数建立第1杆节段的平移变换矩阵计算模型；且第1杆节段相对于所述标定坐标系基准的旋转角度作为旋转量参数建立第1杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S3.以所述第2杆节段长度作为平移量参数建立第2杆节段的平移变换矩阵计算模型；且第2杆节段相对于所述第1杆节段的转动角度作为旋转量参数建立第2杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S4.依次计算后续杆节段的平移变换矩阵计算模型和旋转变换矩阵计算模型，直至得到第N杆节段的平移变换矩阵计算模型和第N杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S5.基于所有所述平移变换矩阵计算模型和所有所述旋转变换矩阵计算模型建立所述测量绳测量模型。
本申请所述的一种测量定位方法，通过算出第1杆节段至第N杆节段的平移变换矩阵计算模型和旋转变换矩阵，最终得到所述测量绳测量模型，进而算出两个所述杆节段之间的相对位置，该测量方法简单，方便。
第1杆节段可固定安装在待测物体(沉管)上。
在实际操作过程中，第1杆节段可以为下面的杆节段1，第N杆节段为上面的杆节段1；第1杆节段可以为上面的杆节段1，第N杆节段为下面的杆节段1。
当第1杆节段为上面的杆节段1的时候，依次往下推算，计算更方便。
具体地，所述平移量参数为(a，b，c)，
所述平移变换矩阵计算模型具体为：
Figure BDA0003239695990000131
和/或，
旋转量参数为α，所述旋转变换矩阵计算模型具体为：
绕X轴旋转：
Figure BDA0003239695990000132
绕Y轴旋转：
Figure BDA0003239695990000133
绕Z轴旋转：
Figure BDA0003239695990000141
上述描述中，M1、M2、M3和M4为矩阵。
本实施例所述的一种测量定位方法，数学计算严密，利用平移矩阵和旋转矩阵相乘，节段杆长用平移矩阵，节段转轴转角用旋转矩阵，增加节段则增加矩阵的相乘项，增加一节段一般增加两项矩阵相乘项。
相邻杆节段1铰接坐标在沉管上的计算示例：
在沉管5上建立用于标定相对位置的沉管局坐标系，假设Q点在5中的相对位置已标定，最下面第一节杆节段1垂直沉管上表面，假定各节段杆节段1拉直垂直沉管面时，各转轴相平行。各节段的杆长作为平移量，编码器实时测出相邻杆节段1的转角为旋转量，通过平移和旋转变换推算出最上面的杆顶露出水面作为特征控制点Q相对沉管的局部三维坐标。
本实施例的有益效果：本申请所述的一种测量定位方法利用杆节段1长度数据和相邻所述杆节段1之间的角度数据，进而很方便的得出两个所述杆节段1之间的相对位置，该测量方法简单，方便。
实施例4
如图4所示，本实施例所述的一种测量定位方法，以下举例来表达实施例3中的测量定位方法：
在沉管用于标定的局部坐标系中，假设有三个杆节段1组成的折棍式测量绳，从下往上数，依次编号为第1杆节段、第2杆节段和第3杆节段，第1杆节段垂直固定于沉管面，沉管面作为标定坐标系基准，各杆节段1长度2米，假定各杆节段1垂直沉管面时，各转角读数为0°，第1杆节段和第2杆节段之间的铰接轴3平行该坐标系的X轴，第2杆节段和第3杆节段之间的铰接轴3平行该坐标系的Y轴，第3杆节段相对于第2杆节段绕Y轴旋转-10度，第2杆节段相对于第1杆节段绕X轴旋转-10度，第1杆节段底部O1点坐标：(5，0，0)，求第3杆节段末端点Q在局部坐标系中的三维坐标。
坐标原点对应的原点矩阵：
O＝|0 0 0 1|
O1点对应的O1点矩阵(第1杆节段和沉管面的连接处)：
Figure BDA0003239695990000151
第1杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000152
第2杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000153
第3杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000161
第1杆节段的旋转变换矩阵计算模型：
第1杆节段垂直固定于沉管面:
Figure BDA0003239695990000162
第2杆节段的旋转变换矩阵计算模型：
第2杆节段相对于第1杆节段绕X轴旋转-10°：
Figure BDA0003239695990000163
第3杆节段的旋转变换矩阵计算模型：
第3杆节段相对于第2杆节段绕Y轴旋转-10°：
Figure BDA0003239695990000164
结果是OB3DB2CB1EA
OB3＝|0 0 2 1|
OB3D＝|-0.347296356 0 1.969615506 1|
OB3DB2＝|-0.347296356 0 3.969615506 1|
OB3DB2C＝|-0.347296356 0.689316499977448 3.90930812673782 1|
OB3DB2CB1EA＝|4.652703644 0.689316499977448 5.90930812673782 1|
末端点Q坐标：X＝4.652703644，Y＝0.689316499977448，Z＝5.90930812673782。
以上只是举例说明如何计算，在具体实施中，相邻所述杆节段1角度多为小数，不会刚好都整数。
在实际中，也可以基于上述设计方法，已知Q点坐标，反推出O点坐标。
本实施例的有益效果：本实施例所述的测量定位方法，数学计算严密，就是矩阵的平移矩阵和旋转矩阵相乘，节段杆长用平移矩阵，节段转轴转角用旋转矩阵，增加节段则增加矩阵的相乘项，增加一节段一般增加两项矩阵相乘项。
实施例5
如图5所示，本实施例所述的一种测量定位方法，以下举例来表达实施例3中的测量定位方法：
在沉管用于标定的局部坐标系中，折棍式测量绳以5根杆节段1为例：每根均2m长，从下往上一次编号为第1杆节段-第5杆节段，第1杆节段垂直沉管面，沉管面作为标定坐标系基准，假定各杆节段1垂直沉管面时，各转角读数为0°，第2杆节段相对于第1杆节段绕X轴转动5°，第3杆节段相对于第2杆节段绕Y轴转动10°，第4杆节段相对于第3杆节段绕Z轴转动15°，第5杆节段相对于第4杆节段绕Y轴转动20°，第1杆节段底部O1点坐标：(4，0，0)，求第5杆节段末端点Q在局部坐标系中的三维坐标。
坐标原点对应的原点矩阵：
O＝|0 0 0 1|
O1点对应的O1点矩阵(第1杆节段和沉管面的连接处)：
Figure BDA0003239695990000181
第1杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000182
第2杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000183
第3杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000184
第4杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000191
第5杆节段的平移变换矩阵计算模型：
Figure BDA0003239695990000192
第1杆节段的旋转变换矩阵计算模型：
第1杆节段垂直固定于沉管面:
Figure BDA0003239695990000193
第2杆节段的旋转变换矩阵计算模型：第2杆节段相对于第1杆节段绕X轴转动5°：
Figure BDA0003239695990000194
第3杆节段的旋转变换矩阵计算模型：第3杆节段相对于第2杆节段绕Y轴转动10°：
Figure BDA0003239695990000201
第4杆节段的旋转变换矩阵计算模型：第4杆节段相对于第3杆节段绕Z轴转动15°：
Figure BDA0003239695990000202
第5杆节段的旋转变换矩阵计算模型：第5杆节段相对于第4杆节段绕Y轴转动20°：
Figure BDA0003239695990000203
结果是OB5FB4GB3DB2C B1EA
OB5＝|0 0 2 1|
OB5F＝|0.684040286 0 1.879385242 1|
OB5FB4＝|0.684040286 0 3.879385242 1|
OB5FB4G＝|0.660732178271826 0.177042653564047 3.879385242 1|
OB5FB4GB3＝|0.660732178271826 0.177042653564047 5.879385242 1|
OB5FB4GB3D＝|1.67163870685206 0.177042653564047 5.6753292302925 1|
OB5FB4GB3DB2＝|1.67163870685206 0.177042653564047 7.6753292302925 1|
OB5FB4GB3DB2C＝|1.67163870685206 -0.492580069035407 7.6615525663589 1|
OB5FB4GB3DB2CB1EA＝|5.672 -0.493 9.662 1|
末端点Q坐标X＝5.672，Y＝-0.493，Z＝9.662。
以上只是举例说明如何计算，在具体实施中，相邻所述杆节段1角度多为小数，不会刚好都整数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.折棍式测量绳，其特征在于，包括至少两根相铰接的杆节段(1)，相邻所述杆节段(1)之间设置有角度检测装置(2)，所述角度检测装置(2)用于检测对应相邻所述杆节段(1)之间的相对角度。
2.根据权利要求1所述的折棍式测量绳，其特征在于，所述杆节段(1)为至少三节，所有所述杆节段(1)依次铰接，相邻所述杆节段(1)通过铰接轴(3)相铰接，至少两个所述铰接轴(3)之间具有夹角K，0°<K<180°。
3.根据权利要求2所述的折棍式测量绳，其特征在于，
所有所述杆节段(1)拉直时，所有所述铰接轴(3)平行或垂直同一面；
或，
相邻所述铰接轴(3)相互垂直设置；
或，
至少三个所述铰接轴(3)之间两两相互垂直设置。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的折棍式测量绳，其特征在于，
相邻所述杆节段(1)定义为杆节段一(11)和杆节段二(12)，所述杆节段一(11)和所述杆节段二(12)之间通过铰接轴(3)相铰接；
所述角度检测装置(2)包括编码器，所述编码器连接于所述杆节段二(12)上，所述铰接轴(3)和所述杆节段一(11)一起转动设置，所述铰接轴(3)与所述编码器的输出端同轴一起转动连接。
5.根据权利要求4所述的折棍式测量绳，其特征在于，所述编码器包括中空型编码器，所述中空型编码器连接于所述杆节段二(12)上，所述中空型编码器的输出端同轴套设连接于所述铰接轴(3)上。
6.根据权利要求5所述的折棍式测量绳，其特征在于，还包括计算机，所述计算机与所述编码器电性连接；
所述计算机用于同步向多个所述编码器发送测量指令；
所述编码器基于所述测量指令测量对应相邻所述杆节段(1)之间的角度数据并传输角度数据给所述计算机。
7.一种沉管定位系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-6任意一项所述的折棍式测量绳，折棍式测量绳用于安装于沉管(5)上，在每根所述折棍式测量绳中，最下方的所述杆节段(1)与所述沉管(5)固定连接，且所述杆节段(1)被配置为：当所述沉管(5)位于水下时，至少一节所述杆节段(1)的一部分能够被上提位于水面之上，所述沉管(5)上安装有用于测量沉管(5)相对于水平倾斜角度的倾斜仪器。
8.一种测量定位方法，其特征在于，包含以下步骤：基于如权利要求1-6任意一项所述的折棍式测量绳建立测量绳测量模型，并使得所述测量绳测量模型满足：当输入所有所述杆节段(1)长度数据和所有相邻所述杆节段(1)之间的角度数据时，得到两个所述杆节段(1)之间的相对位置。
9.根据权利要求8所述的一种测量定位方法，其特征在于，将所述杆节段(1)分别定义为第1杆节段、第2杆节段、……和第N杆节段，N≥2；
建立所述测量绳测量模型具体包括以下步骤：
S1.建立坐标系，并将如权利要求1-6任意一项所述的折棍式测量绳放置于所述坐标系中，建立标定坐标系基准；
S2.以所述第1杆节段长度作为平移量参数建立第1杆节段的平移变换矩阵计算模型；且第1杆节段相对于所述标定坐标系基准的旋转角度作为旋转量参数建立第1杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S3.以所述第2杆节段长度作为平移量参数建立第2杆节段的平移变换矩阵计算模型；且第2杆节段相对于所述第1杆节段的转动角度作为旋转量参数建立第2杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S4.依次计算后续杆节段的平移变换矩阵计算模型和旋转变换矩阵计算模型，直至得到第N杆节段的平移变换矩阵计算模型和第N杆节段的旋转变换矩阵计算模型；
S5.基于所有所述平移变换矩阵计算模型和所有所述旋转变换矩阵计算模型建立所述测量绳测量模型。
10.根据权利要求9所述的一种测量定位方法，其特征在于，
所述平移量参数为(a，b，c)，所述平移变换矩阵计算模型具体为：
Figure FDA0003239695980000031
和/或，
旋转量参数为α，所述旋转变换矩阵计算模型具体为：
绕X轴旋转：
Figure FDA0003239695980000032
绕Y轴旋转：
Figure FDA0003239695980000033
绕Z轴旋转：
Figure FDA0003239695980000041
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115388826A (zh) * 2022-11-01 2022-11-25 中交第一航务工程局有限公司 最终接头测量基准的建立方法以及测量方法
CN117629119A (zh) * 2024-01-25 2024-03-01 中交第一航务工程局有限公司 大水深沉管管节用三维横向测绳定位装置及方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115388826A (zh) * 2022-11-01 2022-11-25 中交第一航务工程局有限公司 最终接头测量基准的建立方法以及测量方法
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CN117629119A (zh) * 2024-01-25 2024-03-01 中交第一航务工程局有限公司 大水深沉管管节用三维横向测绳定位装置及方法
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