CN113866802A - 沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法 - Google Patents

沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法。该沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，包括测控系统标定和定位精度校正等步骤；其中，测控系统标定进一步包括管节初始标定、测量塔初始标定；定位精度校正进一步包括建立施工坐标系、数据处理、精度比对及校正。本发明通过在管顶特征点上架设GNSS接收机实时采集其坐标并与测量塔测控系统的实时解算结果比对，在管节沉放前对测量塔进行标定误差校正，提高测量塔标定精度的可靠性，保障沉管安装精度。

Description

沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法
技术领域
本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法。
背景技术
近年来，随着社会的发展，跨海通道大型沉管隧道不断涌现，沉管隧道建设规模越来越大，沉管体量也越来越大，安装精度要求也越来越高。沉管安装测量塔法是将GNSS测量与水下测量定位技术相结合的现代测量方法，具有高精度、高可靠性、操作简单易行等特点，在港珠澳大桥、深中通道、大连湾隧道、南昌红谷隧道建设中广泛使用。
但沉管管节沉放对接过程中，测量塔标定受风浪流自然环境因素的影响，测控系统的标定精度误差控制难度变大，管节沉放对接精度及可靠性保障存在很大风险，会导致施工质量下降，甚至会导致沉管安装失败，将会带来工程费用增加和工期延长，成为工程的重大风险点。
发明内容
针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，用以提高测量塔标定精度的可靠性、降低沉管对接测控风险、保障沉管安装精度。
本发明提供一种沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法,包括测控系统标定和定位精度校正的步骤；其中，
测控系统标定的步骤进一步包括：
管节初始标定：在干坞区建立管节坐标系，在管节顶面的首尾两端各布设若干管顶特征点，对其进行管节坐标系下的坐标标定；
测量塔初始标定：将管节移至深坞区，在管节顶面的首尾两端各安装一个测量塔，并在塔顶特征点处布设GNSS天线，利用管顶特征点对GNSS天线进行管节坐标系下的坐标标定；
定位精度校正的步骤进一步包括：
建立施工坐标系；
数据处理：测量塔的测控系统实时解算各管顶特征点于施工坐标系下的理论施工坐标；在管顶特征点上架设GNSS接收机，采集管顶特征点的实际位置坐标，进而得到管顶特征点于施工坐标系下的实际施工坐标；
精度比对及校正：将管顶特征点的理论施工坐标和实际施工坐标进行比对；若比对偏差超限，则需对测量塔进行标定误差校正；若比对偏差正常，则测量塔可用于指导管节沉放。
本技术方案通过在管顶特征点上架设GNSS接收机实时采集其坐标并与测量塔测控系统的实时解算结果比对，在管节沉放前对测量塔进行标定误差校正，提高测量塔标定精度的可靠性，保障沉管安装精度。
在其中一些实施例中，在测量塔初始标定的步骤中，利用管顶特征点对GNSS天线进行标定时，通过确定GNSS天线与各管顶特征点之间的相对位置关系，标定GNSS天线于管节坐标系下的坐标。该技术方案利用管顶特征点实现对测量塔在管节坐标系下的坐标标定。
在其中一些实施例中，在数据处理的步骤中，管顶特征点的理论施工坐标的实时解算，包括以下步骤：
坐标系转换，测量塔的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将GNSS天线于WGS84坐标系的定位结果转换为于施工坐标系下的定位结果；
将GNSS天线于施工坐标系下的定位结果和于管节坐标系下标定的坐标结果结合并进行推导，计算实时平面转换参数，实时平面转换参数包括四参数和高程；
根据实时平面转换参数，测量塔的测控系统将管顶特征点于管节坐标系下标定的坐标结果转换为于施工坐标系下的理论施工坐标。
本技术方案利用不同坐标系下的坐标转换方法，实现了管顶特征点于施工坐标系下的理论施工坐标的实时解算。
在其中一些实施例中，在数据处理的步骤中，管顶特征点于施工坐标系下的实际施工坐标的获得，包括以下步骤：
坐标系转换，测量塔的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将GNSS接收机采集到的管顶特征点于WGS84坐标系下的实际位置坐标，转换为于施工坐标系下的实际施工坐标。
本技术方案实现了管顶特征点于施工坐标系下的实际施工坐标的获得。
在其中一些实施例中，在数据处理的步骤中，GNSS接收机连续采集管顶特征点的实际位置坐标，采集时间为10分钟。该技术方案确保管顶特征点的坐标采集的准确性。
在其中一些实施例中，在数据处理的步骤中，管顶特征点的理论施工坐标的解算和实际位置坐标的采集同步进行。该技术方案确保管顶特征点的数据处理的时效性。
在其中一些实施例中，在精度比对及校正的步骤中，比对偏差于施工坐标系下的限差要求为X方向和Y方向上均不超过2cm。该技术方案通过精度比对的限差要求，确保精度比对的效果。
在其中一些实施例中，在管节初始标定的步骤中，管节顶面的首尾两端各布设3个管顶特征点。该技术方案确保管节初始标定的准确性。
在其中一些实施例中，沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法用于管节的沉放演练时，定位精度校正的步骤在深坞区进行。该技术方案揭示了测量塔标定误差的变化情况，实现了管节在深坞区沉放演练前的测量塔定位精度反标定校正，并以此为基础进行下一步的沉放演练，验证管节在深坞区沉放演练前的沉管安装测量塔定位精度反标定校正的效果。
在其中一些实施例中，沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法用于管节的沉放作业时，定位精度校正的步骤在隧址现场进行。该技术方案实现了管节在隧址现场沉放作业前的测量塔定位精度反标定校正，确保管节在隧址现场沉放作业时的对接精度。
基于上述技术方案，本发明实施例的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，在管节沉放前实现对测量塔进行标定误差校正，提高测量塔标定精度的可靠性，降低沉管对接测控风险，保障沉管安装精度，为沉管实现免精调创造有利条件，降低工程成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法的技术线路图；
图2为本发明的管节顶面的定位校正点布设位置图。
图中：
1、管节；2、测量塔；3、塔顶特征点；4、管顶特征点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2所示，本发明的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，包括测控系统标定和定位精度校正等步骤。其中，
测控系统标定的步骤进一步包括管节1初始标定、测量塔2初始标定等步骤。
管节1初始标定的步骤在干坞区进行，首先建立管节坐标系，在管节1顶面的首尾两端各布设若干管顶特征点4，然后对管顶特征点4进行管节坐标系下的坐标标定。
测量塔2初始标定的步骤，需先将管节1移至深坞区，在管节1顶面的首尾两端各安装一个测量塔2，并在塔顶特征点3布设GNSS天线，利用管顶特征点4对GNSS天线进行管节坐标系下的坐标标定。
定位精度校正的步骤进一步包括建立施工坐标系、数据处理、精度比对及校正等步骤。
数据处理的步骤，首先将各管顶特征点4在管节坐标系下的坐标输入测量塔2的测控系统中，然后测量塔2的测控系统实时解算出各管顶特征点4于施工坐标系下的理论施工坐标；另外，在管顶特征点4上架设GNSS接收机，采集管顶特征点4的实际位置坐标，进而得到管顶特征点4于施工坐标系下的实际施工坐标。
精度比对及校正的步骤，将管顶特征点4的理论施工坐标和实际施工坐标进行比对；若比对偏差超限，则需对测量塔2进行标定误差校正；若比对偏差正常，则测量塔2可用于指导管节沉放。
上述示意性实施例，通过在管顶特征点4上架设GNSS接收机实时采集坐标并与测量塔2测控系统的实时解算结果比对，在管节1沉放前对测量塔2进行标定误差校正，提高测量塔2标定精度的可靠性，保障沉管安装精度。
在一些实施例中，在测量塔2初始标定的步骤中，利用管顶特征点4对GNSS天线进行标定时，通过确定GNSS天线与各管顶特征点4之间的相对位置关系，标定GNSS天线于管节坐标系下的坐标。该示意性实施例，利用管顶特征点4实现对测量塔2在管节坐标系下的坐标标定。
在一些实施例中，在数据处理的步骤中，管顶特征点4的理论施工坐标的实时解算，包括坐标系转换、实时平面转换参数的计算、管顶特征点的理论施工坐标的解算等步骤。其中，
首先，在坐标系转换的步骤中，测量塔2的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将GNSS天线于WGS84坐标系的定位结果转换为于施工坐标系下的定位结果。
其次，在实时平面转换参数的计算的步骤中，将GNSS天线于施工坐标系下的定位结果和于管节坐标系下标定的坐标结果结合并进行推导，计算实时平面转换参数，实时平面转换参数包括四参数和高程。
最后，根据实时平面转换参数，即平面四参数+高程，将管顶特征点4于管节坐标系下标定的坐标结果转换为于施工坐标系下的理论施工坐标。
上述示意性实施例，利用不同坐标系下的坐标转换方法，实现了管顶特征点4于施工坐标系下的理论施工坐标的实时解算。
在其中一些实施例中，在数据处理的步骤中，管顶特征点4于施工坐标系下的实际施工坐标的获得，包括坐标系转换的步骤，测量塔2的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将管顶特征点4上的GNSS接收机采集到的管顶特征点4于WGS84坐标系下的实际位置坐标，转换为于施工坐标系下的实际施工坐标。该示意性实施例，实现了管顶特征点4于施工坐标系下的实际施工坐标的获得。
在其中一些实施例中，在数据处理的步骤中，管顶特征点4上的GNSS接收机连续采集管顶特征点4的实际位置坐标，采集时间为10分钟。该示意性实施例，确保管顶特征点4的坐标采集的准确性。
在其中一些实施例中，在数据处理的步骤中，管顶特征点4的理论施工坐标的解算和实际位置坐标的采集同步进行。该示意性实施例，确保管顶特征点4的数据处理的时效性。
在一些实施例中，在精度比对及校正的步骤中，比对偏差于施工坐标系下的限差要求为X方向和Y方向上均不超过2cm。该示意性实施例，通过精度比对的限差要求，确保精度比对的效果。
在一些实施例中，在管节1初始标定的步骤中，管节1顶面的首尾两端各布设3个管顶特征点4；如图2所示，管节1顶面的首端均匀布设P1、P2、P3三个特征点，管节1顶面的尾端均匀布设P4、P5、P6三个特征点。该示意性实施例，通过管节1顶面的首尾两端多个管顶特征点4的均匀布设，确保管节1初始标定的准确性。
在一些实施例中，沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法用于管节1的沉放演练时，定位精度校正的步骤在深坞区进行。该示意性实施例，揭示了测量塔2标定误差的变化情况，实现了管节1在深坞区沉放演练前的测量塔定位精度反标定校正，并以此为基础进行下一步的沉放演练，验证管节1在深坞区沉放演练前的沉管安装测量塔定位精度反标定校正的效果。
在一些实施例中，沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法用于管节1的沉放作业时，定位精度校正的步骤在隧址现场进行。该示意性实施例，实现了管节1在隧址现场沉放作业前的测量塔定位精度反标定校正，确保管节1在隧址现场沉放作业时的对接精度。
下面结合图1-图2，具体说明本发明的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法的步骤：
a.在干坞区，建立管节坐标系，在管节1顶面的首尾两端各布设3个管顶特征点4，对其进行管节坐标系下的坐标标定，完成管节1初始标定；
b.将管节1移至深坞区，在管节1顶面的首尾两端各安装一个测量塔2，并在塔顶特征点3布设GNSS天线，利用管顶特征点4对测量塔2塔顶GNSS天线进行标定，确定塔顶GNSS天线与各管顶特征点4之间的相对位置关系，从而达到对塔顶GNSS天线于管节坐标系下的坐标标定，完成测量塔2在深坞区的初始标定；
c.测量塔2在深坞区初始标定完成后，在管节1沉放演练前，建立深坞区的施工坐标系，将管顶特征点4在管节坐标系下的坐标输入测量塔2的测控系统中，测量塔2测控系统根据塔顶GNSS天线与各管顶特征点4之间的关系，实时解算出各管顶特征点4的理论施工坐标；在管顶特征点4上架设GNSS接收机，连续采集管顶特征点4的实际位置坐标10分钟，进而得到管顶特征点4的实际施工坐标系；将管顶特征点4的理论坐标和实际坐标进行精度比对，若比对偏差超限，则需对测量塔2塔顶GNSS天线进行重新标定、对测量塔2进行标定误差校正；若比对偏差正常，则测量塔2可用于指导管节沉放；
需要说明的是，在上述精度比对中，比对的是管顶特征点4在施工坐标系下的理论坐标和实际坐标，以此使测量塔2的定位精度标定更适宜于实际沉放施工地点的标定需要。
可以理解的是，本实施例中利用GNSS接收机采集管顶特征点4的实际位置坐标的时间为10分钟，但本发明并不以此为限，本领域技术人员可根据实际需要灵活设置。另外，本实施例中使用的精度比对的限差为X方向和Y方向均不超过2cm，但本发明并不以此为限，本领域技术人员也可根据实际需要灵活设置；需要说明的是，该限差通常是参照GNSS正常测量误差范围确定的。
进一步说明，测量塔2测控系统解算管顶特征点4的理论施工坐标的方法为：
首先，测量塔2的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将GNSS天线于WGS84坐标系的定位结果转换为于施工坐标系下的定位结果；
其次，将GNSS天线于施工坐标系下的定位结果和于管节坐标系下标定的坐标结果结合并进行推导，计算实时平面转换参数，实时平面转换参数包括四参数和高程；
最后，根据实时平面转换参数，即平面四参数+高程，将管顶特征点4于管节坐标系下标定的坐标结果转换为于施工坐标系下的理论施工坐标。
进一步说明，管顶特征点4的实际施工坐标的获得方法为：测量塔2的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将架设在管顶特征点4上的GNSS接收机采集到的管顶特征点4于WGS84坐标系的实际位置坐标，转换为于施工坐标系下的实际施工坐标。
d.管节1沉放演练后，将其浮运至隧址现场，在隧址现场沉放作业前，建立隧址现场的施工坐标系，参照前述b-c步骤进行操作，进行测量塔2在隧址现场的初始标定和在隧址现场的定位精度校正，在此不再赘述；同样地，将隧址现场的管顶特征点4的理论坐标和实际坐标进行精度比对，若比对偏差超限，则需对测量塔2塔顶GNSS天线进行重新标定、对测量塔2进行标定误差校正，直至比对结果满足预设的限差目标要求；若比对偏差正常，则测量塔2可用于指导管节沉放对接。
通过对本发明的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法的多个实施例的说明，可以看到本发明至少具有以下一种或多种优点：
1、本发明的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，在管节1沉放前实现对测量塔2进行标定误差校正，提高测量塔2标定精度的可靠性，降低沉管对接测控风险，保障沉管安装精度；
2、本发明的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，为沉管实现免精调创造有利条件，降低工程成本。
最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，包括测控系统标定和定位精度校正的步骤；其中，
所述测控系统标定的步骤进一步包括：
管节初始标定：在干坞区建立管节坐标系，在管节顶面的首尾两端各布设若干管顶特征点，对其进行所述管节坐标系下的坐标标定；
测量塔初始标定：将所述管节移至深坞区，在所述管节顶面的首尾两端各安装一个测量塔，并在塔顶特征点处布设GNSS天线，利用所述管顶特征点对所述GNSS天线进行所述管节坐标系下的坐标标定；
所述定位精度校正的步骤进一步包括：
建立施工坐标系；
数据处理：所述测量塔的测控系统实时解算各所述管顶特征点于所述施工坐标系下的理论施工坐标；在所述管顶特征点上架设GNSS接收机，采集所述管顶特征点的实际位置坐标，进而得到所述管顶特征点于所述施工坐标系下的实际施工坐标；
精度比对及校正：将所述管顶特征点的所述理论施工坐标和所述实际施工坐标进行比对；若比对偏差超限，则需对所述测量塔进行标定误差校正；若比对偏差正常，则所述测量塔可用于指导所述管节沉放。
2.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，在所述测量塔初始标定的步骤中，利用所述管顶特征点对所述GNSS天线进行标定时，通过确定所述GNSS天线与各所述管顶特征点之间的相对位置关系，标定所述GNSS天线于所述管节坐标系下的坐标。
3.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，在所述数据处理的步骤中，所述管顶特征点的所述理论施工坐标的实时解算，包括以下步骤：
坐标系转换，所述测量塔的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将所述GNSS天线于WGS84坐标系的定位结果转换为于所述施工坐标系下的定位结果；
将所述GNSS天线于所述施工坐标系下的定位结果和于所述管节坐标系下标定的坐标结果结合并进行推导，计算实时平面转换参数，所述实时平面转换参数包括四参数和高程；
根据所述实时平面转换参数，所述测量塔的测控系统将所述管顶特征点于所述管节坐标系下标定的坐标结果转换为于所述施工坐标系下的理论施工坐标。
4.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，在所述数据处理的步骤中，所述管顶特征点于所述施工坐标系下的实际施工坐标的获得，包括以下步骤：
坐标系转换，所述测量塔的测控系统采用空间七参数的坐标转换方法，将所述GNSS接收机采集到的所述管顶特征点于WGS84坐标系下的实际位置坐标，转换为于所述施工坐标系下的实际施工坐标。
5.根据权利要求4所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，在所述数据处理的步骤中，所述GNSS接收机连续采集所述管顶特征点的实际位置坐标，采集时间为10分钟。
6.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，在所述数据处理的步骤中，所述管顶特征点的所述理论施工坐标的解算和所述实际位置坐标的采集同步进行。
7.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，在所述精度比对及校正的步骤中，所述比对偏差于所述施工坐标系下的限差要求为X方向和Y方向上均不超过2cm。
8.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，在所述管节初始标定的步骤中，所述管节顶面的首尾两端各布设3个管顶特征点。
9.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，所述沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法用于所述管节的沉放演练时，所述定位精度校正的步骤在所述深坞区进行。
10.根据权利要求9所述的沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法，其特征在于，所述沉管安装测量塔定位精度反标定校正方法用于所述管节的沉放作业时，所述定位精度校正的步骤在隧址现场进行。
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