CN115186367A - 曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法及系统，显示方法的具体步骤为：设定曲线沉管4个角点安装设计位置坐标分别为（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、（x3,y3,z3）、（x4,y4,z4），实时定位坐标分别为（X1,Y1,Z1）、（X2,Y2,Z2）、（X3,Y3,Z3）、（X4,Y4,Z4）；根据沉管首端角点实时定位坐标计算首端角点垂直方向的角度direction；根据安装设计位置坐标和实时定位坐标计算每个角点的平面偏差；根据平面偏差计算direction方向上的偏差；配置不同偏差模式，在设定位置显示当前偏差计算模式。本发明能够使显示的偏差和需要拉合的距离量一致，方便指挥人员指挥。

Description

曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法及系统

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，涉及沉管安装技术，具体地说，涉及一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法及系统。

背景技术

沉管安装的最后阶段是将沉管向已安装沉管靠拢、对接，然后通过拉合装置将二者紧密贴合在一起。在直线管节施工中，因直线管节轴线和整个隧道轴线平行，管节在对接过程中，其向前运动的方向一直沿着轴线进行，如果不是沿着轴线运动，则需要调整扭角使其平行或重合，一直到对接完成。

而在曲线沉管对接拉合过程中，沉管的运动方向不是沿着管节轴线方向，是沿着一个圆弧线运动，管节将朝管节坐标系Y轴负方向偏移，Y偏差会变小。或者说在拉合开始时，Y坐标偏差可能会被朝Y轴正方向估大。这样对于定位软件中计算的当前沉管到已安装沉管的横向偏差就不匹配了，即我们看到的偏差值并不是实际需要移动的量，这会给安装指挥人员带来很大的困扰。

发明内容

本发明针对现有曲线沉管对接拉合过程中存在的显示偏差与需要拉合的距离量不匹配等上述问题，提供了一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法及系统，该方法及系统显示的偏差和需要拉合的距离量一致，方便指挥人员指挥。

为了达到上述目的，本发明提供了一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法，其具体步骤为：

沉管坐标设定步骤：设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标分别为（x1,y1,z1）和（x2,y2,z2），曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标分别为（x3,y3,z3）和（x4,y4,z4），曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标分别为（X1,Y1,Z1）和（X2,Y2,Z2），曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标分别为（X3,Y3,Z3）和（X4,Y4,Z4）；

角度计算步骤：根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标计算首端2个角点垂直方向的角度direction；

平面偏差计算步骤：根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标计算每个角点的平面偏差；

角度方向偏差计算步骤：根据角度计算步骤计算的角度、平面偏差计算步骤计算的平面偏差计算direction方向上的偏差；

偏差显示步骤：配置不同偏差模式，并在设定位置按照配置的偏差模式显示当前偏差。

优选的，根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标通过以下公式计算首端2个角点垂直方向的角度direction：

direction=atan(x2-y1,x2-y1)-90 （1）。

优选的，根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标通过以下公式计算每个角点的平面偏差：

dxi-=xi-Xi （2）

dyi-=yi-Yi （3）

式中，i=1,2,3,4，dxi为第i个角点的x轴平面偏差，xi为第i个角点的x轴安装设计位置坐标，Xi为第i个角点的X轴实时定位坐标，dyi为第i个角点的y轴平面偏差，yi为第i个角点的y轴安装设计位置坐标，Yi为第i个角点的Y轴实时定位坐标。

优选的，根据角度计算步骤计算的角度、平面偏差计算步骤计算的平面偏差通过下述公式计算direction方向上的偏差：

dui=dxi*cos(direction)+dyi*sin(direction) （4）

dvi=-dxi*sin(direction)+dyi*cos(direction) （5）

式中，dui是第i个角点沿着direction方向上的偏差，dyi是第i个角点垂直direction方向上的偏差。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统，包括：

沉管坐标设定模块，用于设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标、曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标、曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标及曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标；

计算模块，包括：

角度计算模块，用于根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标计算首端2个角点垂直方向的角度direction；

平面偏差计算模块，用于根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标计算每个角点的平面偏差；

角度方向偏差计算模块，用于角度计算模块计算的角度、根据平面偏差计算模块计算的平面偏差计算direction方向上的偏差；

偏差显示模块，用于配置不同偏差模式，并在设定位置按照配置的偏差模式显示当前偏差。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明将偏差计算方式转换到首端坐标系下，使显示的偏差和需要拉合的距离量一致，在曲线沉管对接拉合过程中，便于指挥人员指挥，成本低廉，且效果提升明显，有效解决了曲线沉管非线性运行情况下，偏差和拉合距离不一致的问题。

附图说明

图1为本发明实施例所述曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法的流程图；

图2为本发明实施例所述曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统的结构框图；

图3为本发明实施例所述曲线沉管的安装对接示意图；

图4为本发明实施例所述曲线沉管安装设计位置坐标系示意图；

图5为本发明实施例对接偏差修改至首端坐标系示意图；

图6为本发明实施例所述曲线沉管的安装对接显示界面示意图；

图7为现有曲线沉管的安装对接示意图。

图中，1、沉管坐标设定模块，2、计算模块，21、角度计算模块，22、平面偏差计算模块，23、角度方向偏差计算模块，3、偏差显示模块。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在安装模拟推演过程中，我们发现尽管曲线管节在轴线方向上和隧道轴线不平行，但是管节首端和已安装管节的尾端是始终需要平行的，即当前管节沿着首端端面垂直的方向移动。根据该特点，本发明提供了一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法及系统，通过建立首端坐标系，然后将实时偏差计算到首端坐标系下，使显示的偏差和需要拉合的距离量一致，方便指挥人员指挥。以下对上述曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法及系统进行详细说明。

实施例1：参见图1，本发明实施例提供了一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法，其具体步骤为：

S1、沉管坐标设定步骤：参见图4，设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标分别为（x1,y1,z1）和（x2,y2,z2），曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标分别为（x3,y3,z3）和（x4,y4,z4），曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标分别为（X1,Y1,Z1）和（X2,Y2,Z2），曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标分别为（X3,Y3,Z3）和（X4,Y4,Z4）。

S2、角度计算步骤：根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标计算首端2个角点垂直方向的角度direction。

具体地，根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标通过以下公式计算首端2个角点垂直方向的角度direction：

direction=atan(x2-y1,x2-y1)-90 （1）。

S3、平面偏差计算步骤：根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标计算每个角点的平面偏差。

具体地，根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标通过以下公式计算每个角点的平面偏差：

dxi-=xi-Xi （2）

dyi-=yi-Yi （3）

式中，i=1,2,3,4，dxi为第i个角点的x轴平面偏差，xi为第i个角点的x轴安装设计位置坐标，Xi为第i个角点的X轴实时定位坐标，dyi为第i个角点的y轴平面偏差，yi为第i个角点的y轴安装设计位置坐标，Yi为第i个角点的Y轴实时定位坐标。

以第一角点为例，第一角点的平面偏差为：

Dx1-=x1-X1

Dy1-=y1-Y1

S4、角度方向偏差计算步骤：根据角度计算步骤计算的角度、平面偏差计算步骤计算的平面偏差计算direction方向上的偏差。

具体地，根据角度计算步骤计算的角度、平面偏差计算步骤计算的平面偏差通过下述公式计算direction方向上的偏差：

dui=dxi*cos(direction)+dyi*sin(direction) （4）

dvi=-dxi*sin(direction)+dyi*cos(direction) （5）

式中，dui是第i个角点沿着direction方向上的偏差，dyi是第i个角点垂直direction方向上的偏差。

S5、偏差显示步骤：配置不同偏差模式，并在设定位置按照配置的偏差模式显示当前偏差（参见图6）。

需要说明的是，曲线沉管在实际对接安装过程中，参见图3，曲线沉管在对接过程中沿着圆弧（即沿着图中箭头所指）运动。图3中，灰色图形表示曲线沉管，灰色线框为曲线沉管设计位置。本发明实施例在曲线沉管对接过程中，参见图5，曲线沉管在对接过程中沿首端坐标系运动。图5中，灰色图形表示曲线沉管，灰色线框为曲线沉管设计位置，实线坐标系为沉管坐标系，虚线坐标系为首端坐标系。而现有曲线沉管对接过程中，参见图7，曲线沉管在对接过程中沿沉管坐标系运动（即沿着轴线进行），其横向偏差不为零，且距离越远，偏差越大，这就给安装指挥人员带来困扰，不知道横向要不要调整，从而影响施工效率和最终对接精度。图7中，灰色图形表示曲线沉管，灰色线框为曲线沉管设计位置，实线坐标系为沉管坐标系，虚线坐标系为首端坐标系。

本实施例上述方法将偏差计算方式转换到首端坐标系下，使显示的偏差和需要拉合的距离量一致，在曲线沉管对接拉合过程中，便于指挥人员指挥，成本低廉，且效果提升明显，有效解决了曲线沉管非线性运行情况下，偏差和拉合距离不一致的问题。

实施例2：参见图2，本发明实施例还提供了一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统，包括：

沉管坐标设定模块1，用于设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标、曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标、曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标及曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标；

计算模块2，包括：

角度计算模块21，用于根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标计算首端2个角点垂直方向的角度direction；

平面偏差计算模块22，用于根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标计算每个角点的平面偏差；

角度方向偏差计算模块23，用于根据角度计算模块计算的角度、平面偏差计算模块计算的平面偏差计算direction方向上的偏差；

偏差显示模块3，用于配置不同偏差模式，并在设定位置按照配置的偏差模式显示当前偏差（参见图6）。

本实施例中，参见图4，设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标分别为（x1,y1,z1）和（x2,y2,z2），曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标分别为（x3,y3,z3）和（x4,y4,z4），曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标分别为（X1,Y1,Z1）和（X2,Y2,Z2），曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标分别为（X3,Y3,Z3）和（X4,Y4,Z4）。

具体地，根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标通过以下公式计算首端2个角点垂直方向的角度direction：

direction=atan(x2-y1,x2-y1)-90 （1）。

具体地，根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标通过以下公式计算每个角点的平面偏差：

dxi-=xi-Xi （2）

dyi-=yi-Yi （3）

式中，i=1,2,3,4，dxi为第i个角点的x轴平面偏差，xi为第i个角点的x轴安装设计位置坐标，Xi为第i个角点的X轴实时定位坐标，dyi为第i个角点的y轴平面偏差，yi为第i个角点的y轴安装设计位置坐标，Yi为第i个角点的Y轴实时定位坐标。

以第一角点为例，第一角点的平面偏差为：

Dx1-=x1-X1

Dy1-=y1-Y1

具体地，根据角度计算模块计算的角度、平面偏差计算模块计算的平面偏差通过下述公式计算direction方向上的偏差：

dui=dxi*cos(direction)+dyi*sin(direction) （4）

dvi=-dxi*sin(direction)+dyi*cos(direction) （5）

式中，dui是第i个角点沿着direction方向上的偏差，dyi是第i个角点垂直direction方向上的偏差。

需要说明的是，曲线沉管在实际对接安装过程中，参见图3，曲线沉管在对接过程中沿着圆弧（即沿着图中箭头所指）运动。图3中，灰色图形表示曲线沉管，灰色线框为曲线沉管设计位置。本发明实施例在曲线沉管对接过程中，参见图5，曲线沉管在对接过程中沿首端坐标系运动。图5中，灰色图形表示曲线沉管，灰色线框为曲线沉管设计位置，实线坐标系为沉管坐标系，虚线坐标系为首端坐标系。而现有曲线沉管对接过程中，参见图7，曲线沉管在对接过程中沿沉管坐标系运动（即沿着轴线进行），其横向偏差不为零，且距离越远，偏差越大，这就给安装指挥人员带来困扰，不知道横向要不要调整，从而影响施工效率和最终对接精度。图7中，灰色图形表示曲线沉管，灰色线框为曲线沉管设计位置，实线坐标系为沉管坐标系，虚线坐标系为首端坐标系。

本实施例上述系统将偏差计算方式转换到首端坐标系下，使显示的偏差和需要拉合的距离量一致，在曲线沉管对接拉合过程中，便于指挥人员指挥，成本低廉，且效果提升明显，有效解决了曲线沉管非线性运行情况下，偏差和拉合距离不一致的问题。

以下结合具体的实施例对上述方法及系统进行详细说明。

实例：沉管首端坐标系方向为0°，沉管长度148m，曲线半径1050m，则沉管坐标系方向为8.185°。

如果沉管到设计位置还有40cm间距，横向偏差为0，则在沉管坐标系下的偏差为：

0.4*cos(8.185)+0.0*sin(8.1825)=0.396

-0.4*sin(8.185)+0.0*cos(8.185)=-0.057

如果沉管到设计位置还有20cm，则：

0.2*cos(8.185)+0.0*sin(8.1825)=0.198

-0.2*sin(8.185)+0.0*cos(8.185)=-0.028

上述方法及系统，沉管沿着首端坐标系方向运动，其横向偏差一直为0，不需要调整。但现有按照沉管坐标系计算偏差（参见图7），其横向偏差不为0，且距离越远的时候，偏差越大。这就给安装指挥人员造成困扰，不知道横向要不要调整，从而影响施工效率和最终对接精度。由此可见，本发明上述方法及系统通过转换偏差计算方式，使得曲线沉管对接拉合过程中，显示的偏差和需要拉合的距离量一致，指挥人员指挥更便捷，成本低廉，效果提升明显。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法，其特征在于，其具体步骤为：

沉管坐标设定步骤：设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标分别为（x1,y1,z1）和（x2,y2,z2），曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标分别为（x3,y3,z3）和（x4,y4,z4），曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标分别为（X1,Y1,Z1）和（X2,Y2,Z2），曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标分别为（X3,Y3,Z3）和（X4,Y4,Z4）；

角度计算步骤：根据沉管首端2个角点实时定位坐标计算首端2个角点垂直方向的角度direction；

平面偏差计算步骤：根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标计算每个角点的平面偏差；

角度方向偏差计算步骤：根据角度计算步骤计算的角度、平面偏差计算步骤计算的平面偏差计算direction方向上的偏差；

偏差显示步骤：配置不同偏差模式，并在设定位置按照配置的偏差模式显示当前偏差。

2.如权利要求1所述的曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法，其特征在于，根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标通过以下公式计算首端2个角点垂直方向的角度direction：

direction=atan(x2-y1,x2-y1)-90 （1）。

3.如权利要求2所述的曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法，其特征在于，根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标通过以下公式计算每个角点的平面偏差：

dxi-=xi-Xi （2）

dyi-=yi-Yi （3）

式中，i=1,2,3,4，dxi为第i个角点的x轴平面偏差，xi为第i个角点的x轴安装设计位置坐标，Xi为第i个角点的X轴实时定位坐标，dyi为第i个角点的y轴平面偏差，yi为第i个角点的y轴安装设计位置坐标，Yi为第i个角点的Y轴实时定位坐标。

4.如权利要求3所述的曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示方法，其特征在于，根据角度计算步骤计算的角度、平面偏差计算步骤计算的平面偏差通过下述公式计算direction方向上的偏差：

dui=dxi*cos(direction)+dyi*sin(direction) （4）

dvi=-dxi*sin(direction)+dyi*cos(direction) （5）

式中，dui是第i个角点沿着direction方向上的偏差，dyi是第i个角点垂直direction方向上的偏差。

5.一种曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统，其特征在于，包括：

沉管坐标设定模块，用于设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标、曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标、曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标及曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标；

计算模块，包括：

角度计算模块，用于根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标计算首端2个角点垂直方向的角度direction；

平面偏差计算模块，用于根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标计算每个角点的平面偏差；

角度方向偏差计算模块，用于根据角度计算模块计算的角度、平面偏差计算模块计算的平面偏差计算direction方向上的偏差；

偏差显示模块，用于配置不同偏差模式，并在设定位置按照配置的偏差模式显示当前偏差。

6.如权利要求5所述的曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统，其特征在于，设定曲线沉管首端第一角点和第二角点安装设计位置坐标分别为（x1,y1,z1）和（x2,y2,z2），曲线沉管尾端第三角点和第四角点安装设计位置坐标分别为（x3,y3,z3）和（x4,y4,z4），曲线沉管首端第一角点和第二角点实时定位坐标分别为（X1,Y1,Z1）和（X2,Y2,Z2），曲线沉管尾端第三和第四角点实时定位坐标分别为（X3,Y3,Z3）和（X4,Y4,Z4）。

7.如权利要求6所述的曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统，其特征在于，根据沉管首端2个角点安装设计位置坐标通过以下公式计算首端2个角点垂直方向的角度direction：

direction=atan(x2-y1,x2-y1)-90 （1）。

8.如权利要求7所述的曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统，其特征在于，根据角点的安装设计位置坐标和实时定位坐标通过以下公式计算每个角点的平面偏差：

dxi-=xi-Xi （2）

dyi-=yi-Yi （3）

式中，i=1,2,3,4，dxi为第i个角点的x轴平面偏差，xi为第i个角点的x轴安装设计位置坐标，Xi为第i个角点的X轴实时定位坐标，dyi为第i个角点的y轴平面偏差，yi为第i个角点的y轴安装设计位置坐标，Yi为第i个角点的Y轴实时定位坐标。

9.如权利要求8所述的曲线沉管拉合过程中偏差匹配显示系统，其特征在于，根据角度计算模块计算的角度、平面偏差计算模块计算的平面偏差通过下述公式计算direction方向上的偏差：

dui=dxi*cos(direction)+dyi*sin(direction) （4）

dvi=-dxi*sin(direction)+dyi*cos(direction) （5）

式中，dui是第i个角点沿着direction方向上的偏差，dyi是第i个角点垂直direction方向上的偏差。

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