CN204188163U - 一种管节沉放位置信息采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种管节沉放位置信息采集系统，包括：两个测量塔，分别垂直设置在管节首、尾两端；两块棱镜，分别设置在所述两测量塔顶部；两个全站仪，分别架设在陆地上的两个固定测量点上，用于测量其与所述两块棱镜的距离和方位数据变化；两个姿态传感器，分别设置在管节首、尾两端，用于监测管节沉放时的姿态和方位变化，所述两个姿态传感器通讯连接；数据传输装置，设置在管节上并与所述姿态传感器通讯连接，用于将所述全站仪测量的数据发送至远程控制中心。通过本实用新型可以精确地采集到关节在沉放过程中的位置变化信息，满足沉管过程中高精度的定位要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及物体定位领域，尤其涉及一种管节在水下沉放过程中位置变化信息的采集系统。
背景技术
管节水下沉放是整个施工过程中非常重要的一步。为使管节能够准确沉放到位，对管节沉放过程中管体特征点，如端面特征点，鼻托等的位置进行实时、精确测量定位显得非常重要。精确定位不但可以保证管节导向装置正确对接及管节安全精确沉放，还可减少潜水检查作业量，以及管节因沉放误差而进行的微调，从而缩短工期，加快施工进度。动态、复杂的海洋环境以及高精度的施工作业，给测量定位提出了较高的要求。近岸浅水区管节沉放测量定位方法较多，不同环境条件对各方法的误差影响各异，需根据实际环境条件深入研究和分析。测量精度与作业环境密切相关，随着环境，如气象、水位的改变而改变，是造成测量定位精度不高、稳定性不强的一个重要因素，而与环境相关的研究目前相对较少。综上所述，目前的测量定位方法和系统尚无法直接应用于管节沉放工程，难以满足高精度定位的要求。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种管节沉放位置信息采集系统，包括两个测量塔，分别垂直设置在管节首、尾两端；两块棱镜，分别设置在所述两测量塔顶部；两个全站仪，分别架设在陆地上的两个固定测量点上，用于测量其与所述两块棱镜的距离和方位数据变化；两个姿态传感器，分别设置在管节首、尾两端，用于监测管节沉放时的姿态和方位变化，所述两个姿态传感器通讯连接；数据传输装置，设置在管节上并与所述姿态传感器通讯连接，用于将所述全站仪测量的数据发送至远程控制中心
作为本实用新型的进一步改进，所述两个全站仪之间的距离小于500m。
作为本实用新型的进一步改进，所述全站仪与所述测量塔之间距离小于1000m。
作为本实用新型的进一步改进，还包括：第一双频GPS处理机，设于陆地上距离测量塔500m的已知点上作为基准点，用于接收和发送其定位信号至远程控制中心；
第二双频GPS处理机，设于沉管的一个测量塔上；
第三双频GPS处理机，设于沉管的另一个测量塔上；
所述第二双频GPS处理机和第三双频GPS处理机与所述数据传输装置通讯连接并发送其定位信号至远程控制中心。
作为本实用新型的进一步改进，还包括倾斜仪和罗经。
作为本实用新型的进一步改进，所述倾斜仪安装在测量塔上。
作为本实用新型的进一步改进，所述罗经为思维光纤罗经。
本实用新型的有益效果是：通过棱镜、姿态传感器和全站仪的结合，可以有效地采集到管节在沉管过程中水平和垂直空间的位置信息，再结合分别设置在陆地上的第一双频GPS处理机、分别设置在两个测量塔上的第二双频GPS处理机和第三双频GPS处理机可以实现两套独立的管节位置信息的采集。远程控制中心根据两套管节位置信息进行进一步修正可以获得更精确的定位结果。
附图说明
图1是本实用新型所述采集系统的一种实施例的结构示意图；
图2是本实用新型所述采集系统的另一种实施例的结构示意图；
具体实施方式
附图标记：1—管节；21、22—测量塔；31、32—棱镜；41、42—全站仪；51、52—姿态传感器；6—数据传输装置；71—第一双频GPS处理机；72—第二双频GPS处理机；73—双频GPS处理机。
下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。
参照图1所示，本实用新型提供了一种管节沉放位置信息采集系统，包括两个测量塔21、22，分别垂直设置在管节1首、尾两端；两块棱镜31、32，分别设置在所述两测量塔21、22顶部；两个全站仪41、42，分别架设在陆地上的两个固定测量点上，用于测量其与所述两块棱镜31、32的距离和方位数据变化；两个姿态传感器51、52，分别设置在管节1首、尾两端，用于监测管节沉放时的姿态和方位变化，所述两个姿态传感器51、52通讯连接；数据传输装置6，设置在管节1上，并与姿态传感器51、52通讯连接，用于将所述全站仪41、42测量的数据发送至远程控制中心。
测量塔21、22和全站仪41、42的定位处理的基本方式为：利用架设在陆地两个已知点41、42上的全站仪，对静止的和运动的棱镜31、棱镜32分别进行静态、动态观测，远程控制中心基于边长和方位角等观测要素，借助一点一方位计算模型，计算棱镜31、棱镜32坐标，并对静态、动态定位结果进行内符合精度统计或互差统计，分析定位精度及数据处理模型的正确性。
实施例1，当棱镜静止时全站仪41、42对棱镜31定位，对比由全站仪41、42观测元素分别计算得到的31坐标，可以看出，二者定位结果互差绝对值最大为3mm，最小为0mm；点位精度最大±3.2mm，最小±1.4mm，二者具有很好的一致性。
实施例2，当棱镜静止时两全站仪41、42对31、32测量定位，无论是对于棱镜31还是棱镜32观测数据处理，定位结果均保持了很高的一致性，坐标向量最大变化幅度在4mm以内；点位误差最大为±5.7mm，最小为±1.0mm，均值为±3.2mm。
实施例3，当棱镜运动时，两个全站仪41、42对棱镜31、棱镜32测量定位，坐标互差均小于10mm；点位误差中棱镜31最大±10.5mm，最小±4.1mm，平均±7.1mm；棱镜32最大±8.1mm，最小±2.8mm，平均±5.4mm。统计结果表明二者定位结果具有较高一致性和精度。
参照图2所示，所述采集系统还包括设于陆地上的第一双频GPS处理机71，架设在任一个陆地上距离测量塔21、22的500m已知点上，并用作基准点，用于接收其定位信号及发送器定位信号至远程控制中心；第二双频GPS处理机72和第三双频GPS处理机73，分别设于沉管1的两个测量塔21、22上；所述第二双频GPS处理机72和第三双频GPS处理机73与所述数据传输装置6通讯连接，并发送其定位信号至远程控制中心。
优选地，所述架设在陆地上的两个全站仪41、42之间的距离要小于500m。
优选地，所述设在测量塔21、22上的棱镜31、32与所述架设陆地上的两个全站仪41、42的距离要小于1000m。
测量塔21、22的GPS定位包括以下步骤：安装在测量塔21上的第二双频GPS处理机72和安装在测量塔22上的第三双频GPS处理机73，通过数据传输装置6将其接收的定位信号发送至远程控制中心。远程控制中心将定位信号处理为差分改正信号，对第二双频GPS处理机72和第三双频GPS处理机73实时观测的GPS载波相位信号进行改正，进而获得其精确的瞬时位置。
测量塔21、22的GPS定位处理的基本方式是：借助GPS双频接收机对RTK定位效果进行了动态和静态定位试验。利用试验对测量塔21、22的GPS定位进行说明，利用两个三脚架分别固定可垂直滑动测量杆，在测量杆上安装流动站GPS天线GPS1和GPS2，模拟测量塔上第二双频GPS处理机72和第三双频GPS处理机73垂直运动。
实施例4，RTK(Real-time kinematic)，即实时动态差分法状态下，对GPS1和GPS2进行静态定位，对定位数据统计，GPS的RTK静态定位精度在1.0cm～2.5cm。
实施例5，设计动态试验，在全站仪41、42对棱镜31观测时，在棱镜31正上方(0.13m)安装GPS的RTK天线，同步进行GPS的RTK和全站仪41、42观测。坐标在X、Y和Z轴上的最大偏差在2.4cm以内，最小在-1.0cm，均方根在1.0cm以内；点位最大偏差为3.0cm，最小为1.0cm，标准偏差为0.6cm。
结果表明，测量塔21、22的GPS定位精度满足管节沉放过程中的定位精度要求。
优选地，测量塔21、22和全站仪41、42定位法观测环境条件包括测量塔21、22和全站仪41、42之间的距离小于1000m、温度在0～30℃、气压980～1080hPa、波浪等级需弱于轻浪或姿态变化小于20°。采用测量塔21、22和GPS接收机的定位观测环境条件包括：采用带有抑径板或抑径圈的GPS接收机天线、避免太阳黑子及磁暴期作业、避免雷雨天气作业、避免同频无线电干扰、避免周围构建遮挡。
优选地，所述管节沉放位置信息采集系统还包括设置在管节1两端分别与数据传输装置6连接的倾斜仪和罗经。
优选地，所述倾斜仪安装在测量塔2上。
优选地，罗经为四维光纤罗经。将首尾的四维光纤罗经输出的四维参数(方位、Roll、Pitch和Heave)借助通讯电缆连接到数据传输装置6，由数据传输装置6传送四维参数至远程控制中心，实现四维光纤罗经测量数据的提取。利用四维光纤罗经输出的四维姿态参数，结合其他测量定位数据，联合实现点位坐标的计算以及沉管下放、对接过程中管节状态的监测。
管节1在干坞时，将倾斜仪安装在测量塔21、22上，并采用全站仪41、42实现倾斜仪的校准。在管节1前后控制点上分别架设第二双频GPS处理机72和第三双频GPS处理机73，远程控制中心根据实时定位计算管节方位，根据GPS的定位信号和姿态传感器51、52提供的方位，计算安装偏差Yaw，借助外部传感器实现横向偏差dr和纵向偏差dp的校准，实现姿态传感器51、52的校准。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种管节沉放位置信息采集系统，其特征在于：包括两个测量塔，分别垂直设置在管节首、尾两端；两块棱镜，分别设置在所述两测量塔顶部；两个全站仪，分别架设在陆地上的两个固定测量点上，用于测量其与所述两块棱镜的距离和方位数据变化； 两个姿态传感器，分别设置在管节首、尾两端，用于监测管节沉放时的姿态和方位变化，所述两个姿态传感器通讯连接； 数据传输装置，设置在管节上并与所述姿态传感器通讯连接，用于将所述全站仪测量的数据发送至远程控制中心。
2. 根据权利要求1所述的管节沉放位置信息采集系统，其特征在于：所述两个全站仪之间距离小于500m。
3.根据权利要求1所述的管节沉放位置信息采集系统，其特征在于：所述全站仪与所述测量塔之间距离小于1000m。
4. 根据权利要求1所述的管节沉放位置信息采集系统，其特征在于：还包括
第一双频GPS处理机，设置于距离测量塔500m的陆地上，用于接收和发送其定位信号至远程控制中心；
第二双频GPS处理机，设于沉管的一个测量塔上；
第三双频GPS处理机，设于沉管的另一个测量塔上；
所述第二双频GPS处理机和第三双频GPS处理机与所述数据传输装置通讯连接并发送其定位信号至远程控制中心。
5. 根据权利要求1所述的管节沉放位置信息采集系统，其特征在于：还包括倾斜仪和罗经。
6. 根据权利要求5所述的管节沉放位置信息采集系统，其特征在于：所述倾斜仪设于测量塔上。
7. 根据权利要求5所述的管节沉放位置信息采集系统，其特征在于：所述罗经为四维光纤罗经。
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