CN206654170U - 一种沉管拖航导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水底隧道工程，特别是一种沉管拖航导航系统。所述拖航导航系统包括，设置在安装船上的主定位装置，设置在安装船及拖轮上的无线通信装置，用于接收、展示安装船的定位信息及拖轮通过无线通信模块发送来的信息的处理模块。本实用新型通过在安装船上设置定位精度在10米以内的定位装置，在浮运安装的过程中实时监测沉管与预设航道的相对位置，通过该相对位置实时调整各个拖轮的相对位置，从而使得沉管始终在预设航道中行进。同时，为了防止水流、风向、波浪等因素对浮运的额外影响。

Description

一种沉管拖航导航系统

技术领域

本实用新型涉及水底隧道工程，特别是一种沉管拖航导航系统。

背景技术

水底隧道作为重要的水域跨域交通基础设施形式，因其对航运的影响小，被普遍认为是跨越航运繁忙水域的第一选择，而在水底隧道建造领域中以沉管隧道最为常见，沉管隧道是先在岸边深坞预制沉管，再由托轮将沉管浮运至目标安装位置后沉水安装的方式建成；但是，在一些水深较浅的区域，一些大体积的沉管（如高10米以上、宽40米以上、长100以上的沉管）不易在自然水深的情况下由深坞浮运至目标安装位置（如水深小于10米或略深于10米时），这时，通常需要在深坞和目标安装位置之间的水底挖一条沟槽（该沟槽宽度适当大于沉管宽度，深度需满足沉管浮运要求），然后让拖轮拉着与安装船固定在一起的沉管沿着这条沟槽形成的航道浮运至目标安装位置；但是在一些气象水文条件比较恶劣的水域中，沉管在浮运过程中很容易因为各种因素影响偏离预先挖好的沟槽水道，从而给浮运造成不必要的麻烦。

应注意的是，一段沉管又可称为沉管的一个管节。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的在于克服沉管浮运过程中，因为恶劣气象水文及其他原因导致的沉管偏离预设沟槽水道的问题，提供一种能够实时监控沉管位置，进而控制沉管前行路线的拖航导航系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种沉管拖航导航系统，包括，

主定位装置，设置在安装船上，用于精确定位安装船与沉管的位置；所述主定位装置的定位精度在10米以内；

无线通信装置，设置在安装船及拖轮上，用于安装船与拖轮之间的通信；

处理模块，与主定位装置及无线通信装置连接，用于接收、展示安装船的定位信息及拖轮通过无线通信模块发送来的信息。

进一步的，所述拖轮上设置有从定位装置，所述从定位装置通过无线通信装置将自身的定位信息传输至处理模块。

施工时，先在深坞将安装船与沉管固定安装，众所周知的是，沉管与安装船的体积并不完全一致，因此需在深坞内先将安装船与沉管相对位置测定（如将安装船与沉管四个角的相对位置测定），一个以上的拖轮将与安装船固定在一起的沉管通过预设的航道从深坞拉向预设安装位置，预设航道是根据沉管的长、宽、高对水底进行处理过的水底沟槽或经过事先探测满足沉管浮运条件的水道；工作人员实时观察主定位装置的定位信息，并根据该定位信息与预设航道的符合度指挥各个拖轮运行。

进一步的，所述处理模块包括显示装置，所述显示装置用于以画面的形式显现预设航道、安装船以及拖轮的具体位置。工作人员可通过显示装置直观的观察安装船、拖轮、预设航道的相对关系，从而根据实际位置调整各个拖轮运行方向。

优选的，所述定位装置为GPS定位装置或北斗定位装置。

众所周知，在气象水文较复杂的水域，自身没有动力的安装船及沉管的运行路线不仅受到拖轮的影响，同样会受到水流、风向等其他因素的影响，因此为了使得沉管能够顺利沿预设航道运行，一些实施例中，所述沉管拖航导航系统还包括水流监测装置；所述水流监测装置包括用于监控沉管剖面流参数的流速仪、与流速仪连接的浮标、与流速仪连接并转发流速仪的数据至处理模块的无线通信装置。

进一步的，所述沉管拖航导航系统还包括风监测装置，所述风监测装置包括设置在水平面上的风速仪、与风速仪连接并转发风速仪测量的数据至处理模块的无线通信装置。

进一步的，所述沉管拖航导航系统还包括波浪监测装置，所述波浪监测装置包括波浪监测仪器、与波浪监测仪器连接并转发波浪监测仪器的数据至处理模块的无线通信装置。

同时，由于在大体量的沉管进行浮运时，需要不止一艘的拖轮进行拖拉，这样，各个拖轮之间对沉管的拉力均衡性就需要进行综合考虑，在此基础上，所述沉管拖航导航系统还包括管节外力监测装置，所述管节外力监测装置包括布置在管节系缆点、用于监控沉管管节系缆点的缆力的一个以上索力测试传感器，与索力测试传感器连接的数据采集仪，与数据采集仪连接的将其采集的数据转发至处理模块的无线通信装置。

进一步的，所述沉管拖航导航系统还包括管节内力监测装置，所述管节内力监测装置包括用于监控施工过程中的管节内部钢筋应力变化的一个以上钢筋应力测试传感器，连接钢筋应力测试传感器的数据采集仪，连接数据采集仪并转发其采集的数据至处理模块的无线通信装置。

进一步的，所述沉管拖航导航系统的所述管节姿态监测装置包括布置在管节中间截面处的姿态仪、与姿态仪连接的转发数据至处理模块的无线通信装置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的沉管拖航导航系统通过在安装船上设置定位精度在10米以内的定位装置，在浮运安装的过程中实时监测沉管与预设航道的相对位置，通过该相对位置实时调整各个拖轮的相对位置，从而使得沉管始终在预设航道中行进。同时，为了防止水流、风向、波浪等因素对浮运的额外影响，本系统中同时集成有水流监测装置、风监测装置、波浪监测装置，处理模块通过无线通信装置实时接收相关水域的水流、风向及波浪信息并展示，工作人员可通过综合上述信息对沉管的行进进行预判，进而更好的控制拖轮的前进方向。

附图说明

图1是本实用新型提供的沉管拖航导航系统实施例的结构示意图。

图2是本实用新型提供的沉管拖航导航系统另一实施例的结构示意图。

图3是本实用新型提供的沉管拖航导航系统又一实施例的结构示意图。

图4是拖轮、安装船及沉管在预设航道中浮运过程中位置对比示意图。

图5是外力监测装置与沉管相对位置示意图。

图6是沉管管节姿态监测装置位置示意图。

图中标记：1-处理模块，11-显示装置，2-主定位装置，3-从定位装置，4-水流监测装置，5-波浪监测装置，6-风监测装置，7-管节外力监测装置，8-管节内力监测装置，9-管节姿态监测装置，100-沉管，200-安装船，300-拖轮，400-预设航道。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：如图1（图中略去了无线通信装置）所述，本实施例提供一种沉管100拖航导航系统，包括，

设置在安装船200上的主定位装置2，其用于精确定位安装船200与沉管100的位置；所述主定位装置的定位精度在10米以内；

设置在安装船200及拖轮300上的无线通信装置，其用于安装船200与拖轮300之间的通信；

与主定位装置2及无线通信装置连接的处理模块1，用于接收、展示安装船200的定位信息及拖轮300通过无线通信模块发送来的信息；所述处理模块可以是一台上位机电脑或包含上位机软件的智能设备；所述处理模块还可以对接收到的信息进行众所周知的处理，如将接收到的信心与预设阈值进行比较；但应注意的是，处理模块的这种对接收到的信息进行处理的方式为本领域常见方式；

进一步的，所述拖轮300上设置有从定位装置3，所述从定位装置3通过无线通信装置将自身的定位信息传输至处理模块1。

进一步的，所述处理模块1包括显示装置11，所述显示装置11用于以画面的形式显现预设航道400、安装船200以及拖轮300的具体位置。

优选的，所述定位装置可以选择使用GPS定位装置或北斗定位装置。

施工时，先在深坞将安装船200与沉管100固定安装，众所周知的是，沉管100与安装船200的体积并不完全一致，因此需在深坞内先将安装船200与沉管100相对位置测定（如将安装船200与沉管100四个角的相对位置测定），一个以上的拖轮300将与安装船200固定在一起的沉管100通过预设的航道从深坞拉向预设安装位置，如图4所示，预设航道400是根据沉管100的长、宽、高对水底进行处理过的水底沟槽或经过事先探测满足沉管100浮运条件的水道；工作人员实时观察主定位装置2的定位信息，并根据该定位信息与预设航道400的符合度指挥各个拖轮300运行。

具体的，处理模块1还根据主定位装置2的定位信息计算沉管100的浮运航速、航向；由于在深坞中将安装船200与沉管100固定后测算了安装船200与沉管100的相对位置（如沉管100四个角与安装船200的相对位置），因此处理模块1还可根据主定位装置2测定的定位信息计算沉管100各个部位（如四个角或各个边缘）的具体位置，并在显示装置11中显示，工作人员可通过显示装置11直观的观察安装船200、沉管100、拖轮300与预设航道400的相对关系，从而根据实际位置调整各个拖轮300运行方向。

实施例2：众所周知的，在气象水文较复杂的水域，自身没有动力的安装船200及沉管100的运行路线不仅受到拖轮300的影响，同样会受到水流、风向等其他因素的影响，因此为了使得沉管100能够顺利沿预设航道400运行，本实施例提供一种如图2（图中略去了无线通信装置）所示，与实施例1不同点如下的沉管100拖航导航系统，所述沉管100拖航导航系统还包括水流监测装置4；所述水流监测装置4包括用于监控沉管100剖面流参数的流速仪、与流速仪连接的浮标、与流速仪连接并转发流速仪的数据至处理模块1的无线通信装置，具体的，浮标、流速仪布置在管节施工区域的远场来流位置，用于监控施工过程中的流速剖面参数，包括剖面流速流向，剖面布置8-10 个剖面测点，测点根据水深进行平均深度布置，用来计算管节水流力。

进一步的，所述沉管100拖航导航系统还包括风监测装置6，所述风监测装置6包括设置在水平面上的风速仪、与风速仪连接并转发风速仪测量的数据至处理模块1的无线通信装置，具体的，所述风速仪可以布置在沉管施工区域的观测点，用于监控施工过程中的关键风速、风向。观测点在海面10m 高度以上，可选择的布置在气象观测站、静止船只等处。

进一步的，所述沉管100拖航导航系统还包括波浪监测装置5，所述波浪监测装置5包括波浪监测仪器、与波浪监测仪器连接并转发波浪监测仪器的数据至处理模块1的无线通信装置，具体的，波浪监测仪器布置在管节施工区域的观测点，用于监控施工过程中的波谱等统计参数，统计参数经过转换电路处理后再发送至处理模块进行进一步处理。波浪监测仪器一般由浮标系统和观测系统两大部分组成，其中浮标系统由数据采集处理、数据存储、全向天线、锚泊设备等组成；观测系统由计算机、数据传输系统、无线处理设备等组成。浮标系统负责采集数据，并通过观测系统进行采集、通过无线网络对波浪时程数据进行转发，提交给监测信息存储服务器，对波浪的统计信息进行存储分析。观测点根据管节浮运、系泊施工过程的关键施工区域进行布置，分析过程为实时统计最大波高、最大波周期、有效波高、有效波周期、1/10 波高、1/10 波周期、平均波高、平均波周期、波浪个数、主波向及波向的16 方位分布等数据。

实施例3：由于在大体量的沉管100进行浮运时，需要不止一艘的拖轮300进行拖拉，这样，各个拖轮300之间对沉管100的拉力均衡性以及沉管100由于拖拉造成的内部应力变化就需要进行综合考虑，并予以监测，基于以上考虑，本实施例提供一种如图3所示（图中略去了无线通信装置），与实施例1不同点如下的沉管100拖航导航系统，所述沉管100拖航导航系统还包括管节外力监测装置7，所述管节外力监测装置7包括布置在管节系缆点、用于监控沉管100管节系缆点的缆力的一个以上索力测试传感器，与索力测试传感器连接的数据采集仪，与数据采集仪连接的将其采集的数据转发至处理模块1的无线通信装置，所述外力监测装置典型安装位置如图5所示。

进一步的，所述沉管100拖航导航系统还包括管节内力监测装置8，所述管节内力监测装置8包括用于监控施工过程中的管节内部钢筋应力变化的一个以上钢筋应力测试传感器，连接钢筋应力测试传感器的数据采集仪，连接数据采集仪并转发其采集的数据至处理模块1的无线通信装置，具体的，所述钢筋应力测试传感器布置在管节内受力较大的截面，如吊点、系缆点和跨中截面等位置。

进一步的，所述沉管100拖航导航系统所述管节姿态监测装置9包括布置在管节中间截面处的姿态仪、与姿态仪连接的转发数据至处理模块1的无线通信装置；所述管节姿态监测装置9典型安装位置如图6所示。应注意的是，在以上管节外力监测装置7、管节内力监测装置8及管节姿态监测装置9处均可设置将各传感器采集的信号转换为数字信号以方便无线传输的信号转换电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沉管拖航导航系统，其特征在于，包括，

主定位装置，设置在安装船上，用于精确定位安装船与沉管的位置；所述主定位装置的定位精度在10米以内；

无线通信装置，设置在安装船及拖轮上，用于安装船与拖轮之间的通信；

处理模块，与主定位装置及无线通信装置连接，用于接收、展示安装船的定位信息及拖轮通过无线通信模块发送来的信息。

2.根据权利要求1所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，所述拖轮上设置有从定位装置，所述从定位装置通过无线通信装置将自身的定位信息传输至处理模块。

3.根据权利要求2所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，所述处理模块包括显示装置，所述显示装置用于以画面的形式显现预设航道、安装船以及拖轮的具体位置。

4.根据权利要求2所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，所述主定位装置及从定位装置为GPS定位装置或北斗定位装置。

5.根据权利要求1所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，还包括水流监测装置；所述水流监测装置包括用于监控沉管剖面流参数的流速仪、与流速仪连接的浮标、与流速仪连接并转发流速仪的数据至处理模块的无线通信装置。

6.根据权利要求1 所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，还包括风监测装置，所述风监测装置包括设置在水平面上的风速仪、与风速仪连接并转发风速仪测量的数据至处理模块的无线通信装置。

7.根据权利要求1 所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，还包括波浪监测装置，所述波浪监测装置包括波浪监测仪器、与波浪监测仪器连接并转发波浪监测仪器的数据至处理模块的无线通信装置。

8.根据权利要求1 所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，还包括管节外力监测装置，所述管节外力监测装置包括布置在管节系缆点、用于监控沉管管节系缆点的缆力的一个以上索力测试传感器，与索力测试传感器连接的数据采集仪，与数据采集仪连接的将其采集的数据转发至处理模块的无线通信装置。

9.根据权利要求1 所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，还包括管节内力监测装置，所述管节内力监测装置包括用于监控施工过程中的管节内部钢筋应力变化的一个以上钢筋应力测试传感器，连接钢筋应力测试传感器的数据采集仪，连接数据采集仪并转发其采集的数据至处理模块的无线通信装置。

10.根据权利要求1 所述的沉管拖航导航系统，其特征在于，还包括管节姿态监测装置，所述管节姿态监测装置包括布置在管节中间截面处的姿态仪、与姿态仪连接的转发数据至处理模块的无线通信装置。