CN209923999U - 一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的一个目的是提供了一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统，包括：船体、双轴倾角计、激光扫描模块、定位模块、数据采集处理模块，其中，所述船体包括甲板和支撑部，所述支撑部垂直设置于所述甲板上；所述定位模块设置于所述甲板上，用于测量所述激光扫描模块的位置坐标；所述激光扫描模块位于所述支撑部上，用于获取单管桩的多个水平面轮廓的多个测点位置信息；所述双轴倾角计位于所述甲板上，用于测量所述船体的纵向倾角和横向倾角；所述数据采集处理模块，用于采集所述激光扫描模块、定位模块以及所述双轴倾角计获取到的数据信息，并对采集到的数据信息进行处理。从而保证了数据准确性、避免环境干扰并节约了监测成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及海上桩管测量领域，尤其涉及一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统。
背景技术
全球海上风电场超过76％使用了单桩形式基础，位于不同地理位置的海洋具有不同的特点，其中单桩结构对于表层淤泥较薄地区的水深和地理条件是较为合理的基础结构形式，针对单桩基础垂直度控制方案将单桩基础分为有过渡段单桩基础和无过渡段单桩基础，使用有过渡段的单桩基础的成本占比非常高，阻碍了海上风电的进一步发展，因此研究设计了有过渡段单桩基础的替代方案无过段单桩基础，该方案的技术核心难题是对施工过程中单管桩垂直度的控制，而单管桩垂直度是保证施工质量和风机运营期安全的一个重要参数，根据风机基础施工技术要求，钢管桩沉桩允许偏差：位置允许偏差≤50cm，高程允许偏差≤5cm，基础顶法兰水平度(桩轴线垂直度)偏差≤2.75‰，因此对无过渡单桩基础的垂直度控制提出了非常高的要求，施工过程中，为了保证单桩基础垂直度始终在要求的范围之内，需要实时监测桩基垂直度，目前一些常规的监测手段虽然能够满足垂直度监测需要，但是存在诸多弊端，现阶段常用单管桩垂直度测量方法如下：
1.角度传感器直接测量法
通过在桩身上安装角度传感器，直接测量桩身的倾斜角度，不需要进行复杂的数学转换，角度传感器测量的为相对角度，所以在施工开始的时候需要对传感器进行校正工作，即保持桩管垂直的情况下，测得传感器的读数计为初始值，施工过程中读取到的测量值减去初始值为钢管桩的轴线倾斜角度，由于钢管桩直径较大，为避免钢管桩椭圆度的影响，所以在钢管桩不同标高位置安装几个角度传感器，对测量数据进行校核，提高测量的精度，角度传感器在施工过程中，受到的冲击较大，冲击和振动较易损害传感器，造成传感器的测量不准。
2.全站仪扫描法
通过全站仪观测桩身切边上两个不同高度(高差20m以上)的的水平投影差与高差计算该方向的桩身垂直度，全站仪安装位置同样要求晃动较小，否则对测量结果有较大的影响，而且全站仪的价格较高。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统，解决现有技术中单管桩轴线垂直度实时监测数据不准确、使用工具费用高以及受环境影响大的问题。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统，其中，所述系统包括：
船体、双轴倾角计、激光扫描模块、定位模块、数据采集处理模块，其中，
所述船体包括甲板和支撑部，所述支撑部垂直设置于所述甲板上；
所述定位模块设置于所述甲板上，用于测量所述激光扫描模块的位置坐标；
所述激光扫描模块位于所述支撑部上，用于获取单管桩的多个水平面轮廓的多个测点位置信息；
所述双轴倾角计位于所述甲板上，用于测量所述船体的纵向倾角和横向倾角；
所述数据采集处理模块，用于采集所述激光扫描模块、定位模块以及所述双轴倾角计获取到的数据信息，并对采集到的数据信息进行处理。
进一步地，所述定位模块包括第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块，其中，所述第一定位模块和所述第三定位模块设置在所述船体的长边处并与所述船体的横向中心轴平行。
进一步地，所述激光扫描模块包括第一激光扫描模块和第二激光扫描模块，所述支撑部包括第一位置和第二位置，其中，所述第一激光扫描模块安装于所述第一位置，所述第二激光扫描模块安装于所述第二位置。
进一步地，所述第一位置和所述第二位置距离所述甲板所在水平面的高度不相同。
进一步地，所述数据采集处理模块包括：多串口卡、嵌入式工控机、集线器，所述嵌入式工控机与所述多串口卡连接，所述多串口卡分别与所述定位模块以及所述双轴倾角计连接；所述嵌入式工控机与所述集线器连接，所述集线器用于接收所述激光扫描模块采集的数据。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统，其中，所述系统包括：船体、双轴倾角计、激光扫描模块、定位模块、数据采集处理模块，其中，所述船体包括甲板和支撑部，所述支撑部垂直设置于所述甲板上；所述定位模块设置于所述甲板上，用于测量所述激光扫描模块的位置坐标；所述激光扫描模块位于所述支撑部上，用于获取单管桩的多个水平面轮廓的多个测点位置信息；所述双轴倾角计位于所述甲板上，用于测量所述船体的纵向倾角和横向倾角；所述数据采集处理模块，用于采集所述激光扫描模块、定位模块以及所述双轴倾角计获取到的数据信息，并对采集到的数据信息进行处理。从而利用激光扫描技术和定位技术使得对单管桩的桩芯测量和轴线垂直度测量能够在海面上实时进行，同时保证了数据准确性并节约了监测成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本实用新型的一个方面提供的一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统的框架示意图；
图2示出本实用新型又一优选实施例中的一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统的船体安装示意图；
图3示出本实用新型又一优选实施例中的一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统的激光扫描模块和支撑部的安装结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1示出根据本实用新型的一个方面提供的一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统的框架示意图，所述系统包括：船体100、双轴倾角计200、激光扫描模块300、定位模块400、数据采集处理模块500，其中，所述船体100包括甲板101和支撑部102，所述支撑部102垂直设置于所述甲板101上；所述定位模块400设置于所述甲板101上，用于测量所述激光扫描模块300的位置坐标；所述激光扫描模块300位于所述支撑部102上，用于获取单管桩的多个水平面轮廓的多个测点位置信息；所述双轴倾角计200位于所述甲板101上，用于测量所述船体100的纵向倾角和横向倾角；所述数据采集处理模块500，用于采集所述激光扫描模块300、定位模块400以及所述双轴倾角计200获取到的数据信息，并对采集到的数据信息进行处理。从而利用激光扫描技术和定位技术使得对单管桩的桩芯测量和轴线垂直度测量能够在海面上实时进行，同时保证了数据准确性并节约了监测成本。
具体地，如图1所示，所述船体100包含甲板101和支撑部102，所述支撑部102垂直设立于所述甲板101上，优选地，所述支撑部102垂直设立于所述甲板101的船头位置。所述定位模块400设置于所述甲板101上，用于测量所述激光扫描模块300的位置坐标，在此，所述定位模块400优选为GPS定位模块，通过所述定位模块400能够获取所述船体100的当地工程坐标信息，同时能够测量所述激光扫描模块300的位置坐标。所述激光扫描模块300位于所述支撑部102上，用于获取单管桩的多个水平面轮廓的多个测点位置信息；所述双轴倾角计200位于所述甲板101上，用于测量所述船体100的纵向倾角和横向倾角。所述数据采集处理模块500，用于采集所述激光扫描模块300、定位模块400以及所述双轴倾角计200获取到的数据信息，并对采集到的数据信息进行处理，在此，所述数据处理模块500采集所述激光扫描模块300获取到的单管桩多个水平面轮廓的多个测点位置信息，结合所述双轴倾角计200获取到的船体100的纵向倾角和横向倾角以及所述定位模块400获取到的激光扫描模块300的位置坐标以及所述船体100的当地工程坐标信息，便能够通过所述数据处理模块500得到所述单管桩多个水平面轮廓的多个测点位置的当地工程坐标，从而使得对单管桩的桩芯测量和轴线垂直度测量能够在海面上实时进行，同时保证了数据准确性并节约了监测成本。
优选地，所述定位模块400包括第一定位模块401、第二定位模块402和第三定位模块403，其中，所述第一定位模块401和所述第三定位模块403设置在所述船体100的长边处并与所述船体100的横向中心轴平行。
图2示出本实用新型一实施例中的一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统的船体安装示意图，所述定位模块400包括第一定位模块401、第二定位模块402和第三定位模块403，所述第一定位模块401和所述第三定位模块403分别设置在所述船体100的两侧不同的长边处并与所述船体100的横向中心轴平行。优选地，所述第一定位模块401、所述第二定位模块402和所述第三定位模块403均为GPS定位模块，如图所示，所述第一定位模块401为GPS1，所述第二定位模块402为GPS2，所述第三定位模块403为GPS3；通过GPS定位得以获取所述船体100的当地工程坐标以及所述激光扫描模块300在船体100上的位置坐标。同时，所述第一定位模块401、所述第二定位模块402和所述第三定位模块403在船体100上可以设置在相对于所述甲板101所在平面的任意高度，但是所述第一定位模块401、所述第二定位模块402和所述第三定位模块403的安装位置上方不能有遮挡物。在此，所述第一定位模块401、所述第二定位模块402和所述第三定位模块403分别确定GPS1、GPS2和GPS3安装位置在船体坐标系中的坐标信息以及在当地的工程坐标信息，根据所述第一定位模块401、所述第二定位模块402和所述第三定位模块403确定的GPS1、GPS2和GPS3安装位置的当地工程位置信息和船体坐标系中的坐标信息以确定所述甲板101所处平面的当地工程坐标信息，进一步用以获取所述船体坐标系和所述船体101所处当地工程坐标信息之间的坐标转换关系。
优选地，所述激光扫描模块300包括第一激光扫描模块301和第二激光扫描模块302，所述支撑部102包括第一位置和第二位置，其中，所述第一激光扫描模块301安装于所述第一位置，所述第二激光扫描模块302安装于所述第二位置。
具体地，所述激光扫描模块300包括第一激光扫描模块301和第二激光扫描模块302，所述支撑部102具有一定的结构高度和结构宽度，所述第一激光扫描模块301安装于第一位置，所述第二激光扫描模块302安装于第二位置，即所述第一激光扫描模块301和所述第二激光扫描模块302安装于所述支撑部102的不同位置，以便于对单管桩的外部轮廓进行激光扫描时获取不同位置的测点，增加样本点的数量。在本实用新型一优选实施例中，所述第一激光扫描模块301和所述第二激光扫描模块302均为三维激光扫描仪。
优选地，所述第一位置和所述第二位置距离所述甲板101所在水平面的高度不相同。
具体地，图3示出本实用新型又一优选实施例中的一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统的激光扫描模块和支撑部的安装结构示意图。所述第一位置和所述第二位置距离所述甲板101所在水平面高度不相同。如图3所示，所述第一激光扫描模块301和所述第二激光扫描模块302安装于所述支撑部102的不同高度，以便于对单管桩的多个不同高度平面的外部轮廓进行激光扫描并获取多个不同高度平面的多个测点，通过多个不同高度平面的外部轮廓的多个测点得到单管桩位于多个不同高度平面的桩芯位置信息从而准确地得到所述目标单管桩的桩管垂直度。
优选地，所述数据采集处理模块500包括：多串口卡501、嵌入式工控机503、集线器502，所述嵌入式工控机503与所述多串口卡501连接，所述多串口卡501分别与所述定位模块400以及所述双轴倾角计200连接；所述嵌入式工控机503与所述集线器502连接，所述集线器502用于接收所述激光扫描模块300采集的数据。
具体地，如图1所示，所述多串口卡501分别与所述定位模块400以及所述双轴倾角计200连接，在本实用新型一优选实施例中，所述第一定位模块401、所述第二定位模块402、所述第三定位模块403和所述双轴倾角计200分别与所述多串口卡501相连；所述集线器502用于接收所述激光扫描模块300采集的数据，在本实用新型又一优选实施例中，所述集线器502用于接收所述第一激光扫描模块301和所述第二激光扫描模块302采集的数据并通过以太网经由光纤传输至所述集线器502，再由所述集线器502将所述第一激光扫描模块301和所述第二激光扫描模块302采集到的单管桩多个水平面外轮廓的多个测点的位置信息数据传输至所述嵌入式工控机503中。在此，所述嵌入式工控机503控制所述激光扫描模块300、所述定位模块400和所述双轴倾角计200的数据采集并对输入所述嵌入式工控机503的数据进行处理、展示和记录。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (5)
1.一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统，其中，所述系统包括：
船体、双轴倾角计、激光扫描模块、定位模块、数据采集处理模块，其中，
所述船体包括甲板和支撑部，所述支撑部垂直设置于所述甲板上；
所述定位模块设置于所述甲板上，用于测量所述激光扫描模块的位置坐标；
所述激光扫描模块位于所述支撑部上，用于获取单管桩的多个水平面轮廓的多个测点位置信息；
所述双轴倾角计位于所述甲板上，用于测量所述船体的纵向倾角和横向倾角；
所述数据采集处理模块，用于采集所述激光扫描模块、定位模块以及所述双轴倾角计获取到的数据信息，并对采集到的数据信息进行处理。
2.根据权利要求1所述的系统，所述定位模块包括第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块，其中，所述第一定位模块和所述第三定位模块设置在所述船体的长边处并与所述船体的横向中心轴平行。
3.根据权利要求1所述的系统，所述激光扫描模块包括第一激光扫描模块和第二激光扫描模块，所述支撑部包括第一位置和第二位置，其中，所述第一激光扫描模块安装于所述第一位置，所述第二激光扫描模块安装于所述第二位置。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一位置和所述第二位置距离所述甲板所在水平面的高度不相同。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据采集处理模块包括：多串口卡、嵌入式工控机、集线器，所述嵌入式工控机与所述多串口卡连接，所述多串口卡分别与所述定位模块以及所述双轴倾角计连接；所述嵌入式工控机与所述集线器连接，所述集线器用于接收所述激光扫描模块采集的数据。
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| CN201920394951.XU CN209923999U (zh) | 2019-03-26 | 2019-03-26 | 一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统 |
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| CN109914492B (zh) * | 2019-03-26 | 2023-12-12 | 中交上海三航科学研究院有限公司 | 一种单管桩轴线垂直度实时监测的系统及方法 |
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