專利名稱：挖泥船抽吸管的位置測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定將抽吸管連接到挖泥船上的線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的方法，其中抽吸管在管道懸掛點上由線纜連接到挖泥船上的線纜懸掛點E。并且，本發(fā)明涉及一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其被配置用于提供執(zhí)行確定抽吸管運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的方法的指令。另外，本發(fā)明涉及一種挖泥船，其包括抽吸管，所述抽吸管在管道懸掛點上由線纜連接到挖泥船上的線纜懸掛點E。
背景技術(shù)：
采用挖泥船進(jìn)行挖泥作業(yè)過程中，期望獲知挖泥船的抽吸管外端的抽吸耙頭位置的準(zhǔn)確信息。利用所述信息可以提高挖泥準(zhǔn)確度，并且防止抽吸管和耙頭受到不期望的撞擊而損傷。如這樣一個實例，在不期望的下層逆流或者水面起伏的影響下，抽吸管可能會在橫過船方向上向挖泥船的船身彎曲。無論如何必須避免抽吸管相對于船身的彎曲。根據(jù)已知的用于確定抽吸管和抽吸頭位置的方法，挖泥船包括抽吸管，所述抽吸管在管道懸掛點上由長度為L的線纜連接到挖泥船上的線纜懸掛點E。該線纜懸掛點E位于承載著線纜的臺架上，通過所述臺架抽吸管可以在基本水平的擱置位置和傾斜管道位置之間移置。線纜在線纜懸掛點E穿過萬向接頭，所述萬向接頭可以在橫跨橫過船方向X和豎直方向Z的一個平面內(nèi)自由移動。該平面內(nèi)的萬向接頭的角度由電位計進(jìn)行測量并且傳送到計算機(jī)，產(chǎn)生線纜方位的指示。線纜長度L由輸出計數(shù)器測量，并且也被傳送到計算機(jī)。線纜上被施加持續(xù)張力，從而保持其緊繃。(參見實例http://dieselship. com/free-articles/ll-ship-construction-and-naval-architecture/259-dp-systems. html,最近更新于2009年11月11日)。這類線纜機(jī)械角度測量的問題在于，萬向接頭和電位計易于產(chǎn)生機(jī)械疲勞和故障，從而降低了方法的準(zhǔn)確度和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供在一種方法，由該方法能夠以更耐用的方式確定承載著挖泥船的抽吸管的線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)，并且提供了一種能夠執(zhí)行該方法的挖泥船。該目的通過以下步驟實現(xiàn)第一方面，提供一種根據(jù)權(quán)利要求I前序部分的方法，其特征在于_在挖泥船上安裝雷達(dá)源和雷達(dá)探測器，雷達(dá)源具有大致指向線纜的雷達(dá)發(fā)射場；_使用雷達(dá)發(fā)射場照射線纜；_使用雷達(dá)探測器接收線纜反射的雷達(dá)反射場，以及-由雷達(dá)反射場確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。通過安裝雷達(dá)源和雷達(dá)探測器，由所測得的雷達(dá)信號可以獲得線纜的方位。假定船身上的樞軸連接位置以及抽吸管的長度為已知的參數(shù)，其與線纜和/或抽吸管的其他參數(shù)相結(jié)合可以產(chǎn)生抽吸頭位置的準(zhǔn)確信息。有利地，雷達(dá)測量在船甲板上、即水面以上執(zhí)行。更通用地，線纜的不同運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q(例如，位置和/或速度分量，徑向速度，和/或加速度分量)可以由吃水線以上的雷達(dá)源和探測器獲得，從而線纜方位測量系統(tǒng)更不易受水致磨損影響。根據(jù)雷達(dá)源和探測器的布置方式(即雷達(dá)陣列的布局和操作特性)，雷達(dá)測量可以包括僅最接近距離點測量、線測量、或者甚至三維線纜位置成像。在該方法的其他實施例中，構(gòu)成線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的限制條件或者邊界條件的其他參數(shù)被測量。將雷達(dá)測量中獲得的線纜運(yùn)動學(xué)參數(shù)與其他(線性獨(dú)立的)測量值相結(jié)合，最終可以確定抽吸管和抽吸頭的位置。在必需的計算中可以使用迭代三維計算方法，其可由平均或者濾波算法可選擇地補(bǔ)充，從而補(bǔ)償測量誤差。特別地，根據(jù)該方法的另外一個實施例，挖泥船具有用于確定管道懸掛點和線纜懸掛點E之間的線纜長度L的裝置，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q包括_確定線纜的線纜長度L。有利地，線纜懸掛點和管道懸掛點之間的線纜長度L為確定線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q提供了附加信息。線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q以及線纜長度L可構(gòu)成足以用于計算抽吸管和抽吸頭位置信息的參數(shù)集。已知的測角轉(zhuǎn)換被用于將雷達(dá)測量與線纜長度L測量相結(jié)合，從而 確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。并且，根據(jù)該方法的另一個實施例，抽吸管具有至少一個管道角度計，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q包括_在抽吸管的縱向管道軸線SI和挖泥船船身的縱向船軸線S2之間確定至少一個傾角X。有利地，傾角X提供了用于提高運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q確定精度的附加信息。在確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q中，傾角X的測量可以替代或者補(bǔ)充線纜長度L的測量。線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q以及至少抽吸管的傾角X可以構(gòu)成足以計算抽吸管和抽吸頭位置信息的參數(shù)集。已知的測角轉(zhuǎn)換可以被用于將雷達(dá)測量與傾角X測量相結(jié)合，從而確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。仍根據(jù)該方法的另一個實施例，抽吸管具有壓力傳感器，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q包括_通過壓力傳感器測量壓力P，并且-計算抽吸管第二管端處的抽吸頭的深度。有利地，由壓力傳感器測量獲得的挖泥過程中的抽吸頭深度為提高運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的確定精度提供了附加信息。在確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)中，抽吸頭深度的測量可以代替或者補(bǔ)充線纜長度L的測量和/或傾角X的測量。線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q以及至少抽吸頭深度可以構(gòu)成足以計算抽吸管和抽吸頭位置信息的參數(shù)集。根據(jù)該方法的一個實施例，線纜在使用過程中基本上是直的，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q包括_由雷達(dá)發(fā)射場確定探測器上的探測器參考點A和線纜上的線纜區(qū)D之間的線纜距離AD的指示值。根據(jù)線纜基本上是直的這一假設(shè)，特定線纜區(qū)域的線纜距離AD的指示值是線纜方位的代表性參數(shù)。由所測得的雷達(dá)反射場確定線纜距離的指示值極大地簡化了抽吸管運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的確定。此處意指的一般線纜區(qū)域可以為任意優(yōu)選區(qū)域，例如最接近線纜區(qū)域或者用一些其他方式可辨認(rèn)的不同線纜區(qū)域。根據(jù)本方法的另一個實施例，使用雷達(dá)發(fā)射場照射線纜包括向著線纜和沿著雷達(dá)探測器的主探測器軸線發(fā)射基本上與挖泥船的挖泥船船身相垂直的雷達(dá)發(fā)射場的發(fā)射場主波瓣，其中線纜區(qū)域D是最接近線纜區(qū)域F，并且其中線纜距離AD為探測器參考點A和最接近線纜區(qū)域F之間的最短距離AF。通過在基本上垂直于挖泥船的船身并且指向線纜的方向上由雷達(dá)源發(fā)射發(fā)射場主波瓣，可以有效地確定在基本上與船身表面相垂直的橫過船方向上的線纜偏轉(zhuǎn)。雷達(dá)探測器參考點與最接近線纜區(qū)域之間的最短距離為優(yōu)選參數(shù)，因為即使在一錐雷達(dá)位置測量中該參數(shù)也是相對容易確定的。根據(jù)該方法的另一實施例，線纜在與橫過船方向X和沿船方向Y都相垂直的豎直方向Z上具有豎直分量，該方法包括-由最短雷達(dá)距離AF、探測器參考點A和線纜懸掛點E之間的投影水平距離AB、以及探測器參考點A和線纜懸掛點E之間的投影豎直距離BE確定橫過船豎直線纜升沉角β。所述橫過船豎直線纜升沉角是用于描述線纜和抽吸管的橫過船偏轉(zhuǎn)(即橫過船方向X相對于沿著豎直方向Z的起始軸線的水平偏轉(zhuǎn))的確鑿參數(shù)。根據(jù)本方法的另一實施例，確定橫過船豎直線纜升沉角β包括解方程

權(quán)利要求
1.一種用于確定將抽吸管(126)連接到挖泥船(120)上的線纜(144)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的方法，其中抽吸管(126)在管道懸掛點(136)上由線纜(144)連接到挖泥船(120)上的線纜懸掛點E， 其特征在于 a)在挖泥船(120)上安裝雷達(dá)源(152)和雷達(dá)探測器(154)，雷達(dá)源(152)具有基本上指向線纜(144)的雷達(dá)發(fā)射場(202)； b)使用雷達(dá)發(fā)射場(202)照射線纜(144)； c)使用雷達(dá)探測器(154)接收由線纜(144)反射的雷達(dá)反射場(204)，并且 d)由雷達(dá)反射場(204)確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于挖泥船(120)具有確定管道懸掛點(136)和線纜懸掛點E之間的線纜長度L的裝置，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的步驟包括 -確定線纜(144)的線纜長度L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于抽吸管(126)具有至少一個管道角度計(138)，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的步驟包括 -對于處于傾斜管道位置的抽吸管(126)，至少確定抽吸管(126)的縱向管道軸線SI和挖泥船船身(122)的縱向船軸線S2之間的一個傾角X。
4.根據(jù)任意一個上述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于抽吸管(126)具有壓力傳感器(148)，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的步驟包括 -通過壓力傳感器(148)測量壓力P ； -計算在抽吸管(126)第二管端(132)處的抽吸頭(134)的深度。
5.根據(jù)任意一個上述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于線纜(144)在使用過程中基本上是直的，其中確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的步驟包括 -由雷達(dá)反射場(204)確定在雷達(dá)探測器(154)上的探測器參考點A和線纜(144)上的線纜區(qū)域D之間的線纜距離AD的指示值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于使用雷達(dá)發(fā)射場(202)照射線纜(144)的步驟包括，朝向線纜(144)和沿著雷達(dá)探測器(154)的主探測器軸線(210)發(fā)射基本上與挖泥船(120)的挖泥船船身(122)相垂直的雷達(dá)發(fā)射場(202)的發(fā)射場主波瓣(206)，其中線纜區(qū)域D為最接近的線纜區(qū)域F，并且其中線纜距離AD是探測器參考點A和最接近線纜區(qū)域F之間的最短雷達(dá)距離AF。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于線纜(144)在豎直方向Z上具有與橫過船方向X和沿船方向Y相垂直的豎直分量，該方法包括 -由最短雷達(dá)距離AF、探測器參考點A和線纜懸掛點E之間的投影水平距離AB、以及探測器參考點A和線纜懸掛點E之間的投影豎直距離BE來確定橫過船豎直線纜升沉角β。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于確定橫過船豎直線纜升沉角β的步驟包括求解方程
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于探測場主波瓣(208)具有特征半波束寬度角α，其中如果橫過船豎直線纜升沉角β大于特征半波束寬度角α的話，確定橫過船豎直線纜升沉角β的步驟包括求解備選的方程
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任意一項所述的方法，其特征在于挖泥船(120)包括臺架 (140)，抽吸管(126)通過所述臺架可以在基本水平的擱置位置和傾斜管道位置之間移置，其中該方法包括 -使發(fā)射場主波瓣(206)指向線纜(144)，并且 -當(dāng)抽吸管(126)處于傾斜管道位置時，使雷達(dá)探測器(154)的主探測器軸線(210)指向線纜(144)。
11.根據(jù)任意一個前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在挖泥船(120)上的船上位置(402)處安裝雷達(dá)探測器(154)，并且其中該方法包括 -在有別于所述船上位置(402)的另一個船上位置(404)處安裝另一個雷達(dá)探測器(406)， -使用所述雷達(dá)探測器(154)來接收由線纜(144)反射的雷達(dá)反射場(204)； -使用另一個雷達(dá)探測器(406)來接收由線纜(144)反射的另一個雷達(dá)反射場(408)，以及 -由所述雷達(dá)反射場(204)和所述另一個雷達(dá)反射場(408)確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。
12.根據(jù)任意一個前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于抽吸管(126)包括多個抽吸管段，其中每個抽吸管段與相鄰的抽吸管段相互樞接，并且在相應(yīng)的管段懸掛點處通過相應(yīng)的線纜連接至相應(yīng)的線纜懸掛點，其中，從與挖泥船(120)的挖泥船船身(122)相連接的第一管端(130)處的第一抽吸管段開始，每個后續(xù)的抽吸管段均執(zhí)行以下步驟 a)在挖泥船(120)上安裝相應(yīng)的雷達(dá)源和相應(yīng)的雷達(dá)探測器，相應(yīng)雷達(dá)源具有基本上指向相應(yīng)線纜的相應(yīng)雷達(dá)發(fā)射場； b)使用相應(yīng)雷達(dá)發(fā)射場照射相應(yīng)線纜； c)使用相應(yīng)雷達(dá)探測器來接收由相應(yīng)線纜反射的相應(yīng)雷達(dá)反射場，并且 d)由相應(yīng)雷達(dá)反射場確定相應(yīng)運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q’。
13.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)被下載到計算機(jī)設(shè)備(156)時，其被配置為提供執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一所述方法的指令。
14.一種計算機(jī)可讀媒介，其包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的計算機(jī)程序產(chǎn)品。
15.一種挖泥船(120)，其包括抽吸管(126)，所述抽吸管(126)在管道懸掛點(136)上由線纜(144)連接到挖泥船(120)上的線纜懸掛點E， 其特征在于 挖泥船(120)包括雷達(dá)源(152)和雷達(dá)探測器(154)，其中雷達(dá)源(152)被布置為產(chǎn)生基本上指向線纜(144)的雷達(dá)發(fā)射場(202)，并且其中雷達(dá)探測器(154)被布置為接收由線纜(144)反射的雷達(dá)反射場(204)，并且其中挖泥船(120)包括計算機(jī)設(shè)備(156)，所述計算機(jī)設(shè)備(156)被配置為由雷達(dá)反射場(204)來確定線纜(144)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的挖泥船(120)，其特征在于挖泥船(120)具有用于確定在管道懸掛點(136)和線纜懸掛點E之間的線纜長度L的裝置，以及其中計算機(jī)設(shè)備(156)被配置為由除雷達(dá)反射場(204)之外的線纜長度L來確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的挖泥船(120)，其特征在于抽吸管(126)包括至少一個管道角度計(138)，其中對于處于傾斜管道位置時的抽吸管(126)，所述管道角度計(138)用于確定抽吸管(126)的縱向管道軸線SI和挖泥船船身(122)的縱向船軸線S2之間的傾角X，并且其中計算機(jī)設(shè)備(156)被配置為由傾角X和雷達(dá)反射場(204)這兩者來確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。
18.根據(jù)權(quán)利要求15 17中任意一項所述的挖泥船(120)，其特征在于抽吸管(126)包括壓力傳感器(148)，其用于測量抽吸管(126)第二管端(132)處的抽吸頭(134)附近的壓力P，并且其中計算機(jī)設(shè)備(156)被配置為計算抽吸頭(134)的深度以及由所計算的深度和雷達(dá)反射場(204)確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中任意一項所述的挖泥船(120)，其特征在于在挖泥船(120)上的船上位置(402)處安裝雷達(dá)探測器(154)，并且其中挖泥船(120)在有別于所述船上位置(402)的另一個船上位置(404)上包括另一個雷達(dá)探測器(406)，其中所述另一個雷達(dá)探測器(406)被布置用于接收由線纜(144)反射的另一個雷達(dá)反射場(408)，以及其中計算機(jī)設(shè)備(156)被配置為由雷達(dá)反射場(204)和所述另一個雷達(dá)反射場(408)來確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19中任意一項所述的挖泥船(120)，其特征在于抽吸管(126)包括多個抽吸管段，其中每個抽吸管段與相鄰的抽吸管段相互樞接，并且在相應(yīng)的管段懸掛點處由相應(yīng)的線纜連接至相應(yīng)的線纜懸掛點，挖泥船(120)包括相應(yīng)的雷達(dá)源和相應(yīng)的雷達(dá)探測器，其中每個相應(yīng)的雷達(dá)源被布置成產(chǎn)生基本上指向相應(yīng)的線纜的雷達(dá)發(fā)射場，并且其中相應(yīng)的雷達(dá)探測器被布置成接收由相應(yīng)的線纜反射的相應(yīng)的雷達(dá)反射場，并且其中，從與挖泥船(120)的挖泥船船身(122)相連接的第一管端(130)處的第一抽吸管段開始，計算機(jī)設(shè)備(156)被配置成確定每個后續(xù)的抽吸管段的相應(yīng)的線纜的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q’。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定挖泥船(120)抽吸管(126)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q的方法。該抽吸管(126)在管道懸掛點(136)上由線纜(144)連接到挖泥船(120)的線纜懸掛點E上。該方法包括在挖泥船(120)上安裝雷達(dá)源(152)和雷達(dá)探測器(154)，雷達(dá)源(152)具有指向線纜(144)的雷達(dá)發(fā)射場(202)；使用發(fā)射場(202)照射線纜(144)；使用雷達(dá)探測器(154)接收由線纜(144)反射的反射場(204)，并且由反射場(204)確定運(yùn)動學(xué)參數(shù)Q。本發(fā)明還涉及一種挖泥船(120)，其包括雷達(dá)源(152)和雷達(dá)探測器(154)、且被配置用于執(zhí)行所述方法。
文檔編號G01S13/06GK102830393SQ20121026953
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者C·德凱澤爾 申請人:Ihc系統(tǒng)私人有限公司