本發(fā)明涉及海底隧道工程，特別是一種用于沉管安裝的組合式測(cè)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海底隧道作為重要的水域跨域交通基礎(chǔ)設(shè)施形式，因其對(duì)航運(yùn)的影響小，被普遍認(rèn)為是跨越航運(yùn)繁忙水域的第一選擇，而在海底隧道建造領(lǐng)域中以沉管隧道最為常見(jiàn)，沉管隧道是以先在岸邊深塢分段預(yù)制沉管管節(jié)，再由拖輪將分段預(yù)制的管節(jié)浮運(yùn)至目標(biāo)安裝位置后順序沉水安裝的方式建成。在管節(jié)沉放過(guò)程中，需自始至終保持對(duì)管節(jié)位置的定位監(jiān)測(cè)；而在管節(jié)長(zhǎng)度較長(zhǎng)(如管節(jié)長(zhǎng)度大于80m)時(shí)，對(duì)管節(jié)首端的定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)在尾端產(chǎn)生較大的誤差，因此通常需要同時(shí)對(duì)管節(jié)的首端和尾端進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)以保證對(duì)管節(jié)整體的監(jiān)控；但是在管節(jié)沉放過(guò)程中，管節(jié)首端(管節(jié)首端需與已安裝管節(jié)對(duì)接安裝)及管節(jié)尾端(自由端)對(duì)定位精度要求不同，由于管節(jié)首端需要與已安裝管節(jié)對(duì)接，因此其需要更高的定位精度。不同的定位精度要求給管節(jié)安裝過(guò)程中的定位工作帶來(lái)了極大的難度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種既可以為管節(jié)首端提供更高精度定位監(jiān)測(cè)，同時(shí)又可對(duì)管節(jié)尾端進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)的的用于沉管安裝的組合式測(cè)控系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種用于沉管安裝的組合式測(cè)控系統(tǒng)，包括，
應(yīng)答器，所述應(yīng)答器至少兩個(gè)，設(shè)置在管節(jié)首端上表面上；用于響應(yīng)安裝船上送受波器發(fā)送的聲吶信號(hào)，以確定應(yīng)答器的實(shí)時(shí)位置；應(yīng)注意的是，本文中的應(yīng)答器均指聲吶應(yīng)答裝置，送受波器均指收發(fā)信息聲吶裝置。
測(cè)量塔，固定設(shè)置在管節(jié)尾端上表面上，所述測(cè)量塔上設(shè)置有至少兩個(gè)rtk測(cè)量裝置；用于實(shí)時(shí)定位兩個(gè)rtk測(cè)量裝置所在位置。
進(jìn)一步的，所述測(cè)量塔上設(shè)置有三個(gè)rtk測(cè)量裝置。
進(jìn)一步的，所述測(cè)量塔上的rtk測(cè)量裝置之間相距距離大于8m。
進(jìn)一步的，所述測(cè)量塔上還設(shè)置有用于全站儀定位的棱鏡。
進(jìn)一步的，所述測(cè)量塔為三角形斷面鐵塔；所述三角形斷面鐵塔的高度高于水深-管節(jié)高度，優(yōu)選的，所述測(cè)量塔的塔頂位置(或按照rtk測(cè)量裝置的位置)應(yīng)在管節(jié)沉至水底后，高于水面至少6米。
進(jìn)一步的，所述兩個(gè)應(yīng)答器的連線與所述管節(jié)的前端面平行，且兩個(gè)應(yīng)答器之間的距離大于管節(jié)寬度的二分之一。
進(jìn)一步的，所述兩個(gè)應(yīng)答器以管節(jié)上表面中軸線為對(duì)稱線對(duì)稱設(shè)置。
進(jìn)一步的，所述應(yīng)答器為三個(gè)，三個(gè)所述應(yīng)答器不共線的設(shè)置在管節(jié)首端上表面上。
進(jìn)一步的，每個(gè)應(yīng)答器處還設(shè)置有高度測(cè)量裝置。
綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的用于沉管安裝的組合式測(cè)控系統(tǒng)，根據(jù)管節(jié)沉放過(guò)程中首端和尾端對(duì)定位精度的不同要求，在首端設(shè)置了聲吶應(yīng)答器，同時(shí)在尾端設(shè)置了測(cè)量塔，并在塔上固定安裝rtk測(cè)量裝置；應(yīng)用時(shí)，在管節(jié)首端利用設(shè)置在已安裝管節(jié)上的應(yīng)答聲吶設(shè)備對(duì)待安裝管節(jié)設(shè)置在管節(jié)頂面的應(yīng)答聲吶設(shè)備進(jìn)行相對(duì)定位；而在尾端應(yīng)用rtk定位法，采集rtk測(cè)量裝置的坐標(biāo)，從而對(duì)測(cè)量塔上的rtk裝置進(jìn)行絕對(duì)定位，進(jìn)而獲得管節(jié)尾端的精確位置。通過(guò)該系統(tǒng)可精確的獲取安裝過(guò)程中的管節(jié)的具體位置，為管節(jié)的安裝控制提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)答器及測(cè)量塔安裝位置示意圖。
圖中標(biāo)記：11-第一應(yīng)答器，12-第二應(yīng)答器，13-第三應(yīng)答器；2-測(cè)量塔，3-管節(jié)首端，31-管節(jié)前端面，4-管節(jié)尾端。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1：如圖1所示，本實(shí)施例提供一種用于沉管安裝的組合式測(cè)控系統(tǒng)，包括應(yīng)答器及測(cè)量塔；
所述應(yīng)答器至少兩個(gè)，設(shè)置在管節(jié)首端上表面上；用于響應(yīng)安裝船上送受波器發(fā)送的聲吶信號(hào)，以確定應(yīng)答器的實(shí)時(shí)位置；本實(shí)施例中，所述應(yīng)答器包括第一應(yīng)答器、第二應(yīng)答器、第三應(yīng)答器等三個(gè)應(yīng)答器；同時(shí)，本實(shí)施例中，第一應(yīng)答器與第二應(yīng)答器的連線與所述管節(jié)的前端面平行，且第一應(yīng)答器與第二應(yīng)答器之間的距離大于管節(jié)寬度的二分之一。優(yōu)選情況下，第一應(yīng)答器與第二應(yīng)答器以管節(jié)上表面中軸線為對(duì)稱線對(duì)稱設(shè)置。
同時(shí)，本實(shí)施例中的第三應(yīng)答器與第一應(yīng)答器的連線垂直于第一應(yīng)答器與第二應(yīng)答器的連線；即三個(gè)應(yīng)答器分別位于一直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)；每個(gè)應(yīng)答器處還設(shè)置有高度測(cè)量裝置，本實(shí)施例中，該高度測(cè)量裝置是測(cè)量水深深度的深度計(jì)，其用于實(shí)時(shí)測(cè)量三個(gè)應(yīng)答器的實(shí)時(shí)高度(或所處水深)，以判斷管節(jié)的水平度；
所述測(cè)量塔固定設(shè)置在管節(jié)尾端上表面上，所述測(cè)量塔上設(shè)置有至少兩個(gè)rtk測(cè)量裝置；用于實(shí)時(shí)定位兩個(gè)rtk測(cè)量裝置所在位置。
優(yōu)選情況下，所述測(cè)量塔上設(shè)置有三個(gè)rtk測(cè)量裝置，其中兩個(gè)rtk測(cè)量裝置用于定位，一個(gè)rtk測(cè)量裝置用于備用；而在另外一些情況下，所述rtk測(cè)量裝置處還設(shè)置有用于全站儀定位的棱鏡，在rtk測(cè)量裝置因?yàn)楦鞣N因素不能使用時(shí)，采用全站儀棱鏡代替rtk測(cè)量裝置進(jìn)行定位。
優(yōu)選的，所述測(cè)量塔上的rtk測(cè)量裝置均位于同一水平高度，且rtk測(cè)量裝置之間相距距離大于8m，在一些情形中，測(cè)量塔本身的邊長(zhǎng)不能夠滿足rtk測(cè)量裝置相距8m的要求，此時(shí)，可以通過(guò)在測(cè)量塔上設(shè)置可伸縮的支架，將rtk側(cè)裝置從測(cè)量塔塔體伸出，從而使得各rtk測(cè)量裝置之間滿足距離要求。
由于管節(jié)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，如在海上進(jìn)行沉管工作時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到大風(fēng)大浪，因此，測(cè)量塔相對(duì)于管節(jié)的穩(wěn)定性十分重要，鑒于這種情況下，本實(shí)施例優(yōu)選測(cè)量塔為三角形斷面鐵塔；所述三角形斷面鐵塔的高度高于水深-管節(jié)高度，實(shí)際上，所述三角形斷面鐵塔的高度應(yīng)滿足，沉管沉至水底后，塔尖或安裝rtk測(cè)量裝置的位置高于水面至少6m，這是因?yàn)椋瑀tk測(cè)量裝置只有在高于水面起碼6m時(shí)，才有更好的定位精度；本實(shí)施例選用的三角形斷面鐵塔為上細(xì)下粗結(jié)構(gòu)，在與管節(jié)上表面安裝位置，所述三角形斷面鐵塔的截面邊長(zhǎng)為6.4m～7.2m，優(yōu)選7m；而在中高段，所述三角形斷面鐵塔的截面邊長(zhǎng)為4.5m～5.5m,優(yōu)選4.8m；同時(shí)為了適應(yīng)不同水深，所述三角形斷面鐵塔采用分節(jié)組裝式，其中，與管節(jié)上表面直接相連的基座部分高度為4m～5m，優(yōu)選4.5m；而在中高端，每節(jié)鐵塔高度為3m～4m,優(yōu)選4m。可根據(jù)管節(jié)的沉放地的實(shí)際水深設(shè)置該三角形斷面鐵塔的高度。
具體應(yīng)用時(shí)，管節(jié)首端的定位依靠位于管節(jié)首端上表面的第一應(yīng)答器、第二應(yīng)答器等應(yīng)答器；工作時(shí)，位于管節(jié)首端上表面的應(yīng)答器接收安裝船上的送受波器發(fā)送的聲吶信號(hào)，該聲吶信號(hào)中包含指定信息，該指定信息包含但不限于，如標(biāo)識(shí)信息(用于判斷該聲吶信號(hào)是否為發(fā)送給自己，而非其他應(yīng)答器或送受波器)、測(cè)量指令等；應(yīng)答器接收到該聲吶信號(hào)后會(huì)返回響應(yīng)聲吶信號(hào)，應(yīng)答器的響應(yīng)聲吶信號(hào)同樣包括標(biāo)識(shí)信息、測(cè)量指令以及響應(yīng)測(cè)量指令的距離信息等信息中的一種或多種。
第一應(yīng)答器、第二應(yīng)答器除了返回自身的位置信息外，還用于和已安裝管節(jié)上表面上安裝的應(yīng)答器進(jìn)行互動(dòng)定位，以判斷待安裝管節(jié)與已安裝管節(jié)之間的相對(duì)位置；如，第一應(yīng)答器或第二應(yīng)答器接收到送受波器發(fā)送的檢測(cè)指令后，向位于已安裝管節(jié)上安裝的第四應(yīng)答器、第五應(yīng)答器發(fā)送探測(cè)聲吶信號(hào)，帶第四應(yīng)答器、第五應(yīng)答器返回響應(yīng)信號(hào)后，得到自身距離第四應(yīng)答器、第五應(yīng)答器的距離，將上述距離信息反饋至送受波器；安裝船上的處理器接收到送受波器發(fā)送的上述距離信息后，根據(jù)待安裝管節(jié)與已安裝管節(jié)的實(shí)際位置，對(duì)待安裝管節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以使得待安裝管節(jié)與已安裝管節(jié)能夠精準(zhǔn)對(duì)齊。應(yīng)注意的是，為了使得測(cè)量更加精準(zhǔn)，通常第一應(yīng)答器、第二應(yīng)答器、第四應(yīng)答器及第五應(yīng)答器的安裝位置滿足以下條件：待安裝管節(jié)和已安裝管節(jié)對(duì)接完成后，四個(gè)應(yīng)答器分別位于一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)位置，另外一些具體實(shí)施方式中，也可使得位于管節(jié)及已安裝管節(jié)上的四個(gè)應(yīng)答器分別位于一矩形的四個(gè)頂點(diǎn)處；當(dāng)各個(gè)應(yīng)答器滿足上述條件時(shí)，其測(cè)量精度可得到明顯提升。
而管節(jié)尾端的定位依靠位于測(cè)量塔上的rtk測(cè)量裝置，具體應(yīng)用時(shí)，需在管節(jié)沉放附近的岸邊或者近岸海面設(shè)置gps基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站與管節(jié)沉放點(diǎn)的距離應(yīng)滿足rtk測(cè)量的需要；在沉管沉放過(guò)程中，從gps基準(zhǔn)站處實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)量塔上的rtk測(cè)量裝置進(jìn)行定位，由于rtk測(cè)量裝置與管節(jié)的位置相對(duì)固定，在提前標(biāo)定好各個(gè)rtk測(cè)量裝置與管節(jié)尾端各特征點(diǎn)相對(duì)位置的前提下，可通過(guò)rtk測(cè)量裝置的實(shí)際位置獲得管節(jié)尾端各特征點(diǎn)的實(shí)際位置。應(yīng)注意的是，為了方便管節(jié)的浮運(yùn)，大多數(shù)情況下，測(cè)量塔都是在管節(jié)浮運(yùn)到沉放水面后才在水面安裝的，此時(shí)，漂浮在海面上的管節(jié)由于水文氣候(如大風(fēng)、海浪)的影響會(huì)不停的晃動(dòng)，從而造成其各個(gè)部位(包括測(cè)量塔及測(cè)量塔上的rtk裝置)的坐標(biāo)是不停的變換的，這對(duì)于rtk裝置的標(biāo)定(標(biāo)定指：確定rtk測(cè)量裝置與管節(jié)特征點(diǎn)的相對(duì)位置)非常不利，具體的，我們可以采用如下方法對(duì)rtk裝置進(jìn)行標(biāo)定：
在管節(jié)尾端上表面四個(gè)特征點(diǎn)處(包括管節(jié)尾端的兩個(gè)頂點(diǎn))分別設(shè)置一管節(jié)rtk測(cè)量裝置；四個(gè)特征點(diǎn)分別位于一矩形或正方形的四個(gè)頂點(diǎn)；本申請(qǐng)中的定位點(diǎn)是指能夠從整體上反映管節(jié)的空間形態(tài)的坐標(biāo)采集位置，特征點(diǎn)一般可以是：如，管節(jié)的任意頂點(diǎn)，管節(jié)任意面的中軸線的端點(diǎn)及中點(diǎn)，管節(jié)中心點(diǎn)等，設(shè)置管節(jié)rtk測(cè)量裝置處又可稱為管節(jié)定位點(diǎn)，采用如下步驟對(duì)管節(jié)進(jìn)行標(biāo)定：
s100：以管節(jié)的任意特征點(diǎn)為原點(diǎn)，設(shè)定管節(jié)坐標(biāo)系，確定管節(jié)各部位在管節(jié)坐標(biāo)系中的位置以及各個(gè)管節(jié)定位點(diǎn)在管節(jié)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；通常，本步驟會(huì)在干塢或深塢中(即管節(jié)浮運(yùn)前)完成，由于管節(jié)rtk測(cè)量裝置為固定設(shè)置在管節(jié)定位點(diǎn)，且其相對(duì)位置不變，因此一旦在干塢中確定管節(jié)定位點(diǎn)位置，則即使在不?；蝿?dòng)的海面上，位于管節(jié)定位點(diǎn)的rtk測(cè)量裝置的定位信息依然可以準(zhǔn)備的表達(dá)該定位點(diǎn)的位置。應(yīng)注意的是，一些情況下，除了上述明顯的特征點(diǎn)，一些距離這些明顯的特征點(diǎn)或距離管節(jié)特定邊沿特定距離的點(diǎn)也可以作為管節(jié)的特征點(diǎn)，如一個(gè)距離管節(jié)的一個(gè)頂點(diǎn)特定距離，且該點(diǎn)到管節(jié)的兩個(gè)邊沿的距離相等的點(diǎn)同樣可以作為特征點(diǎn)，實(shí)際上，我們認(rèn)為在設(shè)定了管節(jié)坐標(biāo)系的前提下，管節(jié)上的任意確定了管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的點(diǎn)都可以作為特征點(diǎn)。
等待管節(jié)到達(dá)安裝位置水面，或者到達(dá)與安裝位置水文環(huán)境相似的水面位置后，在管節(jié)上表面指定位置安裝測(cè)量塔，并在測(cè)量塔上設(shè)置測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置；測(cè)量塔安裝完成后采用如下步驟確定測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置與管節(jié)的相對(duì)位置：
s200：采集m分鐘各個(gè)管節(jié)rtk測(cè)量裝置以及位于測(cè)量塔上的rtk測(cè)量裝置的定位信息；同一時(shí)刻的各個(gè)管節(jié)rtk測(cè)量裝置及測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置的定位信息視為一組定位數(shù)據(jù)，如，本實(shí)施例中，一組定位數(shù)據(jù)包括同一時(shí)刻的四個(gè)管節(jié)rtk測(cè)量裝置以及三個(gè)位于測(cè)量塔上rtk測(cè)量裝置的共七個(gè)定位信息。
一般的，步驟s200中，如果一次采集的時(shí)間過(guò)短，如，m小于5分鐘，則根據(jù)獲取的定位信息計(jì)算得出的各個(gè)位于測(cè)量塔上rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)誤差較大，而如果一次采集的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，如m大于15分鐘，又會(huì)造成采集的定位信息數(shù)據(jù)過(guò)大，造成計(jì)算復(fù)雜。因此，本實(shí)施例中，我們優(yōu)選5≤m≤15。
s300：根據(jù)每組定位數(shù)據(jù)，計(jì)算各個(gè)位于測(cè)量塔上rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并根據(jù)各組計(jì)算出的結(jié)果，計(jì)算本時(shí)段每個(gè)位于測(cè)量塔上rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的平均值s。對(duì)于每個(gè)測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置來(lái)說(shuō)，其在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的平均值s由本時(shí)段記錄的所有組定位數(shù)據(jù)計(jì)算出的坐標(biāo)累加并除以組數(shù)獲得。
應(yīng)注意，應(yīng)用各組數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)時(shí)，如果該組定位數(shù)據(jù)中，任意一個(gè)rtk測(cè)量裝置的定位信息未鎖定，則放棄整組定位數(shù)據(jù)不用；就本實(shí)施例來(lái)說(shuō)，即，七個(gè)rtk測(cè)量裝置(本實(shí)施例中，七個(gè)rtk測(cè)量裝置包括四個(gè)管節(jié)rtk測(cè)量裝置以及三個(gè)測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置)的定位信息均鎖定的組別數(shù)據(jù)才會(huì)被采用；眾所周知，定位信息的鎖定是指，該rtk測(cè)量裝置的定位達(dá)到指定精度以內(nèi)，可根據(jù)需要設(shè)定改變；本實(shí)施例中，六個(gè)rtk測(cè)量裝置的定位信息鎖定是指水平方向上定位精度小于1cm時(shí)及垂直方向上定位精度小于2cm時(shí)。
s400：分別在不同時(shí)間段重復(fù)步驟s200及步驟s300；并計(jì)算不同時(shí)段每個(gè)測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的總平均值
本實(shí)施例中，我們選用六個(gè)不同時(shí)段分別執(zhí)行步驟s200及步驟s300，以獲取在不同時(shí)段中各個(gè)測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的平均值s，以位于測(cè)量塔上的rtk測(cè)量裝置21為例：假設(shè)我們?cè)诹鶄€(gè)不同時(shí)間段獲取的rtk測(cè)量裝置21在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的平均值分別是s1、s2、s3、s4、s5、s6；則不同時(shí)段rtk測(cè)量裝置21在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的總平均值
實(shí)際應(yīng)用中，在步驟400中，還包含步驟s401：根據(jù)殘差檢查法比較六個(gè)時(shí)段中得到的任一測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)平均值s1、s2、s3、s4、s5、s6的一致性的步驟，任意時(shí)段中的任意一個(gè)測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置在管節(jié)坐標(biāo)系中坐標(biāo)平均值的殘差超限，則放棄該時(shí)段的所有數(shù)據(jù)，如，通過(guò)殘差檢查法發(fā)現(xiàn)s1的殘差超限，則放棄第一時(shí)段獲得的所有數(shù)據(jù)。對(duì)于任一測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置來(lái)說(shuō)，其
而在一些情形中，如果全部六個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)中，有超過(guò)三分之一被放棄時(shí)，例如，六個(gè)時(shí)段中的數(shù)據(jù)s1、s2、s3的殘差均超限，超過(guò)了六個(gè)時(shí)段中的三分之一個(gè)時(shí)段，則各時(shí)段數(shù)據(jù)中僅剩下s4、s5、s6，此時(shí)表示本次標(biāo)定失敗，放棄本次標(biāo)定獲得的所有數(shù)據(jù)，從新選擇時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定。
應(yīng)注意的是，所述測(cè)量塔上設(shè)置測(cè)量塔rtk測(cè)量裝置處還設(shè)置有用于全站儀定位的棱鏡，當(dāng)某些水文條件或者氣候條件下，出現(xiàn)rtk測(cè)量裝置無(wú)法定位時(shí)，及時(shí)切換至全站儀棱鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)該位置的定位，以保證整個(gè)標(biāo)定過(guò)程的完整進(jìn)行。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。