一種大型物品深水測控系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種大型物品深水系統和測控方法，屬于深水測控技術領域。
【背景技術】
[0002]水下沉管隧道與陸地隧道相比，有很多工作是在水下進行的，因此，沉管隧道對測量工作提出了更高的要求。
[0003]截止目前，管段對接中首選測量方法是全站儀和GPS測量方法，該方法代表了目前國內外主流沉放監測技術水平，由于目前GPS和全站儀測量技術已發展成熟，因此系統的穩定性較強，一般不會出現測量錯誤、測量中斷等大的故障。
[0004]在管節沉放對接中，潛水測量是主要輔助方法，即由潛水員對兩塊塊體之間的間隙進行估算從而對沉放結果進行測量。這些方法有一個嚴重的缺陷，只能用于淺水測量，在這種條件下，GPS和全站儀可以通過測量控制塔傳遞測量，潛水員也可以較長時間地進行水下工作。但在深水沉管隧道建設中，潛水作業受到很大的限制，而且安全也是一個大問題，GPS等測量方法也因為沒有控制塔傳遞而無法測量。
[0005]現有的一種相對定位測量方法中，其測量的是待沉管節與已沉管節對接端的相對位置，當管節距離較近時，該方法具有較高的定位精度。沉管安裝精度直接影響沉管能否正常安裝，目前施工單位關于海底沉管安裝方法主要有:聲吶測控法，測量塔法。聲吶法已經在沉管安裝過程中順利運用，為了沉管更加精準的安裝，對聲吶系統進行系統優化，提高其精度。
[0006]如圖1所示，現聲吶測控系統由I臺應答器TR6發送指令，2臺應答器TRl、TR2接受。具體地，每次只能是呼叫一組一組進行聲波通訊，例如應答器以TRl-TI^-TRSJRl-TIM-TRSiTI^-TIM-TRS 的順序依次進行聲波通訊 ，每次通訊測量出相應的應答器之間的距離和深度，送受波器將這些數據接收并傳至安裝船主船上的控制電腦，最后聲納測控系統軟件將這些數據整合，根據管節標定得到的各應答器與待安管節的相對位置關系，計算出待安管節的三維姿態和到已安管節的距離，從而指導安裝。這種聲波通訊方式使得整個聲吶測控系統的應答性能低下，計算速度偏慢;另外，測量精度偏低。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是:如何快速精確定位水下大型物品安裝。
[0008]為實現上述的發明目的，本發明提供了一種大型物品深水系統和測控方法。
[0009]—方面本發明，提供一種大型物品深水測控系統，包括多個聲波測控單元和控制器；
[0010]所述多個聲波測控單元至少三個為一組測控單元進行通信測量；
[0011]所述測控單元中的多個聲波測控單元分別設置在已安裝大型物品和待安裝大型物品上；
[0012]所述測控單元至少為兩組；
[0013]所述控制器同時接收所述兩組測控單元中多個聲波測控單元之間的距離和深度計算所述多個聲波測控單元與待安裝大型物品的相對位置關系；
[0014]根據多個聲波測控單元與待安裝大型物品的相對位置關系計算待安裝大型物品的姿態與已安裝大型物品的距離，并輸出修正方案。
[0015]可選地，還包括近距離偏差測量聲波測控單元；
[0016]所述近距離偏差測量聲波測控單元固定在已安裝大型物品邊緣上；
[0017]所述邊緣是靠近待安裝大型貨物的邊緣；
[0018]所述近距離偏差測量聲波測控單元與設置在所述待安裝大型貨物上的聲波測控單元通信獲取水平偏差量。
[0019]可選地，近距離偏差測量聲波測控單元設置在距已安裝大型貨物邊緣I?14.2米處。
[0020]另一方面，本發明提供一種大型物品深水測控方法，應用于上述的測控系統，包括如下步驟:
[0021]同時接收所述兩組測控單元中多個聲波測控單元之間的距離和深度；
[0022]根據所述兩組測控單元中多個聲波測控單元之間的距離和深度計算所述多個聲波測控單元與待安裝大型物品的相對位置關系；
[0023]根據多個聲波測控單元與待安裝大型物品的相對位置關系計算待安裝大型物品的姿態與已安裝大型物品的距離，并輸出修正方案。
[0024]可選地，還包括近距離計算待安裝大型物品與已安裝大型物品安裝誤差的步驟:
[0025]在已安裝大型物品靠近待安裝大型貨物的邊緣設置近距離偏差測量聲波測控單元；
[0026]所述近距離偏差測量聲波測控單元與設置在所述待安裝大型貨物上的聲波測控單元通信獲取水平偏差量。
[0027]可選地，修正水平偏差量是通過以下方式計算得到的:
[0028]H=B-G
[0029]其中，!1表示修正水平偏差值，B表示實際偏差值，G表示計算偏差值。
[0030]可選地，所述計算偏差值是通過以下方式得到的:
[0031]G=(E-F)/2
[0032]其中，G表示計算偏差值，E表示距離偏差測量聲波測控單元與設置在所述待安裝大型貨物上的第一聲波測控單元的距離，F表示E表示距離偏差測量聲波測控單元與設置在所述待安裝大型貨物上的第二聲波測控單元的距離。
[0033]本發明提供的大型物品深水系統和測控方法，可以同時測量兩組應答器，測量速度提至原來的兩倍，增加測量頻率，增強系統穩定性，通過在已安裝的大型物品上增加聲納應答器提高測量精度。
【附圖說明】
[0034]圖1是現有技術中定位測量方法聲波測控單元安裝示意圖；
[0035]圖2是本發明定位測量方法聲波測控單元安裝示意圖；
[0036]圖3是本發明距離計算待安裝大型物品與已安裝大型物品安裝誤差示意圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0038]如圖2所示，本發明提供一種大型物品深水測控系統，包括多個聲波測控單元和控制器;所述多個聲波測控單元至少三個為一組測控單元進行通信測量;所述測控單元中的多個聲波測控單元分別設置在已安裝大型物品和待安裝大型物品上;所述測控單元至少為兩組;所述控制器同時接收所述兩組測控單元中多個聲波測控單元之間的距離和深度計算所述多個聲波測控單元與待安裝大型物品的相對位置關系;根據多個聲波測控單元與待安裝大型物品的相對位置關系計算待安裝大型物品的姿態與已安裝大型物品的距離，并輸出修正方案。
[0039]可以同時測量兩組應答器(1、4、5和2、4、5#兩組)，測量速度提至原來的兩倍，增加測量頻率，增強系統穩定性。如圖2所示，應答器TRl、應答器TR2、應答器TR3、固定設置在待安裝大型物品上，應答器TR4、應答器TR5固定設置在已安裝的大型物品上。在本發明中，通過同時測量兩組應答器，在在原有單組測量(如1、4、5#)基礎將測量速率提至原來兩倍，系統穩定性更好。另外，由于計算偏差是取同時測量兩組應答器的數據的平均值，因此，精度也有所提升。現有的單組應答器測量模式適合于兩個大型物件高差較大且相隔距離較大的情況下，但是精度不能達到Icm以內。而本發明通過新增加的應答器，在兩個大型貨物件高差不大(在2m左右)，距離也相近(在2m左右)的情況下使用，并且是用于控制軸線方向的偏差，使用三個應答器組成一個近似等腰三角形，進行等腰邊的實時測量，進而計算出軸線偏差，精度可以達到I cm ο
[0040]在本發明中，還包括近距離偏差測量聲波測控單元(應答器TR6);所述近距離偏差測量聲波測控單元固定在已安裝大型物品邊緣上;所述邊緣是靠近待安裝大型貨物的邊緣;所述近距離偏差測量聲波測控單元與設置在所述待安裝大型貨物上的聲波測控單元通信獲取水平偏差量。距離偏差測量聲波測控單元優選設置在距已安裝大型貨物邊緣I至14.2米處。在待安沉管距已沉管節Im處，增加新的應答器(圖1中TR6)并使用新的測量模式一一補正模式，可以提高測量精度在Icm以內(原系統在該節段測量精度在3cm左右)。在本發明中，通過新增應答器可以實現更高精度的軸線控制。新增加的應答器，用于在兩個大型物件高差不大(在2m左右)，距離也相近(在2m左右)，縮短了測量距離，使用三個應答器組成