專利名稱：海上拋石夯平定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于港口工程GPS施工定位系統(tǒng)，特別涉及一種海上拋石夯平定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我局新近承接了港珠澳大橋人工島施工工程，在該項(xiàng)目中，有長(zhǎng)達(dá)7400多米的沉管隧道，施工難度居世界前列，采用碎石墊層作為沉管基礎(chǔ)，不僅鋪設(shè)整平總方量巨大，而且施工水深、鋪設(shè)寬度、整平精度等都前所未有。因此，亟需研制一套利用GPS系統(tǒng)的海上拋石夯平施工定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種海上拋石夯平定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用全新的設(shè)計(jì)思路，解決了海上拋石夯平遠(yuǎn)離海岸施工的難題，通過使用工業(yè)級(jí)激光測(cè)距儀加以防水外殼，配合鏡頭遮光罩，防水擋板，解決了激光測(cè)距儀在露天環(huán)境下防水防強(qiáng)反光的問題。使用抗沖擊傾角傳感器，解決了在強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境中角度測(cè)量的問題。使用由霍爾傳感器、銅輪、鋼絲繩組成的位移測(cè)試系統(tǒng)，通過被測(cè)點(diǎn)位移差值，計(jì)算出角度，解決了料筒無法安裝傾角傳感器的問題。使用多通道測(cè)深儀，解決了水下測(cè)量高程的問題。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在港珠澳大橋項(xiàng)目的應(yīng)用，很好的驗(yàn)證了定位精度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)惡略的環(huán)境表現(xiàn)出很高的適應(yīng)性和可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種海上拋石夯平定位系統(tǒng)，其特征在于:是由GPS定位系統(tǒng)、高精度激光測(cè)距儀、霍爾傳感器、傾角傳感器、多通道測(cè)深儀、計(jì)算機(jī)組成的定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在施工船上建立船體設(shè)備坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系下確定GPS定位天線、高精度激光測(cè)距儀安裝參數(shù)；在拋石料車上安裝霍爾傳感器，拋石管壁的下端安裝多通道測(cè)深儀；GPS定位天線測(cè)得WGS84坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求得GPS定位天線點(diǎn)的工程坐標(biāo)；結(jié)合GPS定位天線、傾角傳感器、霍爾傳感器、激光測(cè)距儀等設(shè)備的安裝參數(shù)以及激光測(cè)距儀測(cè)定的拋石料車參數(shù)、夯平錘車參數(shù)，解算出拋石料車料斗中心點(diǎn)的工程坐標(biāo)，通過多通道測(cè)深儀測(cè)試出拋石料管口與拋石平面的距離，即可求出拋石平面的高程；在第一拋石料車、第二拋石料車、夯平錘車上分別安裝激光反射把，確定激光測(cè)距儀在施工船上的安裝位置，在施工過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)移動(dòng)中的拋石料車和夯平錘車；在第一拋石料車和第二拋石料車上分別安裝由霍爾傳感器、銅輪、鋼絲繩組成的位移測(cè)量系統(tǒng)，以矯正拋石料車料斗的傾斜角度；在施工船上安裝傾角傳感器，通過對(duì)船體坐標(biāo)X軸、Y軸傾斜角度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以修正船體坐標(biāo)系下各參考點(diǎn)的傾斜；根據(jù)船體坐標(biāo)系各關(guān)鍵點(diǎn)的平面幾何關(guān)系，以及對(duì)船體坐標(biāo)系下各關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值的傾斜修正，計(jì)算整理出船體坐標(biāo)系與工程坐標(biāo)系的夾角、定位點(diǎn)平面工程坐標(biāo)、船體坐標(biāo)系下各高程參考點(diǎn)的傾斜修正、工程坐標(biāo)系下各高程參考點(diǎn)高程坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，最終準(zhǔn)確定位。
所述計(jì)算機(jī)上位機(jī)由臺(tái)式電腦配合八通道多串口采集卡組成；在計(jì)算機(jī)接口上連接:三個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口、兩個(gè)多通道測(cè)深儀；一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:左GPS定位系統(tǒng)、右GPS定位系統(tǒng)、船體傾角傳感器、拋石定位高精度激光測(cè)距儀、拋石導(dǎo)管傾斜傾角傳感器、拋石高程檢測(cè)系統(tǒng)；另一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:拋石定位高精度激光測(cè)距儀、拋石導(dǎo)管傾斜傾角傳感器、拋石高程檢測(cè)系統(tǒng)；再一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:夯實(shí)定位高精度激光測(cè)距儀、三個(gè)夯實(shí)傾斜檢測(cè)系統(tǒng)，夯實(shí)高程檢測(cè)系統(tǒng)；兩個(gè)多通道測(cè)深儀分別各連接一個(gè)測(cè)探轉(zhuǎn)換箱，每個(gè)測(cè)探轉(zhuǎn)換箱分別連接多個(gè)測(cè)探探頭。所述計(jì)算機(jī)下位機(jī)由工控機(jī)箱、開關(guān)電源、串口轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。所述高精度激光測(cè)距儀為工業(yè)級(jí)別激光測(cè)距儀，其外有防水外殼、鏡頭遮光罩、鏡頭防水擋板、底板有角度可調(diào)裝置。由所述霍爾傳感器和銅輪及鋼絲繩組成位移測(cè)量系統(tǒng)，通過測(cè)試點(diǎn)的高度差推算出料車料管的傾斜角度。由所述多通道測(cè)深儀，測(cè)試出拋石料管口與拋石平面的距離，再根據(jù)已知的參數(shù)推算出拋石面的高程。本發(fā)明特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):海上拋石夯平定位系統(tǒng)是根據(jù)實(shí)際施工的工況、船機(jī)設(shè)備特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)內(nèi)容及定位精度要求，確定系統(tǒng)的組成方案。在滿足使用要求的前提下減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度，以提高可靠性。該系統(tǒng)選用了工業(yè)級(jí)激光測(cè)距儀、抗沖擊傾角傳感器、霍爾傳感器等配合GPS實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)離海岸的拋石夯平定位。定位系統(tǒng)軟件的編制，充分征求了現(xiàn)場(chǎng)施工人員的意見，各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一目了然，操作非常人性化。激光測(cè)距儀的防水機(jī)構(gòu)，通過防水膠圈、防水擋板、防水密封蓋實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)距儀的全方位防護(hù)。抗沖擊傳感器的選擇，充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)強(qiáng)度和精度要求，該傾角傳感器分辨率達(dá)到0.001°，內(nèi)置高精度16bitA/D差分轉(zhuǎn)換器，通過5階濾波濾波算法，最終輸出雙方向的傾角值。接口可選RS485 ;RS232或TTL電平。由于內(nèi)置了 ADI公司的高精度數(shù)字溫感器，所以輸出角度在工作溫度范圍內(nèi)都得到了再次修正，保證產(chǎn)品在低溫與高置環(huán)境下的高重復(fù)性。輸出速度可達(dá)20次/秒，抗沖擊指標(biāo)為:20000g、0.5ms、3次/軸，產(chǎn)品屬于真正工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。多通道測(cè)深儀HY1600是基于Windows操作系統(tǒng)的多通道測(cè)深儀。征集采用高可靠性嵌入式主板，XP操作系統(tǒng)，15英寸大屏幕液晶顯示，具有多種外部數(shù)據(jù)輸入輸出接口，能實(shí)現(xiàn)多通道測(cè)深數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)三維顯示，是大范圍淺水測(cè)深的理想工具。測(cè)深通道具有領(lǐng)號(hào)的可擴(kuò)展性，采用了先進(jìn)的通道控制、圖形顯示、水深判底等先進(jìn)技術(shù)。
圖1是海上拋石夯平定位系統(tǒng)接口2是海上拋石夯平定位系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)的平面幾何關(guān)系圖3-12是計(jì)算機(jī)定位界面圖
具體實(shí)施例方式如圖1所示的海上拋石夯平定位系統(tǒng):所述計(jì)算機(jī)上位機(jī)由臺(tái)式電腦配合八通道多串口采集卡組成；在計(jì)算機(jī)接口上連接:三個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口、兩個(gè)多通道測(cè)深儀；一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:左GPS定位系統(tǒng)、右GPS定位系統(tǒng)、船體傾角傳感器、拋石定位高精度激光測(cè)距儀、拋石導(dǎo)管傾斜傾角傳感器、拋石高程檢測(cè)系統(tǒng)；另一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:拋石定位高精度激光測(cè)距儀、拋石導(dǎo)管傾斜傾角傳感器、拋石高程檢測(cè)系統(tǒng)；再一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:夯實(shí)定位高精度激光測(cè)距儀、三個(gè)夯實(shí)傾斜檢測(cè)系統(tǒng)，夯實(shí)高程檢測(cè)系統(tǒng)；兩個(gè)多通道測(cè)深儀分別各連接一個(gè)測(cè)探轉(zhuǎn)換箱，每個(gè)測(cè)探轉(zhuǎn)換箱分別連接多個(gè)測(cè)探探頭。如圖2所示海上拋石夯平定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)涉及施工船、第一拋石料車、第二拋石料車、夯平錘車。在施工船上建立船體設(shè)備坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系下確定GPS定位天線、激光測(cè)距儀和傾角傳感器的安裝位置。定位船上有專門為定位系統(tǒng)準(zhǔn)備的控制室，在控制室里安置有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)(由臺(tái)式機(jī)和多串口卡組成，負(fù)責(zé)測(cè)控軟件的運(yùn)行、顯示，各種設(shè)備的串口的調(diào)配)、下位機(jī)(由工控機(jī)箱，串口轉(zhuǎn)換電路和開關(guān)電源組成)、傾角傳感器(負(fù)責(zé)監(jiān)控施工船雙軸向的傾斜角度)、在線式不間斷電源(UPS電源，定位船上的供電是發(fā)電機(jī)供電，有時(shí)需要切換發(fā)電機(jī)，換電的過程中會(huì)有短暫的無供電狀態(tài)，為保證監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及停電后重要數(shù)據(jù)的備份安全，必須配備UPS電源，UPS電源還能有效避免因停電、壓降、持續(xù)欠壓、持續(xù)過壓、線噪、頻率漂移、開關(guān)瞬態(tài)、諧波等各種電力問題)。在料斗上安裝多通道測(cè)設(shè)儀(負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)料斗口與拋石層之間的距離)、在拋石料車上安裝由霍爾傳感器和銅輪、鋼絲繩組成的位移傳感器(通過對(duì)被測(cè)點(diǎn)位移的變化轉(zhuǎn)換為角度以監(jiān)測(cè)料斗的傾斜情況)、在船體上安裝工業(yè)級(jí)激光測(cè)距儀(負(fù)責(zé)監(jiān)控拋石料車和夯平車的位移距離)。海上拋石夯平定位系統(tǒng)計(jì)算公式:一.各關(guān)鍵點(diǎn)的平面幾何關(guān)系如圖2所示二.船體坐標(biāo)系與工程坐標(biāo)系的夾角SAd已知左定位天線GPSp右定位天線GPSk的工程坐標(biāo)(X，Y，Z)
權(quán)利要求
1.一種海上拋石夯平定位系統(tǒng)，其特征在于:是由GPS定位系統(tǒng)、高精度激光測(cè)距儀、霍爾傳感器、傾角傳感器、多通道測(cè)深儀、計(jì)算機(jī)組成的定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在施工船上建立船體設(shè)備坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系下確定GPS定位天線、高精度激光測(cè)距儀安裝參數(shù)；在拋石料車上安裝霍爾傳感器，拋石管壁的下端安裝多通道測(cè)深儀； GPS定位天線測(cè)得WGS84坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求得GPS定位天線點(diǎn)的工程坐標(biāo)；結(jié)合GPS定位天線、傾角傳感器、霍爾傳感器、激光測(cè)距儀等設(shè)備的安裝參數(shù)以及激光測(cè)距儀測(cè)定的拋石料車參數(shù)、夯平錘車參數(shù)，解算出拋石料車料斗中心點(diǎn)的工程坐標(biāo)，通過多通道測(cè)深儀測(cè)試出拋石料管口與拋石平面的距離，即可求出拋石平面的高程； 在第一拋石料車、第二拋石料車、夯平錘車上分別安裝激光反射把，確定激光測(cè)距儀在施工船上的安裝位置，在施工過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)移動(dòng)中的拋石料車和夯平錘車； 在第一拋石料車和第二拋石料車上分別安裝由霍爾傳感器、銅輪、鋼絲繩組成的位移測(cè)量系統(tǒng)，以矯正拋石料車料斗的傾斜角度； 在施工船上安裝傾角傳感器，通過對(duì)船體坐標(biāo)X軸、Y軸傾斜角度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以修正船體坐標(biāo)系下各參考點(diǎn)的傾斜； 根據(jù)船體坐標(biāo)系各關(guān)鍵點(diǎn)的平面幾何關(guān)系，以及對(duì)船體坐標(biāo)系下各關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值的傾斜修正，計(jì)算整理出船體坐標(biāo)系與工程坐標(biāo)系的夾角、定位點(diǎn)平面工程坐標(biāo)、船體坐標(biāo)系下各高程參考點(diǎn)的傾斜修正、工程坐標(biāo)系下各高程參考點(diǎn)高程坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，最終準(zhǔn)確定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的海上拋石夯平定位系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)上位機(jī)由臺(tái)式電腦配合八通道多串口采集卡組成；在計(jì)算機(jī)接口上連接:三個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口、兩個(gè)多通道測(cè)深儀；一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:左GPS定位系統(tǒng)、右GPS定位系統(tǒng)、船體傾角傳感器、拋石定位高精度激光測(cè)距儀、拋石導(dǎo)管傾斜傾角傳感器、拋石高程檢測(cè)系統(tǒng)；另一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:拋石定位高精度激光測(cè)距儀、拋石導(dǎo)管傾斜傾角傳感器、拋石高程檢測(cè)系統(tǒng)；再一個(gè)供電及轉(zhuǎn)換接口分別連接:夯實(shí)定位高精度激光測(cè)距儀、三個(gè)夯實(shí)傾斜檢測(cè)系統(tǒng)，夯實(shí)高程檢測(cè)系統(tǒng)；兩個(gè)多通道測(cè)深儀分別各連接一個(gè)測(cè)探轉(zhuǎn)換箱，每個(gè)測(cè)探轉(zhuǎn)換箱分別連接多個(gè)測(cè)探探頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的海上拋石夯平定位系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)下位機(jī)由工控機(jī)箱、開關(guān)電源、串口轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的海上拋石夯平定位系統(tǒng)，其特征在于:所述高精度激光測(cè)距儀為工業(yè)級(jí)別激光測(cè)距儀，其外有防水外殼、鏡頭遮光罩、鏡頭防水擋板、底板有角度可調(diào)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的海上拋石夯平定位系統(tǒng)，其特征在于:由所述霍爾傳感器和銅輪及鋼絲繩組成位移測(cè)量系統(tǒng)，通過測(cè)試點(diǎn)的高度差推算出料車料管的傾斜角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的海上拋石夯平定位系統(tǒng)，其特征在于:由所述多通道測(cè)深儀，測(cè)試出拋石料管口與拋石平面的距離，再根據(jù)已知的參數(shù)推算出拋石面的高程。
全文摘要
一種海上拋石夯平定位系統(tǒng)，是由GPS定位系統(tǒng)、高精度激光測(cè)距儀、霍爾傳感器、傾角傳感器、多通道測(cè)深儀、計(jì)算機(jī)組成的定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在施工船上建立船體設(shè)備坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系下確定GPS定位天線、高精度激光測(cè)距儀安裝參數(shù)；在拋石料車上安裝霍爾傳感器，拋石管壁的下端安裝多通道測(cè)深儀；根據(jù)船體坐標(biāo)系各關(guān)鍵點(diǎn)的平面幾何關(guān)系，以及對(duì)船體坐標(biāo)系下各關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值的傾斜修正，計(jì)算整理出船體坐標(biāo)系與工程坐標(biāo)系的夾角、定位點(diǎn)平面工程坐標(biāo)、船體坐標(biāo)系下各高程參考點(diǎn)的傾斜修正、工程坐標(biāo)系下各高程參考點(diǎn)高程坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，最終準(zhǔn)確定位。在滿足使用要求的前提下減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度，以提高可靠性。
文檔編號(hào)G01C9/00GK103105158SQ20131002208
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者劉馨, 邵蔚, 郭科, 李明 申請(qǐng)人:中交天津港灣工程研究院有限公司, 中交第一航務(wù)工程局有限公司, 天津港灣工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司