本發(fā)明專利技術(shù)公開一種大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置，屬于水下工程領(lǐng)域。具體來說該裝置采用短基線聲學(xué)定位原理，通過測量3至4個固定在水下吊裝結(jié)構(gòu)物定點上的聲信標(biāo)所發(fā)射信號到定位基陣4個接收點的時延來計算水下聲信標(biāo)到接收點的距離，通過圓周交匯法實現(xiàn)對水下信標(biāo)的定位，通過3至4個信標(biāo)的位置可以測量出水下結(jié)構(gòu)物相對于定位基陣的位置和姿態(tài)，再通過RTK對定位基陣進(jìn)行測量從而得到水下結(jié)構(gòu)物在大地坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)，從而有效指導(dǎo)水下施工。該裝置可有效的解決當(dāng)前普遍采用測量塔方式的水下測量方式的各種弊端，在提高工程質(zhì)量的同時，可以有效的縮短施工時間，擴(kuò)大施工范圍。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及的是水下工程領(lǐng)域，更確切地說，涉及一種大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置，適用水下吊裝物的精確定位、海底管線輔設(shè)測量控制及故障檢測定位、水下工程的精密測量控制與工程結(jié)構(gòu)實地放樣、水下探測設(shè)備各種輔線實時校準(zhǔn)、沿岸工程(港口、潮汐電站等)建設(shè)的水下測量控制等領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
水下施工過程中經(jīng)常遇到大型結(jié)構(gòu)物的水下安裝操作，例如水下沉管施工、大型結(jié)構(gòu)物水下安裝等，為了保證工程質(zhì)量，這些施工過程都需要對水下結(jié)構(gòu)物進(jìn)行精確定位。傳統(tǒng)的水下測量方法主要是基于測量塔的方式，使用GPS或全站儀進(jìn)行測量。GPS天線或全站儀反光棱鏡安裝于測量塔頂部，通過將水下測量點引出水面來進(jìn)行測量。 然而，傳統(tǒng)的水下測量方法存在著如下的一些嚴(yán)重弊端(I)測量塔安裝、拆卸過程復(fù)雜，拆卸過程還需要有潛水員進(jìn)行水下作業(yè)，增加了施工安全性的風(fēng)險。(2)由于測量塔的高度限制，使得施工水域水深不能過深，不能實現(xiàn)大深度施工。(3)由于測量塔的影響，整個沉放過程中物件收水流影響增大，使得吊裝的難度增大。(4)測量過程中測量數(shù)據(jù)難以做到自動實時記錄，測量頻率較低，且精度不高。為了解決現(xiàn)有測量方式所遇到的各類問題，需要一種適合工程應(yīng)用的高精度水下大型吊裝物位置、姿態(tài)測量裝置，綜合考慮水下環(huán)境和現(xiàn)有技術(shù)，水聲定位技術(shù)最適合應(yīng)用于水下吊裝物位置、姿態(tài)測量水聲定位技術(shù)中按照接收機(jī)聲納基陣的尺度或者應(yīng)答器基陣間的基線長度來分類，水聲定位技術(shù)主要分為長基線定位、短基線定位和超短基線定位三種，長基線水聲定位系統(tǒng)的基陣長度在幾公里到幾十公里的量級，利用測量水下目標(biāo)聲源到各個基點間的距離確定目標(biāo)的位置；短基線水聲定位系統(tǒng)的基陣長度一般在幾米到幾十米的量級，利用目標(biāo)發(fā)出的信號到達(dá)接收陣各個基點的時間差，解算目標(biāo)的方位和距離；超短基線定位系統(tǒng)的基陣長度一般在幾厘米到幾十厘米的量級，它與前兩種不同，利用各個基元接收信號間的相位差來解算目標(biāo)的方位和距離。三種定位技術(shù)相比較而言，長基線定位系統(tǒng)的主要優(yōu)點為對于大面積的測試區(qū)域，可以得到非常高的相對定位精度，然而長基線定位系統(tǒng)自身也存在海面或海底聲基陣的布放及回收耗時很大；聲基陣的數(shù)量龐大，費用十分昂貴；系統(tǒng)過于復(fù)雜，操作起來異常繁瑣等一系列缺點。超短基線定位系統(tǒng)的優(yōu)點在于接收換能器尺寸小，安裝方便；集成系統(tǒng)低價、操作簡便容易。超短基線的缺點在于安裝系統(tǒng)后，需要對系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)，這一點在實際中是很難做到的；在對目標(biāo)進(jìn)行絕對精度測量時，對外圍設(shè)備(姿態(tài)傳感器和深度傳感器)精度的依賴性很大，同時超短基線定位系統(tǒng)也是三類系統(tǒng)中定位精度最差的一種。短基線定位系統(tǒng)除了具有超短基線的集成系統(tǒng)低價、操作簡便容易的優(yōu)點外，還包括基于測時的高精度距離測量，從而實現(xiàn)高精度定位的優(yōu)點；換能器體積相對較小，安裝簡單，同時對安裝精度要求要遠(yuǎn)低于超短基線定位系統(tǒng)，因此也最適合應(yīng)用于水下施工領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于此，本專利技術(shù)公開了一種大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置，該裝置由安裝于待測水下結(jié)構(gòu)物(101)上的水下聲信標(biāo)(102、103、104、105)、安裝于吊裝船(114)上的聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)、RTK定位與無線數(shù)傳單元(110、111、112、113)、水下聲信標(biāo)釋放遙控裝置(115)以及主控計算機(jī)(117)和設(shè)置于近岸RTK基準(zhǔn)站(118)組成。本專利技術(shù)所公開的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置其水下聲信標(biāo)(102、103、104、105)由依次相連的充電與系統(tǒng)配置接口模塊(201)、電池(209)、微控制器(202)、 邏輯控制器(203)、發(fā)射驅(qū)動電路(204)、功率放大電路(205)、收發(fā)合置電聲換能器(206)、接收信號調(diào)理電路(207)、數(shù)據(jù)采集電路(208)，以及直接與微控制器相連的水壓力測量單元(210)、聲速測量單元(211)、信標(biāo)釋放單元(212)組成，所有組件放置于一個密封艙(213)中且密封艙由浮力材料包裹使整個密封艙呈現(xiàn)正浮力。本專利技術(shù)所公開的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置其安裝于吊裝船(114)底部的聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)由依次相連的電聲換能器(301)、接收信號調(diào)理電路(302)、數(shù)據(jù)采集電路(303)、聲學(xué)測距邏輯單元(304)、微控制器(305)、水上接口電路(306)組成。本專利技術(shù)所公開的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置其安裝于吊裝船(114)上的RTK定位與無線數(shù)傳單元(110、111、112、113)由依次相連的水下接口電路(401)、微控制器(402)、WIFI模塊(404)、WIFI天線(406)以及RTK定位模塊(404)和GPS天線(405)組成。本專利技術(shù)所公開的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置其聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)與 RTK 定位與無線數(shù)傳單元(110、111、112、113)中的 GPS 天線(405)采用剛性連接，以便利用RTK對聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)進(jìn)行精確定位；聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)與RTK定位與無線數(shù)傳單元(110、111、112、113)通過各自的接口電路相連，其中包括用于傳輸數(shù)據(jù)的串行接口和用于進(jìn)行時間同步的秒脈沖信號。本專利技術(shù)所公開的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置其工作方式為同步工作模式，水下聲信標(biāo)下水前通過GPS進(jìn)行同步，下水后水下聲信標(biāo)定時發(fā)射聲信號，安裝于吊裝船特定位置的聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)接收聲信號同時測量傳播時間，并利用RTK定位與無線數(shù)傳單元(110、111、112、113)將測量結(jié)果通過WIFI發(fā)送給主控計算機(jī)(117)，主控計算機(jī)(117)通過下述方法解算出聲信標(biāo)的位置。本專利技術(shù)所公開的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置，其解算方法為，假設(shè)四個聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)的坐標(biāo)分別是(X1, y1； Z1)、(x2, y2, z2)、(x3, y3,z3)、(x4, y4, z4),聲信標(biāo)在水下的位置坐標(biāo)(x, y, z),根據(jù)同步工作方式每個聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)都可測得信標(biāo)到每個水聽器的時延分別為τ ” τ 2、τ 3、τ 4。由此可以確定定位方程如下權(quán)利要求1.一種大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置，其特征在于該裝置由安裝于待測水下結(jié)構(gòu)物(101)上的水下聲信標(biāo)(102、103、104、105)、安裝于吊裝船(114)上的聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)、RTK定位與無線數(shù)傳單元(110、111、112、113)、水下聲信標(biāo)釋放遙控裝置(115)以及主控計算機(jī)(117)和設(shè)置于近岸RTK基準(zhǔn)站(118)組成。2.如權(quán)利要求I所述的大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置，其特征在于水下聲信標(biāo)(102、103、104、105)由依次相連的充電與系統(tǒng)配置接口模塊(201)、電池(209)、微控制器(202)、邏輯控制器(203)、發(fā)射驅(qū)動電路(204)、功率放大電路(205)、收發(fā)合置電聲換能器(206)、接收信號調(diào)理電路(207)、數(shù)據(jù)采集電路(208)，以及直接與微控制器相連的水壓力測本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種大型水下吊裝結(jié)構(gòu)物位置姿態(tài)實時測量裝置，其特征在于該裝置由安裝于待測水下結(jié)構(gòu)物(101)上的水下聲信標(biāo)(102、103、104、105)、安裝于吊裝船(114)上的聲學(xué)定位接收器(106、107、108、109)、RTK定位與無線數(shù)傳單元(110、111、112、113)、水下聲信標(biāo)釋放遙控裝置(115)以及主控計算機(jī)(117)和設(shè)置于近岸RTK基準(zhǔn)站(118)組成。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：么彬，梁小龍，曲海峰，李春笛，
申請(專利權(quán))人：北京引創(chuàng)科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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