[發明專利]海上鋼圓筒施工定位系統

有效

• 申請號: 201310022325.5
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103134482A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 邵蔚;劉馨;郭科;李明;黃泰
• 申請（專利權）人: 中交天津港灣工程研究院有限公司;中交第一航務工程局有限公司;天津港灣工程質量檢測中心有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01C9/00;G01C5/00;G01C1/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王融生

技術領域

本發明屬于港口工程GPS施工定位系統，特別涉及一種海上鋼圓筒施工定位系統。

背景技術

我局新近承接了港珠澳大橋人工島施工工程，在該項目中，須在海中振沉約150個直徑22米的鋼圓筒。施工中要實時監測鋼圓筒的中心坐標、傾斜角、筒口高程等參數。該圓筒外側設有四條縱向鎖口，其鎖口的空間方位角亦應予以監測。

數年前，我局在長江口、番禺等地進行過海上鋼圓筒施打工程，但均為近岸施工，采用經緯儀交匯或全站儀等方法確定其平面坐標，而此次港澳大橋人工島施工工程距離岸邊較遠，上述定位方法已無法滿足要求。因此，亟需研制一套利用GPS系統的海上鋼圓筒施工定位系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種海上鋼圓筒施工定位系統，該系統采用全新的設計思路，解決了海上鋼圓筒遠離海岸施工的難題，通過使用具備自動跟蹤功能的全站儀替代了經緯儀交匯的定位監測方法，使用無線數傳電臺解決了施工船與定位船之間的數據傳輸問題，使用超聲波液位計解決了鋼圓筒傾斜角度的測量。該監測系統在港珠澳大橋項目的應用，很好的驗證了定位精度，對現場惡略的環境表現出很高的適應性和可靠性。

本發明的技術方案是：

一種海上鋼圓筒施工定位系統，其特征在于：在施工的鋼圓筒上方的振動梁外側的四周設置四組高精度超聲波液位計和反射棱鏡，四組高精度超聲波液位計和反射棱鏡均布在振動梁外側的圓周上，四個高精度超聲波液位計連接在液位數據無線發射裝置上；在施工的鋼圓筒附件的定位船上設置GPS定位天線系統、自動跟蹤全站儀和液位數據無線接收裝置、臺式計算機、上位機和下位機；

由GPS定位天線、自動跟蹤全站儀、高精度超聲波液位計、無線數傳電臺、臺式計算機組成的定位監測系統，該定位監測系統在定位船上建立船體設備坐標系，在此坐標系下確定GPS定位天線、自動跟蹤全站儀的安裝參數；在振動梁外側按90度角安裝的四個反射棱鏡是360度反射棱鏡，各棱鏡中心至鋼圓筒中心的距離相；

GPS定位天線測得WGS84坐標，根據坐標轉換參數求得GPS定位天線點的工程坐標；結合GPS定位天線、全站儀設備的安裝參數以及全站儀測定的振動梁上反射棱鏡的天頂角、水平角、斜距參數，解算出鋼圓筒中心點的工程坐標；

當反射棱鏡與鋼圓筒上沿口的垂直距離已知，即可求出鋼圓筒上沿口的高程；

振動梁設有鋼圓筒鎖口定位槽，在鋼圓筒吊裝時將基準鎖口插入槽內；當振動梁與鋼圓筒夾緊后，即可通過解算振動梁方位角得出鋼圓筒基準鎖口方位；

預定的鋼圓筒平面中心坐標、基準鎖口方位角和其余鎖口的相對轉角參數可在定位參數文件中預置；

振動梁安裝的四個高精度超聲波液位計的液位筒，液位筒底部聯通，利用液位傳感器監測液位變化；通過無線數據傳輸電臺，將液位數據傳輸至定位船上，由微機根據液位差及液位測點的幾何安裝參數，計算出鋼圓筒傾角值；

根據船體與鋼圓筒各關鍵點的平面幾何關系，以及對船體坐標系下各關鍵點坐標值的傾斜修正，計算整理出反射鏡船體坐標系、船體坐標系與工程坐標系的夾角、反射鏡工程坐標、圓筒定位中心點的平面工程坐標、基準鎖口方位角、圓筒上沿口高程數據，最終準確定位。

所述上位機由臺式計算機配合8通道多串口采集卡組成上位機。

所述下位機由工控機箱、開關電源、電瓶、12V轉24V升壓可調電源模塊、無線數傳電臺、串口轉換電路、通道選擇電路、譯碼電路、8通道4-20mA信號采集模塊組成；開關電源提供系統所需的5V供電，電瓶配合12V轉24V升壓可調電源模塊提供系統所需的24V供電；無線數傳電臺可選8個通道，以避免現場干擾，無線傳輸距離在通視條件下可靠傳輸距離為1000米，通道選擇電路由12位二進制計數器實現，譯碼電路由具備快速進位的4位二進制全加法器實現；串口采用RS-232標準；8通道4-20mA信號采集模塊實現傳感器和主機之間的信號采集，用以檢測超聲波液位計的模擬信號，經A/D轉換電路和RS-232串口進行通信。

高精度超聲波液位計的液位筒與發射棱鏡為一體裝在減震機構上；減震機構包括：安裝棱鏡的可在垂直的兩個方向做調節的十字支架、安裝高精度超聲波液位計的防撞保護支架、上避震、下避震、連接上下避震之間的兩個法蘭盤的加強筋；液位筒上有溢油泄壓閥、空氣連通孔、液位標識導管、油路三通接頭、桶內油路變徑環，四個液位筒裝在四個高度可調的安裝支架上；整個減震機構裝有兩種減震裝置：減震彈簧和減震橡膠。