一种大型物品深水测控系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型物品深水系统和测控方法，属于深水测控技术领域。
【背景技术】
[0002]水下沉管隧道与陆地隧道相比，有很多工作是在水下进行的，因此，沉管隧道对测量工作提出了更高的要求。
[0003]截止目前，管段对接中首选测量方法是全站仪和GPS测量方法，该方法代表了目前国内外主流沉放监测技术水平，由于目前GPS和全站仪测量技术已发展成熟，因此系统的稳定性较强，一般不会出现测量错误、测量中断等大的故障。
[0004]在管节沉放对接中，潜水测量是主要辅助方法，即由潜水员对两块块体之间的间隙进行估算从而对沉放结果进行测量。这些方法有一个严重的缺陷，只能用于浅水测量，在这种条件下，GPS和全站仪可以通过测量控制塔传递测量，潜水员也可以较长时间地进行水下工作。但在深水沉管隧道建设中，潜水作业受到很大的限制，而且安全也是一个大问题，GPS等测量方法也因为没有控制塔传递而无法测量。
[0005]现有的一种相对定位测量方法中，其测量的是待沉管节与已沉管节对接端的相对位置，当管节距离较近时，该方法具有较高的定位精度。沉管安装精度直接影响沉管能否正常安装，目前施工单位关于海底沉管安装方法主要有:声呐测控法，测量塔法。声呐法已经在沉管安装过程中顺利运用，为了沉管更加精准的安装，对声呐系统进行系统优化，提高其精度。
[0006]如图1所示，现声呐测控系统由I台应答器TR6发送指令，2台应答器TRl、TR2接受。具体地，每次只能是呼叫一组一组进行声波通讯，例如应答器以TRl-TI^-TRSJRl-TIM-TRSiTI^-TIM-TRS 的顺序依次进行声波通讯 ，每次通讯测量出相应的应答器之间的距离和深度，送受波器将这些数据接收并传至安装船主船上的控制电脑，最后声纳测控系统软件将这些数据整合，根据管节标定得到的各应答器与待安管节的相对位置关系，计算出待安管节的三维姿态和到已安管节的距离，从而指导安装。这种声波通讯方式使得整个声呐测控系统的应答性能低下，计算速度偏慢;另外，测量精度偏低。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是:如何快速精确定位水下大型物品安装。
[0008]为实现上述的发明目的，本发明提供了一种大型物品深水系统和测控方法。
[0009]—方面本发明，提供一种大型物品深水测控系统，包括多个声波测控单元和控制器；
[0010]所述多个声波测控单元至少三个为一组测控单元进行通信测量；
[0011]所述测控单元中的多个声波测控单元分别设置在已安装大型物品和待安装大型物品上；
[0012]所述测控单元至少为两组；
[0013]所述控制器同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；
[0014]根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。
[0015]可选地，还包括近距离偏差测量声波测控单元；
[0016]所述近距离偏差测量声波测控单元固定在已安装大型物品边缘上；
[0017]所述边缘是靠近待安装大型货物的边缘；
[0018]所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。
[0019]可选地，近距离偏差测量声波测控单元设置在距已安装大型货物边缘I?14.2米处。
[0020]另一方面，本发明提供一种大型物品深水测控方法，应用于上述的测控系统，包括如下步骤:
[0021]同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度；
[0022]根据所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系；
[0023]根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。
[0024]可选地，还包括近距离计算待安装大型物品与已安装大型物品安装误差的步骤:
[0025]在已安装大型物品靠近待安装大型货物的边缘设置近距离偏差测量声波测控单元；
[0026]所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。
[0027]可选地，修正水平偏差量是通过以下方式计算得到的:
[0028]H=B-G
[0029]其中，!1表示修正水平偏差值，B表示实际偏差值，G表示计算偏差值。
[0030]可选地，所述计算偏差值是通过以下方式得到的:
[0031]G=(E-F)/2
[0032]其中，G表示计算偏差值，E表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第一声波测控单元的距离，F表示E表示距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的第二声波测控单元的距离。
[0033]本发明提供的大型物品深水系统和测控方法，可以同时测量两组应答器，测量速度提至原来的两倍，增加测量频率，增强系统稳定性，通过在已安装的大型物品上增加声纳应答器提高测量精度。
【附图说明】
[0034]图1是现有技术中定位测量方法声波测控单元安装示意图；
[0035]图2是本发明定位测量方法声波测控单元安装示意图；
[0036]图3是本发明距离计算待安装大型物品与已安装大型物品安装误差示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0038]如图2所示，本发明提供一种大型物品深水测控系统，包括多个声波测控单元和控制器;所述多个声波测控单元至少三个为一组测控单元进行通信测量;所述测控单元中的多个声波测控单元分别设置在已安装大型物品和待安装大型物品上;所述测控单元至少为两组;所述控制器同时接收所述两组测控单元中多个声波测控单元之间的距离和深度计算所述多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系;根据多个声波测控单元与待安装大型物品的相对位置关系计算待安装大型物品的姿态与已安装大型物品的距离，并输出修正方案。
[0039]可以同时测量两组应答器(1、4、5和2、4、5#两组)，测量速度提至原来的两倍，增加测量频率，增强系统稳定性。如图2所示，应答器TRl、应答器TR2、应答器TR3、固定设置在待安装大型物品上，应答器TR4、应答器TR5固定设置在已安装的大型物品上。在本发明中，通过同时测量两组应答器，在在原有单组测量(如1、4、5#)基础将测量速率提至原来两倍，系统稳定性更好。另外，由于计算偏差是取同时测量两组应答器的数据的平均值，因此，精度也有所提升。现有的单组应答器测量模式适合于两个大型物件高差较大且相隔距离较大的情况下，但是精度不能达到Icm以内。而本发明通过新增加的应答器，在两个大型货物件高差不大(在2m左右)，距离也相近(在2m左右)的情况下使用，并且是用于控制轴线方向的偏差，使用三个应答器组成一个近似等腰三角形，进行等腰边的实时测量，进而计算出轴线偏差，精度可以达到I cm ο
[0040]在本发明中，还包括近距离偏差测量声波测控单元(应答器TR6);所述近距离偏差测量声波测控单元固定在已安装大型物品边缘上;所述边缘是靠近待安装大型货物的边缘;所述近距离偏差测量声波测控单元与设置在所述待安装大型货物上的声波测控单元通信获取水平偏差量。距离偏差测量声波测控单元优选设置在距已安装大型货物边缘I至14.2米处。在待安沉管距已沉管节Im处，增加新的应答器(图1中TR6)并使用新的测量模式一一补正模式，可以提高测量精度在Icm以内(原系统在该节段测量精度在3cm左右)。在本发明中，通过新增应答器可以实现更高精度的轴线控制。新增加的应答器，用于在两个大型物件高差不大(在2m左右)，距离也相近(在2m左右)，缩短了测量距离，使用三个应答器组成