本发明涉及海底隧道工程，特别是一种用于沉管安装的组合式测控系统。
背景技术：
海底隧道作为重要的水域跨域交通基础设施形式，因其对航运的影响小，被普遍认为是跨越航运繁忙水域的第一选择，而在海底隧道建造领域中以沉管隧道最为常见，沉管隧道是以先在岸边深坞分段预制沉管管节，再由拖轮将分段预制的管节浮运至目标安装位置后顺序沉水安装的方式建成。在管节沉放过程中，需自始至终保持对管节位置的定位监测；而在管节长度较长(如管节长度大于80m)时，对管节首端的定位监测数据会在尾端产生较大的误差，因此通常需要同时对管节的首端和尾端进行定位监测以保证对管节整体的监控；但是在管节沉放过程中，管节首端(管节首端需与已安装管节对接安装)及管节尾端(自由端)对定位精度要求不同，由于管节首端需要与已安装管节对接，因此其需要更高的定位精度。不同的定位精度要求给管节安装过程中的定位工作带来了极大的难度。
技术实现要素：
本发明的发明目的在于提供一种既可以为管节首端提供更高精度定位监测，同时又可对管节尾端进行定位监测的的用于沉管安装的组合式测控系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于沉管安装的组合式测控系统，包括，
应答器，所述应答器至少两个，设置在管节首端上表面上；用于响应安装船上送受波器发送的声呐信号，以确定应答器的实时位置；应注意的是，本文中的应答器均指声呐应答装置，送受波器均指收发信息声呐装置。
测量塔，固定设置在管节尾端上表面上，所述测量塔上设置有至少两个rtk测量装置；用于实时定位两个rtk测量装置所在位置。
进一步的，所述测量塔上设置有三个rtk测量装置。
进一步的，所述测量塔上的rtk测量装置之间相距距离大于8m。
进一步的，所述测量塔上还设置有用于全站仪定位的棱镜。
进一步的，所述测量塔为三角形断面铁塔；所述三角形断面铁塔的高度高于水深-管节高度，优选的，所述测量塔的塔顶位置(或按照rtk测量装置的位置)应在管节沉至水底后，高于水面至少6米。
进一步的，所述两个应答器的连线与所述管节的前端面平行，且两个应答器之间的距离大于管节宽度的二分之一。
进一步的，所述两个应答器以管节上表面中轴线为对称线对称设置。
进一步的，所述应答器为三个，三个所述应答器不共线的设置在管节首端上表面上。
进一步的，每个应答器处还设置有高度测量装置。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供的用于沉管安装的组合式测控系统，根据管节沉放过程中首端和尾端对定位精度的不同要求，在首端设置了声呐应答器，同时在尾端设置了测量塔，并在塔上固定安装rtk测量装置；应用时，在管节首端利用设置在已安装管节上的应答声呐设备对待安装管节设置在管节顶面的应答声呐设备进行相对定位；而在尾端应用rtk定位法，采集rtk测量装置的坐标，从而对测量塔上的rtk装置进行绝对定位，进而获得管节尾端的精确位置。通过该系统可精确的获取安装过程中的管节的具体位置，为管节的安装控制提供准确的参考数据。
附图说明
图1是本发明实施例中应答器及测量塔安装位置示意图。
图中标记：11-第一应答器，12-第二应答器，13-第三应答器；2-测量塔，3-管节首端，31-管节前端面，4-管节尾端。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1所示，本实施例提供一种用于沉管安装的组合式测控系统，包括应答器及测量塔；
所述应答器至少两个，设置在管节首端上表面上；用于响应安装船上送受波器发送的声呐信号，以确定应答器的实时位置；本实施例中，所述应答器包括第一应答器、第二应答器、第三应答器等三个应答器；同时，本实施例中，第一应答器与第二应答器的连线与所述管节的前端面平行，且第一应答器与第二应答器之间的距离大于管节宽度的二分之一。优选情况下，第一应答器与第二应答器以管节上表面中轴线为对称线对称设置。
同时，本实施例中的第三应答器与第一应答器的连线垂直于第一应答器与第二应答器的连线；即三个应答器分别位于一直角三角形的三个顶点；每个应答器处还设置有高度测量装置，本实施例中，该高度测量装置是测量水深深度的深度计，其用于实时测量三个应答器的实时高度(或所处水深)，以判断管节的水平度；
所述测量塔固定设置在管节尾端上表面上，所述测量塔上设置有至少两个rtk测量装置；用于实时定位两个rtk测量装置所在位置。
优选情况下，所述测量塔上设置有三个rtk测量装置，其中两个rtk测量装置用于定位，一个rtk测量装置用于备用；而在另外一些情况下，所述rtk测量装置处还设置有用于全站仪定位的棱镜，在rtk测量装置因为各种因素不能使用时，采用全站仪棱镜代替rtk测量装置进行定位。
优选的，所述测量塔上的rtk测量装置均位于同一水平高度，且rtk测量装置之间相距距离大于8m，在一些情形中，测量塔本身的边长不能够满足rtk测量装置相距8m的要求，此时，可以通过在测量塔上设置可伸缩的支架，将rtk侧装置从测量塔塔体伸出，从而使得各rtk测量装置之间满足距离要求。
由于管节应用环境复杂，如在海上进行沉管工作时，经常会遇到大风大浪，因此，测量塔相对于管节的稳定性十分重要，鉴于这种情况下，本实施例优选测量塔为三角形断面铁塔；所述三角形断面铁塔的高度高于水深-管节高度，实际上，所述三角形断面铁塔的高度应满足，沉管沉至水底后，塔尖或安装rtk测量装置的位置高于水面至少6m，这是因为，rtk测量装置只有在高于水面起码6m时，才有更好的定位精度；本实施例选用的三角形断面铁塔为上细下粗结构，在与管节上表面安装位置，所述三角形断面铁塔的截面边长为6.4m～7.2m，优选7m；而在中高段，所述三角形断面铁塔的截面边长为4.5m～5.5m,优选4.8m；同时为了适应不同水深，所述三角形断面铁塔采用分节组装式，其中，与管节上表面直接相连的基座部分高度为4m～5m，优选4.5m；而在中高端，每节铁塔高度为3m～4m,优选4m。可根据管节的沉放地的实际水深设置该三角形断面铁塔的高度。
具体应用时，管节首端的定位依靠位于管节首端上表面的第一应答器、第二应答器等应答器；工作时，位于管节首端上表面的应答器接收安装船上的送受波器发送的声呐信号，该声呐信号中包含指定信息，该指定信息包含但不限于，如标识信息(用于判断该声呐信号是否为发送给自己，而非其他应答器或送受波器)、测量指令等；应答器接收到该声呐信号后会返回响应声呐信号，应答器的响应声呐信号同样包括标识信息、测量指令以及响应测量指令的距离信息等信息中的一种或多种。
第一应答器、第二应答器除了返回自身的位置信息外，还用于和已安装管节上表面上安装的应答器进行互动定位，以判断待安装管节与已安装管节之间的相对位置；如，第一应答器或第二应答器接收到送受波器发送的检测指令后，向位于已安装管节上安装的第四应答器、第五应答器发送探测声呐信号，带第四应答器、第五应答器返回响应信号后，得到自身距离第四应答器、第五应答器的距离，将上述距离信息反馈至送受波器；安装船上的处理器接收到送受波器发送的上述距离信息后，根据待安装管节与已安装管节的实际位置，对待安装管节进行调整，以使得待安装管节与已安装管节能够精准对齐。应注意的是，为了使得测量更加精准，通常第一应答器、第二应答器、第四应答器及第五应答器的安装位置满足以下条件：待安装管节和已安装管节对接完成后，四个应答器分别位于一正方形的四个顶点位置，另外一些具体实施方式中，也可使得位于管节及已安装管节上的四个应答器分别位于一矩形的四个顶点处；当各个应答器满足上述条件时，其测量精度可得到明显提升。
而管节尾端的定位依靠位于测量塔上的rtk测量装置，具体应用时，需在管节沉放附近的岸边或者近岸海面设置gps基准站，基准站与管节沉放点的距离应满足rtk测量的需要；在沉管沉放过程中，从gps基准站处实时对测量塔上的rtk测量装置进行定位，由于rtk测量装置与管节的位置相对固定，在提前标定好各个rtk测量装置与管节尾端各特征点相对位置的前提下，可通过rtk测量装置的实际位置获得管节尾端各特征点的实际位置。应注意的是，为了方便管节的浮运，大多数情况下，测量塔都是在管节浮运到沉放水面后才在水面安装的，此时，漂浮在海面上的管节由于水文气候(如大风、海浪)的影响会不停的晃动，从而造成其各个部位(包括测量塔及测量塔上的rtk装置)的坐标是不停的变换的，这对于rtk装置的标定(标定指：确定rtk测量装置与管节特征点的相对位置)非常不利，具体的，我们可以采用如下方法对rtk装置进行标定：
在管节尾端上表面四个特征点处(包括管节尾端的两个顶点)分别设置一管节rtk测量装置；四个特征点分别位于一矩形或正方形的四个顶点；本申请中的定位点是指能够从整体上反映管节的空间形态的坐标采集位置，特征点一般可以是：如，管节的任意顶点，管节任意面的中轴线的端点及中点，管节中心点等，设置管节rtk测量装置处又可称为管节定位点，采用如下步骤对管节进行标定：
s100：以管节的任意特征点为原点，设定管节坐标系，确定管节各部位在管节坐标系中的位置以及各个管节定位点在管节坐标系中的坐标；通常，本步骤会在干坞或深坞中(即管节浮运前)完成，由于管节rtk测量装置为固定设置在管节定位点，且其相对位置不变，因此一旦在干坞中确定管节定位点位置，则即使在不停晃动的海面上，位于管节定位点的rtk测量装置的定位信息依然可以准备的表达该定位点的位置。应注意的是，一些情况下，除了上述明显的特征点，一些距离这些明显的特征点或距离管节特定边沿特定距离的点也可以作为管节的特征点，如一个距离管节的一个顶点特定距离，且该点到管节的两个边沿的距离相等的点同样可以作为特征点，实际上，我们认为在设定了管节坐标系的前提下，管节上的任意确定了管节坐标系中坐标的点都可以作为特征点。
等待管节到达安装位置水面，或者到达与安装位置水文环境相似的水面位置后，在管节上表面指定位置安装测量塔，并在测量塔上设置测量塔rtk测量装置；测量塔安装完成后采用如下步骤确定测量塔rtk测量装置与管节的相对位置：
s200：采集m分钟各个管节rtk测量装置以及位于测量塔上的rtk测量装置的定位信息；同一时刻的各个管节rtk测量装置及测量塔rtk测量装置的定位信息视为一组定位数据，如，本实施例中，一组定位数据包括同一时刻的四个管节rtk测量装置以及三个位于测量塔上rtk测量装置的共七个定位信息。
一般的，步骤s200中，如果一次采集的时间过短，如，m小于5分钟，则根据获取的定位信息计算得出的各个位于测量塔上rtk测量装置在管节坐标系中坐标误差较大，而如果一次采集的时间过长，如m大于15分钟，又会造成采集的定位信息数据过大，造成计算复杂。因此，本实施例中，我们优选5≤m≤15。
s300：根据每组定位数据，计算各个位于测量塔上rtk测量装置在管节坐标系中的坐标，并根据各组计算出的结果，计算本时段每个位于测量塔上rtk测量装置在管节坐标系中坐标的平均值s。对于每个测量塔rtk测量装置来说，其在管节坐标系中坐标的平均值s由本时段记录的所有组定位数据计算出的坐标累加并除以组数获得。
应注意，应用各组数据计算测量塔rtk测量装置在管节坐标系中的坐标时，如果该组定位数据中，任意一个rtk测量装置的定位信息未锁定，则放弃整组定位数据不用；就本实施例来说，即，七个rtk测量装置(本实施例中，七个rtk测量装置包括四个管节rtk测量装置以及三个测量塔rtk测量装置)的定位信息均锁定的组别数据才会被采用；众所周知，定位信息的锁定是指，该rtk测量装置的定位达到指定精度以内，可根据需要设定改变；本实施例中，六个rtk测量装置的定位信息锁定是指水平方向上定位精度小于1cm时及垂直方向上定位精度小于2cm时。
s400：分别在不同时间段重复步骤s200及步骤s300；并计算不同时段每个测量塔rtk测量装置在管节坐标系中坐标的总平均值
本实施例中，我们选用六个不同时段分别执行步骤s200及步骤s300，以获取在不同时段中各个测量塔rtk测量装置在管节坐标系中坐标的平均值s，以位于测量塔上的rtk测量装置21为例：假设我们在六个不同时间段获取的rtk测量装置21在管节坐标系中坐标的平均值分别是s1、s2、s3、s4、s5、s6；则不同时段rtk测量装置21在管节坐标系中坐标的总平均值
实际应用中，在步骤400中，还包含步骤s401：根据残差检查法比较六个时段中得到的任一测量塔rtk测量装置在管节坐标系中坐标平均值s1、s2、s3、s4、s5、s6的一致性的步骤，任意时段中的任意一个测量塔rtk测量装置在管节坐标系中坐标平均值的残差超限，则放弃该时段的所有数据，如，通过残差检查法发现s1的残差超限，则放弃第一时段获得的所有数据。对于任一测量塔rtk测量装置来说，其
而在一些情形中，如果全部六个时段的数据中，有超过三分之一被放弃时，例如，六个时段中的数据s1、s2、s3的残差均超限，超过了六个时段中的三分之一个时段，则各时段数据中仅剩下s4、s5、s6，此时表示本次标定失败，放弃本次标定获得的所有数据，从新选择时间进行标定。
应注意的是，所述测量塔上设置测量塔rtk测量装置处还设置有用于全站仪定位的棱镜，当某些水文条件或者气候条件下，出现rtk测量装置无法定位时，及时切换至全站仪棱镜实现对该位置的定位，以保证整个标定过程的完整进行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。