本发明属于沉管隧道最终接头安装施工技术领域，特别涉及一种用于沉管隧道最终接头安装的姿态监测系统及方法。
背景技术：
目前，在最终接头安装期间，主要是通过最终接头上设置测量塔测控系统中的gps进行定位。但是，由于最终接头安装现场工况复杂，可能出现船舶遮挡gps，降低gps信号的质量，甚至造成gps信号中断，从而使最终接头的定位出现阶段性的异常状况，影响最终接头的安装。
技术实现要素：
本发明的目的在于：解决由于最终接头安装现场工况复杂，采用最终接头上设置测量塔测控系统中的gps进行定位时，可能出现线缆遮挡gps，降低gps信号的质量，甚至造成gps信号中断，进而影响最终接头的安装的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位系统，安装在起重船上，其包括两台全站仪，两台gps定位设备和数据处理终端；其中，
所述gps定位设备设置在所述起重船甲板上设定的安装位置，并将其实时获取的gps信号传输给所述数据处理终端；
所述全站仪安装在所述起重船甲板上，用于测定其安装位置与所述起重船甲板上设定的多个特征点之间的位置关系，以及跟踪测量最终接头上的特征点，并得到最终接头特征点在全站仪坐标系中的坐标数据；
所述数据处理终端，用于解算gps差分信号而得到相应的定位数据，并根据所述gps定位设备的安装位置与所述起重船甲板上设定的各个特征点的位置关系以及所述gps定位设备对应的定位数据，而建立工程坐标系，以及根据所述全站仪的安装位置与所述起重船甲板上设定的各个特征点之间的位置关系，将最终接头特征点的坐标数据转换至所述工程坐标系中，而实现对最终接头的定位。
根据一种具体的实施方式，在本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位系统中，还包括倾斜仪，所述数据处理终端根据所述倾斜仪检测所述起重船甲板的倾斜数据，修正所述工程坐标系与所述全站仪坐标系的转换关系。
根据一种具体的实施方式，在本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位系统中，所述数据处理终端根据所述全站仪的初始姿态数据与所述倾斜仪的初始姿态数据，确定所述全站仪与所述倾斜仪的姿态关系。
基于统一发明构思，本发明还提供一种用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位方法，其包括以下步骤，
s1：在吊装最终接头的起重船甲板上设定至少两个特征点和两台gps定位设备的安装位置，并根据两台gps定位设备的安装位置分别与所述起重船甲板上设定的各个特征点的之间位置关系以及通过gps定位设备而得到的定位数据，而建立工程坐标系；
s2：在吊装最终接头的起重船甲板上设置两台全站仪，并测定两台全站仪的安装位置分别与所述起重船甲板上设定的各个特征点之间的位置关系；
s3：通过两台全站仪跟踪测量最终接头上的特征点，而得到最终接头特征点在全站仪坐标系中的坐标；
s4：根据两台全站仪的安装位置分别与所述起重船甲板上设定的各个特征点之间的位置关系，将最终接头特征点的坐标转换至所述工程坐标系中，而实现对最终接头的定位。
根据一种具体的实施方式，在本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位方法中，通过倾斜仪检测所述起重船甲板的倾斜数据，并根据倾斜仪检测到的倾斜数据，修正所述工程坐标系与所述全站仪坐标系的转换关系。
根据一种具体的实施方式，在本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位方法中，根据所述全站仪的初始姿态数据与所述倾斜仪的初始姿态数据，确定所述全站仪与所述倾斜仪的姿态关系。
根据一种具体的实施方式，在本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位方法中，设定全站仪的设站坐标后，先后对所述起重船甲板上的特征点进行两次观测，并根据两次的观测数据，进行全站仪的设站纠正。
进一步地，通过最小二乘法处理两次的观测数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位系统，包括两台全站仪，两台gps定位设备和数据处理终端；而且，数据处理终端根据gps定位设备的安装位置与起重船甲板上设定的各个特征点的位置关系以及通过gps定位设备得到的定位数据，而建立工程坐标系，同时，数据处理终端根据全站仪的安装位置与起重船甲板上设定的各个特征点之间的位置关系，将最终接头特征点的坐标数据转换至工程坐标系中，而实现对最终接头的定位。由于本发明的定位系统安装在起重船上，远离最终接头的安装现场，且gps定位设备设置在起重船甲板的开阔位置，保证了gps定位设备接收gps信号的质量。因此，本发明能够解决在最终接头安装过程中由于gps信号质量而影响最终接头定位的技术问题。
2、本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位系统还包括倾斜仪，倾斜仪检测起重船甲板的倾斜数据，数据处理终端根据倾斜仪检测的倾斜数据，修正工程坐标系与全站仪坐标系的转换关系，从而提高定位精度。
附图说明：
图1为最终接头的安装示意图。
图中标记：1-起重船，2-最终接头。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
结合图1所示的最终接头的安装示意图；其中，本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位系统包括两台全站仪，两台gps定位设备和数据处理终端。浮态定位系统安装在起重船1上，该起重船1还用于吊装最终接头。
其中，两台gps定位设备分别设置在起重船1甲板上设定的安装位置gps1和gps2，gps定位设备实时地获取gps信号，并将获取的gps信号传输给数据处理终端进行解算，得到安装位置gps1和gps2的定位数据。而且，在起重船1的甲板上选择四个位置作为特征点c1、c2、c3和c4的安装位置，并确定起重船1甲板上特征点c1、c2、c3和c4的安装位置与两台gps定位设备的安装位置gps1和gps2的几何位置关系。
两台全站仪安装在起重船1甲板上，并分别安装在靠近最终接头2的位置t1和t2。在工作前，全站仪需要测定其安装位置分别与特征点c1、c2、c3和c4的安装位置的位置关系。而在工作时，全站仪跟踪测量最终接头2上的特征点clt1和clt2，并得到最终接头2的特征点clt1和clt2在全站仪坐标系中的坐标数据。
在工作前，数据处理终端根据起重船甲板上特征点c1、c2、c3和c4的安装位置与两台gps定位设备的安装位置gps1和gps2的位置关系和安装位置gps1和gps2的定位数据，建立工程坐标系。在工作时，数据处理终端及根据全站仪的安装位置分别与特征点c1、c2、c3和c4的安装位置的位置关系，将最终接头特征点的坐标数据转换至工程坐标系中，而实现对最终接头的定位。
在实施时，本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位系统还包括倾斜仪，并且，数据处理终端根据倾斜仪检测起重船甲板的倾斜数据，修正工程坐标系与全站仪坐标系的转换关系。而且，在工作前，数据处理终端根据全站仪的初始姿态数据与倾斜仪的初始姿态数据，确定全站仪与倾斜仪的姿态关系。
结合图1所示的最终接头安装示意图；本发明沉管隧道最终接头安装的浮态定位方法包括以下步骤，
s1：在吊装最终接头的起重船甲板上设定四个特征点c1、c2、c3和c4的安装位置，以及两台gps定位设备的安装位置，即起重船1甲板上的安装位置gps1和gps2。先通过解算gps定位设备实时地获取gps信号，得到安装位置gps1和gps2的定位数据，然后根据起重船甲板上特征点c1、c2、c3和c4的安装位置与两台gps定位设备的安装位置gps1和gps2的位置关系和安装位置gps1和gps2的定位数据，建立工程坐标系。
s2：在吊装最终接头的起重船甲板上安装两台全站仪，且安装在靠近最终接头2的位置t1和t2。在定位工作开始前，全站仪测定其安装位置t1和t2分别与特征点c1、c2、c3和c4的安装位置的位置关系。
s3：在定位工作开始后，通过两台全站仪分别跟踪测量最终接头上的特征点clt1和clt2，并得到最终接头2的特征点clt1和clt2在全站仪坐标系中的坐标数据。
s4：在定位工作开始后，根据两台全站仪的安装位置分别与特征点c1、c2、c3和c4的安装位置的位置关系，将最终接头特征点clt1和clt2的坐标数据转换至工程坐标系中，而实现对最终接头的定位。
具体的，本发明用于沉管隧道最终接头安装的浮态定位方法还通过倾斜仪检测起重船甲板的倾斜数据，并根据倾斜仪检测到的倾斜数据，修正工程坐标系。而且，在定位工作开始前，还根据全站仪的初始姿态数据与倾斜仪的初始姿态数据，确定全站仪与倾斜仪的姿态关系。
在实施时，在定位工作开始后，全站仪补偿器需要关闭，因此，需要确定全站仪与倾斜仪的姿态关系。所以，设定全站仪的设站坐标后，先后对起重船甲板上的特征点进行两次观测，并根据两次的观测数据，进行全站仪的设站纠正。其中，全站仪的设站纠正过程为：设全站仪的初始方位角为t0；关闭补偿器前的姿态为p0、r0；特征点c1、c2、c3和c4安装位置的工程坐标系坐标分别为(xi,yi,zi)，i＝1～4；全站仪设站位置的工程坐标系坐标为(xt,yt,zt)；全站仪实际测定特征点c1、c2、c3、c4点的工程坐标系坐标分别为(xi,yi,zi)，i＝1～4。根据(xi,yi,zi)，(xi,yi,zi)分别计算平面转换及高程拟合参数。
全站仪设站纠正的参数及计算数学模型为：
上式可进一步表示为：
其中：
di为全站仪设站纠正值。由于e中有6个参数，理论上可以通过2个点就可以进行全站仪设站纠正参数计算，为了保证纠正参数的可靠性，实际进行全站仪设站纠正计算时采用4个点，由此产生冗余观测量，此时，可以采用最小二乘法求解e中的6个参数。