一种用于海上浮托安装的导管架坐标捕捉方法与流程

本发明涉及船舶与海洋工程领域，尤其涉及一种用于海上浮托安装的导管架坐标捕捉方法。

背景技术：

浮托安装是一种新兴的海上大型平台上部组块安装方法，具有成本低，作业时间短，起重能力大，适用范围广等特点，但要确保搭载上万吨平台上部组块的拖船安全驶入两侧间隙只有几厘米的导管架中间，安装作业难度大，风险高，一旦发生事故，损失惨重。

为了使浮托安装作业顺利完成，需要对安装作业过程中拖船以及平台上部组块相对于导管架的位置信息进行实时的监控，为现场安装指挥提供实时参考数据及监控画面。这就需要精确捕捉导管架的坐标，实时显示拖船在导管架坐标系中的位置。以往国际测绘公司提供的最先进的浮托安装监测，实际导航定位也只能达到亚米级精度，有时候实际测量的偏差甚至会达到10多米，这是因为高精度的海上定位导航不仅需要先进的gps卫星导航系统，更需要精确可靠的现场测绘技术。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种高精度且快速有效的拖船在导管架坐标系中精确定位的方法。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有捕捉导管架的坐标的不精确不可靠低效率问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于海上浮托安装的导管架坐标捕捉方法，包括以下步骤：

第一步：布置差分gps定位系统运动站于拖船上，用于获取所述拖船在全局坐标系下的位置；布置差分gps定位系统基站于导管架周围生活平台上，用于获取所述基站在全局坐标系下的位置，通过所述运动站和所述基站获得拖船相对于所述基站在全局坐标系(全局坐标系指的是不需要知道原点的世界坐标系，此处全局坐标系下的物体位置指gps定位系统显示的经纬度)下的位置；

第二步：布置全站仪于所述基站位置，用于测量导管架桩腿对接单元与所述基站的相对坐标，通过计算得到所述导管架中心相对于所述基站在全局坐标系下的位置，通过所述拖船相对于所述基站位置与所述导管架中心相对于所述基站位置计算得到所述拖船相对于所述导管架中心在全局坐标系下的的位置；

第三步：以所述导管架中心为原点建立导管架局部坐标系，通过坐标转换得到所述拖船在所述导管架局部坐标系(局部坐标系指确定原点的坐标系，物体相对原点的旋转和平移会改变局部坐标系下的位置信息)下的位置。

进一步地，所述运动站固定在所述拖船的甲板上，并且明确所述运动站在船体坐标系(船体坐标系一般指以船体形心为原点，中轴线线为轴建立的坐标系，可确定船体任意位置的坐标)下的位置。

进一步地，所述差基站固定在所述生活平台上的开阔区域，通过求解所述拖船相对于所述基站的位置消除gps单点定位带来的伪距观测量。

进一步地，所述基站与所述导管架之间无遮蔽，用于确保所述全站仪有条件测量所述导管架的位置。

进一步地，所述全站仪于所述基站在同一位置，在任一坐标参考系下坐标相同。

进一步地，所述全站仪获取信息的精度为厘米级。

进一步地，所述第二步中所述导管架中心相对于所述基站在全局坐标系下的位置是根据所述全站仪测量的关于所述导管架中心对称的四个桩腿对接单元计算而得。

进一步地，所述导管架中心相对于所述基站在全局坐标系下的坐标是在导管架外侧桩腿对接单元没有通道不方便测量的情况下则通过测量内侧的两个桩腿对接单元，再结合预先知道的导管架图纸信息可以计算出所述导管架中心相对于所述基站的位置。

进一步地，所述导管架局部坐标系基于导管架桩腿对接单元顶点所在的平面，以导管架中点为原点所建立，进船方向为x轴负方向，y轴垂直于x轴且在所述平面上，z轴垂直于所述平面朝下，x轴、y轴、z轴符合右手定则。

进一步地，所述差分gps定位系统运动站和基站所获取信息的精度为厘米级。

本发明实现了海上浮托安装拖船与导管架高效快速的测绘方案设计，采用差分gps定位技术，利用全站仪完成导管架坐标的精确测绘，在海上建立导管架局部坐标系，实现了全局坐标与局部坐标的换算，步步为营，环环相扣，成功突破了海上浮托安装多浮体厘米级的定位精度，为海上浮托安装进船作业中拖船相对于导管架的位置提供厘米级精确定位，有效引导进船操作人员安全作业，弥补了相关领域现有技术的空白。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的浮托安装整体结构示意图；

图2是导管架坐标捕捉方法流程图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，布置在拖船3上的差分gps定位系统运动站1可以获得拖船3在全局坐标系下的运动位置，布置在导管架周围固定生活平台4上的差分gps定位系统基站2可以获得基站位置在全局坐标系(全局坐标系指的是不需要知道原点的世界坐标系，此处全局坐标系下的物体位置指gps定位系统显示的经纬度)下的位置，通过差分gps定位系统运动站1和基站2可以获得拖船相对于基站在全局坐标系下的位置信息；布置在基站2位置的全站仪用于测量导管架桩腿对接单元6与基站2在全局坐标系下的相对位置信息，从而得到所述拖船3相对与所述导管架5中心在全局坐标系下的位置信息；以导管架5中心为原点建立导管架局部坐标系(局部坐标系指确定原点的坐标系，物体相对原点的旋转和平移会改变局部坐标系下的位置信息)，通过坐标转换得到拖船在导管架坐标系下的位置信息。

在浮托安装作业中，差分gps定位系统运动站1需固定在拖船3的甲板上，需明确差分gps定位系统运动站1在船体坐标系(船体坐标系一般指以船体形心为原点，中轴线线为轴建立的坐标系，可确定船体任意位置的坐标)下的位置。这样可以根据差分gps定位系统运动站1的位置信息计算整个船体的位置信息。

差分gps定位系统基站2需固定在导管架周围生活平台4的上甲板开阔区域，这样通过求解拖船3相对于基站2的位置可以消除gps单点定位带来的伪距观测量。本发明需确定差分gps定位系统基站2所在位置与导管架5之间无遮蔽，保证差分gps定位系统基站2所在位置布置的全站仪能准确测量导管架5的坐标。

本发明所采用的导管架局部坐标系是基于导管架桩腿对接单元顶点所在的平面，以导管架中点为原点建立的导管架局部坐标系，以进船方向为x轴负方向，z轴朝下，y轴方向满足右手定则。

本发明通过全站仪测量关于导管架中心对称的四个桩腿对接单元相对于基站2的位置信息，从而确定所述导管架坐标系原点相对于基站2的位置信息。在实际情况下，如果导管架外侧桩腿对接单元由于没有通道不方便测量，也可以通过测量内侧的两个桩腿对接单元，再结合预先知道的导管架图纸信息可以解算出导管架中心相对于基站的位置。原则上，基站距离导管架中心距离越短，测量精度越高。

通过坐标转换将拖船3在全局坐标系下的位置转换为导管架局部坐标系下的位置。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。