绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法及其精确下放定位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法及其铰刀无验潮精确定位系统，利用RTK实时动态控制系统通过陆地RTK实时动态控制系统基站获取船体固定点三维坐标，基于船体结构刚性连接假设，结合相应船体尺寸及角度传感器，实现铰刀的精确三维定位。有益效果：与原有定位系统相比，该发明专利技术优势在于利用RTK实时动态控制系统实现船体固定点实时三维坐标的精确测量，结合相应船体参数实现铰刀精确三维定位。该定位技术彻底摒弃了传统定位方式中船舶吃水及潮位测量对定位产生的误差，大幅提高了铰刀定位精度；上述三维定位计算均通过信息处理系统完成，从而实现无验潮铰刀精确下放定位技术。

【技术实现步骤摘要】
绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法及其精确下放定位系统
本专利技术属于疏浚工程定位技术，尤其涉及一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法及其精确下放定位系统。
技术介绍
疏浚工程分为基建性疏浚和维护性疏浚两大类，以基建性疏浚工程居多，主要工程为开挖港池、航道、岸坡等区域，是开发、维护航道、港口水域的主要手段。由于疏浚工程的施工产品无法直观检验，只能通过水深测图来评定，对绞吸船而言，其超挖、超宽限值相比铰刀尺寸为同一数量级，故其施工质量较难控制。绞吸船开挖港池、航道、泊位及岸坡质量层时，需采取精确的控制技术，对绞刀准确实施三维定位，尽量避免超深、超宽开挖，保证各施工区域施工质量受控。目前，原有绞吸船平面定位采用两台DGPS接收卫星信号，由于两台DGPS相对于船体平面位置固定，因此可通过其平面坐标计算得到铰刀铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标，继而通过铰刀铰刀铰刀桥梁长度及铰刀铰刀桥梁倾角确定铰刀平面坐标。由于DGPS为伪距差分原理，其平面定位精度一般，误差可达1-3m。原有绞吸船高程定位采取整合潮位及吃水的经验方法，即铰刀下放深度由船台高度、桥架长度、铰刀桥梁倾角、潮水水位、船舶吃水实时经验值共同确定。船舶驾驶舱挖泥系统整合以上数值，最终得到铰刀实时三维坐标。由于潮水水位实时变化，且受潮位仪测量精度影响，实时潮位与船舶吃水测量存在明显误差，因此该方法将在一定程度上造成绞刀高程定位出现偏差，其值可超过1m，对施工质量控制产生不利影响。疏浚工程施工时，需严格控制铰刀下放位置，其定位出现误差会造成浅点过多或局部超深现象，浅点需再次动用挖泥船扫浅，严重影响施工工期并导致施工成本增加，若超深过多也会引起成本增加、施工进度滞后、质量不合格等诸多问题。如前所述，原系统受潮位和船舶吃水等影响存在定位误差，如何最大程度减小上述因素的影响是提高挖泥船定位准确度的关键。综上，目前原铰刀定位系统由于使用潮位及船舶吃水值，因而存在较大弊端，鉴于疏浚工程验收标准日益严格，其超深超宽量均有严格界定，铰刀直径与之处于同一数量级，针对上述情况，采取更加精确的方式来严格实施铰刀定位，更好地改进疏浚开挖工艺已经成为疏浚工程的必然趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术的不足，提供一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法及其精确下放定位系统,利用RTK实时动态控制系统实现船体固定点实时三维坐标的精确测量，结合相应船体参数实现铰刀精确三维定位。本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法，其特征是：利用铰刀无验潮精确定位系统，即两组RTK实时动态控制系统通过RTK实时动态控制系统基站获取船体固定点三维坐标，结合相应船体尺寸及角度传感器，实现铰刀的精确三维定位，具体施工步骤如下：一、通过已知控制点在陆地架设RTK动态控制系统基站，在绞吸船龙门吊顶部固接第一组RTK实时动态控制系统移动台，提供该点的平面坐标，在绞吸船驾驶室顶端布设第二组RTK实时动态控制系统移动台，提供该点的三维坐标，在铰刀桥梁尾端平面上安装角度传感器，角度传感器与铰刀桥梁同步转动，提供铰刀桥梁施工时的水平倾角；在绞吸船驾驶室内安装信息处理系统，通过该系统运算对铰刀进行三维定位；二、确定铰刀平面坐标及实时高程(1)向信息处理系统输入以下各项数据：第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台输出的平面坐标；通过实际测量得到的两组RTK实时动态控制系统移动台安装位置相对船体的平面坐标，信息处理系统计算得到铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标；信息处理系统再结合输入的铰刀桥梁长度值以及铰刀桥梁倾角，计算后确定铰刀的平面坐标；(2)向信息处理系统输入以下各项数据：第二组RTK实时动态控制系统移动台测量的高程值及角度传感器的测量倾角；第二组RTK实时动态控制系统移动台的安装位置距离铰刀桥梁转动轴中心的垂直距离以及铰刀桥梁长度，通过信息处理系统计算确定铰刀的实时高程；三、铰刀三维坐标的计算①通过第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台输出的平面坐标，获取铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标(x1，y1)；②通过角度传感器数值获取铰刀桥梁与水平面的夹角θ；③通过铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标、铰刀桥梁长度及铰刀桥梁与水平面的夹角获取铰刀平面坐标(x，y)；④通过第二组RTK实时动态控制系统移动台输出的高程数据，获取驾驶室顶部当前点实时高程H0；⑤通过测量船体参数，获取驾驶室顶部第二组RTK实时动态控制系统移动台安装点距铰刀铰刀桥梁转动轴中心的垂直距离HW，已知铰刀桥梁长度L；根据以下公式计算铰刀高程H3：H3＝H0-Hw-LsinθH3---铰刀高程H0---RTK所在点实时高程Hw---RTK距铰刀铰刀桥梁转动轴中心的垂直距离L---铰刀铰刀桥梁长度θ---桥架与水平面夹角经过信息处理系统计算得到铰刀头相对基准面的实时精确下放深度。所述平面坐标精度为0.03m。所述三维坐标精度为0.03m。所述铰刀铰刀桥梁与水平面的夹角测量范围为0-60°，测量夹角精确到0.005°。一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法，所述铰刀无验潮精确定位系统，包括陆地RTK实时动态控制系统基站、第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台、角度传感器及信息处理系统，所述陆地RTK实时动态控制系统基站通过已知控制点在陆地建立；所述第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台分别提供铰刀三维定位的数据来源，所述第一组RTK实时动态控制系统移动台固接在绞吸船龙门吊顶部，提供该点的平面坐标；所述第二组RTK实时动态控制系统移动台安装在驾驶室顶部，提供该点的三维坐标；所述角度传感器固接在铰刀桥梁尾端平面上，并与铰刀桥梁同步转动，提供铰刀桥梁施工时的水平倾角；所述信息处理系统安装在绞吸船驾驶室内。所述第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台采用实时动态差分式GPS测量装置。有益效果：与原有定位系统相比，该专利技术优势在于利用RTK实时动态控制系统实现船体固定点实时三维坐标的精确测量，结合相应船体参数实现铰刀精确三维定位。该定位技术彻底摒弃了传统定位方式中船舶吃水及潮位测量对定位产生的误差，大幅提高了铰刀定位精度；上述三维定位计算均通过信息处理系统完成，从而实现无验潮铰刀精确下放定位技术。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术系统工作流程结构示意图；图3是无验潮铰刀精确下放定位方法的数学模型。图中：1-陆地RTK实时动态控制系统基站、2-第一组RTK实时动态控制系统移动台、3-第二组RTK实时动态控制系统移动台、4-角度传感器、5-信息处理系统、6-绞吸船、7-钢桩、8-铰刀桥梁、9-铰刀、10-绞吸船驾驶室、11-基准面，12、绞吸船龙门吊。具体实施方式下面结合较佳实施例详细说明本专利技术的具体实施方式。详见附图，与现有技术相比，本专利技术提供了一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法，利用两组RTK实时动态控制系统通过RTK实时动态控制系统基站获取船体固定点三维坐标，结合相应船体尺寸及角度传感器，实现铰刀的精确三维定位，具体施工步骤如下：一、通过已知控制点在陆地架设RTK动态控制系统基站，在绞吸船龙门吊顶部固接第一组RTK实时动态控制系统移动台，提供该点的平面坐标，在绞吸船驾驶室顶端布设第二组RTK实时动态控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法，其特征是：利用铰刀无验潮精确定位系统，即两组RTK实时动态控制系统通过RTK实时动态控制系统基站获取船体固定点三维坐标，结合相应船体尺寸及角度传感器，实现铰刀的精确三维定位，具体施工步骤如下：1)通过已知控制点在陆地架设RTK动态控制系统基站，在绞吸船龙门吊顶部固接第一组RTK实时动态控制系统移动台，提供该点的平面坐标，在绞吸船驾驶室顶端布设第二组RTK实时动态控制系统移动台，提供该点的三维坐标，在铰刀桥梁尾端平面上安装角度传感器，角度传感器与铰刀桥梁同步转动，提供铰刀桥梁施工时的水平倾角；在绞吸船驾驶室内安装信息处理系统，通过该系统运算对铰刀进行三维定位；2)确定铰刀平面坐标及实时高程①向信息处理系统输入以下各项数据：第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台输出的平面坐标；通过实际测量得到的两组RTK实时动态控制系统移动台安装位置相对船体的平面坐标，信息处理系统计算得到铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标；信息处理系统再结合输入的铰刀桥梁长度值以及铰刀桥梁倾角，计算后确定铰刀的平面坐标；②向信息处理系统输入以下各项数据：第二组RTK实时动态控制系统移动台测量的高程值及角度传感器的测量倾角；第二组RTK实时动态控制系统移动台的安装位置距离铰刀桥梁转动轴中心的垂直距离以及铰刀桥梁长度，通过信息处理系统计算确定铰刀的实时高程；3)铰刀三维坐标的计算①通过第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台输出的平面坐标，获取铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标(x1，y1)；②通过角度传感器数值获取铰刀桥梁与水平面的夹角θ；③通过铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标、铰刀桥梁长度及铰刀桥梁与水平面的夹角获取铰刀平面坐标(x，y)；④通过第二组RTK实时动态控制系统移动台输出的高程数据，获取驾驶室顶部当前点实时高程H0；⑤通过测量船体参数，获取驾驶室顶部第二组RTK实时动态控制系统移动台安装点距铰刀铰刀桥梁转动轴中心的垂直距离HW，已知铰刀桥梁长度L；根据以下公式计算铰刀高程H3：H3＝H0‑Hw‑LsinθH3‑‑‑铰刀高程H0‑‑‑RTK所在点实时高程Hw‑‑‑RTK距铰刀铰刀桥梁转动轴中心的垂直距离L‑‑‑铰刀铰刀桥梁长度θ‑‑‑桥架与水平面夹角经过信息处理系统计算得到铰刀头相对基准面的实时精确下放深度。...

【技术特征摘要】
1.一种绞吸式挖泥船铰刀无验潮精确下放方法，其特征是：利用铰刀无验潮精确定位系统，即两组RTK实时动态控制系统通过RTK实时动态控制系统基站获取船体固定点三维坐标，结合相应船体尺寸及角度传感器，实现铰刀的精确三维定位，具体施工步骤如下：一、通过已知控制点在陆地架设RTK动态控制系统基站，在绞吸船龙门吊顶部固接第一组RTK实时动态控制系统移动台，提供该点的平面坐标，在绞吸船驾驶室顶端布设第二组RTK实时动态控制系统移动台，提供该点的三维坐标，在铰刀桥梁尾端平面上安装角度传感器，角度传感器与铰刀桥梁同步转动，提供铰刀桥梁施工时的水平倾角；在绞吸船驾驶室内安装信息处理系统，通过该系统运算对铰刀进行三维定位；二、确定铰刀平面坐标及实时高程(1)向信息处理系统输入以下各项数据：第一组和第二组RTK实时动态控制系统移动台输出的平面坐标；通过实际测量得到的两组RTK实时动态控制系统移动台安装位置相对船体的平面坐标，信息处理系统计算得到铰刀桥梁转动轴中心的平面坐标；信息处理系统再结合输入的铰刀桥梁长度值以及铰刀桥梁倾角，计算后确定铰刀的平面坐标；(2)向信息处理系统输入以下各项数据：第二组RTK实时动态控制系统移动台测量的高程值及角度传感器的测量倾角；第二组RTK实时动态控制系统移动台的安装位置距离铰刀桥梁转动轴中心的垂直距离以及铰刀桥梁长度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆明，张佩良，胡桂香，刘小飞，丁文智，冯玉海，何福渤，刘宝发，张强，王思邈，曹亮，
申请(专利权)人：天津港航工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12