一种水下整平架定位系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种水下整平架定位系统，包括位于水下的整平架，还包括测量船、定位信标系统、基阵信标系统和基阵信标校准系统；定位信标系统包括若干个设置在整平架上的定位信标；基阵信标系统包括若干个设置在整平区域四周的基阵信标；基阵信标校准系统，包括用于定位的GPS，用于测量测量船艏向的罗经，用于测量测量船运动姿态的姿态传感器，以及用于测量与基阵信标和定位信标之间距离的声学收发器，GPS、罗经、姿态传感器和声学收发器均固定在测量船上；测量船在基阵信标校准时位于基阵信标上方，测量船在整平架定位时位于整平架上方。本实用新型专利技术实现整平架在水下绝对定位和高精度相对定位，提高了整平作业效率。

A Positioning System for Underwater Leveling Frame

【技术实现步骤摘要】
一种水下整平架定位系统
本技术涉及一种整平架定位系统，特别涉及一种水下整平架定位系统。
技术介绍
目前，国内越来越多的跨河、跨海通道都采用沉管法修建，其突出优点是埋深浅、截面大，较短的路隧过渡段就可承担大流量的交通，是城市中心区域最适宜的跨河、跨海通道。基础整平是沉管法修建隧道中至关重要的一个工序，通常采用具有升降支腿的大型平台式整平船进行整平作业，其定位均采用两个以上的GPS。但这种平台式整平船造价高昂，操作复杂，制作周期长，一般均为专用工程定制，通用性较差，而且插拔桩存在较高风险，遇到台风撤离程序也较复杂。目前国内已有沉管隧道工程试验采用水下整平架进行基础整平施工，GPS只能在水面以上定位，无法对水下整平架进行定位。
技术实现思路
本技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够精确定位的水下整平架定位系统。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种水下整平架定位系统，包括位于水下的整平架，还包括测量船、定位信标系统、基阵信标系统和基阵信标校准系统；所述定位信标系统包括若干个设置在所述整平架上的定位信标；所述基阵信标系统包括若干个设置在整平区域四周的基阵信标；所述基阵信标校准系统，包括用于定位的GPS，用于测量所述测量船艏向的罗经，用于测量所述测量船运动姿态的姿态传感器，以及用于测量与所述基阵信标和所述定位信标之间距离的声学收发器，所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和所述声学收发器均固定在所述测量船上；所述测量船在基阵信标校准时位于基阵信标上方，所述测量船在整平架定位时位于所述整平架上方。进一步地，所述定位信标设有四个，分别安装在所述整平架的四个角点上。进一步地，所述基阵信标布设成长方形阵列。进一步地，所述长方形阵列的长边侧设置三个所述基阵信标，所述长方形阵列的短边侧设置两个所述基阵信标。进一步地，所述基阵信标的间距为40-50m。进一步地，所述基阵信标距水底的高度为2-2.5m。进一步地，其中所述声学收发器安装在所述测量船的舷侧，其入水深度超过船底。进一步地，包括安装架，所述安装架固定在所述测量船上，所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和声学收发器分别固定安装在所述安装架上。进一步地，还包括数据处理系统，所述数据处理系统接收来自所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和所述声学收发器的信号并处理。进一步地，还包括显示器，所述显示器接收来自所述数据处理系统的信号并显示。本技术具有的优点和积极效果是：通过船载的基阵信标校准系统，将绝对位置传递给每个基阵信标，基阵信标通过相互之间的声学测距和平差处理，得到高精度的相对位置；装在整平架上的定位信标，通过与基阵信标之间的声学测距，交会得到整平架的位置，并实现相邻两幅基础条带之间的精准搭接。从而实现整平架在水下的绝对定位和比较高精度的相对定位，使得整平后基础条带之间的拼接更加精准，提高了整平作业的效率。附图说明图1是本技术的工作原理示意图；图2是本技术中的定位信标系统和基阵信标系统的信标布局示意图。图中：101、第一基阵信标；102、第二基阵信标；103、第三基阵信标；104、第四基阵信标；105、第五基阵信标；106、第六基阵信标；200、整平架；201、第一定位信标；202、第二定位信标；203、第三定位信标；204、第四定位信标。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参见图1至图2，一种水下整平架定位系统，包括位于水下的整平架200，其特征在于，还包括测量船、定位信标系统、基阵信标系统和基阵信标校准系统；所述定位信标系统包括若干个设置在所述整平架200上的定位信标；所述基阵信标系统包括若干个设置在整平区域四周的基阵信标；所述基阵信标校准系统，包括用于定位的GPS，用于测量所述测量船艏向的罗经，用于测量所述测量船运动姿态的姿态传感器，以及用于测量与所述基阵信标和所述定位信标之间距离的声学收发器，所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和所述声学收发器均固定在所述测量船上，所述测量船在基阵信标校准时位于基阵信标上方，所述测量船在整平架定位时位于所述整平架上方。整平区域即所述整平架200的工作区域，所述整平架在基阵信标围合的范围内工作。所述声学收发器是指发送和接收水下声学信号的换能器，例如SonardyneFusion系列的Dunker6声学收发器等。进一步地，为便于安装和定位，所述定位信标可设有四个，包括第一定位信标201、第二定位信标202、第三定位信标203以及第四定位信标204，四个所述定位信标可分别对应安装在所述整平架200的四个角点上。即第一定位信标201可位于四个角点的第一个角点上；第二定位信标202可位于四个角点的第二个角点上；第三定位信标203可位于四个角点的第三个角点上；第四定位信标204可位于四个角点的第四个角点上。进一步地，为便于校准计算定位信标相对基阵信标的位置，所述基阵信标可布设成长方形阵列。进一步地，为便于安装和计算，所述长方形阵列的长边侧可设置三个所述基阵信标，所述长方形阵列的短边侧可设置两个所述基阵信标。如图2所示，可包括第一基阵信标101、第二基阵信标102、第三基阵信标103、第四基阵信标104、第五基阵信标105以及第六基阵信标106；这六个基阵信标排列成长方形，长边可设置三个基阵信标，短边侧可设置两个基阵信标。因为沉管是长方形，这样布置可以覆盖整个沉管范围，且便于安装在深挖的基槽中。进一步地，为便于安装和匹配所述整平架200，所述基阵信标的间距可为40-50m。进一步地，为提高测量精度，所述基阵信标距水底的高度可为2-2.5m。进一步地，为减少声波多路径反射干扰，其中所述声学收发器可安装在所述测量船的舷侧，其入水深度可超过船底，即所述声学收发器位于船底的下方。进一步地，还可包括安装架，所述安装架固定在所述测量船上，所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和声学收发器可分别固定安装在所述安装架上。进一步地，还可包括如计算机等数据处理系统，所述数据处理系统可接收来自所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和所述声学收发器的信号并处理。数据处理系统可以是计算机，也可以是以微处理器CPU为核心，相应配置存贮器、无线信号收发器等模块，组成能够进行数据处理运算的数据处理系统。进一步地，还可包括显示器，所述显示器可接收来自所述数据处理系统的信号并显示。本技术的工作原理：定位信标和基阵信标均可采用英国Sonardyne公司制造的Compatt6G型号的信标。声学收发器可发送命令给定位信标，要求定位信标进行测距。定位信标发射声学信号至基阵信标，并记录发射时刻t1，基阵信标接收到声学信号后随即返回一个声学信号给定位信标，定位信标记录接收到返回声学信号的时刻t2，则定位信标和基阵信标的距离s＝V*(t2-t1)/2，V为水下的声速，即距离等于速度乘以时间。定位信标将得到的距离信号发送给声学收发器，上述所有信号传输均采用无线传输方式。(1)基阵信标位置的计算设GPS测量的地理坐标为(XG，YG，ZG)，罗经得到的艏向为H，姿态传感器得到的横摇角为K，纵摇角为P，船载声学收发器的地理坐标为(XT,YT,ZT)，声学收发器和GPS间的三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下整平架定位系统，包括位于水下的整平架，其特征在于，还包括测量船、定位信标系统、基阵信标系统和基阵信标校准系统；所述定位信标系统包括若干个设置在所述整平架上的定位信标；所述基阵信标系统包括若干个设置在整平区域四周的基阵信标；所述基阵信标校准系统，包括用于定位的GPS，用于测量所述测量船艏向的罗经，用于测量所述测量船运动姿态的姿态传感器，以及用于测量与所述基阵信标和所述定位信标之间距离的声学收发器，所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和所述声学收发器均固定在所述测量船上；所述测量船在基阵信标校准时位于基阵信标上方，所述测量船在整平架定位时位于所述整平架上方。

【技术特征摘要】
1.一种水下整平架定位系统，包括位于水下的整平架，其特征在于，还包括测量船、定位信标系统、基阵信标系统和基阵信标校准系统；所述定位信标系统包括若干个设置在所述整平架上的定位信标；所述基阵信标系统包括若干个设置在整平区域四周的基阵信标；所述基阵信标校准系统，包括用于定位的GPS，用于测量所述测量船艏向的罗经，用于测量所述测量船运动姿态的姿态传感器，以及用于测量与所述基阵信标和所述定位信标之间距离的声学收发器，所述GPS、所述罗经、所述姿态传感器和所述声学收发器均固定在所述测量船上；所述测量船在基阵信标校准时位于基阵信标上方，所述测量船在整平架定位时位于所述整平架上方。2.根据权利要求1所述的水下整平架定位系统，其特征在于，所述定位信标设有四个，分别安装在所述整平架的四个角点上。3.根据权利要求1所述的水下整平架定位系统，其特征在于，所述基阵信标布设成长方形阵列。4.根据权利要求3所述的水下整平架定位系统，其特征在于，所述长方形阵列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王崇明，田春和，隋海琛，王晓琳，张彦昌，王晓进，王永强，秦建，杨海忠，雷鹏，马深，杨丽丽，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，天津水运工程勘察设计院，
类型：新型
国别省市：天津,12