一种平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法

技术领域

本发明属于整平船测控系统技术领域，具体涉及一种平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法。

背景技术

平台式整平船是专为沉管隧道碎石基床铺设而设计的；整平船中央为月池，上面设有一台可以纵向移动的大车，大车上装有带有抛石管的小车，小车可沿大车横向移动；抛石管在大车和小车的带动下沿预设抛石轨迹行走，同时将石料铺设至海底槽床上形成碎石基床。具体地，先将抛石管移至抛石起点位置，抛石起点位置通常位于左舷船艉处，然后大车带动小车上的抛石管由船艉向船艏纵移，完成一条碎石垄的铺设整平作业，然后小车沿大车向右舷横移一定距离，大车再带动小车上的抛石管向船艉纵移，完成下一条碎石垄的铺设整平作业；接着小车再沿大车向右舷横移一定距离，以此循环直至完成整平船所在船位的碎石基床整平作业；本领域人员可理解的是，预设抛石轨迹呈弓字型状态，碎石垄的长度方向与沉管隧道的长度方向相垂直。

现今外海沉管隧道的施工水域越来越深，施工精度要求也越来越高；当使用整平船的抛石整平测控系统为碎石基床铺设提供定位控制时，整平船上抛石管因受到水流冲击和刮石阻力的影响而易发生倾斜姿态变化，导致抛石管底端的出料口中心位置随之发生偏移而产生误差，抛石管越长则误差越大，因而会使抛石整平测控系统的定位控制精度受损，进而导致各碎石垄的铺设方位与预期设计不符，影响了碎石基床铺设整平精度，给后续的沉管安装施工带来很大安全风险；因此，有必要对碎石基床铺设整平期间的抛石管倾斜误差进行监测和修正。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供一种平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法，旨在碎石基床铺设整平期间监测抛石管倾斜姿态、实时修正抛石管倾斜误差，提高整平船测控系统的定位控制精度，保障沉管隧道碎石基床铺设整平精度达到预期要求。

本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法，包括以下步骤：

S1、测量设备布设：在抛石管下部外壁处安装倾斜仪，以实时测量抛石管的倾斜值；倾斜仪与整平船的测控系统通信连接；

S2、抛石管倾斜姿态标定，在抛石管入水前进行，包括以下步骤：

S21、将抛石管安装到整平船上并将抛石管移至抛石起点位置，利用设于岸边或人工岛上的全站仪将抛石管调整至竖直状态，并以此对倾斜仪进行归零处理；

S22、整平船的大车和小车带动抛石管由抛石起点位置出发，沿预设抛石轨迹行走直至抛石终点位置；在预设抛石轨迹上间隔设置多个标定点，当抛石管行走至每个标定点时，利用倾斜仪测量该标定点处的抛石管倾斜值，并利用全站仪对其进行复核，复核通过后，记录该标定点处的抛石管倾斜值；测控系统汇总所有标定点处的抛石管倾斜值，自动拟合形成抛石管倾斜姿态标定曲线，以据此自动解算预设抛石轨迹上任意点位处的抛石管倾斜姿态标定值；

S3、抛石管倾斜误差修正，在抛石管入水后沿预设抛石轨迹行走以实施碎石基床铺设整平期间进行；测控系统监测抛石管行走过程中倾斜仪的实时测量结果，将其与解算得到的对应位置处的抛石管倾斜姿态标定值进行求差，以实时获得抛石管倾角偏差；若抛石管倾角偏差超限，则测控系统自动发出是否对抛石管倾斜误差进行修正的提示；若抛石管倾角偏差未超限，则测控系统继续监测。

在其中一些实施例中，在执行步骤S2和步骤S3时，均将整平船调平并使整平船始终保持水平状态。

在其中一些实施例中，在步骤S2中，还包括：

S23、整平船的大车和小车带动抛石管由抛石终点位置出发，沿预设抛石轨迹反向行走直至抛石起点位置；当抛石管反向行走至每个标定点时，利用倾斜仪测量该标定点处的抛石管倾斜值，并利用全站仪对其进行复核，复核通过后，记录该标定点处的抛石管倾斜值；测控系统汇总所有标定点处的抛石管倾斜值，自动拟合形成抛石管倾斜姿态标定验证曲线，然后将其与抛石管倾斜姿态标定曲线进行比对；若比对结果超限，则重新执行步骤S22；若比对结果未超限，则完成对抛石管倾斜姿态标定曲线的验证。

在其中一些实施例中，在步骤S3中，当测控系统自动发出是否对抛石管倾斜误差进行修正的提示时，还自动计算并显示出修正值，操作者结合监测结果综合研判是否对抛石管倾斜误差进行修正。

在其中一些实施例中，整平船上设有GNSS定位系统，GNSS定位系统包括第一GNSS和第二GNSS，用于测量抛石管顶端中心的平面坐标

在步骤S3中，当测控系统自动发出是否对抛石管倾斜误差进行修正的提示时，测控系统根据式（1）和式（2）自动计算并显示出抛石管底端出料口中心的平面坐标

（1）；

（2）；

式（1）和式（2）中，

为抛石管底端出料口中心至顶端中心的距离；

、/>

在其中一些实施例中，预设抛石轨迹中，与整平船左右舷相平行的每一分段轨迹上，布设至少七个标定点。

在其中一些实施例中，与整平船左右舷相平行的每一分段轨迹上两两相邻的标定点之间的距离为7-9m。

在其中一些实施例中，倾斜仪安装在保护盒内，保护盒固设于减震支架上，减震支架通过焊接的方式与抛石管连接；保护盒和减震支架均为不锈钢材料。

基于上述技术方案，本发明实施例中的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法,能够在碎石基床铺设整平期间实时监测抛石管倾斜姿态、实时修正抛石管倾斜误差，提高整平船测控系统的定位控制精度，保障沉管隧道碎石基床铺设整平后的精度质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法中抛石管于整平船上的俯视示意图；

图2为本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法中碎石基床铺设整平期间抛石管于整平船上的主视示意图；

图3为本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法中抛石管倾斜姿态标定时的各标定点布设示意图；

图4为本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法中的保护盒和减震支架的结构示意图；

图5为本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法的流程图。

图中：1、抛石管；2、倾斜仪；3、整平船；4、保护盒；5、减震支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图5所示，本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法，包括以下步骤：

S1、测量设备布设：在抛石管1下部外壁处安装倾斜仪2，倾斜仪2用于实时测量抛石管1的倾斜值；倾斜仪2与整平船3的测控系统通信连接，以实时将对抛石管1倾斜值的测量结果传输到测控系统内。

S2、抛石管1倾斜姿态标定，在抛石管1入水前进行，具体包括以下步骤：

S21、将抛石管1安装到整平船3上并将抛石管1移至抛石起点位置，通常抛石起点位置位于左舷船艉处；利用设于岸边或人工岛上的全站仪将抛石管1调整至竖直状态，然后对抛石管1上的倾斜仪2进行归零处理；

S22、整平船3的大车和小车带动抛石管1由抛石起点位置出发，沿预设抛石轨迹行走直至抛石终点位置；如图3所示，在预设抛石轨迹上间隔设置多个标定点，即d1-d53，当抛石管1依次行走至每个标定点时，利用倾斜仪2测量该标定点处的抛石管1倾斜值，并利用全站仪对该标定点处的抛石管1倾斜值进行复核，复核通过后，记录该标定点处的抛石管1倾斜值；整平船3测控系统汇总所有标定点处的抛石管1倾斜值，对其进行数据处理，将其自动拟合形成抛石管1倾斜姿态标定曲线；测控系统根据该抛石管1倾斜姿态标定曲线，能够自动解算预设抛石轨迹上任意点位处的抛石管1倾斜姿态标定值。

S3、抛石管1倾斜误差修正，在抛石管1入水后沿预设抛石轨迹行走以实施碎石基床铺设整平期间进行；整平船3测控系统实时监测抛石管1行走过程中倾斜仪2的实时测量结果，即抛石管1的实时倾斜姿态值，将其与根据抛石管1倾斜姿态标定曲线自动解算得到的对应位置处的抛石管1倾斜姿态标定值进行求差，以实时获得抛石管1倾角偏差；若抛石管1倾角偏差超限，则测控系统会自动发出是否对抛石管1倾斜误差进行修正的提示；若抛石管1倾角偏差未超限，则测控系统继续监测。可以理解的是，本领域技术人员可根据碎石基床铺设整平精度要求灵活设置抛石管1倾角偏差的限值。

上述示意性实施例，通过采用在抛石管1入水前标定抛石管1的初始倾斜姿态、在抛石管1入水后进行碎石基床铺设整平期间监测抛石管1倾斜姿态的方式，使得测控系统能够实时获得碎石基床铺设整平期间的抛石管1倾角偏差，进而能够根据监测情况实时修正抛石管1倾斜误差，防止因抛石管1倾斜姿态变化而影响各碎石垄的铺设方位和碎石基床铺设整平精度，由此能够提高整平船3测控系统的定位控制精度，进而保障沉管隧道碎石基床铺设整平精度能够达到预期要求。

在一些实施例中，在执行步骤S2和步骤S3时，均需将整平船3调平，并使整平船3始终保持水平状态；具体地，整平船3上还设有船体倾斜仪，用以实时监测整平船3船体的倾斜姿态，进而确保抛石管倾斜姿态标定步骤和抛石管倾斜误差修正步骤的准确性。

如图3、图5所示，在一些实施例中，在步骤S2中，还包括以下步骤：

S23、整平船3的大车和小车带动抛石管1由抛石终点位置出发，沿预设抛石轨迹反向行走直至抛石起点位置；当抛石管1反向行走至每个标定点时，利用倾斜仪2测量该标定点处的抛石管1倾斜值，并利用全站仪对该标定点处的抛石管1倾斜值进行复核，复核通过后，记录该标定点处的抛石管1倾斜值；整平船3测控系统汇总所有标定点处的抛石管1倾斜值，对其进行数据处理，将其自动拟合形成抛石管1倾斜姿态标定验证曲线，然后将该抛石管1倾斜姿态标定验证曲线与S22步骤中的抛石管1倾斜姿态标定曲线进行比对；若比对结果超限，则重新执行步骤S22；若比对结果未超限，则完成对抛石管1倾斜姿态标定曲线的验证。该示意性实施例，进一步提高了抛石管1倾斜姿态标定曲线的准确性，进而能够更准确获得预设抛石轨迹上任意点位处的抛石管1倾斜姿态标定值，降低测控风险。

如图5所示，在一些实施例中，在步骤S3中，当测控系统自动发出是否对抛石管1倾斜误差进行修正的提示时，还会自动计算并显示出修正值，操作者结合监测结果综合研判是否对抛石管1倾斜误差进行修正，实现了对抛石管1倾斜误差修正的实时自动提示和人机交互式实时修正，避免了人工计算修正值时可能出现的失误和延迟。

如图1、图2所示，在一些实施例中，整平船3上设有GNSS定位系统，GNSS定位系统包括第一GNSS（GNSS1）和第二GNSS（GNSS2），通过GNSS1和GNSS2能够测量出抛石管1顶端中心P的平面坐标

在步骤S3中，在抛石管1入水后沿预设抛石轨迹行走以进行碎石基床铺设整平时，抛石管1因受到水流冲击和刮石阻力的影响而发生倾斜姿态变化，抛石管1底端出料口中心Q位置会发生偏移，即抛石管1的实际倾斜姿态与抛石管1倾斜姿态标定值出现差异，将抛石管1倾角偏差定义为

（1）；

（2）；

式（1）和式（2）中，

为抛石管1底端出料口中心Q至顶端中心P的距离；

、/>

上述示意性实施例，实现了抛石管1底端出料口中心坐标修正值的自动解算，使监测结果更为直观，便于操作者判断是否进行修正。

如图3所示，在一些实施例中，预设抛石轨迹中与整平船3左右舷相平行的每一分段轨迹上，布设至少七个标定点；即在抛石管1倾斜姿态标定时，在待铺设的每条垄的轨迹上至少布设七个标定点；相邻两条待铺设垄上的标定点可相互错开设置。进一步地，在一些实施例中，与整平船3左右舷相平行的每一分段轨迹上两两相邻的标定点之间的距离为7-9m，比如各标定点的间距为8m。该示意性实施例，旨在提高抛石管1倾斜姿态标定时的精度。

如图4所示，在一些实施例中，倾斜仪2安装在保护盒4内，保护盒4固设于减震支架5上，减震支架5通过焊接的方式与抛石管1连接；保护盒4和减震支架5均为不锈钢材料。该示意性实施例，通过保护盒4和减震支架5的设置，实现了对倾斜仪2的保护和安装，避免因热胀冷缩和强烈震动对测量精度造成影响。

下面结合图1-图5，简要说明本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法的主要流程步骤：

1）在抛石管1下部外壁处安装倾斜仪2；

2）在抛石管1入水前，将抛石管1安装到整平船3上抛石起点位置，利用全站仪将抛石管1调整至竖直状态，然后将倾斜仪2归零；

整平船3的大小车带动抛石管1沿预设抛石轨迹行走至抛石终点位置；在此期间，测量预设抛石轨迹上多个标定点处的抛石管1倾斜值，然后测控系统将其自动拟合形成抛石管1倾斜姿态标定曲线，以据此自动解算预设抛石轨迹上任意点位处的抛石管1倾斜姿态标定值；

抛石管1沿预设抛石轨迹反向行走至抛石起点位置，测量预设抛石轨迹上多个标定点处的抛石管1倾斜值，测控系统将其自动拟合形成抛石管1倾斜姿态标定验证曲线，以对抛石管1倾斜姿态标定曲线进行比对验证；

3）在抛石管1入水后沿预设抛石轨迹行走以实施碎石基床铺设整平期间，测控系统实时监测抛石管1行走过程中的抛石管1倾角偏差，并根据监测情况自动发出是否对抛石管1倾斜误差进行修正的提示；当测控系统自动发出提示时，还会自动计算和显示出抛石管1底端出料口中心Q的平面坐标的修正值，操作者结合监测结果综合研判是否修正；测控系统持续监测，直至完成沉管隧道碎石基床铺设整平作业。

综上所述，本发明的平台式整平船抛石管倾斜误差修正方法，能够在碎石基床铺设整平期间实时监测抛石管1倾斜姿态、实时修正抛石管1倾斜误差，提高了整平船3测控系统的定位控制精度，保障沉管隧道碎石基床铺设整平精度达到预期要求，避免给后续的沉管安装施工带来安全风险。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。