海洋工程六個(gè)自由度條件下測量精度控制技術(shù)

1、一、項(xiàng)目概況一、項(xiàng)目概況二、技術(shù)研究背景二、技術(shù)研究背景三、測量技術(shù)難點(diǎn)分析三、測量技術(shù)難點(diǎn)分析四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)五、成果展示五、成果展示 項(xiàng)目概況項(xiàng)目概況一、項(xiàng)目概況一、項(xiàng)目概況項(xiàng)目位于海南省三亞市紅塘灣， 離岸距離約為3.6km，地處南海觀 音風(fēng)景區(qū)和天涯風(fēng)景區(qū)之間，西側(cè) 距南海觀音約3.6km，東北距離天 涯海角約6.6km，人工島所處海域 平均水深為2030m。一、項(xiàng)目概況一、項(xiàng)目概況項(xiàng)目項(xiàng)目整體效整體效果圖果圖 技術(shù)研究背景技術(shù)研究背景二、技術(shù)研究背二、技術(shù)研究背景景海上施工測量技術(shù)是保證施工質(zhì)量和安全的關(guān)鍵。首先，區(qū)別于陸地測量，海上測量由于施

2、工地點(diǎn)離岸較遠(yuǎn)， 對施工測量系統(tǒng)的布設(shè)和測量技術(shù)精度的控制要求進(jìn)一步提高； 其次，海上測量受到復(fù)雜海況的影響和施工作業(yè)條件的限制，例如復(fù)雜的潮流涌浪，嚴(yán)重影響了海上測量平臺的穩(wěn)定性，外 海大面積水域和施工主體結(jié)構(gòu)易對GPS信號的接收形成干擾等，使 得外海施工測量作業(yè)難度進(jìn)一步加大；此外，海上施工因其復(fù)雜的洋流和地質(zhì)條件，必須定期監(jiān)控 海上結(jié)構(gòu)主體全壽命周期內(nèi)的沉降位移，保障工程在各階段的安 全穩(wěn)定。因此，本項(xiàng)技術(shù)所涵蓋的海洋工程施工測量和控制技術(shù)需確 保滿足海上施工的質(zhì)量要求。二、技術(shù)研究背二、技術(shù)研究背景景物體在空間六個(gè)自由度示意圖物體在空間六個(gè)自由度示意圖 測量技術(shù)難點(diǎn)分析測量技術(shù)難點(diǎn)分析

3、三、測量技術(shù)難點(diǎn)分三、測量技術(shù)難點(diǎn)分析析三、測量技術(shù)難點(diǎn)分三、測量技術(shù)難點(diǎn)分析析1、受海洋洋流、風(fēng)力等影響、船體 在海洋中自身穩(wěn)定情況差，難于建立 一個(gè)相對靜態(tài)的外部施工測量環(huán)境。 措施措施思路思路：在船體上布置傾斜改正器。通過岸邊試驗(yàn)對船體傾斜晃動進(jìn)行每秒200次的數(shù)據(jù)改正，得出改正系 數(shù)并加入測量數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行處理，建 立模擬靜態(tài)環(huán)境的測量體系。4、受海洋氣候影響，難于按規(guī)律時(shí)間對已 振沉主體構(gòu)件的沉降位移進(jìn)行有效跟蹤監(jiān) 測；措施措施思路思路：打樁設(shè)置測量平臺，用于定期 對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降位移監(jiān)測。2、鑒于施工區(qū)域離岸較遠(yuǎn)，施工區(qū)域附近 無海上測量平臺，用引測陸地控制點(diǎn) 測量數(shù)據(jù)因地球曲率影

4、響會產(chǎn)生高程差值， 對高程精度控制產(chǎn)生很大影響。措施措施思思路路：在岸邊以兩個(gè)最遠(yuǎn)控制點(diǎn)做基線 進(jìn)么聯(lián)測，以反方向相同半經(jīng)在陸地上引測 控制點(diǎn)，再以水準(zhǔn)測量復(fù)測高程，得出的差 值做為一個(gè)常量修正到船體坐標(biāo)系中。3、測量精度要求高，六個(gè)自由度條件下需測量數(shù)據(jù)類型多。措施措施思路思路：通過布設(shè)RTK-GPS、掃描儀、電子水平儀等多種儀器，對所需數(shù) 據(jù)（x軸、y軸、z軸坐標(biāo)及分別繞軸轉(zhuǎn)動的三個(gè)角度）進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)4 六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)六個(gè)自由度下測量控制技術(shù) 1、精度要求四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)平面偏差：平

5、面偏差需測量 中心點(diǎn)的x坐標(biāo)、y坐標(biāo)。 精度：定位15mm最終25mm鉛垂度：需測量繞x，y方 向的旋轉(zhuǎn)角度耦合結(jié)果。 精度：1.0%平面扭角：測量繞z軸方向的旋 轉(zhuǎn)角度，此外還需做高程控制， 即z坐標(biāo)的測量。精度：1四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)2、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換在測量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，在施工平面控 制基線（點(diǎn)）上，架設(shè)觀測儀器，采集數(shù)據(jù) 輸入電腦，經(jīng)軟件處理得到GPS 坐標(biāo)系統(tǒng)（WGS84）與施工坐標(biāo)系統(tǒng)（本地坐標(biāo)系） 之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，將轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入GPS儀器，完成施工海域RTK-GPS系統(tǒng)的架設(shè)。并通過 GPS儀器的船體坐標(biāo)與本地坐標(biāo)建立本地坐標(biāo) 系對船體坐標(biāo)系的標(biāo)

6、定，從而計(jì)算船上任意 點(diǎn)的本地坐標(biāo)。設(shè)備安裝四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)測量定位船設(shè)備安裝四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)起重船四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)RTK GPS1RTK GPS2傾斜儀1傾斜儀2掃描儀2掃描儀1平臺構(gòu)構(gòu)件件振沉施振沉施工工定位定位系統(tǒng)系統(tǒng)測量定位原理構(gòu)件振沉施工定位系統(tǒng)，是由GPS、自動跟蹤掃描儀、全站儀、傾斜儀、高精度電子水平儀、SPS351 DGPS信標(biāo)接收機(jī)、Hypack軟件、臺式計(jì)算機(jī)組成的定位監(jiān)測系統(tǒng)，通過計(jì)算分析、反饋使構(gòu)件最終能夠成功定位。（1）定位船上安裝2臺GPS接 收機(jī)

7、，用于定位船測量定位，2臺 傾斜儀，用于船舶在浪涌條件下 晃動角度實(shí)時(shí)確定，進(jìn)而建立動 態(tài)測量基線。四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)（2）定位船上安裝3臺自動 跟蹤全站儀，在振沉系統(tǒng)的振動 梁上安裝6個(gè)360全反射棱鏡， 用于間接測量構(gòu)件的平面位置及 頂部高程（相對于測量基線）， 即測得x軸、y軸、z軸坐標(biāo)及繞z 軸的轉(zhuǎn)動角度。四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)3在振沉系統(tǒng)的振動 梁上安裝2個(gè)電子水平儀， 用于檢測構(gòu)件橫向縱向傾斜 率，即構(gòu)件繞x軸、y軸的轉(zhuǎn) 動角度。4在定位船設(shè)立計(jì)算 機(jī)處理系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)接收 和處理測量控制數(shù)據(jù)。四、六個(gè)自由度下

8、測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)振沉振沉定位指定位指揮揮系系統(tǒng)統(tǒng)四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)在船體坐標(biāo)系中，將2臺RTK-GPS、2臺掃 描儀和2臺傾斜儀一起進(jìn)行嚴(yán)密標(biāo)定。標(biāo)定后 可通過RTK-GPS實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)和傾斜儀數(shù)據(jù)， 可實(shí)時(shí)計(jì)算掃描儀的位置和方向，其定位原理 與普通打樁系統(tǒng)中計(jì)算測距儀位置和測線方向 的原理相同。由于掃描儀平臺與導(dǎo)向架固定聯(lián) 接，所以通過GPS計(jì)算的2臺掃描儀的中心位置 精度一致。定位定位船上設(shè)船上設(shè)備備布置布置平平面示意面示意圖圖四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)通過掃描儀采集測點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)構(gòu)件 半徑已知時(shí)，可

9、以通過數(shù)學(xué)擬合，計(jì)算 構(gòu)件中心位置。擬合計(jì)算時(shí)，通過數(shù)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取最佳構(gòu)件中心點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)上下掃描儀測定的構(gòu)件中心點(diǎn)坐標(biāo)可以計(jì)算上下測點(diǎn)構(gòu)件中心點(diǎn)平面位置差，從而計(jì)算任意方向上構(gòu)件軸線的傾斜度。（注：可以起到與電子水平儀相同的作用，兩者相互輔助確保數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確性）傾斜儀1傾斜儀2平臺掃描儀2攝像頭掃描儀1兩臺兩臺掃描儀掃描儀掃掃描確描確定定構(gòu)件位構(gòu)件位置置四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)為了使起重船上能夠監(jiān)視施工定 位狀況并兼顧構(gòu)件安裝過程涉及定位 駁與起重船操作的協(xié)調(diào)性，故在起重 船上安裝起重船的定位設(shè)備，包括 2 臺RTK-GPS（用于測量起重船位置

10、及 吊鉤近似位置）、1 套無線數(shù)據(jù)傳輸 設(shè)備、1 套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和1 臺PC 機(jī)（用于監(jiān)視施工過程）。起重起重船與測船與測量量定位定位船船相對位相對位置圖置圖四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)技術(shù)特點(diǎn)1、水平精度高系統(tǒng)經(jīng)過嚴(yán)密的標(biāo)定，可以達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求的精度。 2、自動化所有設(shè)備數(shù)據(jù)直接接入測量軟件，測量設(shè)備自動跟蹤實(shí)時(shí)測量，提高測量效率和準(zhǔn)確性。3、安全穩(wěn)定構(gòu)件身上不安裝測量設(shè)備，減少設(shè)備因構(gòu)件振沉?xí)r振動損壞，也消除了設(shè)備維護(hù)時(shí)的 安全隱患。四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)不足之處1、受自然條件影響由于本套測量系統(tǒng)的設(shè)備全部設(shè)置在船舶上，施工海

11、域又無掩護(hù)，受風(fēng)浪影響大，季風(fēng)和臺風(fēng)季時(shí)，船舶需經(jīng)常性進(jìn)港避風(fēng)；再次施工時(shí)，需對船上設(shè)備重新進(jìn)行標(biāo)定，工作量較大，同時(shí)占用了較多時(shí)間。 2、受海域船舶交叉作業(yè)影響施工現(xiàn)場船舶數(shù)量眾多，各類型船舶交叉作業(yè)，船舶的定位依托于拋錨固定，作業(yè)時(shí)， 可能出現(xiàn)其他船舶對測量定位船舶造成影響，而降低振沉的工效。四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)解決措施在海中采用鋼管樁架設(shè)測量平臺用于對構(gòu)件振沉測量控制，以及后期對主體結(jié)構(gòu)的沉降位移觀測。構(gòu)件起吊后構(gòu)件起吊后旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)構(gòu)件開始入水構(gòu)件開始入水船舶駐位船舶駐位開始起吊振開始起吊振動動錘錘錘夾入錘夾入位位- -夾夾持構(gòu)持構(gòu)件件構(gòu)件粗定位構(gòu)件粗定位四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù)振沉結(jié)束后振沉結(jié)束后松松錘錘夾夾已吹砂后的已吹砂后的構(gòu)構(gòu)件件構(gòu)件開始自沉構(gòu)件開始自沉自沉過程的自沉過程的追追蹤蹤觀觀測測自沉結(jié)束后自沉結(jié)束后構(gòu)構(gòu)件件振振沉沉振沉結(jié)束后振沉結(jié)束后構(gòu)構(gòu)件件內(nèi)吹內(nèi)吹砂砂四、六個(gè)自由度下測量控制技四、六個(gè)自由度下測量控制技術(shù)術(shù) 成果展示成果展示五、成果展示五、成果展示5工法工法省級工法3項(xiàng)，中建工法1項(xiàng)，局級工法7項(xiàng)專利專利已授權(quán)實(shí)用新型專利11項(xiàng)，發(fā)明專利2項(xiàng)論文論文已完成10篇，發(fā)表4篇QC成果成果省部級獎項(xiàng)3項(xiàng)科研