一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量方法与装置.pdf

1、10申请公布号CN103806476A43申请公布日20140521CN103806476A21申请号201210444398922申请日20121108E02D33/00200601G01C15/0020060171申请人无锡津天阳激光电子有限公司地址214192江苏省无锡市锡山经济开发区芙蓉工业园蓉兴三路13号72发明人王涛高尚策王茁杨双华张翠英张月静54发明名称一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量方法与装置57摘要一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量方法与装置，主要由激光扫描器、定位反射体、信号采集与发射中间基站、船载接受中间基站及控制中心站组成；激光扫描器共设置六个，分别安装在隧道沉箱端部

2、，预埋，该扫描器通过可旋转的锥形棱镜，每组探测信号经信号电缆传输到信号采集与发射中间基站，采集与发射中间基站预先安装在箱体内，由该基站通过信号电缆传输到射频无线信号发射器，射频无线信号由它发射到船载接受中间基站，再传输到控制中心站，由物联网智能软件系统处理，通过指挥中心数据接口输出，控制吊装机械，实施智慧对接施工。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN103806476ACN103806476A1/1页21一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量方法与装置，其特征为定位反射体预埋在隧道沉箱端部，

3、对应的，在对接的沉箱端部位安装激光扫描器，其端部设置发射信号窗之玻璃体，由钢甲封装，在定位反射体与激光扫描器之间，实施压注清水，清除海底泥沙，激光扫描器发射似圆锥3维扫描范围，激光扫描器接收反射信号，经电缆传输到沉箱体外的信号采集与发射中间基站，由发射器的无线发射天线发射数据信号到工作船上的船载接收中间基站上，它将数据信号无线传输到指挥工作船上的数据接口中，由控制中心站的数据卡与物联网智能软件系统系统处理后，形成数据集，由设在指挥工作船上的总指挥部指挥中心发出指令到直接反馈控制调整器中，它控制吊装机械实施智慧对接施工，它还发出指令控制压注清水。权利要求书CN103806476A1/3页3一种海

4、底隧道沉箱对接物联网激光测量方法与装置技术背景0001随着社会进步与交通事业的迅猛发展，地铁隧道、跨江隧道、跨海隧道、桥梁工程数量成倍增长，建设规模越来越大，结构也越来越复杂；但是，传统的测量方式效率低、精度差、难于控制，已经不适应现代工程需求了。0002本发明涉及一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量系统，系统设备主要由激光扫描器、定位反射体、信号采集与发射中间基站、船载接受中间基站及控制中心站组成。0003海底隧道沉箱，每段长100180M，宽40M，高12M，在海底基床上对接，设计利用激光测量系统，为隧道沉箱对接施工提供精确的在线位置数据，实现准确对接施工。发明内容0004本发明方案一一种海

5、底隧道沉箱对接物联网激光测量系统构成方法。0005激光扫描器共设置六个，分别安装在隧道沉箱端部，预埋，该扫描器通过可旋转的锥形棱镜，发射似圆锥的扫描范围，定位反射体安装在与之对接的沉箱端部对应位置，预埋，可以对对接的沉箱端部准确定位，施工中两个隧道沉箱端部到达邻近对接位置时，被激光测量系统探测出来，启动探测，每组探测信号经信号电缆传输到信号采集与发射中间基站，采集与发射中间基站预先安装在箱体内，由该基站通过信号电缆传输到射频/无线信号发射器，射频/无线信号发射器安装在沉箱体外，由它无线发射到船载接受中间基站，这里也可以选择拖缆连接，再传输到控制中心站，将每个激光传感器的测量值汇总，物联网智能软

6、件系统系统中的数据卡与电脑软件处理计算这些数据，包括沉箱端部与对接的沉箱端部的位置偏差、移动速度加速度偏差、吊装机械的动态参数、海水波浪动态参数，形成物联网智能处理的的数据集，通过数据接口输出，可直接反馈控制调整吊装机械的工步，同时传输给指挥中心，机械与人工相结合，实施对接工程智慧施工。0006本发明方案二一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量系统装置。0007激光扫描器，共设置六个，分别预埋安装在隧道沉箱端部，激光射出窗口预埋耐压透明玻璃，激光扫描器本身钢甲封装，仅保留激光射出窗口，激光扫描器信号及供电电缆预埋引出到沉箱腔体内部。0008定位反射体，安装在与之对接的沉箱端部对应位置，预埋，可以对

7、对接的沉箱端部准确定位。0009采集与发射中间基站，预先安装在沉箱腔体内部，通过电缆线与激光扫描器相连，通过电缆线与射频/无线信号发射器相连，内部设置一组供电电瓶，实现水下部分供电。0010射频/无线信号发射器，预先安装在沉箱体外，不锈钢甲，保留发射信号窗为有机玻璃体，由它无线发射到船载接收中间基站，这里也可以选择拖缆连接。0011船载接收中间基站，安装在施工区域附近工作船上，再传输到控制中心站。0012控制中心站，安装在总指挥部，控制中心将每个激光传感器的测量值汇总，处理，以此位置信息，传输到“对接施工”指挥控制中心，指挥“对接施工”的准确进行。0013每套测量装置，安装在侍服电机平台上，它

8、们共同组成一个激光扫描测量单元，摆说明书CN103806476A2/3页4动的二维激光位置探测形成了一个3维区域，测量值和侍服电机转动角度值由计算机软件处理运算，最快速度生成的对接情况的三维测量值，可跟踪隧道沉箱对接情况。系统可精确测量出隧道沉箱对接端的位置偏差，通过这些可以对隧道沉箱进行定位。0014测量系统由6个激光扫描探测仪和两台计算机及软件及控制中心组成，每台计算机软件及数据卡连续分析处理探测数据，滤掉噪声数值冗余测量值及，激光扫描探测仪设计安装在隧道沉箱端部内侧05到06米处，以产生一个扫描测量空间，当另一隧道沉箱端部被运输到该空间时，对应安装在其内部的定位反射装置被探测到后，测量系

9、统将启动对隧道沉箱端部目标区域进行检测，以确保对接准确。0015本发明方案三一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量系统实施功能0016首先实现高速而精确地获取隧道沉箱端部的对接位置信息，提供隧道沉箱端部的对接在线位置数据，物联网智能软件的数据通过数据接口输出，可直接反馈控制调整吊装机械的工步，同时传输给指挥中心，机械与人工相结合，实施对接工程智慧施工、智慧对接；物联网智能软件在隧道沉箱对接后对“实际对接数据”进行保存与状态分析，每一组传感器主体可重复使用，完全施工后，可改造保留为永久检测安防仪器，实施正常运行监测，实施目标区域测量、位置标记测量、相对位置测量、在测量过程中碰撞保护、沉箱位置与偏差控

10、制主要是适应沉箱对接施工，探头前，实施压注清水，避免海底泥沙影响激光探测精度，具体依据实际物联网探测数据，反馈控制注水工况。0017本发明核心内容0018定位反射体预埋在4隧道沉箱端部，对应的，在对接的沉箱端部位安装激光扫描器，其端部设置发射信号窗之玻璃体，由钢甲封装，在定位反射体与激光扫描器之间，实施压注清水，清除海底泥沙，激光扫描器发射似圆锥3维扫描范围，激光扫描器接收反射信号，经电缆传输到沉箱体外的信号采集与发射中间基站，由发射器的无线发射天线发射数据信号到工作船上的船载接收中间基站上，它将数据信号无线传输到指挥工作船上的数据接口中，由控制中心站的数据卡与物联网智能软件系统系统处理后，形

11、成数据集，由设在指挥工作船上的总指挥部指挥中心发出指令到直接反馈控制调整器中，它控制吊装机械实施智慧对接施工，它还发出指令控制压注清水。0019本发明之物联网激光测量系统参数海底实际效果精度4MM15MM受浑浊度影响，漫反射检测距离灰色沉箱表面057M，配置反射镜使用，检测距离05250M，实际安装在0506M位置，实际距离为01到15米，空气介质分辨率01MM，海水介质分辨率1MM，空气介质精度1MM，海水介质精度26MM受浑浊度影响，工作电源24VDC，红色激光光源650NM，开关频率，1000HZ连接方式接插件M1612针，输出信号2PNP420MA，最大输出电流120MA，显示LED红

12、色，材料ABS，工作温度范围1050。0020附图是本发明即一种海底隧道沉箱对接物联网激光测量方法与装置的结构图，下面结合附图说明一下本发明的组成与工作过程。0021附图中，分别为1、工作船，2、控制调整器，3、吊装机械，4、电缆传输，5、隧道沉箱端部，6、发射激光窗之玻璃体，7、海底隧道沉箱，8、海底基床9、海水波浪，10、激光扫描器，11、发射似圆锥3维扫描范围，12、定位反射体，13、激光扫描器本体钢甲封装箱，14、信号采集与射频信号发射器，15、压注清水装置，16、海底泥沙，17、物联网智能软件与电脑软件处理系统，18、指挥工作船中心，19、船载接收中间基站，20、数据集，21、无线发

13、射天线。说明书CN103806476A3/3页50022工作过程如下0023在9海水波浪中，在设定的8海底基床上，安装对接7海底隧道沉箱，12定位反射体预埋在5隧道沉箱端部，对接的沉箱端部位安装10激光扫描器，10的端部设置6发射信号窗之玻璃体，10与12由13激光扫描器本体钢甲封装，在10与12之间，实施15压注清水，清除16海底泥沙，10发射激光由11发射似圆锥三维扫描范围，经过12反射再由10接收反射信号，经14信号采集与射频信号发射器发给4传输电缆，再传给沉箱体外的3吊装机械，由2控制调整器反馈信号给1工作船上的21无线发射天线，发射数据信号到18指挥工作船中心上的19船载接收中间基站，19再将数据信号无限传输到17物联网智能软件与电脑软件处理系统上，由17处理后，形成20数据集，由18指挥工作船上的指挥部指挥中心发出指令到1上，再控制3吊装机械实施对接施工，14还发出指令控制15压注清水装置，冲洗16海底泥沙，以保持激光测量区域水质清。说明书CN103806476A1/1页6说明书附图CN103806476A