拉线仪在水下软体排铺设中的探索论文_于刚

摘 要 文章介绍了拉线仪在软体排铺设过程中的实时定位原理以及在工程中的实际应用和误差分析。该方法准确度高，可以实现排体位置的实时检测。

关键词 拉线仪 软体排铺设 实时检测

1、前言

航道治理工程中，软体排的铺设是关键的一环，铺设质量直接影响堤身的成型速率，进而影响整个工程的进度。因此铺设质量的检测尤为重要，传统的浮标倒垂法费时费力无法做到实时定位。采用新的检测方法对排体在铺设过程中就进行实时定位，并且确保搭接宽度的准确性，就显得特别重要了。

传统水下软体排检测主要方法有浮标倒垂法、人工潜水探摸法和水下摄影法，以上方法主要存在以下缺点：

1、浮标倒垂法：水流，水深和风浪等外界条件对精度影响较大，费时费力，不能做到实时检测。

2、人工潜水探摸法：潜水作业风险较大，准确性受潜水员个人主观意见影响较大，检测结果受到质疑，而且不能做到实时检测。

3、水下摄影法：对水质要求较高，能见度低的水域拍摄过于模糊。

2、拉线仪定位原理

在船体操作室左右两侧各安装一台GPS，船体的前后靠近翻板处各安装一台拉线仪，拉线仪通过特制钢丝绳与水下排体相连。将GPS卫星定位系统与各种监测仪器连接起来，GPS测出铺排船船体的空间位置，拉线仪测出水下排体与船体的相对位置，通过计算机软件数据处理，计算出监测目标的空间坐标。操作人员监视屏幕，了解排体的即时位置和与设计位置的相对关系，操纵铺排船移动设计位置，并记录下最终排体边线平面坐标变换连线、排体边线高程、搭接宽度等多项数据，并给后续工序提供参考数据。

拉线仪实时定位原理：系统采用分级定位原理，见图1。

图1 铺排船上拉线定位仪平面计算原理图

（1）拉线仪位置确定：GPS1和GPS2确定船体的位置，通过GPS和拉线仪的相对位置，计算拉线仪摆臂旋转中心O（X0，Y0，Z0）位置。

（2）摆臂空间姿态测定：两个摆臂上分别安装一个测角传感器，实时测定摆臂的水平方向角和垂直角。

（3）拉线长度测定：根据钢丝绳的变化，由测距传感器测定摆臂中心至待测点的长度。

（4）辅绳和圆环解扣组合：排体铺设过程中，在排体边缘间隔设置拉环，拉绳固定在拉环上随着排体下放到泥面上。拉紧拉绳，根据摆臂转轴上的两个测角传感器及测距传感器，测定水下测点空间坐标，收回拉绳穿入下一道拉环。

（5）数据传输：所测数据通过无线网络方式发送至操作室里的电脑软件，经过电脑运算实时显示软体排在水中的实际铺设位置。

3、工程实例

为了验证拉线仪的可靠性和稳定性，我们在长江整治工程中，对拉线仪进行了分步检测：同一点不移船多次实测；同一点不移船不同时段重复实测；同一点多次移船测试；整排铺设比测。

3.1 同一点不移船多次实测

铺排中实测，对同一点进行了多次测量。成果dx和dy均优于15cm（dx和dy是测量值和平均值之差）。附表1为同一点实测统计表。

平均值: 3512207.80 609735.73

dx最大值为12cm，dy最大值为13cm，这说明本次测量重复精度在13cm以内。

3.2 同一点不移船不同时段重复实测

共5个小时的时间里，每个小时对同一点（排体末端）进行测量，在这5个小时中，有涨潮，有平潮，还有退潮。dx最大30cm，dy最大-19cm。附表2为同一点不同时段重复实测表。

　 　 　 　

上表中，dx最大值为30cm，dy最大值为-19cm。

3.3 同一点多次移船测试

同一点多次移船数据采集，dx最大为12cm，dy最大为-21cm，总体比较稳定。表3为同一点多次移船测试数据统计。

表3 多次移船同点比测统计

如上表所示，dx最大为12cm，dy最大为-21cm，同一组数据比较稳定，不同的船位数据略有偏差。在最远17.06米的平距时，拉线在水中约有12米的长度，拉线在水中的长度不同，其测量精度和稳定性影响不大。从不同船位同一测点的结果看，拉线定位仪性能总体比较稳定性数据可靠。

3.4 整排比测

使用拉线定位仪检测和传统倒垂法两种方法对排体边缘进行测量，共测量了5个点。C1、C2拉线仪定位小环和浮子法定位点基本吻合，C3、C4、C5处于沙肋区，两种定位点不是同一点。红线是拉线定位仪测量定位排体一边的连线，黄线为使用传统浮子定位的连线，从图中可以看出，两条线的走向基本相同。在浅水区（水深在2米到4米），两种方法定位的结果差不多，距离排体设计边线的距离相差不大。但是在深水区（水深在4米到9米），距离排体设计边线的距离两种方法偏差在1.5 米左右。浮子定位法在测量过程中是目估垂直状态，误差存在偶然性。图2为拉线仪排边实测连线。

图2 拉线仪排边实测连线

3.5 测试结论

（1）通过本次试用表明，定位仪可以有效测定水下定位点的三维工程坐标。

（2）定位仪的定位误差应在20cm以内，满足对排体定位检测的精度要求。

（3）操作中，定位的关键是测线是否能够拉直，测线拉直后，定位精度较高。

（4）水流对测线有冲击时测线产生抖动，此时定位精度受到一定的影响。

4、结语

通过以上数据分析，拉线仪与常规检测的方式相比，具有较大的优势。能实时计算出排体的位置、搭接宽度以及排体离开船体过程的空间位置变化，快速测定排体完成铺设后的位置情况，排体在自身收缩和在风浪潮流等自然条件影响下的漂移量。该检测方法安全高效、准确度高，不受时间影响，大大提高了工作效率，在水下铺排方面会得到更广阔的应用。

参考文献

1 曹根祥，丁捍东.长江口深水航道治理工程护底软体排施工成套工艺及设备的开发［J］.水运工程，2006（S2）：48－75.

2《水运工程测量规范》（JTS131-2012）.

3杨立文，康湘龙.长江南京以下深水航道一期工程（白茆沙段）整治建筑物施工关键技术.

论文作者:于刚

论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期

论文发表时间:2020/4/29

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