本申請涉及海上風電基礎結構監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

海上風電機組基礎結構有重力式結構、高樁承臺結構、單樁結構、多樁結構、三角架結構、導管架結構、浮式結構等。而海上風電機組單樁基礎結構因為其結構簡單、施工周期短、造價低等優(yōu)點，在海上風電建設中的應用越來越廣泛。但是，大直徑單管樁沉樁的關鍵技術和難點是單管樁垂直度控制，而單管樁垂直度是保證施工質量和風機運營期安全的一個重要參數。根據風機基礎施工技術要求，鋼管樁沉樁允許偏差：位置允許偏差≤50cm，高程允許偏差≤5cm，基礎頂法蘭水平度(樁軸線傾斜度)偏差≤3‰。如上，隨著施工質量要求不斷提高，對大直徑鋼管樁的沉樁技術提出了更高的要求，同時對施工過程中單管樁垂直度的控制也提出了更高的要求。

目前，現有技術中對單樁垂直度監(jiān)測的常規(guī)辦法為垂線法，一般采用外掛2個高2米的吊錘線，分別在x向和y向，根據2米的吊錘線來觀測樁身垂直度。然而，垂線法雖簡單方便，但是易受錘擊和風力等因素影響晃動，精度受人為影響較大，顯然不能滿足目前的精度要求。另外，東風電場基礎樁施工采用全站儀觀測法來實現對垂直度的控制，但是全站儀觀測法操作較為復雜，不簡便。綜上，鑒于垂線法和全站儀觀測法均有其自身的不足，常規(guī)的監(jiān)測手段難以滿足當前形勢下對大直徑單樁基礎軸線垂直度監(jiān)測的要求。所以有必要設計出一種適合海上施工的大直徑單樁基礎軸線垂直度監(jiān)測系統(tǒng)，以滿足海上風電單樁基礎結構的施工要求。

技術實現要素：

本申請的一個目的是提供一種可滿足海上風電單樁基礎結構施工要求的大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)，以解決現有常規(guī)監(jiān)測手段監(jiān)測精度低、操作復雜、易受人為因素影響等問題。

根據本申請的一個方面，提供了一種大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

激光測距儀、三軸傾角計、通訊模塊以及后臺顯示裝置，所述激光測距儀和三軸傾角計將所測量的樁帽與樁柱間的夾角數據以及樁帽的水平數據通過通訊模塊傳輸至后臺顯示裝置。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光測距儀由激光光源、ccd相機和數據處理及傳輸模塊組成，所述激光光源、ccd相機和樁柱呈三角形配置。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光測距儀安裝在樁帽底部。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光測距儀通過打孔安裝在樁帽底部。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述三軸傾角計由微控制單元mcu、三軸mems加速度計、模數轉換模塊以及通訊單元組成。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述三軸傾角計安裝固定在樁帽上。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述通訊模塊采用無線zigbee模塊。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述無線zigbee模塊采用貼片郵票孔封裝。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光測距儀、三軸傾角計以及通訊模塊中均安裝有減震器。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述后臺顯示裝置，具體用于顯示激光測距數據、三軸傾角計方位及角度數據、融合水平數據、姿態(tài)位移數據、方位角俯仰角信息數據以及x、y、z軸角度值。

與現有技術相比，本申請大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光測距儀、三軸傾角計、通訊模塊以及后臺顯示裝置，所述激光測距儀和三軸傾角計將所測量的樁帽與樁柱間的夾角數據以及樁帽的水平數據通過通訊模塊傳輸至后臺顯示裝置。本申請利用激光測距儀來測量樁帽與鐵砧的夾角即測量樁柱與樁帽的夾角，利用三軸傾角計來測量樁帽的水平程度，提高了施工工程中的自動化程度，降低了人為影響因素，提高了海上風電基礎樁其垂直度的監(jiān)測精度以及施工效率。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1示出根據本申請一個方面的大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)結構框圖；

圖2示出根據本申請一個方面的大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)安裝測量示意圖；

圖3示出根據本申請一個方面的激光測距儀三角法測量原理示意圖；

圖4示出根據本申請一個方面的三軸傾角計測量原理示意圖。

附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。

具體實施方式

為了使本申請的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本申請作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本申請保護的范圍。

下面結合附圖對本申請作進一步詳細描述。

如圖1所示，根據本申請的一個方面，提供一種大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：激光測距儀、三軸傾角計、通訊模塊以及后臺顯示裝置，所述激光測距儀和三軸傾角計將所測量的樁帽與樁柱間的夾角數據以及樁帽的水平數據通過通訊模塊傳輸至后臺顯示裝置。

實施中，本申請激光測距儀具體用于測量樁帽與鐵砧的夾角即測量樁柱與樁帽的夾角，三軸傾角計用于測量樁帽的水平程度，提高了施工工程中的自動化程度，降低了人為影響因素，提高了海上風電基礎樁其垂直度的監(jiān)測精度以及施工效率。

可選的，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光測距儀安裝在樁帽底部。具體的，所述激光測距儀通過打孔安裝在樁帽底部。所述三軸傾角計安裝固定在樁帽上。

優(yōu)選的，如圖2所示，本申請可由安裝在樁帽上的四個激光測距儀1及一個三軸傾角計2組成。三軸傾角計2用來測量樁帽的水平程度，安裝固定在樁帽上；激光測距儀1通過打孔的方式安裝在樁帽底部，具體用于測量樁帽與鐵砧的夾角即測量樁柱與樁帽的夾角。

本申請針對海上風電工程的特點，設計出了滿足海上風電單樁基礎結構施工要求的軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)，解決了現有海上風電基礎樁其垂直度精確控制的施工難點問題，也解決了常規(guī)監(jiān)測方法精度低、施工效率低、易受人為因素影響等問題，提高了施工工程中的自動化程度，對單樁基礎機構風電場的建設具有重要意義。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光測距儀由激光光源、ccd相機和數據處理及傳輸模塊組成，所述激光光源、ccd相機和樁柱呈三角形配置。

實施中，如圖3所示，本申請采用激光三角測量原理，將激光光源11、被測物(樁柱)、ccd相機三者呈三角形配置，激光光源11在被測物的投影點為p。在視平面上從p1點往p2、p3移動從而引起p點在視平面產生相應的位移p1`p2`、p2`p3`，實現測距。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述三軸傾角計由微控制單元mcu、三軸mems加速度計、模數轉換模塊以及通訊單元組成。

實施中，本申請三軸傾角計由mcu、三軸mems加速度計、模數轉換模塊、通訊單元組成，直接輸出角度等傾斜數據。當三軸傾角計靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度計靈敏軸之間的夾角就是傾斜角。如圖4所示，三軸mems加速度計通過測量x、y、z三軸的加速度從而計算出樁柱與樁帽間的傾角。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述通訊模塊采用無線zigbee模塊。所述無線zigbee模塊采用貼片郵票孔封裝。

優(yōu)選的，本申請采用無線傳輸模塊，即2.4ghz無線zigbee模塊，該模塊采用貼片封裝，郵票孔工藝，輸出功率最大為+20dbm，視距傳輸距離為2500米@5dbi天線，該模塊采用1.9～3.3v供電，支持ttl串口通訊，具備定時器進入休眠及深度休眠功能，休眠電流最低，且尺寸小。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光測距儀、三軸傾角計以及通訊模塊中均安裝有減震器。

優(yōu)選的，本申請系統(tǒng)中的所有儀器，即激光測距儀、三軸傾角計以及通訊模塊均采取單獨封裝，且在殼體內安裝有高性能減震器。本申請采用上述減震措施可耐500g以上的震動沖擊。

進一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，所述后臺顯示裝置，具體用于顯示激光測距數據、三軸傾角計方位及角度數據、融合水平數據、姿態(tài)位移數據、方位角俯仰角信息數據以及x、y、z軸角度值。

綜上，本申請大直徑單樁軸線垂直度實時監(jiān)測系統(tǒng)提高了海上風電基礎樁其垂直度的監(jiān)測精度以及施工效率，降低了人為影響因素，提高了施工工程中的自動化程度，其可以進而推廣至樁姿監(jiān)測系統(tǒng)中，可以對直樁、斜樁等進行精確的角度控制。本申請具有較強的使用價值，可在海上風電基礎結構施工中大規(guī)模推廣應用，必將帶來巨大的經濟效益和社會效益，并促進我國海上風電的發(fā)展。

顯然，本領域的技術人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權利要求及其等同技術的范圍之內，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內。

對于本領域技術人員而言，顯然本申請不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本申請的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本申請。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化涵括在本申請內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除復數。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。