本發(fā)明涉及水底隧道工程，特別是一種沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水底隧道作為重要的水域跨域交通基礎(chǔ)設(shè)施形式，因其對航運的影響小，被普遍認(rèn)為是跨越航運繁忙水域的第一選擇，而在水底隧道建造領(lǐng)域中以沉管隧道最為常見，沉管隧道是先在岸邊深塢預(yù)制沉管，再由托輪將沉管浮運至目標(biāo)安裝位置后沉水安裝的方式建成；但是，在一些水深較淺的區(qū)域，一些大體積的沉管（如高10米以上、寬40米以上、長100以上的沉管）不易在自然水深的情況下由深塢浮運至目標(biāo)安裝位置（如水深小于10米或略深于10米時），這時，通常需要在深塢和目標(biāo)安裝位置之間的水底挖一條溝槽（該溝槽寬度適當(dāng)大于沉管寬度，深度需滿足沉管浮運要求），然后讓拖輪拉著與安裝船固定在一起的沉管沿著這條溝槽形成的航道浮運至目標(biāo)安裝位置；但是在一些氣象水文條件比較惡劣的水域中，沉管在浮運過程中很容易因為各種因素影響偏離預(yù)先挖好的溝槽水道，從而給浮運造成不必要的麻煩。

應(yīng)注意的是，一段沉管又可稱為沉管的一個管節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服沉管浮運過程中，因為惡劣氣象水文及其他原因?qū)е碌某凉芷x預(yù)設(shè)溝槽水道的問題，提供一種能夠?qū)崟r監(jiān)控沉管位置，進(jìn)而控制沉管前行路線的拖航導(dǎo)航系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)，包括，

主定位裝置，設(shè)置在安裝船上，用于精確定位安裝船與沉管的位置；所述定位裝置的定位精度在10米以內(nèi)；

無線通信裝置，設(shè)置在安裝船及拖輪上，用于安裝船與拖輪之間的通信；

處理模塊，與主定位裝置及無線通信裝置連接，用于接收、展示安裝船的定位信息及拖輪通過無線通信模塊發(fā)送來的信息。

進(jìn)一步的，所述拖輪上設(shè)置有從定位裝置，所述從定位裝置通過無線通信裝置將自身的定位信息傳輸至處理模塊。

施工時，先在深塢將安裝船與沉管固定安裝，眾所周知的是，沉管與安裝船的體積并不完全一致，因此需在深塢內(nèi)先將安裝船與沉管相對位置測定（如將安裝船與沉管四個角的相對位置測定），一個以上的拖輪將與安裝船固定在一起的沉管通過預(yù)設(shè)的航道從深塢拉向預(yù)設(shè)安裝位置，預(yù)設(shè)航道是根據(jù)沉管的長、寬、高對水底進(jìn)行處理過的水底溝槽或經(jīng)過事先探測滿足沉管浮運條件的水道；工作人員實時觀察主定位裝置的定位信息，并根據(jù)該定位信息與預(yù)設(shè)航道的符合度指揮各個拖輪運行。

進(jìn)一步的，所述處理模塊包括顯示裝置，所述顯示裝置用于以畫面的形式顯現(xiàn)預(yù)設(shè)航道、安裝船以及拖輪的具體位置。工作人員可通過顯示裝置直觀的觀察安裝船、拖輪、預(yù)設(shè)航道的相對關(guān)系，從而根據(jù)實際位置調(diào)整各個拖輪運行方向。

優(yōu)選的，所述定位裝置為GPS定位裝置或北斗定位裝置。

眾所周知，在氣象水文較復(fù)雜的水域，自身沒有動力的安裝船及沉管的運行路線不僅受到拖輪的影響，同樣會受到水流、風(fēng)向等其他因素的影響，因此為了使得沉管能夠順利沿預(yù)設(shè)航道運行，一些實施例中，所述沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括水流監(jiān)測裝置；所述水流監(jiān)測裝置包括用于監(jiān)控沉管剖面流參數(shù)的流速儀、與流速儀連接的浮標(biāo)、與流速儀連接并轉(zhuǎn)發(fā)流速儀的數(shù)據(jù)至處理模塊的無線通信裝置。

進(jìn)一步的，所述沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括風(fēng)監(jiān)測裝置，所述風(fēng)監(jiān)測裝置包括設(shè)置在水平面上的風(fēng)速儀、與風(fēng)速儀連接并轉(zhuǎn)發(fā)風(fēng)速儀測量的數(shù)據(jù)至處理模塊的無線通信裝置。

進(jìn)一步的，所述沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括波浪監(jiān)測裝置，所述波浪監(jiān)測裝置包括波浪監(jiān)測儀器、與波浪監(jiān)測儀器連接并轉(zhuǎn)發(fā)波浪監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)至處理模塊的無線通信裝置。

同時，由于在大體量的沉管進(jìn)行浮運時，需要不止一艘的拖輪進(jìn)行拖拉，這樣，各個拖輪之間對沉管的拉力均衡性就需要進(jìn)行綜合考慮，在此基礎(chǔ)上，所述沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括管節(jié)外力監(jiān)測裝置，所述管節(jié)外力監(jiān)測裝置包括布置在管節(jié)系纜點、用于監(jiān)控沉管管節(jié)系纜點的纜力的一個以上索力測試傳感器，與索力測試傳感器連接的數(shù)據(jù)采集儀，與數(shù)據(jù)采集儀連接的將其采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至處理模塊的無線通信裝置。

進(jìn)一步的，所述沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括管節(jié)內(nèi)力監(jiān)測裝置，所述管節(jié)內(nèi)力監(jiān)測裝置包括用于監(jiān)控施工過程中的管節(jié)內(nèi)部鋼筋應(yīng)力變化的一個以上鋼筋應(yīng)力測試傳感器，連接鋼筋應(yīng)力測試傳感器的數(shù)據(jù)采集儀，連接數(shù)據(jù)采集儀并轉(zhuǎn)發(fā)其采集的數(shù)據(jù)至處理模塊的無線通信裝置。

進(jìn)一步的，所述沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)所述管節(jié)姿態(tài)監(jiān)測裝置包括布置在管節(jié)中間截面處的姿態(tài)儀、與姿態(tài)儀連接的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至處理模塊的無線通信裝置。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)通過在安裝船上設(shè)置定位精度在10米以內(nèi)的定位裝置，在浮運安裝的過程中實時監(jiān)測沉管與預(yù)設(shè)航道的相對位置，通過該相對位置實時調(diào)整各個拖輪的相對位置，從而使得沉管始終在預(yù)設(shè)航道中行進(jìn)。同時，為了防止水流、風(fēng)向、波浪等因素對浮運的額外影響，本系統(tǒng)中同時集成有水流監(jiān)測裝置、風(fēng)監(jiān)測裝置、波浪監(jiān)測裝置，處理模塊通過無線通信裝置實時接收相關(guān)水域的水流、風(fēng)向及波浪信息并展示，工作人員可通過綜合上述信息對沉管的行進(jìn)進(jìn)行預(yù)判，進(jìn)而更好的控制拖輪的前進(jìn)方向。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明提供的沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明提供的沉管拖航導(dǎo)航系統(tǒng)又一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是拖輪、安裝船及沉管在預(yù)設(shè)航道中浮運過程中位置對比示意圖。

圖5是外力監(jiān)測裝置與沉管相對位置示意圖。

圖6是沉管管節(jié)姿態(tài)監(jiān)測裝置位置示意圖。

圖中標(biāo)記：1-處理模塊，11-顯示裝置，2-主定位裝置，3-從定位裝置，4-水流監(jiān)測裝置，5-波浪監(jiān)測裝置，6-風(fēng)監(jiān)測裝置，7-管節(jié)外力監(jiān)測裝置，8-管節(jié)內(nèi)力監(jiān)測裝置，9-管節(jié)姿態(tài)監(jiān)測裝置，100-沉管，200-安裝船，300-拖輪，400-預(yù)設(shè)航道。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1：如圖1（圖中略去了無線通信裝置）所述，本實施例提供一種沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)，包括，

設(shè)置在安裝船200上的主定位裝置2，其用于精確定位安裝船200與沉管100的位置；所述定位裝置的定位精度在10米以內(nèi)；

設(shè)置在安裝船200及拖輪300上的無線通信裝置，其用于安裝船200與拖輪300之間的通信；

與主定位裝置2及無線通信裝置連接的處理模塊1，用于接收、展示安裝船200的定位信息及拖輪300通過無線通信模塊發(fā)送來的信息；所述處理模塊可以是一臺上位機電腦或包含上位機軟件的智能設(shè)備；所述處理模塊還可以對接收到的信息進(jìn)行眾所周知的處理，如將接收到的信心與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較；但應(yīng)注意的是，處理模塊的這種對接收到的信息進(jìn)行處理的方式為本領(lǐng)域常見方式；

進(jìn)一步的，所述拖輪300上設(shè)置有從定位裝置3，所述從定位裝置3通過無線通信裝置將自身的定位信息傳輸至處理模塊1。

進(jìn)一步的，所述處理模塊1包括顯示裝置11，所述顯示裝置11用于以畫面的形式顯現(xiàn)預(yù)設(shè)航道400、安裝船200以及拖輪300的具體位置。

優(yōu)選的，所述定位裝置可以選擇使用GPS定位裝置或北斗定位裝置。

施工時，先在深塢將安裝船200與沉管100固定安裝，眾所周知的是，沉管100與安裝船200的體積并不完全一致，因此需在深塢內(nèi)先將安裝船200與沉管100相對位置測定（如將安裝船200與沉管100四個角的相對位置測定），一個以上的拖輪300將與安裝船200固定在一起的沉管100通過預(yù)設(shè)的航道從深塢拉向預(yù)設(shè)安裝位置，如圖4所示，預(yù)設(shè)航道400是根據(jù)沉管100的長、寬、高對水底進(jìn)行處理過的水底溝槽或經(jīng)過事先探測滿足沉管100浮運條件的水道；工作人員實時觀察主定位裝置2的定位信息，并根據(jù)該定位信息與預(yù)設(shè)航道400的符合度指揮各個拖輪300運行。

具體的，處理模塊1還根據(jù)主定位裝置2的定位信息計算沉管100的浮運航速、航向；由于在深塢中將安裝船200與沉管100固定后測算了安裝船200與沉管100的相對位置（如沉管100四個角與安裝船200的相對位置），因此處理模塊1還可根據(jù)主定位裝置2測定的定位信息計算沉管100各個部位（如四個角或各個邊緣）的具體位置，并在顯示裝置11中顯示，工作人員可通過顯示裝置11直觀的觀察安裝船200、沉管100、拖輪300與預(yù)設(shè)航道400的相對關(guān)系，從而根據(jù)實際位置調(diào)整各個拖輪300運行方向。

實施例2：眾所周知的，在氣象水文較復(fù)雜的水域，自身沒有動力的安裝船200及沉管100的運行路線不僅受到拖輪300的影響，同樣會受到水流、風(fēng)向等其他因素的影響，因此為了使得沉管100能夠順利沿預(yù)設(shè)航道400運行，本實施例提供一種如圖2（圖中略去了無線通信裝置）所示，與實施例1不同點如下的沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)，所述沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括水流監(jiān)測裝置4；所述水流監(jiān)測裝置4包括用于監(jiān)控沉管100剖面流參數(shù)的流速儀、與流速儀連接的浮標(biāo)、與流速儀連接并轉(zhuǎn)發(fā)流速儀的數(shù)據(jù)至處理模塊1的無線通信裝置，具體的，浮標(biāo)、流速儀布置在管節(jié)施工區(qū)域的遠(yuǎn)場來流位置，用于監(jiān)控施工過程中的流速剖面參數(shù)，包括剖面流速流向，剖面布置8-10 個剖面測點，測點根據(jù)水深進(jìn)行平均深度布置，用來計算管節(jié)水流力。

進(jìn)一步的，所述沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括風(fēng)監(jiān)測裝置6，所述風(fēng)監(jiān)測裝置6包括設(shè)置在水平面上的風(fēng)速儀、與風(fēng)速儀連接并轉(zhuǎn)發(fā)風(fēng)速儀測量的數(shù)據(jù)至處理模塊1的無線通信裝置，具體的，所述風(fēng)速儀可以布置在沉管施工區(qū)域的觀測點，用于監(jiān)控施工過程中的關(guān)鍵風(fēng)速、風(fēng)向。觀測點在海面10m 高度以上，可選擇的布置在氣象觀測站、靜止船只等處。

進(jìn)一步的，所述沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括波浪監(jiān)測裝置5，所述波浪監(jiān)測裝置5包括波浪監(jiān)測儀器、與波浪監(jiān)測儀器連接并轉(zhuǎn)發(fā)波浪監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)至處理模塊1的無線通信裝置，具體的，波浪監(jiān)測儀器布置在管節(jié)施工區(qū)域的觀測點，用于監(jiān)控施工過程中的波譜等統(tǒng)計參數(shù)，統(tǒng)計參數(shù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路處理后再發(fā)送至處理模塊進(jìn)行進(jìn)一步處理。波浪監(jiān)測儀器一般由浮標(biāo)系統(tǒng)和觀測系統(tǒng)兩大部分組成，其中浮標(biāo)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)存儲、全向天線、錨泊設(shè)備等組成；觀測系統(tǒng)由計算機、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線處理設(shè)備等組成。浮標(biāo)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，并通過觀測系統(tǒng)進(jìn)行采集、通過無線網(wǎng)絡(luò)對波浪時程數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，提交給監(jiān)測信息存儲服務(wù)器，對波浪的統(tǒng)計信息進(jìn)行存儲分析。觀測點根據(jù)管節(jié)浮運、系泊施工過程的關(guān)鍵施工區(qū)域進(jìn)行布置，分析過程為實時統(tǒng)計最大波高、最大波周期、有效波高、有效波周期、1/10 波高、1/10 波周期、平均波高、平均波周期、波浪個數(shù)、主波向及波向的16 方位分布等數(shù)據(jù)。

實施例3：由于在大體量的沉管100進(jìn)行浮運時，需要不止一艘的拖輪300進(jìn)行拖拉，這樣，各個拖輪300之間對沉管100的拉力均衡性以及沉管100由于拖拉造成的內(nèi)部應(yīng)力變化就需要進(jìn)行綜合考慮，并予以監(jiān)測，基于以上考慮，本實施例提供一種如圖3所示（圖中略去了無線通信裝置），與實施例1不同點如下的沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)，所述沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括管節(jié)外力監(jiān)測裝置7，所述管節(jié)外力監(jiān)測裝置7包括布置在管節(jié)系纜點、用于監(jiān)控沉管100管節(jié)系纜點的纜力的一個以上索力測試傳感器，與索力測試傳感器連接的數(shù)據(jù)采集儀，與數(shù)據(jù)采集儀連接的將其采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至處理模塊1的無線通信裝置，所述外力監(jiān)測裝置典型安裝位置如圖5所示。

進(jìn)一步的，所述沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)還包括管節(jié)內(nèi)力監(jiān)測裝置8，所述管節(jié)內(nèi)力監(jiān)測裝置8包括用于監(jiān)控施工過程中的管節(jié)內(nèi)部鋼筋應(yīng)力變化的一個以上鋼筋應(yīng)力測試傳感器，連接鋼筋應(yīng)力測試傳感器的數(shù)據(jù)采集儀，連接數(shù)據(jù)采集儀并轉(zhuǎn)發(fā)其采集的數(shù)據(jù)至處理模塊1的無線通信裝置，具體的，所述鋼筋應(yīng)力測試傳感器布置在管節(jié)內(nèi)受力較大的截面，如吊點、系纜點 和跨中截面等位置。

進(jìn)一步的，所述沉管100拖航導(dǎo)航系統(tǒng)所述管節(jié)姿態(tài)監(jiān)測裝置9包括布置在管節(jié)中間截面處的姿態(tài)儀、與姿態(tài)儀連接的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至處理模塊1的無線通信裝置；所述管節(jié)姿態(tài)監(jiān)測裝置9典型安裝位置如圖6所示。應(yīng)注意的是，在以上管節(jié)外力監(jiān)測裝置7、管節(jié)內(nèi)力監(jiān)測裝置8及管節(jié)姿態(tài)監(jiān)測裝置9處均可設(shè)置將各傳感器采集的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以方便無線傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換電路。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。