[发明专利]沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统及测控方法

权利要求书

1.一种沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统，其特征在于，具有多组接收/发射超声波传感器、工业PC控制平台、串口/无线网络通讯系统、指挥室PC控制和显示平台，多组接收/发射超声波传感器通过同轴电缆与工业PC控制平台连接，工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过串口/无线网络通讯系统连接。

2.根据权利要求1所述的沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统，其特征在于：接收/发射超声波传感器组数为三组，每组接收/发射超声波传感器中，发射超声波传感器与接收超声波传感器的对应关系为1对4，1对3，2对4或者2对3，接收超声波传感器通过支架安装在沉管的管尾，发射超声波传感器通过支架安装在待沉管的管头。

3.根据权利要求1所述的沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统，其特征在于：工业PC控制平台与指挥室PC控制和显示平台通过无线电传输系统或者3G/4G传输系统连接。

4.一种应用权利要求1或2或3所述的沉管隧道建设中管段对接的水下高精度测控系统实现的测控方法，其特征在于，具有以下步骤：

S1、安装传感器，接收/发射超声波传感器分组面对面安装到管头和管尾的位置；

S2、接收/发射超声波传感器测量中心和预设控制点标定，采用高精度全站仪在同一坐标系下测量得到传感器中心、预设控制点以及管段角点的空间坐标值，用于管段相对姿态的计算；

S3、现场测量，控制接收/发射超声波传感器的声波发射和接收，根据声波在水中的走时计算接收/发射超声波传感器之间的空间距离；

S4、发射传感器测量中心坐标计算，以已沉放管段管底面为投影中心建立独立坐标系，根据前面标定结果计算出接收超声波传感器中心、控制点的空间坐标，然后以发射超声波传感器中心坐标为未知数建立接收/发射超声波传感器测量中心之间的距离方程组，通过解方程组得到发射超声波传感器的中心坐标值，以此类推得到各个发射超声波传感器测量中心的空间坐标；

S5、待沉放管段控制点坐标计算，根据发射超声波传感器前期标定坐标和测量坐标计算变换矩阵，然后将标定的管段控制点坐标乘以该矩阵即可得到其即时坐标；

S6、在计算得到所有控制点坐标的基础上，调用微软Direct3D函数库建立两节管段的空间模型。

5.根据权利要求4所述的测控方法，其特征在于：接收/发射超声波传感器测量中心和管段控制点坐标采用0.5″以上高精度全站仪进行标定，标定内容为统一坐标系下的三维坐标。