申请/专利权人：天津港航工程有限公司;曹妃甸新天液化天然气有限公司;天津港滨科技发展有限公司

申请日：2022-10-28

公开（公告）日：2023-01-24

公开（公告）号：CN115388867B

主分类号：G01C15/00

分类号：G01C15/00;G01C5/00;E02D23/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.01.24#授权;2022.12.13#实质审查的生效;2022.11.25#公开

摘要：本发明公开了一种基于沉井下沉姿态实时观测播报系统的观测播报方法，系统包括设置在沉井施工现场的观测系统和第一传输系统，及设置在中控室内的处理系统和第二传输系统；观测系统包括多台沉井棱镜、至少两台控制点棱镜、全站仪和服务器；观测播报方法为通过控制点棱镜实现定向和观测误差确认，通过多台沉井棱镜获得沉井刃脚顶点坐标以模拟沉井下沉姿态变化，在沉井过程中持续观测沉井的下沉过程中的实时状态以及终沉状态是否存在异常；该沉井下沉姿态实时观测播报系统及其观测播报方法实现在沉井下沉过程中对沉井三维坐标进行实时、精确测量和定位，大幅提高了沉实时姿态及终沉姿态的观测效率及精度，从而实现沉井下沉姿态实时观测定位和模拟。

主权项：1.一种沉井下沉姿态实时观测播报方法，其特征在于，该方法基于沉井下沉姿态实时观测播报系统实现，其中，沉井下沉姿态实时观测播报系统包括设置在沉井施工现场的观测系统和第一传输系统，以及设置在中控室内的处理系统和第二传输系统；其中，观测系统包括若干台沉井棱镜、至少两台控制点棱镜、一台全站仪和一台服务器；若干台沉井棱镜沿周向均布设置在沉井的顶部边沿处；沉井棱镜均采用360°棱镜，以保证全站仪始终照准棱镜中心；至少两台控制点棱镜间隔设置在沉井区域外的稳固基点上；控制点棱镜采用360°棱镜或圆棱镜；全站仪设置在一呈水平设置的监测平台上，其设置位置能够满足观测并读取到至少两个控制点棱镜以及至少三个沉井棱镜的位置坐标和标高；服务器设置在全站仪邻侧，并与全站仪连接，以接收全站仪获取的数据；处理系统包括处理器和与处理器连接的显示器；第一传输系统与第二传输系统之间采用无线传输的方式连接，使与第一传输系统连接的服务器和与第二传输系统连接的处理系统之间实现数据交互；采用沉井下沉姿态实时观测播报系统实现的沉井下沉姿态实时观测播报方法的步骤如下：S1、确定工程坐标系和高程基准，并利用第一控制点棱镜完成全站仪的设站定向；S2、构建沉井坐标系，获得各沉井棱镜参照点在沉井坐标系下的坐标、以及与各沉井棱镜对应的沉井刃脚顶点的坐标；沉井棱镜参照点具体选取沉井棱镜的中心点或沉井棱镜的安装点；S3、构建沉井坐标系与工程坐标系之间的动态变换模型，以获得沉井坐标系与工程坐标系之间的实时转换关系；构建工程坐标系与沉井坐标系之间动态变换模型，其表达式为： ， 式中，为该点在工程坐标系下的坐标，为任一点在沉井坐标系下的 坐标，为沉井坐标系的原点在工程坐标系下的坐标；为绕Z轴的旋转矩阵，，为沉井坐标系的Z轴转动至与工程坐标系的Z轴重合的旋转角 度；为绕Y轴的旋转矩阵，，为沉井坐标系的Y轴转动至与 工程坐标系的X轴重合的旋转角度；为绕X轴的旋转矩阵，，为沉井坐标系的Z轴转动至与工程坐标系的Z轴重合的旋转角度； 根据工程坐标系与沉井坐标系之间动态变换模型的表达式，确定： 这六个变量为沉井实时姿态的关键模型参数； 采用线性迭代最小二乘法求解得到沉井实时姿态的关键模型参数，其线性迭代求取公式为： ， 其中，的函数；X为未知数向量， ；为线性迭代计算过程中待求解参数的增量， ； V表示残差矩阵，VT表示残差矩阵V的转置，V的表达式为： ， ， 在上两式中，由于模型计算需要至少三个沉井棱镜，即i=1,2,…,n，n≥3；xGi,yGi,zGi为第i个沉井棱镜参照点在工程坐标系下的坐标，xCi,yCi,zCi为第i个沉井棱镜参照点在沉井坐标系下的坐标；在上述线性迭代计算中，设置线性迭代计算的初值为： ， 式中，arctan2yGj-yGi,xGj–xGi为工程坐标系下第i沉井棱镜至第j沉井棱镜的方位角，arctan2yCj-yCi,xCj–xCi为沉井坐标系下第i沉井棱镜至第j沉井棱镜的方位角；xGi,yGi,zGi、xGj,yGj,zGj分别为第i沉井棱镜参照点、第j沉井棱镜参照点在工程坐标系下的实时坐标，xCi,yCi,zCi、xCj,yCj,zCj分别为第i沉井棱镜参参照点、第j沉井棱镜参照点在沉井坐标系下的坐标；其中，第i沉井棱镜和第j沉井棱镜为两个相邻的沉井棱镜；在上述线性迭代计算中，设置线性迭代计算的迭代停止条件为：当迭代计算得到中 每个元素的绝对值都小于一个给定的微小数值； 进而，基于线性迭代初始值，将各沉井棱镜在工程坐标系下的实时坐标代入至上述线 性迭代求取公式中，即可求出，而作为下一次迭代计算的待求参数近似值；通过 不断线性迭代计算出新的待求解参数的增量，直至待求解参数的增量达到迭代停止 条件为止；更新的计算结果，即为的最优解；将由步骤 S303得到的的最优解代入步骤S301构建的工程坐标系与沉井坐 标系之间动态变换模型中，即得到工程坐标系与沉井坐标系之间的当前坐标转换关系式； S4、在沉井过程中，基于间隔观测时间T，持续观测各沉井棱镜参照点在工程坐标系下的实时坐标，以获得各刃脚顶点在工程坐标系下的实时坐标，进而判断沉井的实时下沉状态是否存在异常；S5、沉井终沉后，观测各沉井棱镜参照点在工程坐标系下的终沉坐标，以获得各刃脚顶点在工程坐标系下的终沉坐标，进而判断沉井的终沉状态是否存在异常。

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