本申請(qǐng)涉及海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有重力式結(jié)構(gòu)、高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)、單樁結(jié)構(gòu)、多樁結(jié)構(gòu)、三角架結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)、浮式結(jié)構(gòu)等。而海上風(fēng)電機(jī)組單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工周期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在海上風(fēng)電建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，大直徑單管樁沉樁的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)是單管樁垂直度控制，而單管樁垂直度是保證施工質(zhì)量和風(fēng)機(jī)運(yùn)營(yíng)期安全的一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工技術(shù)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(chǔ)頂法蘭水平度(樁軸線傾斜度)偏差≤3‰。如上，隨著施工質(zhì)量要求不斷提高，對(duì)大直徑鋼管樁的沉樁技術(shù)提出了更高的要求，同時(shí)對(duì)施工過(guò)程中單管樁垂直度的控制也提出了更高的要求。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)單樁垂直度監(jiān)測(cè)的常規(guī)辦法為垂線法，一般采用外掛2個(gè)高2米的吊錘線，分別在x向和y向，根據(jù)2米的吊錘線來(lái)觀測(cè)樁身垂直度。然而，垂線法雖簡(jiǎn)單方便，但是易受錘擊和風(fēng)力等因素影響晃動(dòng)，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(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)樁施工采用全站儀觀測(cè)法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直度的控制，但是全站儀觀測(cè)法操作較為復(fù)雜，不簡(jiǎn)便。綜上，鑒于垂線法和全站儀觀測(cè)法均有其自身的不足，常規(guī)的監(jiān)測(cè)手段難以滿足當(dāng)前形勢(shì)下對(duì)大直徑單樁基礎(chǔ)軸線垂直度監(jiān)測(cè)的要求。所以有必要設(shè)計(jì)出一種適合海上施工的大直徑單樁基礎(chǔ)軸線垂直度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以滿足海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的一個(gè)目的是提供一種可滿足海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工要求的大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有常規(guī)監(jiān)測(cè)手段監(jiān)測(cè)精度低、操作復(fù)雜、易受人為因素影響等問(wèn)題。

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

激光測(cè)距儀、三軸傾角計(jì)、通訊模塊以及后臺(tái)顯示裝置，所述激光測(cè)距儀和三軸傾角計(jì)將所測(cè)量的樁帽與樁柱間的夾角數(shù)據(jù)以及樁帽的水平數(shù)據(jù)通過(guò)通訊模塊傳輸至后臺(tái)顯示裝置。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述激光測(cè)距儀由激光光源、ccd相機(jī)和數(shù)據(jù)處理及傳輸模塊組成，所述激光光源、ccd相機(jī)和樁柱呈三角形配置。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述激光測(cè)距儀安裝在樁帽底部。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述激光測(cè)距儀通過(guò)打孔安裝在樁帽底部。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述三軸傾角計(jì)由微控制單元mcu、三軸mems加速度計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及通訊單元組成。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述三軸傾角計(jì)安裝固定在樁帽上。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述通訊模塊采用無(wú)線zigbee模塊。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述無(wú)線zigbee模塊采用貼片郵票孔封裝。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述激光測(cè)距儀、三軸傾角計(jì)以及通訊模塊中均安裝有減震器。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述后臺(tái)顯示裝置，具體用于顯示激光測(cè)距數(shù)據(jù)、三軸傾角計(jì)方位及角度數(shù)據(jù)、融合水平數(shù)據(jù)、姿態(tài)位移數(shù)據(jù)、方位角俯仰角信息數(shù)據(jù)以及x、y、z軸角度值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括激光測(cè)距儀、三軸傾角計(jì)、通訊模塊以及后臺(tái)顯示裝置，所述激光測(cè)距儀和三軸傾角計(jì)將所測(cè)量的樁帽與樁柱間的夾角數(shù)據(jù)以及樁帽的水平數(shù)據(jù)通過(guò)通訊模塊傳輸至后臺(tái)顯示裝置。本申請(qǐng)利用激光測(cè)距儀來(lái)測(cè)量樁帽與鐵砧的夾角即測(cè)量樁柱與樁帽的夾角，利用三軸傾角計(jì)來(lái)測(cè)量樁帽的水平程度，提高了施工工程中的自動(dòng)化程度，降低了人為影響因素，提高了海上風(fēng)電基礎(chǔ)樁其垂直度的監(jiān)測(cè)精度以及施工效率。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本申請(qǐng)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1示出根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)方面的大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2示出根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)方面的大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝測(cè)量示意圖；

圖3示出根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)方面的激光測(cè)距儀三角法測(cè)量原理示意圖；

圖4示出根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)方面的三軸傾角計(jì)測(cè)量原理示意圖。

附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

具體實(shí)施方式

為了使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供一種大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：激光測(cè)距儀、三軸傾角計(jì)、通訊模塊以及后臺(tái)顯示裝置，所述激光測(cè)距儀和三軸傾角計(jì)將所測(cè)量的樁帽與樁柱間的夾角數(shù)據(jù)以及樁帽的水平數(shù)據(jù)通過(guò)通訊模塊傳輸至后臺(tái)顯示裝置。

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

可選的，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述激光測(cè)距儀安裝在樁帽底部。具體的，所述激光測(cè)距儀通過(guò)打孔安裝在樁帽底部。所述三軸傾角計(jì)安裝固定在樁帽上。

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

本申請(qǐng)針對(duì)海上風(fēng)電工程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了滿足海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工要求的軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有海上風(fēng)電基礎(chǔ)樁其垂直度精確控制的施工難點(diǎn)問(wèn)題，也解決了常規(guī)監(jiān)測(cè)方法精度低、施工效率低、易受人為因素影響等問(wèn)題，提高了施工工程中的自動(dòng)化程度，對(duì)單樁基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)具有重要意義。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述激光測(cè)距儀由激光光源、ccd相機(jī)和數(shù)據(jù)處理及傳輸模塊組成，所述激光光源、ccd相機(jī)和樁柱呈三角形配置。

實(shí)施中，如圖3所示，本申請(qǐng)采用激光三角測(cè)量原理，將激光光源11、被測(cè)物(樁柱)、ccd相機(jī)三者呈三角形配置，激光光源11在被測(cè)物的投影點(diǎn)為p。在視平面上從p1點(diǎn)往p2、p3移動(dòng)從而引起p點(diǎn)在視平面產(chǎn)生相應(yīng)的位移p1`p2`、p2`p3`，實(shí)現(xiàn)測(cè)距。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述三軸傾角計(jì)由微控制單元mcu、三軸mems加速度計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及通訊單元組成。

實(shí)施中，本申請(qǐng)三軸傾角計(jì)由mcu、三軸mems加速度計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、通訊單元組成，直接輸出角度等傾斜數(shù)據(jù)。當(dāng)三軸傾角計(jì)靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒(méi)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(jì)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(jì)通過(guò)測(cè)量x、y、z三軸的加速度從而計(jì)算出樁柱與樁帽間的傾角。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述通訊模塊采用無(wú)線zigbee模塊。所述無(wú)線zigbee模塊采用貼片郵票孔封裝。

優(yōu)選的，本申請(qǐng)采用無(wú)線傳輸模塊，即2.4ghz無(wú)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(shí)器進(jìn)入休眠及深度休眠功能，休眠電流最低，且尺寸小。

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述激光測(cè)距儀、三軸傾角計(jì)以及通訊模塊中均安裝有減震器。

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

進(jìn)一步地，上述大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述后臺(tái)顯示裝置，具體用于顯示激光測(cè)距數(shù)據(jù)、三軸傾角計(jì)方位及角度數(shù)據(jù)、融合水平數(shù)據(jù)、姿態(tài)位移數(shù)據(jù)、方位角俯仰角信息數(shù)據(jù)以及x、y、z軸角度值。

綜上，本申請(qǐng)大直徑單樁軸線垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提高了海上風(fēng)電基礎(chǔ)樁其垂直度的監(jiān)測(cè)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(dòng)化程度，其可以進(jìn)而推廣至樁姿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可以對(duì)直樁、斜樁等進(jìn)行精確的角度控制。本申請(qǐng)具有較強(qiáng)的使用價(jià)值，可在海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工中大規(guī)模推廣應(yīng)用，必將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并促進(jìn)我國(guó)海上風(fēng)電的發(fā)展。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍。這樣，倘若本申請(qǐng)的這些修改和變型屬于本申請(qǐng)權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請(qǐng)也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本申請(qǐng)不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本申請(qǐng)的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請(qǐng)的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本申請(qǐng)內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。第一，第二等詞語(yǔ)用來(lái)表示名稱，而并不表示任何特定的順序。