专利名称：挖泥船抽吸管的位置测量方法
技术领域：
本发明涉及一种确定将抽吸管连接到挖泥船上的线缆的运动学参数Q的方法，其中抽吸管在管道悬挂点上由线缆连接到挖泥船上的线缆悬挂点E。并且，本发明涉及一种计算机程序产品，其被配置用于提供执行确定抽吸管运动学参数Q的方法的指令。另外，本发明涉及一种挖泥船，其包括抽吸管，所述抽吸管在管道悬挂点上由线缆连接到挖泥船上的线缆悬挂点E。
背景技术：
采用挖泥船进行挖泥作业过程中，期望获知挖泥船的抽吸管外端的抽吸耙头位置的准确信息。利用所述信息可以提高挖泥准确度，并且防止抽吸管和耙头受到不期望的撞击而损伤。如这样一个实例，在不期望的下层逆流或者水面起伏的影响下，抽吸管可能会在横过船方向上向挖泥船的船身弯曲。无论如何必须避免抽吸管相对于船身的弯曲。根据已知的用于确定抽吸管和抽吸头位置的方法，挖泥船包括抽吸管，所述抽吸管在管道悬挂点上由长度为L的线缆连接到挖泥船上的线缆悬挂点E。该线缆悬挂点E位于承载着线缆的台架上，通过所述台架抽吸管可以在基本水平的搁置位置和倾斜管道位置之间移置。线缆在线缆悬挂点E穿过万向接头，所述万向接头可以在横跨横过船方向X和竖直方向Z的一个平面内自由移动。该平面内的万向接头的角度由电位计进行测量并且传送到计算机，产生线缆方位的指示。线缆长度L由输出计数器测量，并且也被传送到计算机。线缆上被施加持续张力，从而保持其紧绷。(参见实例http://dieselship. com/free-articles/ll-ship-construction-and-naval-architecture/259-dp-systems. html,最近更新于2009年11月11日)。这类线缆机械角度测量的问题在于，万向接头和电位计易于产生机械疲劳和故障，从而降低了方法的准确度和可靠性。

发明内容
本发明的目的在于提供在一种方法，由该方法能够以更耐用的方式确定承载着挖泥船的抽吸管的线缆的运动学参数，并且提供了一种能够执行该方法的挖泥船。该目的通过以下步骤实现第一方面，提供一种根据权利要求I前序部分的方法，其特征在于_在挖泥船上安装雷达源和雷达探测器，雷达源具有大致指向线缆的雷达发射场；_使用雷达发射场照射线缆；_使用雷达探测器接收线缆反射的雷达反射场，以及-由雷达反射场确定运动学参数Q。通过安装雷达源和雷达探测器，由所测得的雷达信号可以获得线缆的方位。假定船身上的枢轴连接位置以及抽吸管的长度为已知的参数，其与线缆和/或抽吸管的其他参数相结合可以产生抽吸头位置的准确信息。有利地，雷达测量在船甲板上、即水面以上执行。更通用地，线缆的不同运动学参数Q(例如，位置和/或速度分量，径向速度，和/或加速度分量)可以由吃水线以上的雷达源和探测器获得，从而线缆方位测量系统更不易受水致磨损影响。根据雷达源和探测器的布置方式(即雷达阵列的布局和操作特性)，雷达测量可以包括仅最接近距离点测量、线测量、或者甚至三维线缆位置成像。在该方法的其他实施例中，构成线缆的运动学参数Q的限制条件或者边界条件的其他参数被测量。将雷达测量中获得的线缆运动学参数与其他(线性独立的)测量值相结合，最终可以确定抽吸管和抽吸头的位置。在必需的计算中可以使用迭代三维计算方法，其可由平均或者滤波算法可选择地补充，从而补偿测量误差。特别地，根据该方法的另外一个实施例，挖泥船具有用于确定管道悬挂点和线缆悬挂点E之间的线缆长度L的装置，其中确定运动学参数Q包括_确定线缆的线缆长度L。有利地，线缆悬挂点和管道悬挂点之间的线缆长度L为确定线缆的运动学参数Q提供了附加信息。线缆的运动学参数Q以及线缆长度L可构成足以用于计算抽吸管和抽吸头位置信息的参数集。已知的测角转换被用于将雷达测量与线缆长度L测量相结合，从而 确定运动学参数Q。并且，根据该方法的另一个实施例，抽吸管具有至少一个管道角度计，其中确定运动学参数Q包括_在抽吸管的纵向管道轴线SI和挖泥船船身的纵向船轴线S2之间确定至少一个倾角X。有利地，倾角X提供了用于提高运动学参数Q确定精度的附加信息。在确定运动学参数Q中，倾角X的测量可以替代或者补充线缆长度L的测量。线缆的运动学参数Q以及至少抽吸管的倾角X可以构成足以计算抽吸管和抽吸头位置信息的参数集。已知的测角转换可以被用于将雷达测量与倾角X测量相结合，从而确定运动学参数Q。仍根据该方法的另一个实施例，抽吸管具有压力传感器，其中确定运动学参数Q包括_通过压力传感器测量压力P，并且-计算抽吸管第二管端处的抽吸头的深度。有利地，由压力传感器测量获得的挖泥过程中的抽吸头深度为提高运动学参数Q的确定精度提供了附加信息。在确定运动学参数中，抽吸头深度的测量可以代替或者补充线缆长度L的测量和/或倾角X的测量。线缆的运动学参数Q以及至少抽吸头深度可以构成足以计算抽吸管和抽吸头位置信息的参数集。根据该方法的一个实施例，线缆在使用过程中基本上是直的，其中确定运动学参数Q包括_由雷达发射场确定探测器上的探测器参考点A和线缆上的线缆区D之间的线缆距离AD的指示值。根据线缆基本上是直的这一假设，特定线缆区域的线缆距离AD的指示值是线缆方位的代表性参数。由所测得的雷达反射场确定线缆距离的指示值极大地简化了抽吸管运动学参数Q的确定。此处意指的一般线缆区域可以为任意优选区域，例如最接近线缆区域或者用一些其他方式可辨认的不同线缆区域。根据本方法的另一个实施例，使用雷达发射场照射线缆包括向着线缆和沿着雷达探测器的主探测器轴线发射基本上与挖泥船的挖泥船船身相垂直的雷达发射场的发射场主波瓣，其中线缆区域D是最接近线缆区域F，并且其中线缆距离AD为探测器参考点A和最接近线缆区域F之间的最短距离AF。通过在基本上垂直于挖泥船的船身并且指向线缆的方向上由雷达源发射发射场主波瓣，可以有效地确定在基本上与船身表面相垂直的横过船方向上的线缆偏转。雷达探测器参考点与最接近线缆区域之间的最短距离为优选参数，因为即使在一锥雷达位置测量中该参数也是相对容易确定的。根据该方法的另一实施例，线缆在与横过船方向X和沿船方向Y都相垂直的竖直方向Z上具有竖直分量，该方法包括-由最短雷达距离AF、探测器参考点A和线缆悬挂点E之间的投影水平距离AB、以及探测器参考点A和线缆悬挂点E之间的投影竖直距离BE确定横过船竖直线缆升沉角β。所述横过船竖直线缆升沉角是用于描述线缆和抽吸管的横过船偏转(即横过船方向X相对于沿着竖直方向Z的起始轴线的水平偏转)的确凿参数。根据本方法的另一实施例，确定横过船竖直线缆升沉角β包括解方程

权利要求
1.一种用于确定将抽吸管(126)连接到挖泥船(120)上的线缆(144)的运动学参数Q的方法，其中抽吸管(126)在管道悬挂点(136)上由线缆(144)连接到挖泥船(120)上的线缆悬挂点E， 其特征在于 a)在挖泥船(120)上安装雷达源(152)和雷达探测器(154)，雷达源(152)具有基本上指向线缆(144)的雷达发射场(202)； b)使用雷达发射场(202)照射线缆(144)； c)使用雷达探测器(154)接收由线缆(144)反射的雷达反射场(204)，并且 d)由雷达反射场(204)确定运动学参数Q。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于挖泥船(120)具有确定管道悬挂点(136)和线缆悬挂点E之间的线缆长度L的装置，其中确定运动学参数Q的步骤包括 -确定线缆(144)的线缆长度L。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于抽吸管(126)具有至少一个管道角度计(138)，其中确定运动学参数Q的步骤包括 -对于处于倾斜管道位置的抽吸管(126)，至少确定抽吸管(126)的纵向管道轴线SI和挖泥船船身(122)的纵向船轴线S2之间的一个倾角X。
4.根据任意一个上述权利要求所述的方法，其特征在于抽吸管(126)具有压力传感器(148)，其中确定运动学参数Q的步骤包括 -通过压力传感器(148)测量压力P ； -计算在抽吸管(126)第二管端(132)处的抽吸头(134)的深度。
5.根据任意一个上述权利要求所述的方法，其特征在于线缆(144)在使用过程中基本上是直的，其中确定运动学参数Q的步骤包括 -由雷达反射场(204)确定在雷达探测器(154)上的探测器参考点A和线缆(144)上的线缆区域D之间的线缆距离AD的指示值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于使用雷达发射场(202)照射线缆(144)的步骤包括，朝向线缆(144)和沿着雷达探测器(154)的主探测器轴线(210)发射基本上与挖泥船(120)的挖泥船船身(122)相垂直的雷达发射场(202)的发射场主波瓣(206)，其中线缆区域D为最接近的线缆区域F，并且其中线缆距离AD是探测器参考点A和最接近线缆区域F之间的最短雷达距离AF。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于线缆(144)在竖直方向Z上具有与横过船方向X和沿船方向Y相垂直的竖直分量，该方法包括 -由最短雷达距离AF、探测器参考点A和线缆悬挂点E之间的投影水平距离AB、以及探测器参考点A和线缆悬挂点E之间的投影竖直距离BE来确定横过船竖直线缆升沉角β。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于确定横过船竖直线缆升沉角β的步骤包括求解方程
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于探测场主波瓣(208)具有特征半波束宽度角α，其中如果横过船竖直线缆升沉角β大于特征半波束宽度角α的话，确定横过船竖直线缆升沉角β的步骤包括求解备选的方程
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的方法，其特征在于挖泥船(120)包括台架 (140)，抽吸管(126)通过所述台架可以在基本水平的搁置位置和倾斜管道位置之间移置，其中该方法包括 -使发射场主波瓣(206)指向线缆(144)，并且 -当抽吸管(126)处于倾斜管道位置时，使雷达探测器(154)的主探测器轴线(210)指向线缆(144)。
11.根据任意一个前述权利要求所述的方法，其特征在于在挖泥船(120)上的船上位置(402)处安装雷达探测器(154)，并且其中该方法包括 -在有别于所述船上位置(402)的另一个船上位置(404)处安装另一个雷达探测器(406)， -使用所述雷达探测器(154)来接收由线缆(144)反射的雷达反射场(204)； -使用另一个雷达探测器(406)来接收由线缆(144)反射的另一个雷达反射场(408)，以及 -由所述雷达反射场(204)和所述另一个雷达反射场(408)确定运动学参数Q。
12.根据任意一个前述权利要求所述的方法，其特征在于抽吸管(126)包括多个抽吸管段，其中每个抽吸管段与相邻的抽吸管段相互枢接，并且在相应的管段悬挂点处通过相应的线缆连接至相应的线缆悬挂点，其中，从与挖泥船(120)的挖泥船船身(122)相连接的第一管端(130)处的第一抽吸管段开始，每个后续的抽吸管段均执行以下步骤 a)在挖泥船(120)上安装相应的雷达源和相应的雷达探测器，相应雷达源具有基本上指向相应线缆的相应雷达发射场； b)使用相应雷达发射场照射相应线缆； c)使用相应雷达探测器来接收由相应线缆反射的相应雷达反射场，并且 d)由相应雷达反射场确定相应运动学参数Q’。
13.一种计算机程序产品，当被下载到计算机设备(156)时，其被配置为提供执行根据权利要求1-12中任一所述方法的指令。
14.一种计算机可读媒介，其包括根据权利要求13所述的计算机程序产品。
15.一种挖泥船(120)，其包括抽吸管(126)，所述抽吸管(126)在管道悬挂点(136)上由线缆(144)连接到挖泥船(120)上的线缆悬挂点E， 其特征在于 挖泥船(120)包括雷达源(152)和雷达探测器(154)，其中雷达源(152)被布置为产生基本上指向线缆(144)的雷达发射场(202)，并且其中雷达探测器(154)被布置为接收由线缆(144)反射的雷达反射场(204)，并且其中挖泥船(120)包括计算机设备(156)，所述计算机设备(156)被配置为由雷达反射场(204)来确定线缆(144)的运动学参数Q。
16.根据权利要求15所述的挖泥船(120)，其特征在于挖泥船(120)具有用于确定在管道悬挂点(136)和线缆悬挂点E之间的线缆长度L的装置，以及其中计算机设备(156)被配置为由除雷达反射场(204)之外的线缆长度L来确定运动学参数Q。
17.根据权利要求15或16所述的挖泥船(120)，其特征在于抽吸管(126)包括至少一个管道角度计(138)，其中对于处于倾斜管道位置时的抽吸管(126)，所述管道角度计(138)用于确定抽吸管(126)的纵向管道轴线SI和挖泥船船身(122)的纵向船轴线S2之间的倾角X，并且其中计算机设备(156)被配置为由倾角X和雷达反射场(204)这两者来确定运动学参数Q。
18.根据权利要求15 17中任意一项所述的挖泥船(120)，其特征在于抽吸管(126)包括压力传感器(148)，其用于测量抽吸管(126)第二管端(132)处的抽吸头(134)附近的压力P，并且其中计算机设备(156)被配置为计算抽吸头(134)的深度以及由所计算的深度和雷达反射场(204)确定运动学参数Q。
19.根据权利要求15-18中任意一项所述的挖泥船(120)，其特征在于在挖泥船(120)上的船上位置(402)处安装雷达探测器(154)，并且其中挖泥船(120)在有别于所述船上位置(402)的另一个船上位置(404)上包括另一个雷达探测器(406)，其中所述另一个雷达探测器(406)被布置用于接收由线缆(144)反射的另一个雷达反射场(408)，以及其中计算机设备(156)被配置为由雷达反射场(204)和所述另一个雷达反射场(408)来确定运动学参数Q。
20.根据权利要求15-19中任意一项所述的挖泥船(120)，其特征在于抽吸管(126)包括多个抽吸管段，其中每个抽吸管段与相邻的抽吸管段相互枢接，并且在相应的管段悬挂点处由相应的线缆连接至相应的线缆悬挂点，挖泥船(120)包括相应的雷达源和相应的雷达探测器，其中每个相应的雷达源被布置成产生基本上指向相应的线缆的雷达发射场，并且其中相应的雷达探测器被布置成接收由相应的线缆反射的相应的雷达反射场，并且其中，从与挖泥船(120)的挖泥船船身(122)相连接的第一管端(130)处的第一抽吸管段开始，计算机设备(156)被配置成确定每个后续的抽吸管段的相应的线缆的运动学参数Q’。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定挖泥船(120)抽吸管(126)的运动学参数Q的方法。该抽吸管(126)在管道悬挂点(136)上由线缆(144)连接到挖泥船(120)的线缆悬挂点E上。该方法包括在挖泥船(120)上安装雷达源(152)和雷达探测器(154)，雷达源(152)具有指向线缆(144)的雷达发射场(202)；使用发射场(202)照射线缆(144)；使用雷达探测器(154)接收由线缆(144)反射的反射场(204)，并且由反射场(204)确定运动学参数Q。本发明还涉及一种挖泥船(120)，其包括雷达源(152)和雷达探测器(154)、且被配置用于执行所述方法。
文档编号G01S13/06GK102830393SQ20121026953
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月15日 优先权日2011年6月16日
发明者C·德凯泽尔 申请人:Ihc系统私人有限公司