绞吸船挖泥导航系统配套方案_.doc

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一、绞吸船施工导航系统配套方案

GPS罗经在绞吸船施工导航中的应用

GPS罗经，简单地说就是一款集双GPS天线为一体的定位测量系统，它的基本特点是测量定位与微基线解算加卫星轨道信息处理的定位与定向系统，既能连续测定施工船位置坐标又能连续测定实时的航向，为导航软件系统提供精确、稳定的数字航向，从而保证海上静态或准动态施工状态下自动化导航的精确航向指示，并完全替代传统的单GPS+人工航向和双GPS定位与粗定航向的作业方式（其价格远远低于GPS+电罗经或双GPS+导航软件，且航向精度与连续性比该两种配套系统要高）。

由南方公司代理和经销的“CRESENTV101”GPS罗经（也称姿态仪），是加拿大“HEMSIPHERE”公司生产的一款一体化的船用高精度定位与定向系统，同时具有DGPS和电子罗经的功能，接收卫星差分信号进行实时差分定位，卫星差分信号在整个亚洲都能覆盖，在整个中国地区无论沿海或内地都能正常接收进行差分定位，系统定位精度在60cm内，内置电子陀螺，航向精度优于0.5度，直流供电9~36V宽幅工作电压，通电后自动进入工作状态，数据输出格式为标准NMEA-0183GGA数据信息，可为所有商业导航测量软件提供系统兼容，主机配有专用的快速安装支架，可为用户提供快捷安装和拆卸，但最关键的还是GPS罗经能为施工导航和绞刀头摆动提供实时、连续、准确的航向变化。

“CRESENTV110”GPS罗经的特性与技术指标特别适合绞吸船和抓斗船以及海上铺排、海底管线铺设工程施工船舶使用，它与施工导航软件功能的结合与配套可为准动态施工状态下的各类船舶提供实时的准确位置与连续的航向指示，从而解决了以往单GPS加人工输入罗经航向值的工作方式，彻底排除了磁罗经自身误差所带来的施工航向误差，提高了施工控制的精度和移船的速度及施工作业效率。

为更好地配合绞吸船用户使用V101GPS罗经和系统组成，南方《疏浚导航软件》功能中还具备了对绞刀头桥梁的角度传感器的数据读取和绞刀桥梁长度的参数设置，可实时跟踪计算和显示绞刀头下放的深度和挖泥界面的深度指示，能根据设计断面参数编制施工断面文件，进一步完善了绞吸船施工时的三维显示，可有效地控制施工摆宽和绞刀头的下放深度，切实达到防止超宽、超深的施工目的，并可通过鼠标任意圈定已挖过的范围自动求算施工面积。

对没有安装绞刀桥梁角度传感器的绞吸船我们也可以提供角度传感器的配套和安装。

绞吸船施工导航与绞刀深度指示界面图

软件功能中可根据设计断面进行编制施工断面图形，导航界面下方的功能栏内的“施工断面”窗是为配合绞刀头深度显示所具有的设计断面和实际施工深度断面的合成显示，在施工时能直观地显示设计断面和绞刀头挖泥深度断面，为施工导航、挖泥深度控制提供更准确和更有效的操纵和监控手段。

设计断面与实际施工深度断面显示窗

南方公司历来本着对广大疏浚、测量行业的新老用户热情服务的态度和尽最大可能来满足新老用户对产品技术的要求，产品在不断地创新，技术在不断的提高，品质在不断地提升，软件功能在不断地完善，专业技术功能的涵盖面也越来越广。

在目前国内采用GPS定位与电子罗经产品结合技术还未成熟之际，率先代理了进口GPS定位加电子罗经的产品——CRESENTV101GPS罗经，可为抓斗船、绞吸船施工提供定位与定向，确保施工航向与设计轴线达到一致的施工要求，并根据绞吸船的施工特点，我们还提供绞刀头桥梁的角度传感器配套安装和数据采集，完善了软件功能中的绞吸船施工深度的指示功能，为用户提供施工过程中的绞刀深度指示和施工断面与设计断面的同步显示,以获得更直观的施工操控，满足施工质量要求。

二、绞吸船绞刀深度指示系统角度传感器功能与安装说明

南方《疏浚导航软件》在绞吸船上的使用与功能扩展的意义和注意事项，在增加绞刀桥梁数字传感器后可实现绞吸船绞刀深度指示，结合断面图形同步显示，能有效地为绞吸船提供施工深度监控和施工质量控制。

1、由于绞吸船的挖泥轨迹是呈左右弧线运动的，在采用单GPS定位和导航时必须要有磁罗经配合测定航向，通过人工设置罗经度数为绞刀头的起始位置确定一个初始航向，才有可能较为准确的进行精确导航。

但由于磁罗经的固定误差和实地干扰误差的叠加，可能会对人工设置航向和现场施工产生较大的偏角差，因此，要注意定期对磁罗经进行校准，避免磁罗经误差过大导致挖偏。

2、采用V101GPS罗经定位导航系统的绞吸船，其航向指示是直接由V101GPS罗经提供，在施工导航过程中V101可连续提供实时的航向和位置，无须再参考罗经航向，对船舶就位、航向跟踪、施工动态、挖泥轨迹记录等都能起到连续显示和直观再现。

3、绞吸船加装绞刀桥梁数字传感器后的扩展功能，可实时显示挖泥时绞刀头的下放深度摆动方向，结合设计断面图形的显示能更加直观地指示绞刀头的深度和施工位置及运动方向，并能准确记录和显示绞刀头挖泥深度轨迹连线断面，为施工船提供更为直观的深度指示和深度及摆宽控制，能更有效地控制超宽和超深。

4、数字角度传感器的功能与作用，数字角度传感器的功能是实时检测绞刀桥梁在施工时的下放角度，为软件接口提供倾斜角度信息，软件系统的深度指示功能会根据角度传感器所测得的角度值和已知的绞刀桥梁长度实时计算绞刀头的下放深度，并以深度断面方式和数字信息再现于导航界面之中。

5、角度传感器的安装位置与安装要求，角度传感器的安装位置应选择在绞刀桥梁的耳轴附近，并安装于绞刀桥梁的侧面，固定位置应尽量与桥梁耳轴同在一个高度上，（便于日后精确修正潮位）传感器的零度位置应与绞刀桥梁水平线一致，（无法一致时，应以差值最小为好）安装时传感器要固定牢固，角度传感器的固定螺丝是采用不锈钢的，方便日后维修和拆卸。

传感器数据电缆的固定要预留活动长度，应避免绞刀桥梁下移角度过大而扯断电缆，电缆在通过甲板段的地方要加金属管套，防止重物砸伤电缆或被老鼠咬断，电缆布线在相对固定处理后引进驾驶台内与导航电脑的相应串口连接并固定紧。

6、角度传感器的连接与设置，采用该系统的电脑至少要有两个串口才能保证系统的组成和连接，即com1用于连接GPS（或V101GPS罗经），com2用于连接角度传感器，如果是采用双GPS定位和定向的系统电脑要安装角度传感器则必须要有三个串口，com1、com2供连接双GPS，com3供连接角度传感器，（串口不够用的电脑可以通过PCI转串口卡来扩展）。

若是角度传感器的电缆长度不够，可以通过RS-232串口延长线来增加长度，传感器电缆的长度标准是15米，一般类型的绞吸船从安装位置到驾驶台内与电脑相连是够长，但也有个别绞吸船吨位特别大，驾驶台也比一般的船要高，15米电缆不一定够长，可以购买一条5米或10米的232串口延长线来加长，中间连接位置用电工胶布扎好防止进水即可。

7、角度传感器的参数，本数字角度传感器的输出端口参数为：

标准RS-232接口，波特率：

9600、数据位8位，停止位1位、无奇偶校验，连接起来较为简单。

南方软件端口与其的连接设置只需要确定端口号，选定角度传感器端口并打勾即可。

进入端口设置后确定串口号后就直接可以进行连接测试，连接测试正常后按确定并退出端口设置。

8、软件的“疏浚”工具栏内的挖泥船设置可为耙吸船和绞吸船提供一些关键的设置，如左右耙头点位置、角度传感器修正、绞刀桥梁长度、耳轴位置、水面高度和挖槽方位角等，这些是为提高施工精度、深度指示精度和潮位改正精度而设置的参数输入窗口，特别是角度传感器的修正功能是解决绞刀桥梁复位时水平位置的零位修正和安装后环境对传感器干扰所产生的固定偏差，有它的修正才有可能保证深度指示的精度，才能保证施工深度与施工质量的有效控制。

对所需要配合同步显示的施工断面图应以设计参数为准，为保证施工质量与有效施工土方量的准确，用户自己不得随意虚设参数来编制，断面设计参数可以从上游总包商或业主单位索取，为确保施工进度与施工质量的要求，业主单位会一般都会主动提供的，请多与业主或总包商联系和索取。

三、挖泥船产量计系统介绍

挖泥船产量计是南方公司针对绞吸船施工特性，在完善、整合《疏浚导航软件》的平面导航功能与绞刀深度显示系统的集成后又推出的一套挖泥船施工智能化监控系统。

“挖泥船产量计”的系统组成：

包括电脑、软件、多串口卡、泥浆浓度扫描传感器、流量与流速扫描传感器、泥泵真空度检测传感器和泥泵机转速检测传感器所组成，软件的操作简单，显示界面直观，维护方便、稳定性好。

“挖泥船产量计”的工作原理：

通过软件对各路传感器的数据进行处理并显示在软件的主界面上，软件主界面上的显示内容有：

泥泵真空度值、泥泵机转速、排泥管内泥浆流量、排泥管内泥浆浓度、记录施工运转小时和施工累计产量等等。

产量报表可以按天打印、按周打印或按月打印。

四、挖泥船产量计系统智能化功能与技术解决方案

前题：

近几年由于国内港口工程与疏浚市场的特别火爆，不少疏浚企业和个体船主都相继投入了大量的资金建造了很多大型的耙吸式和绞吸式挖泥船，逐步形成了当前疏浚市场上一支举足轻重的生力军。

可是，尽管这些船吨位大、马力足，但由于船上缺少先进的挖泥监控系统，在日常生产中所面临的突出问题就是施工控制难，施工效率低，因不能及时掌握挖泥浓度与流量来控制泥泵机的运转负荷导致了经常性的机损、堵管事故，造成施工成本攀升，而施工效率低下，直接影响了企业和船东的经济效益，这是一个最根本、最值得重视的问题。

我们可以横向比较一下国内几家大型的疏浚公司的耙吸船和绞吸船，看看人家的船为什么施工效率能这么高，机损事故和停航维修率又这么低，原因在哪？

论吨位、马力，对方有的船还不如你的船，且船龄也比你的长，可施工效率怎么会如此悬殊呢！

其中最关键的差别就在于他们船上的施工监控设备比较完善，技术先进，除了施工定位导航系统外，大部分都装有智能化挖泥监控系统（挖泥船产量计），施工中能起到监控挖泥浓度、流量和累计产量的作用，为控制深度、流速、浓度、泵机转速提供了直观的参考与操作。

而作为没有装备挖泥监控系统的施工船却只能凭感觉和24小时管头值班人员的观察和对讲机指挥，值班者根据管头流量、浓度状态通知船上操控手及时修正挖泥深度，以防止浓度过高堵管或空抽清水。

这么被动的作业方式能不效率低下吗？

可又怎么跟人家比呢？

他们的那些船全部配备的是进口的或者是荷兰IHC公司的挖泥监控系统。

该系统价格昂贵，都是随船配套的，国内没有代理，而作为一般的船主也接受不了这样的价格。

南方公司08年新集成的“挖泥船产量计”可作用于挖泥船施工监控和产量计于一体的智能化系统，性能涵盖进口产品的所有功能，系统造价低，操作方便，性能安全可靠，系统安装、维护简单，软件功能强大，可与南方疏浚导航软件数据相兼容。

南方公司可为用户的耙吸船、绞吸船提供全面配套方案和系统安装调试、免费培训，并提供硬件三年免费保修和软件五年免费升级的售后服务承诺。

下面介绍该系统的组成、功能和原理：

（一）挖泥船智能化产量计的功能：

1、“挖泥船产量计”系统功能

监测挖泥船泥泵机转速、泥泵真空度、排泥管内泥浆流量、泥浆密度和计算施工运行时间与累计施工产量，可时刻监控泥浆浓度和流量，同时还可对泥泵机的运转速度、泥泵真空度进行控制，最后对施工运转小时和施工产量进行累计和打印施工产量报表，能更加有效地监测和控制疏浚施工的效率，防止施工时浓度过高或泥泵机转速过快造成堵管或机损事故，能大大提高有效的施工运转小时，可自动计算疏浚、吹填施工的挖泥产量，适合耙吸式和绞吸式挖泥船安装和使用。

2、“挖泥船产量计”的系统简介：

系统包括电脑、软件、多串口卡、泥浆密度扫描传感器、流量与流速扫描传感器、泥泵真空度检测传感器和泥泵机转速检测传感器所组成，软件的操作简单，显示界面直观，产量计算准确、维护方便、安全性可靠、稳定性好。

可与南方疏浚导航软件的数据连接显示船位参数，同时也能与通用的导航测量软件数据接口兼容，完全解决疏浚施工平面导航、疏浚深度控制、挖泥效率监控、产量自动累计等数字化与智能化的系统集成。

3、“挖泥船产量计”的监控要素：

通过软件对各路传感器的数据进行处理并显示在软件的主界面上，软件主界面上的显示内容有：

泥泵真空度值、泥泵机转速、排泥管内泥浆流量、排泥管内泥浆浓度、记录施工运转小时和施工累计产量等等。

自动计算日施工产量和累计月施工产量，自动生成施工产量报表文件格式，随时可对挖泥施工产量报表进行打印，并可按天、按周或按月打印产量报表。

（二）、挖泥产量计系统智能监测的优点

1、挖泥船产量计的智能检测系统的组成及各部分的工作原理及系统的功能，在各种类型挖泥船上的实际应用表明，挖泥船配置产量监测系统能大大提高挖泥船的工作效率和经济效率，提高挖泥船施工的可靠性和安全性，并为施工的监督和科学化管理提供了一个有效的手段。

2、众所周知挖泥船的疏浚施工是船上控制水下作业的过程，施工人员无法目睹水底施工的情况，加之水下情况复杂，变化因素多，随机性大，要使操作人员能有效地监控水下施工质量和提高施工效益，只凭操作人员的感觉和经验是不够的。

只有应用自动检测与自动化技术设备，直接实时地检测和显示输泥管中的泥浆密度，泥浆流量和固态物质的实际数量——即干土方量等运行参数，操作人员才能根据这些参数信息实时有效地及时调整操作，使整个疏浚施工得以长期安全、稳定和高产、低耗的优化运行。

（三）、挖泥产量计智能监测系统的组成

1、系统组成

整个挖泥产量计智能监测系统是由一体化密度及流速传感器；流速转换器；微计算机信号处理、计算及显示仪等部分组成，其系统如图3-1显示。

图3-1监测系统组成原理图

2、一体化密度及流速传感器

它是将密度传感器和流速传感器，分别通过法兰连接在一小段测量管道上使之成为一个整体，然后将这个一体化的密度、流速传感器，通过其测量管道两头的法兰再连接到输泥管上。

该浓度检测传感器比采用老式的锢60放射源传感器的体积小很多，安装十分简单，安全性也高。

如3-2图中所示意情况。

图3-2浓度检测传感器的一体化安装方式

3、密度传感器（密度扫描信号源与探测器）

它是由γ射线源和闪烁探测器两部分组成，并分别安装在一体化管道的两侧，其密度的测量是基于物质对γ射线的吸收原理，当γ射线穿过一定厚度的物质时，其射线辐射活度Ⅰ0将会被物质吸收一部分，Ix值就会被衰减，当探测的物质密度越高其衰减值就越大，所探测到的Ix则越小，然后进行反算浓度值，Ix值是按以下公式的规律衰减。

即：

Ix=IOExp（-μρ.ρ.d）

该公式中：

I0：

是已知的γ源辐射活度〔Bq〕

Ix：

是在监测器处的γ射线的辐射活度〔Bq〕

μρ：

是物质的质量吸收系数〔cm2/g〕

ρ：

是物质的密度〔g/cm3〕

d：

是管道内径〔cm〕

因此，如果我们如3-2图那样，将γ源固定在测量管道的一侧，将γ射线探测器固定在管道的另一侧，因为Io是已知的γ源辐射活度，d为已知管径，μρ是常数，我们只要用探测器测出Ix值，经过正确的处理和计算，就可以得出管道内物质的密度值。

4、放射源及源罐（密度扫描信号源）

本密度计采用的放射源是137CS—γ点源（铯），此点源被双密封焊接于不锈钢包壳内，并放置于屏蔽铅罐内，屏蔽铅罐再密封于不锈钢罐内。

为保证使用安全，其密封性已经过多道防护和工序的检查，其屏蔽标准严格符合国家规定的GB4076-83和GB4792-83标准的要求，完全能保证用户的工艺生产操作人员，每班在离源0.5米处工作2小时或在离源1米以外常班工作与活动，其受到的照射剂量符合国家规定的居民安全剂量标准，也就是说，在工业应用与日常应用中其密封性和屏蔽是绝对安全的。

5、探测器（密度探测传感器）

本密度计采用的探测器是闪烁探测器，它是测量射线辐射活度的专用器件，安装于一个耐腐蚀的不锈钢管里，并整体通过法兰固定在一体化密度及流速传感器的管道上，保证了探测器长期可靠工作。

它的作用是将扫描密度信息的γ射线信号转换为电脉冲信号F，然后通过两芯屏蔽电缆送到后面的微机信号处理计算显示仪进行处理与显示。

6、流速传感器和流量转换器

两者配合作为测量介质（泥浆）的流速和流量的监测仪表。

流速传感器已固定在一体化流速、密度传感器管道上，它输出反映泥浆平均流速的电信号EX。

流量转换器安放在操作室，它接受流速传感器送来的电信号EX，并转换为与泥浆流量相对应的4-20mA.DC的标准信号输出，送给微机信号处理显示仪。

7、微机信号处理显示仪（综合参数显示界面）

（四）、结束语

在挖泥船上配置挖泥产量计监测系统后，不仅可以大大提高挖泥船的工作效率和经济收益，同时给挖泥船稳定、安全的工作提供了有力的保证，也为今后疏浚挖泥作业向自动化生产迈进打下了良好的基础。

正因如此，目前世界各主要发达国家都纷纷加速挖泥船的自动检测与自动控制的技术，以整体提高挖泥船的工作效率和疏浚挖泥作业的安全性和可靠性，且全套系统的价格则是进口产品的四分之一，全中文界面，操作方便，系统维护也比进口产品简单。

在此，南方公司愿与疏浚行业中的朋友们真诚合作，随时为客户提供系统配套、安装和技术培训，为疏浚企业与广大用户提供真诚、热情、周到的服务与技术支持，同时也祝愿广大的用户在疏浚市场领域获得经济效益与社会效益的双赢。

南方测绘GNSS公司

贾超13318854759或张鹏飞13828465000

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