挖泥船抽吸管的位置测量方法 |
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| 申请号 | CN201210269537.9 | 申请日 | 2012-06-15 | 公开(公告)号 | CN102830393B | 公开(公告)日 | 2017-03-01 |
| 申请人 | IHC荷兰IE公司; | 发明人 | C·德凯泽尔; | ||||
| 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。(154)，雷达源(152)具有指向线缆(144)的雷达 | ||||||
| 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， |
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| 说明书全文 | 挖泥船抽吸管的位置测量方法技术领域[0001] 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。 [0002] 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。 [0003] 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[0004] 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。 [0005] 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/11-ship-construction-and-naval-architecture/259-dp-systems.html，最近更新于 2009年11月11日)。 [0006] 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[0007] 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。 [0008] 该目的通过以下步骤实现：第一方面，提供一种用于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。 [0009] 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。 [0010] 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。 [0011] 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。 [0012] 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。 [0013] 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S1和挖泥船船身的纵向船轴线S2之间确定至少一个倾角χ。 [0014] 有利地，倾角χ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χ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χ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χ测量相结合，从而确定运动学参数Q。 [0016] 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χ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。 [0017] 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。 [0018] 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。 [0019] 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。 [0020] 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，因为即使在一维雷达位置测量中该参数也是相对容易确定的。 [0021] 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。 [0022] 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。 [0023] 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： [0024] [0025] 使用该测角方程可以在任何情况下有效地计算横过船竖直线缆升沉角。 [0026] 根据本方法的一个实施例，探测场主波瓣具有特征半波束宽度角α，其中在横过船竖直线缆升沉角β大于特征半波束宽度角α的情况下，确定横过船竖直线缆升沉角β包括求解备选方程： [0027] [0028] 当横过船竖直线缆升沉角大于特征半波束宽度角(例如，特征雷达波束宽度，其中其局部场强度为最大场强度的一半，即-3dB的宽度)时，那么通过将实际最接近线缆区域替换成位于与特征半波束宽度角相对应的、发射场主波瓣的竖直边沿处的线缆区域，就可在上述方程中确定最短雷达距离。该近似处理极大地简化了计算，从而避免了复杂的雷达旁波瓣测量修正的需要。 [0029] 根据该方法的另一个实施例，挖泥船包括一个台架，抽吸管通过所述台架可以在挖泥过程中，在基本水平的搁置位置和倾斜的管道位置之间替换，其中该方法包括：-让发射场主波瓣指向线缆，并且-当抽吸管位于倾斜管道位置时，让雷达探测器的主探测轴线指向线缆。 [0030] 通过在线缆保持抽吸管于倾斜位置时让雷达源的发射场主波瓣和雷达探测器的主探测轴线都指向线缆，倾斜线缆会产生一个返回到雷达探测器的显著的雷达反射场。挖泥过程中的抽吸管的倾斜管道位置与操作情况相应，其中非常想得到线缆(以及抽吸管)的运动学参数Q的信息。 [0031] 根据该方法的另一个实施例，雷达探测器安装在挖泥船的船上位置处，并且其中该方法包括：-在与所述船上位置不同的另一个船上位置处安装另一个雷达探测器；-使用所述雷达探测器接收由线缆反射的雷达反射场，并且-使用另一个雷达探测器接收线缆反射的另一个雷达反射场；-由所述雷达反射场和另一个雷达反射场确定运动学参数Q。 [0032] 通过利用交叉承担雷达测量、使用所述雷达探测器以及另一个雷达探测器的组合测量信息，极大提高了线缆位置确定的准确度。即使所述雷达探测器和另一个雷达探测器仅能探测到径向距离，基于雷达探测器所在的已知船上位置的相互关系，将会获得线缆区域的精确位置。 [0033] 根据本方法的另一实施例，抽吸管包括多个抽吸管段，其中每个抽吸管段与相邻的抽吸管段相互枢接，并且所述每个抽吸管段在相应的管道悬挂点处由相应的线缆连接至相应的线缆悬挂点，其中步骤如下：a)在挖泥船上安装相应的雷达源和相应的雷达探测器，所述相应的雷达源具有相应的雷达发射场，其基本上指向相应的线缆；b)使用相应的雷达发射场照射相应的线缆；c)使用相应的雷达探测器接收由相应的线缆发射的相应的雷达反射场，并且d)由相应的雷达反射场确定相应的运动学参数Q’，每个后续的抽吸管段均执行上述步骤，其从与挖泥船船身相连接的第一管端处的第一抽吸管段开始。 [0034] 通过顺次计算每个抽吸管段的相应的线缆的运动学参数Q’，确定包括有连续枢接管段(假定为刚性的)的抽吸管的整个运动学参数集。由于相邻的抽吸管段是枢接在一起的，计算可以在第一抽吸管段与挖泥船船身之间已知的连接点(例如，枢接连接)处开始。将该方法应用于第一抽吸管段的线缆上，就会产生用于计算第二抽吸管段的线缆运动学参数Q’所需的信息等等，从而使得该方法可应用于刚性且分段的抽吸管上。 [0035] 根据与上述效果和优点相应的另一方面，本发明提供一种被配置用于执行上述方法实施例中任意一个的计算机程序产品。 [0036] 仍在另一方面且具有上述效果和优点本发明还提供一种了挖泥船，其特征在于挖泥船包括雷达源和雷达探测器，其中雷达源被布置用于产生基本上指向线缆的雷达发射场，并且其中雷达探测器被布置用于接收由线缆反射的雷达反射场，并且其中挖泥船包括被配置用于由雷达反射场确定线缆运动学参数Q的计算机设备。 [0037] 特别地，根据另一个实施例，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，并且其中计算机设备被配置用于由线缆长度L以及雷达反射场确定运动学参数Q。 [0038] 有利地，线缆悬挂点E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可以构成足以用于计算抽吸管以及抽吸头的位置信息的参数集。 [0039] 根据挖泥船的另一个实施例，抽吸管包括至少一个管道角度计，用于确定抽吸管的纵向管道轴线S1和挖泥船船身的纵向船轴线S2之间的、处于倾斜管道位置的抽吸管的倾角χ，并且其中计算机设备被配置用于由倾角χ以及雷达反射场来确定运动学参数Q。 [0040] 有利地，倾角χ在提高运动学参数Q的确定准确度方面提供了附加信息。在线缆的运动学参数Q的确定过程中，倾角χ的测量可以替代或者补充线缆长度L测量。线缆的运动学参数Q以及至少抽吸管的倾角χ可构成足以用于计算抽吸管以及抽吸头的位置信息的参数集。 [0041] 仍根据挖泥船的另一个实施例，抽吸管包括压力传感器，用于测量抽吸管第二管端处的抽吸头附近的压力P，并且其中计算机设备被配置用于计算抽吸头的深度以及由所计算的深度和雷达反射场确定运动学参数Q。 [0042] 使用压力P提供在抽吸管上的压力传感器已知位置的深度指示。该深度参数可以替代或者补充线缆长度L的测量和/或抽吸管和抽吸头位置信息计算过程中的倾角χ测量。 [0043] 根据挖泥船的另一实施例，雷达探测器安装在挖泥船的船上位置，且其中挖泥船包括安装在有别于所述船上位置的另一个船上位置处的另一个雷达探测器，其中另一个雷达探测器被布置用于接收由线缆反射的另一个雷达反射场，并且其中计算机设备被配置用于由所述雷达反射场和另一个雷达反射场共同确定运动学参数Q。 [0044] 根据挖泥船的另一个实施例，抽吸管包括多个抽吸管段，其中每个抽吸管段与相邻的抽吸管段枢接，且所述每个抽吸管段在相应的管段悬挂点由相应的线缆连接到相应的线缆悬挂点，挖泥船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用于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用于接收由相应的线缆反射的雷达反射场，其中计算机设备被配置用于确定每个后续的抽吸管段的运动学参数Q’，并且从与挖泥船的挖泥船船身相连接的第一管端处的第一抽吸管段开始后续的。附图说明 [0045] 现在将仅采用实例的方式描述实施例，参考示意性附图，其中相应的附图标记表示相应的部件，并且其中： [0046] 图1表示挖泥船的示意性侧视图； [0047] 图2表示抽吸挖泥船的横过船方向的截面图； [0048] 图3A和3B表示确定抽吸管运动学参数的方法实施例中所使用到的不同量值； [0049] 图4表示挖泥船实施例中的交叉定位的雷达配置结构，用于确定抽吸管的运动学参数。 具体实施方式[0051] 这里所述的方法和挖泥船是基于对雷达测量可用于确定线缆的运动学参数Q的深刻理解，其中线缆牵动或承载着挖泥船的抽吸管。通常，雷达可用于确定物体的不同运动学参数Q，所述物体与电磁源相互作用并且将来自雷达源的电磁源反射回雷达探测器。运动学参数Q的示例性实例包括位置，方位，入射距离，速度，径向速度等。这里，通过雷达测量观测到至少一条将抽吸管的移动部分连接到挖泥船悬挂点上的线缆，以产生抽吸管位置的一个指示值。线缆的方位是优选的运动学参数Q，但是其他参数的信息，例如速度或者加速度分量在某些场合下也是有用的。由线缆的运动学参数Q可以推演出抽吸管的位置。术语“抽吸管”在确定其运动学参数的范围内应当解释为既可以是就其本身而论的抽吸管，也可以为与抽吸耙头相结合的抽吸管。因此确定管道的运动学参数与获得抽吸管和/或抽吸耙头上的任意期望点的信息有关。 [0052] 说明书中的参考系统相对于挖泥船船身通过横过船(横断)方向X、沿船(中心线)方向Y和竖直(向上垂直)方向Z来定义。该说明书利用XYZ-坐标系统，但是并不将本发明限于XYZ-坐标系统。相反，可使用任意方便的参考系统。如果地心坐标系中的船体位置和方位已知，那么挖泥船船身参考系中的线缆(或抽吸管或者耙头)运动学参数Q的表达式可以转换到世界参考系中。例如，由船上位置的GPS数据，结合船的航向、颠簸和翻滚方面的准确信息，可以获得地心坐标系。 [0053] 图1表示了抽吸式挖泥船120的示意性侧视图，所述挖泥船120部分潜入纵向水域102(water column)中，从而部分在水面104下。在纵向水域102的下边界处是包括有物料 108的底面106。挖泥船120包括挖泥船船身122，抽吸管126通过枢转连接件128连接到其上。 抽吸管126的第一管端130与水箱(或水料斗)124流体连通，所述水箱124至少部分包含在挖泥船船身122内。抽吸管126的第二管端132与抽吸头134机械连接并且流体连通，所述抽吸头134可以以一种与底面106相接触的状态放置。这种配置下，挖泥船120被布置用于移动来自底面106的物料108，并且采用泵使物料108穿过抽吸头134、沿着抽吸管126传送到水箱 124内，所述泵可放置在抽吸管126内或者放置在第一管端130和水箱124之间。挖泥船120包括悬挂设备或者带有线缆144的台架140，所述线缆144在线缆悬挂点E处将台架140连接到位于管道悬挂点136处的抽吸管126上。线缆144的长度L可以变动，其结果是使抽吸管126从沿着与沿船方向Y相应的纵向船轴线S2的水平搁置位置朝向与倾斜的纵向管道轴线S1相应的倾斜管道位置倾斜。抽吸管126从纵向船轴线S2向倾斜的纵向管道轴线S1的倾斜，可由沿船管道倾角χ表示。在台架140附近，可安装雷达系统150来观测线缆144。雷达系统150包括雷达源152和雷达探测器154，且将会参考图2进行进一步的解释。 [0054] 抽吸式挖泥船120可具有计算机设备156，用于控制雷达源152和雷达探测器154。另外，计算机设备156可配置用于接收和处理雷达探测器154的测量信号。为了这个目的，可以将被配置用于提供执行上述方法的指令的计算机程序产品下载到计算机设备156上。 [0055] 图2表示了具有雷达系统150的挖泥船120的横过船方向X上的截面图。台架140位于挖泥船船身122的甲板缘上或在其附近，并且承载着由线缆悬挂点E悬挂的线缆144，所述线缆悬挂点E以船外的位置表示。在线缆端，线缆144连接到管道悬挂点136。在线缆悬挂点E和管道悬挂点136之间延伸的线缆144的长度L可由公知的方法确定，例如通过监控释放线缆144的绞盘的转数。为了该目的，挖泥船120具有用于确定管道悬挂点136和线缆悬挂点E之间的线缆长度L的装置，以及计算机设备156被配置用于由线缆长度L和雷达反射场204来确定运动学参数Q。 [0056] 如图2所示，雷达系统150位于台架140附近，并且包括雷达源152以及雷达探测器154。通过雷达源152可产生雷达发射场202并且所述雷达发射场202指向线缆144。线缆144由成对的一股强韧金属制成。于是，由雷达发射场202照射线缆144将会引起由线缆144反射的雷达反射场204。至少部分雷达反射场204能够由雷达探测器154接收到。通过处理接收到的雷达反射场204，可以确定线缆144的位置和/或方位，其与线缆长度L结合在一起使用从而获得抽吸管126的位置。 [0057] 因此，一种用于确定承载挖泥船120抽吸管126的线缆的运动学参数Q的方法包括如下步骤： [0058] -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； [0059] -采用雷达发射场202照射线缆144； [0060] -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 [0061] -由雷达反射场204确定运动学参数Q。 [0062] 这种情况下，结合线缆长度L与线缆144的运动学参数Q来获得抽吸管126其它的运动学参数q。因此而定义用于确定挖泥船120的抽吸管126的其它运动学参数q的相应方法。根据该相应的方法，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，该方法包括如下步骤： [0063] -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； [0064] -采用雷达发射场202照射线缆144； [0065] -使用雷达探测器154接收由线缆144反射的雷达反射场204， [0066] -测量线缆144的线缆长度L，并且 [0067] -由雷达反射场204以及线缆长度L确定其它运动学参数q。 [0068] 另外可替换地，其它测量可用于改进确定线缆的运动学参数Q的方法的结果，或者用作相应的确定抽吸管126其它运动学参数q的方法的边界条件。 [0069] 例如，抽吸管126具有至少一个管道角度计138。通过将至少一个管道计138的角度测量作为雷达测量的补充，可扩充确定运动学参数Q或其它运动学参数q的方法。因此，确定运动学参数Q的方法包括：对于处于倾斜的管道位置的抽吸管126，确定抽吸管126的纵向管道轴线S1和挖泥船船身122的纵向船轴线S2之间的至少一个倾角χ。作为测量线缆长度L和/或倾角χ的替换装置或者补充装置，抽吸管126可以具有作为雷达测量的补充的压力传感器148。确定运动学参数Q或者其它运动学参数q会由压力P的测量而扩大，从而计算出抽吸管 126在传感器位置处的相应深度，并将该压力P和抽吸头134的深度关联起来。 [0070] 因此，确定线缆运动学参数Q的方法以及确定其它运动学参数q的相应的方法可包括线缆长度L、倾角χ以及压力P(与抽吸管深度相关)测量中的任意个或者全部。使用所述迭代方法和/或基于测角转换的跟踪滤波器将雷达测量与线缆长度L、倾角χ或者压力P相结合。 [0071] 通常，雷达系统150的各种构件可在单个位置或者分布在挖泥船120在水面104以上并且优选在线缆144附近的多个位置。如果位于水面104之上，雷达源152和雷达探测器154更不易受到水致磨损的影响。雷达系统150可具有单基或者双基配置(即，雷达源152和雷达探测器154位置重合或者分别在不同的位置)，和/或所述雷达系统150可包括一个或者多个雷达源152和/或雷达探测器154(例如，单锥束式雷达，或者相控阵式雷达)。根据所选择的布局以及雷达系统150的操作特点，雷达测量可包括仅最接近距离点测量、线测量或者甚至是三维线缆成像。如图1和2中所示的示例性雷达系统150表示了单基单锥束式雷达。 [0072] 雷达发射场202的时间脉冲能够进行线缆144的位置测量。不同的雷达发射场202脉冲的重复频率可以是20Hz的数量级。重复频率应该至少为0.2Hz以探测纵向水域102中波浪引起的挖泥船120的摇动效应，波浪的特征时间为10秒的数量级。雷达发射场202内的电磁载波频率可以为25GHz的数量级。 [0073] 在挖泥操作过程中，抽吸管126的重量会引起线缆144内部的张力，从而导致线缆144被拉紧(即基本上是直的)。于是，确定线缆144的运动学参数Q可包括由雷达反射场204确定雷达探测器154上的探测器参考点A和线缆144上线缆区域D之间的线缆距离AD的指示值。由于线缆144基本上是直的并且已知线缆悬挂点E，仅特定线缆区域的线缆距离AD就可以构成确凿描述线缆144方位的参数。例如通过使用相控阵配置(没有示出)的雷达系统150获得线缆距离AD，当挖泥船没有倾斜(对于船身称为摇晃)时，该相控阵配置使得与挖泥船船身122垂直且平行于水面104的平面区域成像。 [0074] 用雷达发射场202照射线缆144的步骤进一步包括：向着线缆144和沿着雷达探测器154的主探测器轴210发射基本上与挖泥船120的挖泥船船身122垂直的雷达发射场202的发射场主波瓣206。采用这种方式，线缆区域D形成了相对于雷达探测器154上的探测器参考点A的最接近线缆区域F。因此，线缆距离AD成为探测器参考点A和最接近线缆区域F之间的最短雷达距离AF。通过在基本上与挖泥船船身122垂直和向着线缆144的方向上由雷达源152发射发射场主波瓣206，可以有效地确定垂直于挖泥船船身122的横过船方向X上的线缆 144的偏转。通过转换使用光速所测得的最早反射信号的时延，可以甚至由一维雷达测量容易地获得雷达探测器参考点A和最接近线缆区域F之间的最短雷达距离AF。 [0075] 如图3A所示，所述方法进一步利用基本上直的线缆144具有沿纵向Z(其与横过船方向X和沿船方向Y均垂直)的分量，这样该方法进一步可以简化为：-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。垂直线缆悬挂点投影B为沿着竖直方向Z在主探测器轴线210上的线缆悬挂点E的投影。从而，投影水平距离AB是探测器参考点A和垂直线缆悬挂点投影B之间的距离。横过船竖直线缆升沉角β是用于描述基本上是直的线缆144(并且因此也包括抽吸管126)在相对于竖直方向Z的横过船方向X的偏转的确凿参数。由线缆144基本上是直的的假设，可以得到由雷达探测器154接收的第一反射信号源自最接近线缆区域F。假定线缆从竖直方向Z的偏转完全在横过船方向X内，通过图3A所示的测角特性可以极大地简化横过船竖直线缆升沉角β的确定。确定横过船竖直线缆升沉角β的步骤包括解下列方程： [0076] [0077] 采用这种方式，可以测得线缆144的方位，并且可以将其与已知的线缆144长度L相结合。挖泥船船身122上的枢转连接件128的已知位置以及抽吸管126的已知长度可结合确定的横过船竖直线缆升沉角β以及与已知管道悬挂点136处的抽吸管126相附连的线缆长度L。通常，这样会产生抽吸管126的运动学参数Q(这种情况下为位置，并由此推演出速度和加速度分量)的准确信息，以及特别是抽吸头134的定位。 [0078] 雷达源152和雷达探测器154的波束宽度通常在空间上受到限制。对于公知的单基单锥束式雷达系统150，雷达源和探测器152、154的主波瓣的波束宽度都可以采用特征半波束宽度角α(即沿中心轴线的局部场强度为最大场强度一半的特征雷达半波束角度，也称为-3dB的宽度)描述。若干可用的雷达探测器154具有清晰限定的空间探测特征值，其中探测场主波瓣208的探测边界快速下降。于是，特征半波束宽度角α会清晰限定出探测场主波瓣208的边界。对于该雷达探测器154，可以假定最早接收到的来自线缆144的反射源自最接近线缆区F，所述最接近线缆区仍然在由特征半波束宽度角α界定的扇区所限定的探测场主波瓣208内。如果横过船竖直线缆升沉角β大于特征半波束宽度角α，那么最早的强反射来自探测场主波瓣208边沿处，如图3B中所示。这里，假定通过任意探测场的旁瓣产生的线缆反射相当弱并且可能被抑制。在任意情况下，可视雷达场内静态物体的雷达反射可以忽略或者由图像相减或掩蔽去除。在特定情况下即β>α，确定横过船竖直线缆升沉角β的步骤包括解可替代的方程： [0079] [0080] 根据可替代的方程，最短雷达距离AF由探测器参考点A和位于探测场主波瓣208的竖直边沿上的最接近线缆区域F之间的线确定。 [0081] 该方法的其他实施例包含任何的下列所述特征或者其结合。 [0082] 线缆144的位置确定通过交叉定位测量获得，如图4所示。为了这一目的，在挖泥船120的船上位置402安装雷达探测器154，在有别于所述船上位置402的另一个船上位置404上安装另一个雷达探测器406。该方法可包括：-使用探测器154接收线缆144反射的雷达反射场204；-使用另一个雷达探测器406接收线缆144反射的另一个雷达反射场408，以及-由所述雷达反射场204和另一个雷达反射场408确定运动学参数Q。 [0083] 在挖泥操作中，抽吸管126的纵向管道轴线S1将会在管道倾角χ范围内倾斜。因此，线缆144在挖泥船120的沿船方向Y上向前倾斜，如图1所示。抽吸管126的倾斜管道位置与操作配置相对应，其最需要抽吸管的运动学参数Q的信息。为了最大化线缆144向雷达探测器154的反射，雷达源152和雷达探测器154可都笔直指向倾斜线缆144，同时两者都基本上保持指向横过船方向X。通过将雷达系统150作为一个整体放在沿船方向Y前面的位置(其与抽吸管126处于倾斜管道位置时期望的线缆144的向前位移相匹配)而获得该方位。因此，该方法包括：-让发射场主波瓣206指向线缆144，并且-当抽吸管126位于倾斜管道位置时，让雷达探测器154的主探测器轴线210指向线缆144。通过让雷达源152的发射场主波瓣206以及雷达探测器154的主探测器轴线210均指向倾斜线缆144，所述倾斜线缆144会将明显地将雷达反射场204反射回雷达探测器154。 [0084] 可替换地或者另外地，对线缆144在横过船方向X和沿船方向Y上的偏转可使用三维表达式，从而提高确定抽吸管126的其他运动学参数q的相应方法的准确性。可使用下列三维迭代方法来直接由雷达反射场204的测量计算管道悬挂点136的位置，无须计算横过船竖直线缆升沉角β。由抽吸管位置可以轻易获得抽吸头134的位置。参考坐标为横过船方向X(与主探测器轴线210相平行)、沿船方向Y、以及竖直方向Z。三维迭代方法包括如下步骤： [0085] i)从抽吸头134附近选择对于管道悬挂点136的起始位置K(xk,yk,zk)。该起始位置可以是前述计算位置的结果； [0086] ii)计算线缆悬挂点E(xe,ye,ze)和管道悬挂点K(xk,yk,zk)之间的距离L'； [0087] iii)确定距离L'和所测线缆长度L之间的长度差ΔL＝L'-L； [0089] v)使用已知的数学表达式计算沿线缆144的探测器参考点A(xa,ya,za)和线段EK之间的垂直距离AR’，其中线段EK从线缆悬挂点E(xe,ye,ze)开始直到管道悬挂点136的起始点K(xk,yk,zk)； [0090] vi)通过AE＝((xe-xa)2+(ye-ya)2+(ze-za)2)0.5，计算探测器参考点A(xa,ya,za)和线缆悬挂点E(xe,ye,ze)之间的距离AE； [0091] vii)通过ER'＝(AE2-AR'2)0.5，计算线缆悬挂点E(xe,ye,ze)和估计点R'(xr,yr,zr)之间的距离ER’； [0092] viii)通过xr＝xe+(xk-xe)*ER'/L'以及对于yr和zr的相似表达式，计算线缆144上的估计点R’； [0093] ix)通过α'＝arcos(xr/AR')，计算垂线AR’(探测器参考点A(xa,ya,za)和估计点R’之间)以及主探测器轴线210之间的偏差角α'； [0094] x)如果偏差角α'小于或者等于特征半波束宽度角α，继续进行步骤xii)-xiii)，并且将估计点R’作为被照射点R。否则，继续步骤xi)； [0095] xi)将线缆144上的估计点R’向穿过探测器参考点A并且由横过船方向X和沿船方向Y生成的水平面上移动，如果估计点R’位于水平面之上，通过小幅(例如，1厘米)迭代增加ER’，或者如果估计点R’位于水平面之下，通过小幅(例如，1厘米)迭代减小ER’，并且从步骤viii)重新迭代； [0096] xii)通过AR'＝((xr-xa)2+(yr-ya)2+(zr-za)2)0.5，计算探测器参考点A(xa,ya,za)和被照射点R之间的距离AR’，； [0097] xiii)迭代改变绕枢转连接件128和在横过船方向X和竖直方向Z生成的平面内的横过船管道倾角，从步骤viii)重新迭代，直到所计算的距离AR’等于测得的最短雷达距离AF； [0098] 每次测量线缆长度L和/或测量最短雷达距离AF后，都要重复执行这些步骤。由前一次迭代获得的管道悬挂点136的位置结果，作为抽吸管126其他运动学参数q的一个实例，可以作为下一次新的迭代运算中管道悬挂点136的起始位置K(xk,yk,zk)。 [0099] 通常，通过使用测量处理算法以用于前面测量值的平均、从其他测量源合并测量结果、以及预测未来的测量结果，都可以使得所述一个方法或多个方法得以延展或继续。因此，该方法中，至少如下步骤在每个离散时间值集{0,1,…,t,t+1}中均可被重复执行；-采用雷达发射场202照射线缆144；-使用雷达探测器154接收由线缆(144)反射的雷达反射场204；并且-由雷达反射场204确定运动学参数Q。采用这种方式，该方法得以扩展，通过-由时间t确定的来自确定运动学参数{Q_0,Q_1,…Q_t}的运行的运动学参数的平均值 [0100] 上述说明书本意用于说明性，而非限定性。例如，挖泥船120可具有抽吸管126，其由多个由同样多的线缆144和台架140承载的多个抽吸管段组成。每个抽吸管段都可安装有雷达系统150，并且例如为了确定抽吸头134的位置，每个抽吸管段的运动学参数Q可被相应地确定。对本领域技术人员来说很明显的是，在不脱离本申请所所请求保护的范围的情况下，可以构思或归纳本发明可的替换实施例和等同变形实施例而使其变为实际应用。 [0101] 附图部件列表 [0102] 102 纵向水域 [0103] 104 水面 [0104] 106 底面 [0105] 108 物料 [0106] 120 挖泥船 [0107] 122 挖泥船船身 [0108] 124 水箱 [0109] 126 抽吸管 [0110] 128 枢转连接件 [0111] 130 第一管端 [0112] 132 第二管端 [0113] 134 抽吸头 [0114] 136 管道悬挂点 [0115] 138 管道角度计 [0116] 140 悬挂设备(台架) [0117] 144 线缆 [0118] 146 线缆区域 [0119] 148 压力传感器 [0120] 150 雷达系统 [0121] 152 雷达源 [0122] 154 雷达探测器 [0123] 156 计算机设备 [0124] A 探测器参考点 [0125] B 竖直线缆悬挂点投影 [0126] D 线缆区 [0127] E 线缆悬挂点 [0128] F 最接近线缆区 [0129] L 线缆长度 [0130] L’ 临时线缆长度估计，用于计算运动学参数迭代 [0131] P 压力 [0132] Q 运动学参数(线缆的) [0133] q 其他运动学参数(抽吸管的) [0134] AB 投影水平距离 [0135] BE 投影竖直距离 [0136] AD 线缆距离 [0137] AF 最短雷达距离 [0138] R 照射点 [0139] R’ 估计点 [0140] S1 纵向管道轴线 [0141] S2 纵向船轴线 [0142] X 横过船方向 [0143] Y 沿船方向 [0144] Z 竖直方向 [0145] α 特征半波束宽度角 [0146] β 横过船竖直线缆升沉角 [0147] χ 管道倾角 [0148] 202 雷达发射场 [0149] 204 雷达反射场 [0150] 206 发射场主波瓣 [0151] 208 探测场主波瓣 [0152] 210 主探测轴线 [0153] 402 船上位置 [0154] 404 另一个船上位置 [0155] 406 另一个雷达探测器 [0156] 408 另一个雷达反射场 |
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