摘要：為了提升海上風(fēng)機(jī)“先樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)的施工效率，減少安全事故發(fā)生的可能性，研發(fā)了海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含：形象進(jìn)度模塊、三維模型展示模塊、視頻監(jiān)控模塊、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)模塊，通過對(duì)導(dǎo)向平臺(tái)及導(dǎo)管架（后統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)物）上傳感器實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的相關(guān)理論計(jì)算及可視化，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)吊裝施工全過程的定位、監(jiān)控，以指導(dǎo)施工過程有序、快速地進(jìn)行。該系統(tǒng)成功運(yùn)用于粵電陽江沙扒海上風(fēng)電工程項(xiàng)目。吊裝過程中結(jié)構(gòu)物平臺(tái)上的傾角角度始終在3°以內(nèi)且最終達(dá)到穩(wěn)定時(shí)小于0.2°，滿足傾斜度0.5%以內(nèi)的要求;GNSS定位數(shù)據(jù)異常值較少，不影響整體判斷結(jié)構(gòu)物的位置，且最終GNSS測(cè)值均趨于目標(biāo)坐標(biāo)。應(yīng)用結(jié)果表明：在該系統(tǒng)輔助下，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物吊裝過程平穩(wěn)且高效，能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物吊裝厘米級(jí)定位精度。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ);“先樁法”導(dǎo)管架;定位吊裝系統(tǒng);導(dǎo)向平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TM614;P7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2024）05-0146-09

0 引言

海上風(fēng)機(jī)樁式導(dǎo)管架基礎(chǔ)的原型為海上石油平臺(tái)導(dǎo)管架基礎(chǔ)，最早于2007年在英國(guó)某公司建造的海上示范風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)用，該風(fēng)電場(chǎng)可為附近的海上石油平臺(tái)供電。經(jīng)過10余年的發(fā)展，樁式導(dǎo)管架基礎(chǔ)形式已是國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電場(chǎng)中應(yīng)用較多的一種基礎(chǔ)形式[1]。

樁式導(dǎo)管架基礎(chǔ)是一種鋼制錐臺(tái)形空間框架基礎(chǔ)，以鋼管為骨棱，其上部結(jié)構(gòu)采用桁架式結(jié)構(gòu)，下部樁腳結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)成三樁、四樁等多樁形式。樁式導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工方法根據(jù)鋼管樁施工順序的不同可分為“先樁法”和“后樁法”兩種。其中“先樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工方法為先架設(shè)海上導(dǎo)向平臺(tái)并在海床上插打鋼管樁，再將導(dǎo)管架下部樁腳在水下插入鋼管樁內(nèi)，最后通過灌漿將二者結(jié)合，“先樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)海床平整度要求低[2-3]?！昂髽斗ā睂?dǎo)管架基礎(chǔ)施工方法為先架設(shè)導(dǎo)管架，再以導(dǎo)管架基礎(chǔ)作為打樁導(dǎo)向平臺(tái)，輔助鋼管樁施工，最后通過灌漿將二者結(jié)合，“后樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)對(duì)海床平整度要求高，施工過程需不斷調(diào)整導(dǎo)管架水平度?！昂髽斗ā睂?dǎo)管架基礎(chǔ)與“先樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)的施工區(qū)別在于鋼管樁施工的次序。

相比于“先樁法”，“后樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)自身具備導(dǎo)向、定位功能，不需要額外投入導(dǎo)向平臺(tái)的費(fèi)用，可以節(jié)約一定成本，但若需要安裝的導(dǎo)管架超過一定數(shù)量，每套導(dǎo)管架投入的導(dǎo)向成本將超過導(dǎo)向平臺(tái)的造價(jià)，因此“后樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)常被用于數(shù)量相對(duì)較少的海上升壓站，而“先樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)則被常用于數(shù)量相對(duì)較多的風(fēng)機(jī)。由于風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中普遍存在“先樁法”導(dǎo)管架基礎(chǔ)安裝體量大、工序轉(zhuǎn)換復(fù)雜、安裝環(huán)境惡劣、安裝精度要求高以及主要靠人工觀察與指揮等特點(diǎn)，亟須利用智能化、信息化監(jiān)控手段，將傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)的模式轉(zhuǎn)化為自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、計(jì)算并輸出可視化提示結(jié)果的系統(tǒng)。因此本文結(jié)合“先樁法”施工工藝流程，研發(fā)用于“先樁法”的數(shù)字化定位吊裝系統(tǒng)，以提升風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)吊裝效率、降低作業(yè)成本、提升作業(yè)安全性。

1 海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)研發(fā)

本文系統(tǒng)和計(jì)算方法可適用于各類海上大型導(dǎo)向平臺(tái)及導(dǎo)管架（以下簡(jiǎn)稱“結(jié)構(gòu)物”）的吊裝，如三樁導(dǎo)管架，導(dǎo)向平臺(tái)、四樁導(dǎo)管架和吸力式導(dǎo)管架等，但運(yùn)用的原理手段均類似，后文主要以三樁導(dǎo)管架為例進(jìn)行闡述。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)研發(fā)內(nèi)容主要包括4個(gè)，即系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集方法設(shè)計(jì)、定位計(jì)算方法設(shè)計(jì)和可視化及報(bào)警設(shè)計(jì)，系統(tǒng)研發(fā)總體技術(shù)路線邏輯拓?fù)潢P(guān)系見圖1。

1.1 海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了解決海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝中的各種復(fù)雜問題，如復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下結(jié)構(gòu)物吊裝穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)物重量及結(jié)構(gòu)尺寸大、結(jié)構(gòu)物安裝精度要求高、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、人工測(cè)量工作強(qiáng)度高、施工效率低等，海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：對(duì)施工過程中結(jié)構(gòu)物的位置、姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)計(jì)算實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)物位置和目標(biāo)位置的差值來指導(dǎo)結(jié)構(gòu)物的調(diào)運(yùn)方位;當(dāng)結(jié)構(gòu)物到達(dá)指定位置時(shí)，通過水下攝像頭監(jiān)控水下對(duì)位情況，使得結(jié)構(gòu)物水下對(duì)位成功率更高，減少反復(fù)起吊次數(shù);并且配備三維可視化功能和施工形象進(jìn)度管理功能，使得施工過程更加直觀、易管理;最后為了保障施工的安全性，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值設(shè)定，并進(jìn)行超限報(bào)警。

根據(jù)上述系統(tǒng)總體功能的要求，進(jìn)行海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，該架構(gòu)主要包含3個(gè)子模塊內(nèi)容：智能計(jì)算模塊、智能監(jiān)測(cè)模塊、三維可視化模塊，系統(tǒng)的總體架構(gòu)見圖2。

（1）智能計(jì)算模塊。為給結(jié)構(gòu)物吊裝過程的每一步操作提供理論依據(jù)，使得吊裝過程更加精確可控，設(shè)置智能計(jì)算模塊。該模塊通過監(jiān)測(cè)得到的結(jié)構(gòu)物位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)物的調(diào)運(yùn)方位、傾斜情況、樁腳高差等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確保每一步吊裝操作都有理可循，保障施工的安全性與準(zhǔn)確性。

（2）智能監(jiān)測(cè)模塊。為給智能計(jì)算模塊和三維可視化模塊提供數(shù)據(jù)來源，設(shè)置智能監(jiān)測(cè)模塊。該模塊通過智能傳感器，如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、傾角儀等，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物的吊裝關(guān)鍵要素，并對(duì)相關(guān)要素進(jìn)行閾值設(shè)定，當(dāng)要素值超過閾值進(jìn)行超限報(bào)警。該模塊主要監(jiān)測(cè)的要素包括：結(jié)構(gòu)物的位置、結(jié)構(gòu)物的姿態(tài)、樁腳與目標(biāo)位置的水下對(duì)接情況，以及風(fēng)、浪、流的情況。

（3）三維可視化模塊。為了直觀地反映海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝中的工序進(jìn)程狀態(tài)，整體把控施工節(jié)奏，設(shè)置三維可視化模塊。該模塊結(jié)合智能計(jì)算結(jié)果及智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過建筑信息模型（BIM）模型將結(jié)構(gòu)物的吊裝過程及監(jiān)測(cè)結(jié)果展示在Web端。

1.2 海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集方法設(shè)計(jì)包括3個(gè)方面內(nèi)容：傳感器選型、傳感器布置以及數(shù)據(jù)傳輸方式。

（1）傳感器選型。由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的安裝精度及法蘭平面水平度要求較高，為了監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物吊裝過程中的位置和姿態(tài)，選擇2臺(tái)GNSS移動(dòng)站監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物與目標(biāo)位置的相對(duì)關(guān)系，并通過2臺(tái)傾角儀監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物法蘭平面沿X 軸、Y 軸的傾斜角，以控制法蘭平面傾斜度。為了監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物水下對(duì)位情況，選取若干個(gè)視頻監(jiān)控?cái)z像頭監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物樁腳與目標(biāo)位置對(duì)位情況。

（2）傳感器布置。由于結(jié)構(gòu)物法蘭中心是重要的參考位置，并且法蘭平面水平度是吊裝最終需要控制的重要標(biāo)準(zhǔn)，因此在法蘭平面上設(shè)置2 臺(tái)GNSS和2臺(tái)傾角儀監(jiān)測(cè)法蘭位姿;水下攝像頭布置在樁腳上以監(jiān)測(cè)水下對(duì)位情況，如圖3所示，其中G1、G2代表2個(gè)GNSS移動(dòng)站的安裝位置，Q1、Q2代表2臺(tái)傾角儀安裝的位置。水下攝像頭每個(gè)樁腳均需安裝一個(gè)，對(duì)于三樁導(dǎo)管架則共需安裝3個(gè)。

（3）數(shù)據(jù)傳輸方式。由于在海上作業(yè)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞交径夹枰捎萌缤ㄓ梅纸M無線業(yè)務(wù)（GPRS）、3G、4G等的無線通信的傳輸方式[4-6]，針對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，中國(guó)移動(dòng)在場(chǎng)區(qū)位置附近信號(hào)穩(wěn)定，選擇移動(dòng)4G 網(wǎng)絡(luò)作為無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。由于項(xiàng)目施工區(qū)域沒有連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）覆蓋，且對(duì)于傳統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（GNSS-RTK），項(xiàng)目離岸距離在基準(zhǔn)站和移動(dòng)站最大間距的限制之內(nèi)，因此采用傳統(tǒng)GNSS-RTK技術(shù)來進(jìn)行GNSS實(shí)時(shí)定位。為了節(jié)省成本，水下攝像頭的視頻數(shù)據(jù)采用信號(hào)傳輸纜傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)電腦，并在需要時(shí)通過衛(wèi)星通信傳輸至云端服務(wù)器。各傳感器的數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)見圖4。

1.3 海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)定位計(jì)算方法設(shè)計(jì)

1.3.1 計(jì)算流程設(shè)計(jì)

為了將結(jié)構(gòu)物吊裝姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在系統(tǒng)界面上，需進(jìn)行定位計(jì)算，其主要流程包括4個(gè)步驟：第一步在加工廠坐標(biāo)系（以下簡(jiǎn)稱廠內(nèi)坐標(biāo)系）下，測(cè)量GNSS及結(jié)構(gòu)物上其他特征點(diǎn)（如法蘭中心、樁腳）的坐標(biāo)、廠內(nèi)坐標(biāo)系預(yù)設(shè)方位角（即廠內(nèi)坐標(biāo)系的X'軸在施工坐標(biāo)系下的方位角）;第二步在施工坐標(biāo)系下確定基礎(chǔ)處于最終安裝位置時(shí)的法蘭中心坐標(biāo)，以結(jié)構(gòu)物法蘭中心為參照物，計(jì)算廠內(nèi)某一特征點(diǎn)在施工坐標(biāo)系下的最終安裝坐標(biāo);第三步在結(jié)構(gòu)物吊裝的過程中，將GNSS測(cè)量的大地坐標(biāo)變換到施工坐標(biāo)系下;第四步在結(jié)構(gòu)物吊裝的過程中，利用GNSS以及傾角儀的實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)，通過算法實(shí)時(shí)計(jì)算特征點(diǎn)在吊裝過程中的位置，并解出特征點(diǎn)離目標(biāo)位置的方向和距離。具體計(jì)算流程見圖5。

1.3.2 計(jì)算算法設(shè)計(jì)

根據(jù)計(jì)算流程設(shè)計(jì)，以某三樁導(dǎo)管架為例，定位計(jì)算算法包括以下幾個(gè)內(nèi)容。

（1）廠內(nèi)數(shù)據(jù)測(cè)量。2 個(gè)GNSS 廠內(nèi)坐標(biāo)：GNSS1（XG1'，YG1'，ZG1'）、GNSS2（XG2'，YG2'，ZG2'）;廠內(nèi)坐標(biāo)系預(yù)設(shè)方位角α';3個(gè)樁腳廠內(nèi)坐標(biāo)S1（XS1'，YS1'，ZS1'）、S2（XS2'，YS2'，ZS2'）、S3（XS3'，YS3'，ZS3'）及法蘭中心廠內(nèi)坐標(biāo)OP圖5 計(jì)算流程Fig.5 Calculationflowchart（X0'，Y0'，Z0'）;另外法蘭中心施工坐標(biāo)系下的最終安裝坐標(biāo)OT（X0，Y0，Z0）為已知量。

（2）以導(dǎo)管架法蘭中心為參照物，計(jì)算廠內(nèi)某一特征點(diǎn)在施工坐標(biāo)系下的最終安裝坐標(biāo)（X ，Y，Z）的方法如下：

X =（X'-X0 '）cosα'- （Y'-Y0 '）sinα'+X0（1）

Y =（X'-X0 '）sinα'+ （Y'-Y0 '）cosα'+Y0（2）

Z =（Z'-Z0 '）+Z0 （3）

將GNSS廠內(nèi)坐標(biāo)GNSS1（XG1'，YG1'，ZG1'）、GNSS2（XG2'，YG2'，ZG2'）帶入式（1）、式（2）和式（3）可得GNSS施工坐標(biāo)系下最終安裝坐標(biāo)GNSS1（XG1，YG1，ZG1）、GNSS2（XG2，YG2，ZG2）。同理可以得到3個(gè)樁腳施工坐標(biāo)系下最終安裝坐標(biāo)S1（XS1，YS1，ZS1）、S2（XS2，YS2，ZS2）、S3（XS3，YS3，ZS3）。

（3）在導(dǎo)管架吊裝的過程中，GNSS實(shí)測(cè)的大地坐標(biāo)（B，L，H ）到施工坐標(biāo)（XGNSS，YGNSS，ZGNSS）的變換涉及七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型以及高斯-克呂格平面投影，可參見文獻(xiàn)[7-8]，詳細(xì)計(jì)算方法較為成熟，不在此贅述。通過轉(zhuǎn)換可得到GNSS在施工坐標(biāo)系下的實(shí)時(shí)測(cè)量值GNSS1：（XGNSS1，YGNSS1，ZGNSS1）、GNSS2：（XGNSS2，YGNSS2，ZGNSS2）。

（4）求解特征點(diǎn)施工坐標(biāo)系下的實(shí)時(shí)測(cè)量坐標(biāo)

①首先需要計(jì)算目標(biāo)方位角b1（即兩個(gè)GNSS在最終安裝位置的連線角度）、實(shí)測(cè)方位角b2（兩個(gè)GNSS在吊裝過程中的連線角度）及需要調(diào)整的扭轉(zhuǎn)角α：

b1 =arctan[（YG2 -YG1）/（XG2 -XG1）] （4）

b2 =arctan[（YGNSS2 -YGNSS1）/（XGNSS2 -XGNSS1）]（5）

α =b2 -b1 （6）

②計(jì)算當(dāng)導(dǎo)管架傾斜時(shí)，樁腳相對(duì)GNSS 沿X 、Y、Z 軸的偏移量：

ΔX1 = -（ZG1 -ZS1）sinγ + （XG1 -XS1）（1-cosγ）cosα（7）

ΔY1 = -（ZG1 -ZS1）sinβ+ （YG1 -YS1）（1-cosβ）cosα（8）

ΔZ1 = （ZG1 -ZS1）（1-cosγ）+ （XG1 -XS1）sinγcosα（9）

其中β、γ 為傾角儀實(shí)測(cè)導(dǎo)管架沿Y 軸、X 軸的傾斜角。

③ 計(jì)算3個(gè)樁腳的實(shí)測(cè)位置：

XD1 =（XS1 -XG1）cosα - （YS1 -YG1）sinα +XGNSS1 +ΔX1 （10）

YD1 =（XS1 -XG1）sinα + （YS1 -YG1）cosα +YGNSS1 +ΔY1 （11）

ZD1 =（ZS1 -ZG1）+ZGNSS1 +ΔZ1 （12）

式中：XD1、YD1、ZD1為第一根樁腳實(shí)測(cè)坐標(biāo)。由式（10）、式（11）、式（12）計(jì)算得到3個(gè)樁腳的實(shí)測(cè)坐標(biāo)（XD1，YD1，ZD1），（XD2，YD2，ZD2），（XD3，YD3，ZD3）。

④計(jì)算樁腳中心實(shí)測(cè)位置坐標(biāo)OS（OX，OY）：

OX=XD1 +XD2 +XD3／3 （13）

OY=YD1 +YD2 +YD3／3 （14）

在得到各特征點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)后，通過與目標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，便可解出各特征點(diǎn)離目標(biāo)位置的方向和距離。

1.4 海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)可視化及報(bào)警設(shè)計(jì)

以三樁導(dǎo)管架為例，導(dǎo)管架定位吊裝系統(tǒng)可視化設(shè)計(jì)共包含了4個(gè)模塊：形象進(jìn)度模塊、三維模型展示模塊、視頻監(jiān)控模塊、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)模塊（俯視圖、主視圖、右視圖），如圖6所示。其中形象進(jìn)度模塊展示風(fēng)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)物整體安裝進(jìn)度，三維模型展示模塊根據(jù)結(jié)構(gòu)物安裝實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)字孿生展示，視頻監(jiān)控模塊監(jiān)測(cè)水下導(dǎo)管架樁腳與鋼管樁嵌套情況，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)導(dǎo)管架的具體位姿參數(shù)。報(bào)警設(shè)計(jì)主要包含在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)模塊中，當(dāng)監(jiān)測(cè)值達(dá)到閾值時(shí)則發(fā)出報(bào)警。

2 海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)誤差分析

海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)存在一些不可避免的誤差，這些誤差主要來自兩個(gè)方面，即環(huán)境因素和系統(tǒng)自身因素。為了使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，減小系統(tǒng)誤差，以下將對(duì)兩個(gè)方面的因素做具體分析，并制訂相應(yīng)的解決方案。

2.1 環(huán)境因素

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的吊裝在海上進(jìn)行，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn);吊裝過程中起重扒桿、風(fēng)電安裝船身、附屬吊具及鋼絲繩等障礙物體均可能對(duì)傳感器信號(hào)傳輸造成遮蔽影響;在衛(wèi)星數(shù)量不足時(shí)，會(huì)發(fā)生GNSS位置計(jì)算無固定解的情況，此時(shí)GNSS的定位精度將由厘米級(jí)變?yōu)槊准?jí)。

項(xiàng)目采用傳統(tǒng)GNSS-RTK 測(cè)量模式來進(jìn)行GNSS實(shí)時(shí)定位，實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)GNSS移動(dòng)站的定位精度受制于基準(zhǔn)站的信號(hào)質(zhì)量。因此為了提高GNSS的定位精度，可以采取以下幾個(gè)措施：①GNSS基準(zhǔn)站選址在本項(xiàng)目岸上駐地樓頂，該選址地勢(shì)較高且到風(fēng)電場(chǎng)的路徑上視野開闊，沒有自然遮擋物（圖7）;②對(duì)基準(zhǔn)站電臺(tái)進(jìn)行信號(hào)放大處理，增強(qiáng)基準(zhǔn)站的信號(hào)強(qiáng)度;③施工時(shí)，讓風(fēng)電安裝船盡量從GNSS基準(zhǔn)站與移動(dòng)站連線側(cè)面進(jìn)場(chǎng)，減少起重扒桿、風(fēng)電安裝船身等障礙物體對(duì)GNSS基準(zhǔn)站信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。值得一提的是針?duì)有網(wǎng)絡(luò)CORS站覆蓋且無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)穩(wěn)定的風(fēng)電場(chǎng)，還可采用網(wǎng)絡(luò)GNSS-RTK 測(cè)量技術(shù)，與傳統(tǒng)GNSSRTK技術(shù)相比，該技術(shù)不受基準(zhǔn)站與移動(dòng)站間距的限制，且可節(jié)約布設(shè)基準(zhǔn)站的成本，但需要注意的是網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的依賴較高，海上無線網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況下該技術(shù)精度會(huì)受到較大影響。

2.2 系統(tǒng)因素

系統(tǒng)的誤差主要是存在于計(jì)算算法的誤差上，例如若式（10）、式（11）和式（12）計(jì)算樁腳實(shí)測(cè)坐標(biāo)時(shí)并未考慮式（7）、式（8）和式（9）所示的結(jié)構(gòu)物傾斜產(chǎn)生的坐標(biāo)偏移量，當(dāng)結(jié)構(gòu)物傾斜度較大時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果會(huì)極具誤導(dǎo)性。在經(jīng)過結(jié)構(gòu)物坐標(biāo)的傾斜修正后，系統(tǒng)計(jì)算精度得以保證。

3 工程應(yīng)用

海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)于2020年5月起在粵電陽江沙扒海上風(fēng)電場(chǎng)正式投入應(yīng)用。并順利在2021年6月前完成了共計(jì)46臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的吊裝，其中在該系統(tǒng)輔助下三樁導(dǎo)向平臺(tái)、四樁導(dǎo)向平臺(tái)、三樁導(dǎo)管架、四樁導(dǎo)管架以及吸力式導(dǎo)管架的平均安裝耗時(shí)均為1～2h，采用傳統(tǒng)人為監(jiān)測(cè)的平均安裝時(shí)間預(yù)計(jì)在6～7h。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明：采用該風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)可以高效且安全地完成風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物吊裝作業(yè);吊裝過程中結(jié)構(gòu)物平臺(tái)上的傾角始終在3°以內(nèi)且最終達(dá)到穩(wěn)定時(shí)小于0.2°，滿足傾斜度0.5%以內(nèi)的要求;GNSS定位數(shù)據(jù)異常值較少，不影響整體判斷結(jié)構(gòu)物的位置，且最終GNSS測(cè)值均趨于目標(biāo)坐標(biāo)（圖8）?？梢娀A(chǔ)結(jié)構(gòu)物吊裝過程平穩(wěn)且高效，定位吊裝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物吊裝厘米級(jí)定位精度。

4 結(jié)語

針對(duì)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)吊裝的諸多難題，結(jié)合科學(xué)的“測(cè)”“算”及“可視化”環(huán)節(jié)，研發(fā)了一套海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)定位吊裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)在使用時(shí)可以良好地監(jiān)控并指導(dǎo)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的吊裝施工過程，能夠相對(duì)較快速地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員將結(jié)構(gòu)物的位置以及姿態(tài)調(diào)整到目標(biāo)范圍以內(nèi)，相較于傳統(tǒng)的人眼監(jiān)測(cè)方式，施工效率提高了4～6倍，且施工過程中減少了潛水員等人員靠近結(jié)構(gòu)物的情況，施工過程更加安全可靠。最終在該系統(tǒng)的輔助下，粵電陽江沙扒海上風(fēng)電B標(biāo)工程項(xiàng)目順利在2021年6月前完成了共計(jì)46臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的吊裝。本文系統(tǒng)及方法可在類似海上風(fēng)電項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 毛偉琦.海上風(fēng)電場(chǎng)工程施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2023.

MAO Weiqi.Constructiontechnologyofoffshorewindfarmprojects[M].ChinaCommunicationsPress，2023.

[2] 管鵬程，王宏.海上升壓站先樁法導(dǎo)管架水下施工技術(shù)[J].船舶工程，2021，43（S1）：127-129.

GUANPengcheng，WANG Hong.Underwaterconstructiontechnologyofconduitframebypile-firstmethodforoffshoreboosterstation[J].ShipEngineering，2021，43（S1）：127-129.

[3] 范榮山，張健.深水導(dǎo)管架在海上風(fēng)電項(xiàng)目的施工方法探討[J].水電與新能源，2020，34（9）：32-35.

FANRongshan，ZHANGJian.Theconstructionofdeepwaterjacketfoundationinfar-reachingoffshorewindpowerprojects[J].HydropowerandNewEnergy，2020，34（9）：32-35.

[4] 張國(guó)利，孫慶祥，蔣杰，等.基于GPRS/GPS的海上移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].海洋測(cè)繪，2013，33（3）：47-49.

ZHANGGuoli，SUNQingxiang，JIANGJie，etal.DesignofembeddedtargetshipmonitoringsystembasedonGPRS/GPS[J].HydrographicSurveyingandCharting，2013，33（3）：47-49.

[5] 米智楠，洪詩定.3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在5MW 海上風(fēng)機(jī)整體安裝體系中的應(yīng)用[J].流體傳動(dòng)與控制，2012（1）：37-39.

MIZhinan，HONGShiding.Theapplicationofremotemonitoringsystembasedon3Gfor5MWoffshorewindturbines'installation[J].FluidPowerTransmissionamp; Control，2012（1）：37-39.

[6] 敖立爭(zhēng)，紀(jì)云松，劉海南，等.4G與衛(wèi)星通信混合組網(wǎng)在海上風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用[J].船舶工程，2022，44（S1）：43-46.

AOLizheng，JIYunsong，LIU Hainan，etal.Applicationof4Gandsatellitecommunicationhybridnetworkinoffshorewindfarm[J].ShipEngineering，2022，44（S1）：43-46.

[7] 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M]武漢：武漢大學(xué)出版社，2010：46-47.

KONGXiangyuan，GUOJiming，LIUZongquan.Fundamentalsofgeodesy[M]Wuhan：WuhanUniversityPress，2010：46-47.

[8] 王建強(qiáng)，張飛.隨機(jī)誤差對(duì)七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型的影響分析[J].測(cè)繪科學(xué)，2016，41（9）：20-24.

WANGJianqiang，ZHANGFei.EffectsofrandomerrorsonBursaseven-parametertransformationmodel[J].ScienceofSurveyingandMapping，2016，41（9）：20-24.

基金項(xiàng)目：中國(guó)中鐵股份有限公司科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021-專項(xiàng)-03）.