本发明属于沉管隧道测量，具体涉及一种沉管隧道管节安装快速贯通测量方法及系统。
背景技术：
1、沉管隧道是将预制管节逐节安装到预铺的海底基床上而形成的一条海底通道，是解决跨海通道建设问题的重要工程方法。管节安装是沉管隧道建设的主要工程阶段，其施工环节主要包括管节预制、浮运导航、管节水下定位、水下对接及封墙拆除等；其中，管节水下定位及水下对接环节的施工难度较大，施工时间窗口要求较高。管节水下定位与水下对接时需采用测量塔定位等技术方法，将在安管节从水面下沉到预铺基床上，并与已安管节对齐，经拉合和水力压接后，完成在安管节的安装；在安管节与已安管节的对接正确性和对接精度是管节安装施工质量的重要指标，其直接影响沉管隧道的安全性和使用寿命，因此，在安管节安装后的精度检核尤其重要。
2、目前，采用常规贯通测量方法进行管节安装精度检核，参考图1、图2所示，具体为，在安管节2与已安管节1的对接拉合后，先对已安管节1与在安管节2之间的接合腔进行排水，然后打开两个管节对接端处的两道钢封门，测量人员进入已安管节1形成的隧道中，在前几管节已进行贯通测量的控制点上设站，利用全站仪进行贯通测量，即以导线或方向测量方法测量在安管节2上的特征点，确定在安管节2的实际安装位置，并与其设计位置进行比对，以进行在安管节2的安装精度检核；进一步说明如下：
3、控制点p1、p2、m位于已安管节1的管内底板上，已经在之前的测量中测得其施工坐标系坐标（以下简称施工坐标）；特征点q1、q2位于在安管节2的管内底板上，特征点t1、t2、t3、t4位于在安管节2外表面上以代表管节外形，并具有施工坐标系的设计坐标（以下简称设计坐标）；全站仪架设在已安管节1内距离在安管节2较近的m点上，m点位置应保证在打开两道钢封门后能与q1点和q2点通视，特征点t1-t4因位于在安管节2外表面上而不能被全站仪测到；
4、全站仪在m点上设站后，输入m点的施工坐标作为测站坐标，后视p1点和p2点并做检核，然后转向q1点和q2点以测量其施工坐标。假设q1点、q2点于在安管节2的管节坐标系坐标（以下简称管节坐标）分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，贯通测量得到的施工坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)；通过q1点和q2点的平面坐标可以计算出在安管节2的管节坐标系与施工坐标系的平面转换参数(δx、δy、α、ρ)，将该转换参数标记为rq，将rq作用到t1-t4点于在安管节2标定时的管节坐标上即可得到t1-t4点的施工坐标，然后将其与t1-t4点的设计坐标进行比对，计算坐标差值，获得在安管节2的安装位置偏差；若坐标差值满足设计精度要求，则在安管节2的安装精度符合预期要求，贯通测量结束，可继续后续回填等施工环节；若坐标差值超出设计精度要求，需进一步确定贯通测量正确性后决定是否要对在安管节2的位置进行调整。
5、上述常规贯通测量方法，虽然能够满足在安管节的安装精度检核需要，但存在如下不足之处：
6、1）耗时长：在安管节2对接拉合后，接合腔排水需用时4小时左右，两个管节对接端处的两道钢封门打开需用时6小时左右，全站仪贯通测量需用时2小时左右；由此可见，采用常规贯通测量方法，其全过程至少需要10个小时以上，这大大延长了施工周期，限制了施工效率；而若经贯通测量发现在安管节2的安装精度不符合预期要求、要对其进行位置调整时，需重新焊接封闭两个管节对接端处的两道钢封门，接合腔重新注水并解除两个管节之间的水力压接状态后，再调整在安管节2的位置，然后按照前述过程重新进行贯通测量，而这其间所需的工作量、工时和施工费用相当可观；
7、2）施工资源等待时间长：在贯通测量期间，需要大量的施工船舶和人员在现场等待，直到贯通测量确认在安管节2的安装精度合格后，才能进行回填等后续工作，这不仅增加了施工成本，也降低了施工资源利用效率；
8、3）施工安全风险增加：在安管节2对接拉合后至回填前，在安管节2的着床压力较小，极可能因受外力影响而产生位置偏移甚至管节受损，时间越长，其施工安全风险也越大。
9、有鉴于此，在安管节2对接拉合后，如何快速完成贯通测量以检核在安管节2的安装精度，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供一种沉管隧道管节安装快速贯通测量方法及系统，旨在在安管节对接拉合后快速完成贯通测量，以实现在安管节安装精度的快速检核，进而提高沉管隧道施工效率、降低施工成本、保障施工安全。
2、本发明提供一种沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，包括以下步骤：
3、s1、测量组件布设，其包括：
4、在已安管节对接端处的钢封门的中上部开设第一测量孔，在在安管节对接端处的钢封门的中上部开设第二测量孔，第一测量孔和第二测量孔的位置相互对应且孔内均密封安装有透明钢化玻璃；
5、在已安管节内靠近第一测量孔处安装相机组，在远离第一测量孔的一端安装测量标志c；在在安管节内远离第二测量孔的一端安装测量标志d，在第二测量孔处的透明钢化玻璃上安装测量标志e；相机组包括相背设置的相机a和相机b，相机a朝向测量标志c以使其位于相机a的测量视野内，相机b朝向第一测量孔，以使测量标志d和测量标志e在在安管节与已安管节对接拉合后均位于相机b的测量视野内；在在安管节外表面四角处分别布设特征点t1、t2、t3、t4；
6、s2、测量组件标定，其包括：
7、在已安管节内，标定相机a和相机b的内外方位元素，并标定相机组的中心点n的施工坐标及测量标志c的施工坐标；
8、在在安管节入水前，标定测量标志d、测量标志e及特征点t1、t2、t3、t4的管节坐标；
9、s3、将在安管节入水沉放至预铺基床上，并与已安管节对接拉合；
10、s4、对已安管节与在安管节之间的接合腔进行排水，当接合腔内水位低于第一测量孔和第二测量孔时开始贯通测量，贯通测量包括：
11、相机a和相机b同步启动，通过摄影测量的方式获得测量标志c在相机a中的测量值、测量标志d和测量标志e在相机b中的测量值，将其与相机组中心点n及测量标志c的施工坐标相结合，计算出测量标志d和测量标志e的施工坐标；
12、根据测量标志d及测量标志e的管节坐标与施工坐标，计算出在安管节的管节坐标系与施工坐标系的平面转换参数rs；利用该平面转换参数rs，将特征点t1、t2、t3、t4的管节坐标转换为施工坐标；将特征点t1、t2、t3、t4的施工坐标与设计坐标进行比对，计算出在安管节的安装位置偏差。
13、在其中一些实施例中，在步骤s1中，相机a和相机b选用分辨率在2000×2000以上的工业相机；测量标志c及测量标志d为led灯珠制成的球形测量标靶，测量标志e为led灯珠制成的十字形测量标靶；led灯珠采用单色光源，相机a和相机b的镜头上均安装有与led灯珠相同颜色的滤光镜。
14、在其中一些实施例中，在步骤s2中，还包括在已安管节内对测量标志c处的相机a的精度进行标定，具体为，启动相机a以通过摄影测量的方式得到测量标志c处的相片上1个像素对应的实际尺寸；若该实际尺寸不大于1mm，则不必调整相机a的焦距或/和分辨率；若该实际尺寸大于1mm，则调整相机a的焦距或/和分辨率直至使该实际尺寸不大于1mm；调整相机b的焦距和分辨率，使其与相机a的焦距和分辨率一致。
15、在其中一些实施例中，在步骤s2中，还包括，在已安管节内对相机a和相机b的光轴方向之间的角度关系进行标定，将其记作∠oa_n_ob；其中，oa为相机a的相片中心，ob为相机b的相片中心。
16、在其中一些实施例中，在步骤s4中，
17、测量标志c在相机a中的测量值，包括nc与n_oa的水平角与高度角差；其中，nc为相机组中心点n与测量标志c在相机a相片上的成像点之间的连线；n_oa为相机组中心点n与相机a相片中心oa之间的连线;
18、测量标志d在相机b中的测量值，包括nd与n_ob的水平角与高度角差；测量标志e在相机b中的测量值，包括ne与n_ob的水平角与高度角差；其中，nd为相机组中心点n与测量标志d在相机b相片上的成像点之间的连线；ne为相机组中心点n与测量标志e在相机b相片上的成像点之间的连线；n_ob为相机组中心点n与相机b相片中心ob之间的连线。
19、在其中一些实施例中，第一测量孔和第二测量孔的直径为80mm-120mm。
20、在其中一些实施例中，测量组件的数量为多组，多组测量组件沿钢封门的宽度方向间隔布设。
21、本发明还提供一种沉管隧道管节安装快速贯通测量系统，适用于前述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，沉管隧道管节安装快速贯通测量系统包括标定模块、测量模块、计算模块、主控模块，其中，
22、标定模块，用于标定已安管节内相机a和相机b的内外方位元素、相机组中心点n的施工坐标及测量标志c的施工坐标，用于标定在安管节内测量标志d、测量标志e及特征点t1、t2、t3、t4的管节坐标，并将所有标定结果传输至计算模块内；
23、主控模块，用于实时监测已安管节与在安管节之间的接合腔的排水情况；当接合腔内水位低于第一测量孔和第二测量孔时，远程同步启动相机a和相机b，以对测量标志c、测量标志d和测量标志e进行摄影测量；
24、测量模块，用于获取测量标志c在相机a中的测量值、测量标志d和测量标志e在相机b中的测量值，并将所有测量结果传输至计算模块内；
25、计算模块，用于将所有测量结果与相机组中心点n的施工坐标及测量标志c的施工坐标相结合，计算出测量标志d和测量标志e的施工坐标；用于根据测量标志d及测量标志e的管节坐标与施工坐标，计算出在安管节的管节坐标系与施工坐标系的平面转换参数rs，并利用该平面转换参数rs将特征点t1、t2、t3、t4的管节坐标转换为施工坐标；用于将特征点t1、t2、t3、t4的施工坐标与设计坐标进行比对，计算出在安管节的安装位置偏差。
26、基于上述技术方案，本发明实施例中的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法及系统，能够在在安管节对接拉合后、接合腔少量排水后快速完成贯通测量，实现在安管节安装精度的快速检核，进而提高沉管隧道施工效率、降低施工成本、保障施工安全。
1.沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，其特征在于，在步骤s1中，所述相机a和相机b选用分辨率在2000×2000以上的工业相机；所述测量标志c及测量标志d为led灯珠制成的球形测量标靶，所述测量标志e为led灯珠制成的十字形测量标靶；所述led灯珠采用单色光源，所述相机a和相机b的镜头上均安装有与led灯珠相同颜色的滤光镜。
3.根据权利要求1所述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，其特征在于，在步骤s2中，还包括在已安管节内对测量标志c处的相机a的精度进行标定，具体为，启动相机a以通过摄影测量的方式得到测量标志c处的相片上1个像素对应的实际尺寸；若该实际尺寸不大于1mm，则不必调整相机a的焦距或/和分辨率；若该实际尺寸大于1mm，则调整相机a的焦距或/和分辨率直至使该实际尺寸不大于1mm；调整相机b的焦距和分辨率，使其与相机a的焦距和分辨率一致。
4.根据权利要求1所述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，其特征在于，在步骤s2中，还包括，在已安管节内对相机a和相机b的光轴方向之间的角度关系进行标定，将其记作∠oa_n_ob；其中，oa为相机a的相片中心，ob为相机b的相片中心。
5.根据权利要求1所述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，其特征在于，在步骤s4中，
6.根据权利要求1所述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，其特征在于，所述第一测量孔和第二测量孔的直径为80mm-120mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，其特征在于，所述测量组件的数量为多组，多组所述测量组件沿钢封门的宽度方向间隔布设。
8.沉管隧道管节安装快速贯通测量系统，其特征在于，适用于如权利要求1-7中任一项所述的沉管隧道管节安装快速贯通测量方法，所述沉管隧道管节安装快速贯通测量系统包括标定模块、测量模块、计算模块、主控模块，其中，
