[發(fā)明專利]一種海上鋼管樁沉樁測(cè)量定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211273261.1
• 申請(qǐng)日: 2022-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN115787647A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建如;林路宇;林柏新;鈔強(qiáng);常青;索穆;岳磊;方超;祝自梁;范宇佳;王沖;孫衛(wèi)曉;寧澤峰;李樂(lè);陳嘉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中交第一航務(wù)工程局有限公司;中交一航局第一工程有限公司
• 主分類號(hào): E02D13/06
• 分類號(hào): E02D13/06;E02D33/00
• 代理公司: 天津市新天方專利代理有限責(zé)任公司 12104
• 代理人: 張強(qiáng)

1.一種海上鋼管樁沉樁測(cè)量定位方法，其特征在于，具體為：

S1、在打樁船上構(gòu)建定位系統(tǒng)

定位系統(tǒng)包括布設(shè)在打樁船上的三臺(tái)GPS定位儀、四臺(tái)激光掃描儀、兩臺(tái)傾斜儀和一臺(tái)攝像機(jī)；

S2、鋼管樁沉樁的測(cè)量定位

S21、系統(tǒng)的預(yù)定位

利用打樁船上三臺(tái)GPS定位儀和兩臺(tái)傾斜儀確定船體的位置和姿態(tài)，通過(guò)對(duì)船體參數(shù)的測(cè)定、船體坐標(biāo)系統(tǒng)與工程坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到鋼管樁導(dǎo)向架抱樁器中心的絕對(duì)位置，用以引導(dǎo)打樁船進(jìn)入作業(yè)位置拋錨駐位，進(jìn)行吊樁、立樁；

S22、系統(tǒng)的精確定位

在利用三臺(tái)GPS定位儀實(shí)時(shí)定位的基礎(chǔ)上，利用四臺(tái)激光掃描儀的線掃描功能實(shí)現(xiàn)鋼管樁垂直度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

預(yù)定位完成后起吊鋼管樁，在鋼管樁進(jìn)入抱樁器并在設(shè)計(jì)樁位0.5m范圍時(shí)自動(dòng)內(nèi)切換至精確定位；精確定位是通過(guò)四臺(tái)激光掃描儀的同步數(shù)據(jù)來(lái)確定當(dāng)前鋼管樁的位置及垂直度偏差，進(jìn)而引導(dǎo)調(diào)節(jié)抱樁器的液壓裝置，使鋼管樁的垂直度和位置偏差滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上鋼管樁沉樁測(cè)量定位方法，其特征在于，步驟S21中，船體參數(shù)的測(cè)定、船體坐標(biāo)系統(tǒng)與工程坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換的具體步驟為：

S211、船體位置及姿態(tài)確定

通過(guò)三臺(tái)GPS定位儀實(shí)時(shí)定位坐標(biāo)以及兩臺(tái)傾斜儀可以確定船體位置及姿態(tài)，可以確定船體上任何位置的空間坐標(biāo)，從而推斷出鋼管樁中心實(shí)時(shí)坐標(biāo)；

坐標(biāo)系統(tǒng)O-XYZ對(duì)應(yīng)的是三維船固坐標(biāo)系統(tǒng)，假設(shè)船體的縱傾和橫傾分別為α和β，首先繞X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)β角，得到坐標(biāo)系XY″Z′，該坐標(biāo)系繞Y″軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α得到過(guò)三維船固坐標(biāo)系原點(diǎn)且位于水平面的坐標(biāo)系統(tǒng)O-X″Y″Z″，稱該坐標(biāo)系統(tǒng)為瞬時(shí)船體水平坐標(biāo)系統(tǒng)，該坐標(biāo)系統(tǒng)中的平面坐標(biāo)與工程坐標(biāo)系統(tǒng)存在平移、旋轉(zhuǎn)的關(guān)系；

三維坐標(biāo)系統(tǒng)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣如下：

旋轉(zhuǎn)角為從各個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的正向看，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角為正，順時(shí)針為負(fù)；

由三維船固坐標(biāo)系統(tǒng)O-XYZ轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)船體水平坐標(biāo)系統(tǒng)O-X″Y″Z″的轉(zhuǎn)換矩陣如下：

R＝R_X(-β)·R_Y(α)

工程坐標(biāo)系統(tǒng)xoy與瞬時(shí)船體水平坐標(biāo)系統(tǒng)XOY之間的關(guān)系式如下：

其中α為X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到x軸的角度；

S212、船體坐標(biāo)系與GPS定位儀坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

由于打樁船上設(shè)備位置和樁中位置是根據(jù)船體坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算的，而GPS定位儀的坐標(biāo)為工程坐標(biāo)系坐標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)將樁心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至工程坐標(biāo)系進(jìn)行實(shí)時(shí)定位；

船體坐標(biāo)系統(tǒng)與工程坐標(biāo)系統(tǒng)都是平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，將(XB，YB)轉(zhuǎn)換為(XP，YP)的計(jì)算公式如下：

其中

α_BP為工程坐標(biāo)系統(tǒng)到船體坐標(biāo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)參數(shù)；

Xp、Yp為瞬時(shí)船體坐標(biāo)系坐標(biāo)；

X_D、Y_D為WGS84坐標(biāo)系坐標(biāo)；

ΔXp、ΔYp為坐標(biāo)平移參數(shù)；

x_p、y_p為現(xiàn)場(chǎng)施工坐標(biāo)系坐標(biāo)；

公式中的2個(gè)平移參數(shù)(ΔXp，ΔYp)和1個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)(α_BP)需要根據(jù)GPS定位儀實(shí)時(shí)定位結(jié)果計(jì)算。