[发明专利]一种桩顶标高的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及打桩船打桩技术，具体涉及打桩过程中桩顶标高确定技术。

背景技术

随着GPS定位技术的发展，特别是GPS-RTK技术和网络RTK技术不断成熟，为解决远距离打桩定位提供了新的研究方向。因此，基于GPS-RTK的打桩定位系统有了新的发展，并在实际施工中进行了长期的应用。基于GPS-RTK的打桩定位系统，通常是通过集成2至3台GPS、倾斜仪、测距仪而成。在利用GPS对船体定位、倾斜仪定姿后，将船体前方的桩位中心反算到工程坐标系下。

在各类基于GPS-RTK定位系统中，在确定桩顶标高方面，主要有以下两种方式：

1.邵蔚的用磁编码检测技术进行桩顶标高检测。桩架上部安装一个磁码盘，替打连接一根钢丝绳，钢丝绳绕磁码盘后与配重相连。当桩帽上下移动时，磁码盘随之转动，旁边的磁敏传感器产生一系列脉冲信号，由单片机采集，处理并传送至微机，经相关数据处理获得标高。该方法虽然从原理上能够实现桩顶标高的实时采集，但由于打桩时桩帽的震动性较大，每次打桩都是冲击力瞬间作用于钢丝绳上，这使得上部的磁编码盘和钢丝绳容易损坏。

2.黄剑波的采用高程比较法来实现。在桩架下龙口设置一水平横丝，横丝的实时高程由GPS实时高来推算，观测人员通过横丝后的摄像头观看桩身画线在横丝上的读数，并输入到计算机，由计算机根据接收到的数据计算桩顶标高。该方法需要事先在桩身上进行刻划，其刻划一般只到分米级，精度不高，导致最终桩顶标高的精度不高。

国外在解决桩顶标高的问题上，通过在打桩船桩顶安装测距仪直接测量桩顶相对于测距仪的位置，从而根据测距仪的实时标高反算出桩顶标高。这种方法对于液压式的打桩船较为适用，对于靠柴油机提供动力打桩的打桩船，其桩架震动较大，在桩架上安置仪器容易损坏且维修不便，因此这种方法并不太适用于当前靠柴油机提供动力打桩的打桩船。

为了有效的获取标高，目前生产单位的普遍做法是仍需一位测量人员在岸上架设经纬仪来控制标高。测量人员在岸侧控制标高的方法存在下面几个问题：

(1)测量人员在岸侧控制标高，需要具备一定的观测条件。在观测条件不好(雨，雾，晚上)，或者桩位离岸边较远，则不能观测。

(2)桩顶设计高度在水下时无法控制。在桩顶高度设计在水下时，或某一段时间内潮位较高，桩顶没入水中时，通过岸上的测量人员无法观测桩顶标高。

(3)岸上控制点布设有要求。为能够观测到每根桩的停锤位置，一般要求测点要放置在视野开阔的位置。

发明内容

针对现有基于GPS-RTK定位系统中，在确定桩顶标方面所存在的问题，本发明的目的在于提供一种简单易行、实用性强、测量精度高的桩顶标高的确定方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种桩顶标高的确定方法，该方法通过在桩架轨道上设置刻度，并以此来提取桩顶标高。

优选的，所述方法利用桩架旋转时固定的变化关系，建立桩架刻度值和其工程坐标系下的工程坐标的双向转换关系，根据该双向转换关系确定工程坐标系下的桩顶标高。

优选的，所述方法具体包括如下步骤：

(1)通过系统针对打桩船建立对应的船固坐标系；

(2)根据桩架与打桩船的位置关系，计算桩架与打桩船之间旋转轴的转轴支点在船固坐标系中三维坐标；根据测距仪与打桩船的位置关系，计算测距仪中心在船固坐标系中三维坐标；

(3)在测距仪前方的桩架轨道上设置刻度，通过测距仪测量刻度与测距仪之间的距离，并基于测距仪中心的三维坐标，计算出刻度上各个刻度值在船固坐标系中三维坐标；

(4)结合刻度值以及转轴支点在船固坐标系中三维坐标，确定桩架旋转轴中心点的三维坐标；

(5)根据桩架旋转轴中心点的三维坐标、各个刻度值在船固坐标系中三维坐标，建立桩架上刻度值与工程坐标系下的高程之间的关系模型，基于该关系模型建立起刻度值和工程坐标系下高程系统的一个转换关系，以此实现桩架刻度值和其工程坐标系下的工程坐标的双向转换。

优选的，所述步骤(5)中首先在直桩情况下，在刻度上找到和测距仪中心等高的B点，以B点作为直桩情况下的基准点，基于船固坐标下测距仪红外线打在桩架刻度上的高度数值，即红点高，和刻度值，将刻度尺上的各刻度值的对应工程坐标系下的高反算出来；

接着，在仰桩或俯桩的情况下，根据桩架旋转的角度，结合旋转轴支点的船固坐标和测距仪的船固坐标，以及原直桩情况下的基准点B的坐标，可以计算出俯桩或仰桩情况下，基准点B向上或向下移动的竖直距离；