[发明专利]高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法、装置及应用

权利要求书

1.一种高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法，包括：

S1，获取打桩区域的地形点云数据和设计桩参数；

S2，根据设计桩参数，在预设打桩位置进行打桩；

S3，根据地形点云数据，绘制三维地形图；

S4，进行桩中心线与设计高程面交点的工程坐标计算；

S5，根据实际桩体在空间中的三维实时位置，构建出实际桩体的三维空间参数方程，进而得到实际桩体和设计桩体之间距离函数，对距离函数进行求解，得到实际桩体和设计桩体之间最小距离、实际桩体的桩体位置和设计桩体的桩体位置；

S6，如果实际桩体和设计桩体之间最小距离没有超出阈值范围，持续打桩至完成；

其中，所述步骤S4包括：

子步骤S41，获取三个GPS定位装置接收的坐标信号，计算得到对应所述GPS定位装置的工程坐标，建立以船为参考目标的船固坐标系；

子步骤S42，将船固坐标系向水平面投影，建立基于船的船固水平坐标系；

子步骤S43，基于设计桩体建立工程坐标，根据船固水平坐标系、船固水平坐标系与工程坐标系共同存在的数据点坐标，使用Theil-Sen回归预测方法计算船固水平坐标系、船固水平坐标系与工程坐标系之间转换参数：

y＝α+βx+ε

其中，α为回归公式常数；ε为回归误差；x为数据点x轴坐标；y为数据点y轴坐标；

子步骤S44，获取侧倾仪、桩测倾仪、两个测距仪相对于桩的坐标信号，根据侧倾仪、桩测倾仪、两个测距仪运行的不同状态，分别构建多个设计桩体中心线与设计高程面交点的工程坐标计算方法；

子步骤S45，计算在侧倾仪、桩测倾仪、两个测距仪运行的不同状态时，每个设计桩体中心线与设计高程面交点的工程坐标计算方法的权重，加权平均得到交点的工程坐标。

2.根据权利要求1所述的高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法，其中，如果实际桩体和设计桩体之间最小距离超出阈值范围，发出预警提示，重新返回S1中对设计桩参数进行调整。

3.根据权利要求1所述的高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法，其中，所述步骤S41中，获取三个GPS定位装置接收的坐标信号，计算得到对应所述GPS定位装置的工程坐标，建立以船为参考的船固坐标系包括：

使用零相位滤波公式：

Y(e^jω)＝X(e^jω)|H(e^jω)|²

其中，Y为滤波后的三个GPS定位装置的坐标信号；X为三个GPS定位装置接收的坐标信号；｜H(e^jω)|为滤波系统增益；e^jω为待滤波信号的频域表示；

根据滤波后的三个GPS定位装置的坐标信号，确定三个GPS定位装置的工程坐标，并建立以船为参考的船固坐标系。

4.根据权利要求1所述的高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法，其中，所述步骤S5包括：

子步骤S51，利用空间几何方法，在全部设计桩体中提出可能与实际桩体发生碰撞的设计桩体；

子步骤S52，分别建立实际桩体与设计桩体的三维空间方程；

子步骤S53，以实际桩体与设计桩体的三维空间方程，构建实际桩体与设计桩体间的距离函数，并计算实际桩体和设计桩体三维空间方程的梯度函数；

子步骤S54，根据实际桩体与设计桩体间的距离函数，利用盒约束非线性优化问题迭代处理求解方程，计算得到最小距离。

5.根据权利要求1所述的高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法，其中，获取地形点云数据，绘制打桩背景图；其中，所述地形点云数据包括：施工区域地形数据与海水水位。

6.根据权利要求1所述的高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法，其中，所述设计桩参数包括桩俯仰角、桩型、桩长、桩宽、扭角、坡比、X坐标、Y坐标、设计高。