[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

说明书

本公开提供了一种高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法、装置及应用，其方法包括：获取打桩区域的地形点云数据和设计桩参数；根据设计桩参数，在预设打桩位置打桩；根据地形点云数据，绘制三维地形图；进行桩中心线与设计高程面交点的工程坐标计算；根据实际桩体在空间中的三维实时位置，构建实际桩体的三维空间参数方程，得到实际桩体和设计桩体之间距离函数，对距离函数求解，得到实际桩体和设计桩体之间最小距离、实际桩体和设计桩体的桩体位置；判断实际桩体和设计桩体之间最小距离是否超出阈值范围，如超出则进行预警。本公开实时监测和预警桩在海底持力层、海水水面和其他桩构成的三维空间位置，提高打桩的精度、可靠性和效率。

技术领域

本公开涉及建筑工程领域，尤其涉及一种高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法、装置及应用。

背景技术

目前我国基础设施建设迅速发展，工程建设规模越来越大，对精度、可靠性和效率的要求也越来越高。桩作为工程建设的重要基础，打桩的精度直接影响到后续工程建设质量。海上打桩与陆地打桩相比更容易受到环境的影响，如风速大小、水面波动幅度和海底泥沙摩擦力等。因此，提供桩在海面和海底持力层构成的三维空间位置和桩之间距离预警是保证工程质量的必要过程。

利用RTK(Rael-time kinematic，实时差分定位)和其他设备进行高精度桩定位的方式逐渐成为主流，特别是北斗国家导航系统的顺利组网建成，为高精度桩定位提供了硬件支撑。目前，打桩船一般具有3个GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、1个船体测倾仪、2个测距仪和1个桩测倾仪，其中GPS接收来自卫星的定位信号并得到实时工程坐标，船体测倾仪测量船在风和水面作用下的倾角、测距仪测量桩相对于抱桩器的相对位移、桩测倾仪测量桩与竖直线的夹角。打桩船主要由抱桩器、起吊支架和控制室组成。风向改变、水面起伏和打桩锤的震动对仪器产生干扰，干扰严重时使得仪器失效。尽管现有的打桩系统建立了多个获取桩空间位置的备选方案以解决仪器非正常工作的问题，例如韦长算等提出了自动选择最优桩定位方案的融合方法，但仍然存在以下问题：

(1)船体结构遮挡和打桩锤震动对RTK信号存在干扰，影响GPS定位精度，缺少对RTK信号预处理；

(2)当仪器自身故障造成仪器监测数据偏离正常值范围时，缺少对仪器状态的评价和对仪器故障的预警，监测数据的可靠性无法保证；

(3)通过人工或者系统选择桩空间位定位方案中的一种作为唯一的桩定位方案，缺少不同方案间的对比和权重赋值，无法自适应不同设备组建的定位方案，无法量化桩定位的精度和可靠性；

(4)使用最小二乘法确定坐标系相互转换参数。若数据点存在粗差，则会影响转换参数的精度，缺少对粗差数据点的处理；

(5)打桩可视化以二维俯视图居多，仅能展现在设计高程桩截面位置与设计位置的相对关系，缺少桩与地基基础持力层和海水水面之间位置关系，不能直观展现打桩时桩的倾向和倾角；

(6)打桩时无法对桩间距离计算和预警，当桩方位和桩间距离超过工程允许值时无相应预警，容易造成工程损失，工程效率无法得到保证。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种高精度自适应三维实时可视化打桩预警方法、装置及应用，以解决以上所提出的打桩系统无法量化仪器自身状态、无法自适应不同桩定位方法、无法直观精确展示桩空间位置和桩距离预警的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了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；