打樁定位理論及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在海上打樁工程中，傳統(tǒng)的樁位定位方法是利用兩至三臺(tái)經(jīng)緯儀，根據(jù)視線交會(huì)的方式進(jìn)行定位，存在效率低，精度不高等缺點(diǎn)。目前也有學(xué)者提出利用全站儀打樁定位的方法，但也存在觀測(cè)量較多，實(shí)用性較弱的問(wèn)題?；诙鄠鞲衅骷傻腉PS RTK打樁定位方法在不少重大工程中得到了成功的應(yīng)用，是遠(yuǎn)海打樁工程的首選方法，但沒(méi)有解決好方樁定位以及貫入度提取等問(wèn)題。本文對(duì)打樁定位理論及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，總結(jié)了目前海上打樁工程中樁位定位使用的方法，分析了它們的定

2、位特點(diǎn)以及不足之處，利用多種傳感器以及它們之間的集成提出了新的打樁定位方法，同時(shí)對(duì)碰樁，貫入度自動(dòng)提取等關(guān)鍵問(wèn)題也給出了相應(yīng)的解決方案，本文所用到的傳感器包括智能型全站儀、無(wú)線電臺(tái)、GPS、CCD相機(jī)、測(cè)距儀以及傾斜儀。
　　 智能型全站儀帶有操作系統(tǒng)，客戶可以根據(jù)測(cè)量需求定制相應(yīng)的解決方案，本文基于智能型全站儀提出了觀測(cè)樁側(cè)任意一方向與樁身任意一點(diǎn)的樁位標(biāo)準(zhǔn)定位模型，以及觀測(cè)相同豎直角平面內(nèi)樁側(cè)一方向與樁身一點(diǎn)坐標(biāo)的簡(jiǎn)易定位模

3、型，并在基于WinCE的拓普康GPT-7502上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用無(wú)線電臺(tái)，將觀測(cè)結(jié)果發(fā)送到船上，并利用一個(gè)PDA接收系統(tǒng)顯示定位結(jié)果，指導(dǎo)打樁船的移動(dòng)，本方法集成了智能全站儀與無(wú)線電臺(tái)傳感器，具有觀測(cè)量少，實(shí)用性高的特點(diǎn)。
　　 樁位定位是典型的非接觸式測(cè)量，因此本文考慮了根據(jù)攝影測(cè)量理論，利用一個(gè)CCD相機(jī)以及一個(gè)測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)樁位中心船固坐標(biāo)的定位模型。先利用Robert邊緣檢測(cè)算子和Hough變換，實(shí)時(shí)處理CCD相機(jī)采集的

4、圖像，提取樁邊緣直線。再利用CCD相機(jī)的內(nèi)外方位元素，測(cè)距儀坐標(biāo)及其量測(cè)值，根據(jù)不同的打樁類型(斜打與直打)，建立求解樁中心坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，最后利用樁中心初值和牛頓下山法解算并獲取設(shè)計(jì)高程面內(nèi)的樁中心工程坐標(biāo)。對(duì)定位模型進(jìn)行了單次以及連續(xù)定位測(cè)試，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析并討論了測(cè)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決方法，本定位模型集成了CCD相機(jī)、測(cè)距儀、GPS以及兩個(gè)傾斜儀傳感器。
　　 樁位在設(shè)計(jì)階段，一般不會(huì)出現(xiàn)碰樁情況，但由于一些客觀原

5、因，如潮流、風(fēng)向以及定位精度等，實(shí)際沉樁結(jié)果與設(shè)計(jì)值不相符。本文討論了如何利用實(shí)際沉樁數(shù)據(jù)對(duì)碰樁進(jìn)行有效預(yù)警，討論了兩樁最短距離及其中誤差的計(jì)算，提高了碰樁預(yù)警值的可靠性，并利用OpenGL實(shí)現(xiàn)了樁位的三維建模與顯示。同時(shí)針對(duì)樁打完以后，由于船舶碰撞引起的碰樁，討論了新型防撞工藝的放樣實(shí)現(xiàn)，即基于GPS RTK的錨錠塊放樣方法，分別介紹了此方法的原理、實(shí)例以及軟件實(shí)現(xiàn)。
　　 樁的貫入度指的是在一定數(shù)量的錘擊下，樁的下沉量。目前

6、貫入度主要根據(jù)人工目視樁身的刻度線，估算下沉量，并根據(jù)錘擊的次數(shù)得到。本文利用CCD相機(jī)傳感器，及其拍攝的錘擊前后的圖像，通過(guò)SIFT算法提取，并匹配前后圖像的公共特征點(diǎn)，根據(jù)相同特征點(diǎn)間的像素距離，以及每個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)異常點(diǎn)剔除后，計(jì)算得到貫入度。本文還詳細(xì)介紹了SIFT算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，討論了能夠觀測(cè)到樁兩條邊緣情況下貫入度自動(dòng)提取，以及不能觀測(cè)到樁邊緣情況下，將樁架作為參考目標(biāo)時(shí)的影響。
　　 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于

7、：
　　 (1)針對(duì)智能全站儀打樁，提出了一方向一點(diǎn)法的標(biāo)準(zhǔn)與簡(jiǎn)易定位模型，利用EVC對(duì)定位模型進(jìn)行了機(jī)載觀測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)無(wú)線電臺(tái)實(shí)現(xiàn)岸側(cè)與打樁船的通訊。
　　 (2)根據(jù)攝影測(cè)量理論，利用一個(gè)CCD相機(jī)與一個(gè)測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)了樁位船固坐標(biāo)的實(shí)時(shí)獲取。
　　 (3)根據(jù)實(shí)際沉樁數(shù)據(jù)以及誤差傳播定律，得到兩樁之間的最短距離及其中誤差，實(shí)現(xiàn)了碰樁的可靠預(yù)警。
　　 (4)利用SIFT算法，通過(guò)對(duì)錘擊前后CCD