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經(jīng)緯儀，根據(jù)視線交會的方式進(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，但也存在觀測量較多，實用性較弱的問題?；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，但沒有解決好方樁定位以及貫入度提取等問題。本文對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，同時對碰樁，貫入度自動提取等關(guān)鍵問題也給出了相應(yīng)的解決方案，本文所用到的傳感器包括智能型全站儀、無線電臺、GPS、CCD相機(jī)、測距儀以及傾斜儀。
　　 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)的簡易定位模

3、型，并在基于WinCE的拓普康GPT-7502上進(jìn)行了實現(xiàn)，同時利用無線電臺，將觀測結(jié)果發(fā)送到船上，并利用一個PDA接收系統(tǒng)顯示定位結(jié)果，指導(dǎo)打樁船的移動，本方法集成了智能全站儀與無線電臺傳感器，具有觀測量少，實用性高的特點(diǎn)。
　　 樁位定位是典型的非接觸式測量，因此本文考慮了根據(jù)攝影測量理論，利用一個CCD相機(jī)以及一個測距儀實現(xiàn)樁位中心船固坐標(biāo)的定位模型。先利用Robert邊緣檢測算子和Hough變換，實時處理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，測距儀坐標(biāo)及其量測值，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)計高程面內(nèi)的樁中心工程坐標(biāo)。對定位模型進(jìn)行了單次以及連續(xù)定位測試，對結(jié)果進(jìn)行了分析并討論了測試過程中遇到的問題以及解決方法，本定位模型集成了CCD相機(jī)、測距儀、GPS以及兩個傾斜儀傳感器。
　　 樁位在設(shè)計階段，一般不會出現(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，實際沉樁結(jié)果與設(shè)計值不相符。本文討論了如何利用實際沉樁數(shù)據(jù)對碰樁進(jìn)行有效預(yù)警，討論了兩樁最短距離及其中誤差的計算，提高了碰樁預(yù)警值的可靠性，并利用OpenGL實現(xiàn)了樁位的三維建模與顯示。同時針對樁打完以后，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、實例以及軟件實現(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，以及每個像素點(diǎn)的實際長度，經(jīng)過異常點(diǎn)剔除后，計算得到貫入度。本文還詳細(xì)介紹了SIFT算法的實現(xiàn)過程，討論了能夠觀測到樁兩條邊緣情況下貫入度自動提取，以及不能觀測到樁邊緣情況下，將樁架作為參考目標(biāo)時的影響。
　　 本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于

7、：
　　 (1)針對智能全站儀打樁，提出了一方向一點(diǎn)法的標(biāo)準(zhǔn)與簡易定位模型，利用EVC對定位模型進(jìn)行了機(jī)載觀測系統(tǒng)的實現(xiàn)，并通過無線電臺實現(xiàn)岸側(cè)與打樁船的通訊。
　　 (2)根據(jù)攝影測量理論，利用一個CCD相機(jī)與一個測距儀實現(xiàn)了樁位船固坐標(biāo)的實時獲取。
　　 (3)根據(jù)實際沉樁數(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，實現(xiàn)了碰樁的可靠預(yù)警。
　　 (4)利用SIFT算法，通過對錘擊前后CCD