打樁定位理論及其關鍵技術研究.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)視線交會的方式進行定位，存在效率低，精度不高等缺點。目前也有學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用，是遠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鍵技術進行了研究，總結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鍵問題也給出了相應的解決方案，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、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)測量需求定制相應的解決方案，本文基于智能型全站儀提出了觀測樁側任意一方向與樁身任意一點的樁位標準定位模型，以及觀測相同豎直角平面內樁側一方向與樁身一點坐標的簡易定位模

3、型，并在基于WinCE的拓普康GPT-7502上進行了實現(xiàn)，同時利用無線電臺，將觀測結果發(fā)送到船上，并利用一個PDA接收系統(tǒng)顯示定位結果，指導打樁船的移動，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。
　　 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相機以及一個測距儀實現(xiàn)樁位中心船固坐標的定位模型。先利用Robert邊緣檢測算子和Hough變換，實時處理CCD相機采集的

4、圖像，提取樁邊緣直線。再利用CCD相機的內外方位元素，測距儀坐標及其量測值，根據(jù)不同的打樁類型(斜打與直打)，建立求解樁中心坐標的數(shù)學模型，最后利用樁中心初值和牛頓下山法解算并獲取設計高程面內的樁中心工程坐標。對定位模型進行了單次以及連續(xù)定位測試，對結果進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、測距儀、GPS以及兩個傾斜儀傳感器。
　　 樁位在設計階段，一般不會出現(xiàn)碰樁情況，但由于一些客觀原

5、因，如潮流、風向以及定位精度等，實際沉樁結果與設計值不相符。本文討論了如何利用實際沉樁數(shù)據(jù)對碰樁進行有效預警，討論了兩樁最短距離及其中誤差的計算，提高了碰樁預警值的可靠性，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，根據(jù)相同特征點間的像素距離，以及每個像素點的實際長度，經(jīng)過異常點剔除后，計算得到貫入度。本文還詳細介紹了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時的影響。
　　 本文的主要創(chuàng)新點在于

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