本发明涉及一种三维引导打桩方法，具体为一种基于卫星定位技术的打桩方法。
背景技术：
目前桩机施工时，测量放线需要通过通用的测量仪器(包括rtk测量仪器)，同时需要多人配合完成。通过测量仪器施放线时，也会因夜间通视条件不足而作业困难。而且在地貌单元复杂或地质条件较差情况下进行打桩时，桩机在移动过程中会造成桩位的偏移，也无法实时获取施工过程中桩位的偏移状况，容易造成桩施工完成后偏移误差超出规范要求。并且对于桩深以及打桩周期也没有专门的仪器设备进行测量记录。
现有施工方法中还没有一种精确自动化测量、引导打桩的技术。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法，实现包括打桩位置定位、三维引导打桩、打桩数据采集、自动计算一根桩的打桩周期和打桩深度等一系列的自动化引导打桩方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法，包括如下步骤：
s1、利用卫星定位系统定位打桩位置；
s2、利用桩机上的工作站及桩长测量传感器，依据钻杆平面位置变化以及深度变化确定打桩开始和结束时间。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
所述卫星定位系统包括卫星、参考站和工作站；
在步骤s1中包括如下步骤：
s01、在目标项目预设距离内放置参考站m，在桩机上设置工作站m1和从天线m2，测量工作站m1、从天线m2、桩机施打位置的相对位置关系；
s02、利用卫星定位系统获取工作站m1位置坐标、从天线m2方位角；
s03、利用工作站m1、从天线m2、桩机施打位置的相对位置关系，计算打桩位置坐标。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
当桩机上存在两个打桩位置时，安装一组工作站m1、从天线m2，可以实现一个桩位的多次定位。第一次测量打桩位置后，移动桩机，重复步骤s02和s03，可实现单一桩多次定位。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
利用同一组工作站m1、从天线m2，按照权利要求2的方法，可以同时定位两个桩位以上，形成多桩直线定位、三角形定位、多边形定位。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
当场地内存在多个桩位，且多个桩位之间规则分布时，根据已施工桩位及已知点坐标，可以自动生成后续桩位施工平面图，引导后续桩位施工。
在施工面确定至少两个打桩位置，然后通过布桩规则计算出剩余打桩位置分布。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，所述布桩规则包括符合规范或其他设计要求的正三角形、等腰三角形、正方形或长方形分布的桩位。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
在桩机上安装桩长测量传感器和工作站，记录钻杆平面位置和深度，当钻杆平面位置不再变化而深度开始发生变化时，表示打桩开始时间；当钻杆深度不再变化而且平面位置发生较大变化时，表示打桩结束时间。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
在桩机桅杆设置rfid电子标签，在动力头设置rfid电子标签读取器，通过电子标签读取器记录动力头相对桅杆高度的变化，可计算出打桩深度。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
在桩机桅杆及动力头设置激光测距传感器，通过记录动力头相对桅杆位置的变化，即可精确计算出打桩深度；或
在桩机动力头设置工作站，通过工作站高程的变化，即可精确计算出打桩深度。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
在桩机滑轮或卷扬机上设置转速传感器，通过记录动力头相对桅杆高度的变化，可计算出打桩深度。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
在引导打桩过程中收集打桩深度、打桩位置、打桩周期。
在一个实施例的基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法中，
在引导打桩过程后，可以自动统计已施工及未施工桩数，可以按照时间自动统计每台桩机及整个工地桩位的施工报表。
使用本发明的有益效果是：
本发明中基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法，利用卫星定位系统，通过钻杆的平面位置变化以及深度变化，确定打桩的开始和结束时间，其所需时间为一根桩的打桩周期。本打桩定位引导方法定位精度高，能自动化统计施工过程数据，能自动计算打桩周期，实现自动连续定位打桩，并可应用于多种打桩机械上，具有广泛的使用推广价值。
附图说明
图1为本发明引导打桩方法原理图。
图2为本发明引导打桩方法中确定打桩位置原理图。
图3为本发明引导打桩方法中根据规则自动测量绘出打桩位示意图。
图4为本发明引导打桩方法中测量打桩位置原理示意图。
图5为本发明引导打桩方法另一实施例中测量打桩位置原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法，可用于全部打桩机或打桩系统的应用，包括但不限于长螺旋履带式桩机、静力压桩机、室内低空静压桩机、柴油打桩锤、旋挖钻机、全回转钻机、冲孔打桩机、锚杆钻机等机型，包括但不限于振冲桩机、塑料排水板桩机、软基处理桩机、搅拌桩机、cfg素混凝土桩机等类型。
如图1所示，本发明提供一种基于卫星定位技术的三维立体引导打桩方法，包括如下步骤：s1、利用卫星定位系统确定打桩位置；s2、利用桩机上的工作站及桩长测量传感器，依据钻杆平面位置变化以及深度变化确定打桩开始和结束时间。
本系统基于rtk技术，包括基于rtk技术的参考站、工作站、数据处理系统、应用服务系统、移动终端、数据交接机、桩机，参考站、工作站、移动终端通过数据交换机与数据处理系统、应用服务系统相互连接，参考站设在目标项目预设距离内，移动终端上安装有应用服务系统，移动终端设在桩机上，工作站安装在桩机上或安装在桩机之外的独立点上。
在一个实施例中，在屋顶安装参考站，在桩机施打位置安装工作站，通过参考站输出差分数据上传至数据处理系统，工作站将位置数据上传至数据出来系统，即可实现精确打桩定位。具体而言，使用显示设备可在屏幕直观观察桩机距离桩机施打位置的距离，可实时监测桩位偏差。
当桩机行走到打桩位置后，竖立桩体与打桩位置对齐，记录钻杆的深度后开始打桩，打桩过程中实时测量钻杆深度变化值，通过动力头相对于桅杆高度的变化计算出打桩深度，在本实施例中，打桩深度可通过无线上传至数据交换机与数据处理系统中。在一些实施例中，参考站可以是一个或多个，卫星定位数据采用单参考站或多参考站的rtk系统或后处理方法处理数据。数据处理系统及应用服务系统是安装在互联网云端服务器或安装在局域网服务器，也可安装于数据交换机。数据交换机设有数据交换模块、通讯模块、数据处理模块及存储模块。通讯模块可以是zigbee、2g、3g、4g、wifi、蓝牙通讯模块或其他通讯模块。
总体来说，打桩前，在目标项目预设距离内设置参考站，将参考站坐标、桩位编号及坐标输入应用服务系统，自动生成桩位图；打桩时，桩机操作人员按照移动终端中显示的桩机位置，移动桩机，对准桩位图的桩位，确定桩位；施工过程中实时监控并记录施打位置，根据移动终端上的位置偏差提示调整桩机位置，所有施工数据上传至数据处理系统；施工完成后自动生成施工原始记录及桩位偏差图，施工过程可监控、可追溯，施工数据及成果可共享。
实施例1
如图4所示，使用本引导方法到实际应用中，例如将本引导方法应用在通过一个工作站和一根从天线安装在桩机上，通过一个工作站和一根从天线测量打桩位置。
在本实施例中，卫星定位系统包括卫星、参考站和工作站；
如图2所示，s01、在目标项目一定距离范围内放置参考站m，在桩机上设置工作站m1和从天线m2，工作站m1、从天线m2、桩机施打位置存在以下关系；s02、利用卫星定位系统获取工作站m1坐标位置，从天线m2方位角；s03、利用工作站m1、从天线m2、桩机施打位置的相对位置关系，计算打桩位置坐标。
首先在移动端的应用系统中选择采用一个或两个以上参考站，将各情况下桩机上工作站与桩位之间的相对关系输入应用服务系统并校正其准确性。将参考站坐标、桩位编号及桩位坐标输入应用服务系统，应用服务自动系统生成桩位图。多取几个已知坐标点，将工作站从桩机上取下来，放置在已知点，矫正系统准确性及计算参数。
实施例2
如图5所示，对单一桩位多次测量并获取打桩位置：当桩机上存在两个打桩位置时，第一次测量打桩位置后，移动桩机，重复步骤s02和s03，可实现单一桩多次定位；当一个桩位需要多台设备施工时，每台桩机上安装一组工作站m1、从天线m2，可以对一个桩位的多次定位，实现一个桩位多台桩机施工。
打桩位置不限制在工作站的一个方向上，打桩位置可以是在桩机垂直下方，也可以是在桩机旁边，第二次测量打桩位置也不限制桩机行走的方向，可实现桩机自由行走，并准确测量打桩位置。
实施例3
本实施例通过一次测量打桩位置所在直线，可通过打桩机同时进行多桩位直线打桩。
多桩直线定位：对于多桩定位导航，通过步骤s02和步骤s03同时定位两个打桩位置，即确定剩余打桩位置。
具体而言，由上述打桩过程中，首先将桩机通过引导的方式，行走到桩位附近，同时定位两个打桩位置，该两个打桩位置连接的直线即为多个打桩位置所在直线。
实施例4
在现有技术中，打桩位置首先根据设计原理，在一个施工范围内绘出打桩位置，然后在施工地表面标记打桩位置，然后在标记处逐个打桩，完成区域内范围打桩。
如图3所示，当场地内存在多个桩位，且多个桩位之间规则分布时，根据已施工桩位或已知点坐标，可以自动生成后续桩位施工平面图，引导后续桩位施工；在施工场地确定至少两个打桩位置后，即可根据布桩规则计算出剩余打桩位置。所述布桩规则包括符合规范或其他设计要求的正三角形、等腰三角形、正方形或长方形分布的桩位。
本实施例中，首先通过北斗定位系统确定两个打桩位置，再根据设计规则计算出剩余桩位，例如在图3中，首先确定两个桩位a，桩位规则中规定的桩位为正方形桩位分布，剩余桩位b即可立即计算出，并标记在该区域内，本引导系统可引导桩机逐个地打桩。布桩规则包括但不限于桩位正三角形分布、正方形分布或长方形分布。在施工地点引导打桩的方法不需要标记打桩位置，节省工作量，提高打桩位置计算速度，可加快施工进程。
实施例5
在测量打桩深度的过程时，在步骤s2中，桩机上安装桩长测量传感器和工作站，记录钻杆平面位置和深度，当钻杆平面位置不再变化而深度开始发生变化时，表示打桩开始时间；当钻杆深度不再变化而平面位置发生较大变化时，表示打桩结束时间。
实施例6
在测量打桩深度的过程时，在桩机桅杆设置rfid电子标签，在动力头设置rfid电子标签读取器，通过电子标签读取器记录动力头相对桅杆位置的变化，即可精确计算出打桩深度。
在测量打桩深度的过程时，在桩机桅杆设置激光反射板，在动力头设置激光测距传感器，通过记录动力头相对桅杆高度的变化，可计算出打桩深度。
在测量打桩深度的过程时，在桩机滑轮或卷扬机上设置转速传感器，通过记录动力头相对桅杆高度的变化，可计算出打桩深度。
在测量打桩深度的过程时，在动力头上设置工作站，通过工作站高程的变化，即可精确计算出打桩深度。
在本实施例中，一些工地的表面高低不平，根据工地表面高度确定施工基准面，势必会影响计算出的打桩深度。
本实施例中的打桩深度计算方法，通过桩长测量传感器，计算出的打桩深度数据是准确的、误差极小。
本三维引导方法，在引导打桩过程中收集打桩深度、打桩位置、打桩周期。在引导打桩过程后，收集记录打桩区域范围以及在该范围内的桩体数量和桩体数据。
打桩时，参考站、工作站将位置数据上传至数据处理系统，数据处理系统经过处理计算后得出桩机位置与桩位的关系，应用服务系统接收数据处理系统的经处理后的数据，桩机操作人员按照移动终端中显示的桩机位置，移动桩机对准桩位图中的桩位，确定桩位。确定桩位后开始施工，施工过程中桩机操作人员根据移动终端上的应用服务系统的数据偏差提示调整桩机位置，直至此根桩施工结束。所有施工数据上传至数据处理系统；施工完成后自动生成施工原始记录及桩位偏差图，施工过程可监控、可追溯，施工数据及成果可共享。
采用本方法减少定位过程的中间环节，提高定位操作的直观性、便利性、准确性。本专利的打桩定位辅助系统提高桩机施工效率、克服了夜间施工放线难、场地条件松软变形偏差、施工位置偏差、施工统计信息化等问题，其操作简单、定位精确、施工过程监控、保证施工质量、共享施工数据及成果。
本发明系统提供了一种科学、全天候、简单、精确、信息化的打桩定位辅助系统，非常适用于安装在各类型桩机设备上，为辅助桩机在施工时快速准确完成定位进行工作，提高设备的实用性、效率性和精确性。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。