一种桩顶标高的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及打粧船打粧技术，具体涉及打粧过程中粧顶标高确定技术。
【背景技术】
[0002] 随着GPS定位技术的发展，特别是GPS-RTK技术和网络RTK技术不断成熟，为解决 远距离打粧定位提供了新的研究方向。因此，基于GPS-RTK的打粧定位系统有了新的发展， 并在实际施工中进行了长期的应用。基于GPS-RTK的打粧定位系统，通常是通过集成2至 3台GPS、倾斜仪、测距仪而成。在利用GPS对船体定位、倾斜仪定姿后，将船体前方的粧位 中心反算到工程坐标系下。
[0003] 在各类基于GPS-RTK定位系统中，在确定粧顶标高方面，主要有以下两种方式：
[0004] 1.邵蔚的用磁编码检测技术进行粧顶标高检测。粧架上部安装一个磁码盘，替打 连接一根钢丝绳，钢丝绳绕磁码盘后与配重相连。当粧帽上下移动时，磁码盘随之转动，旁 边的磁敏传感器产生一系列脉冲信号，由单片机采集，处理并传送至微机，经相关数据处理 获得标高。该方法虽然从原理上能够实现粧顶标高的实时采集，但由于打粧时粧帽的震动 性较大，每次打粧都是冲击力瞬间作用于钢丝绳上，这使得上部的磁编码盘和钢丝绳容易 损坏。
[0005] 2.黄剑波的采用高程比较法来实现。在粧架下龙口设置一水平横丝，横丝的实时 高程由GPS实时高来推算，观测人员通过横丝后的摄像头观看粧身画线在横丝上的读数， 并输入到计算机，由计算机根据接收到的数据计算粧顶标高。该方法需要事先在粧身上进 行刻划，其刻划一般只到分米级，精度不高，导致最终粧顶标高的精度不高。
[0006] 国外在解决粧顶标高的问题上，通过在打粧船粧顶安装测距仪直接测量粧顶相对 于测距仪的位置，从而根据测距仪的实时标高反算出粧顶标高。这种方法对于液压式的打 粧船较为适用，对于靠柴油机提供动力打粧的打粧船，其粧架震动较大，在粧架上安置仪器 容易损坏且维修不便，因此这种方法并不太适用于当前靠柴油机提供动力打粧的打粧船。 [0007] 为了有效的获取标高，目前生产单位的普遍做法是仍需一位测量人员在岸上架设 经炜仪来控制标高。测量人员在岸侧控制标高的方法存在下面几个问题：
[0008] (1)测量人员在岸侧控制标高，需要具备一定的观测条件。在观测条件不好（雨， 雾，晚上），或者粧位离岸边较远，则不能观测。
[0009] (2)粧顶设计高度在水下时无法控制。在粧顶高度设计在水下时，或某一段时间内 潮位较高，粧顶没入水中时，通过岸上的测量人员无法观测粧顶标高。
[0010] (3)岸上控制点布设有要求。为能够观测到每根粧的停锤位置，一般要求测点要放 置在视野开阔的位置。
【发明内容】
[0011] 针对现有基于GPS-RTK定位系统中，在确定粧顶标方面所存在的问题，本发明的 目的在于提供一种简单易行、实用性强、测量精度高的粧顶标高的确定方法。
[0012] 为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0013] -种粧顶标高的确定方法，该方法通过在粧架轨道上设置刻度，并以此来提取粧 顶标尚。
[0014] 优选的，所述方法利用粧架旋转时固定的变化关系，建立粧架刻度值和其工程坐 标系下的工程坐标的双向转换关系，根据该双向转换关系确定工程坐标系下的粧顶标高。
[0015] 优选的，所述方法具体包括如下步骤：
[0016] (1)通过系统针对打粧船建立对应的船固坐标系；
[0017] (2)根据粧架与打粧船的位置关系，计算粧架与打粧船之间旋转轴的转轴支点在 船固坐标系中三维坐标；根据测距仪与打粧船的位置关系，计算测距仪中心在船固坐标系 中三维坐标；
[0018] (3)在测距仪前方的粧架轨道上设置刻度，通过测距仪测量刻度与测距仪之间 的距离，并基于测距仪中心的三维坐标，计算出刻度上各个刻度值在船固坐标系中三维坐 标；
[0019] (4)结合刻度值以及转轴支点在船固坐标系中三维坐标，确定粧架旋转轴中心点 的三维坐标；
[0020] (5)根据粧架旋转轴中心点的三维坐标、各个刻度值在船固坐标系中三维坐标，建 立粧架上刻度值与工程坐标系下的高程之间的关系模型，基于该关系模型建立起刻度值和 工程坐标系下高程系统的一个转换关系，以此实现粧架刻度值和其工程坐标系下的工程坐 标的双向转换。
[0021] 优选的，所述步骤（5)中首先在直粧情况下，在刻度上找到和测距仪中心等高的B 点，以B点作为直粧情况下的基准点，基于船固坐标下测距仪红外线打在粧架刻度上的高 度数值，即红点高，和刻度值，将刻度尺上的各刻度值的对应工程坐标系下的高反算出来；
[0022] 接着，在仰粧或俯粧的情况下，根据粧架旋转的角度，结合旋转轴支点的船固坐标 和测距仪的船固坐标，以及原直粧情况下的基准点B的坐标，可以计算出俯粧或仰粧情况 下，基准点B向上或向下移动的竖直距离；
[0023] 最后，再结合刻度值以及粧架旋转的角度，确定其它刻度值的竖直高度，据此将红 点高传递到粧架刻度上，建立粧架上刻度值与工程坐标系下的高程之间的关系模型，基于 该关系模型建立起刻度值和工程坐标系下高程系统的一个转换关系，以此实现粧架刻度值 和其工程坐标系下的工程坐标的双向转换。
[0024] 优选的，所述方法中还包括在粧架倾斜时，修正粧顶最低点和其对应刻度之间的 间隙对粧顶标高确定精确影响的步骤。
[0025] 优选的，所述方法还包括修正打粧船船体倾斜对对粧顶标高确定精确影响的步 骤。
[0026] 本发明利用在粧架的适当位置做刻画，通过替打或者粧锤的某个部分与刻划的读 数计算粧顶的标高，具有如下优点：
[0027] (1)无需在粧身上进行刻划，减少粧身刻划的工作量。
[0028] (2)测量精度高，由于本发明的刻划是在粧架滑轨上，其与替打、粧锤的位置很近， 读书能够准确，提尚了粧顶标尚计算的精度。
[0029] (3)无论粧顶是否打到水中均能够利用不同位置的刻划计算粧顶标高，适用性强。
【附图说明】
[0030] 以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0031] 图1为本发明实例中打粧船粧架结构及刻度设置位置；
[0032] 图2为本发明实例中各种姿态下基准点变化图；
[0033] 图3为本发明实例中仰粧时粧与刻度位置关系示意图；
[0034]图4为本发明实例中俯粧时粧与刻度位置关系示意图；
[0035] 图5为本发明实例中船体前倾示意图；
[0036] 图6为本发明实例船体后仰示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。
[0038] 在确定粧顶标高的过程中，打粧船上的参考基准是测距仪红外线打在粧架刻度上 的高度数值（以下简称红点高），无论是利用粧身刻度确定粧顶标高还是采用滚轮传感器 提取粧顶标高，其参考基准都是红点高。如果粧架上的某些点相对于红点（即测距仪红外 线打在粧架刻度上的点）的相对高能实时的解算出来，则这些点也能作为粧顶标高新的参 考点。
[0039] 在打粧过程中，为了将粧的俯仰角倾斜量调整到设计的位置，往往是通过调整粧 架的俯仰位置带动着粧俯仰到设计位置。相对于船体而言，粧架在前俯和后仰的变化过程 中往往是有着固定的运动轨迹，这其中有着一个确定不变的变化规律，这一规律和粧架的 结构以及实际倾斜量密切相关。由于粧架是往复于同一轨迹上运动的，因此，给定一个粧架 倾斜量，粧架上各个固定点相对于红点的相对高就确定不变，根据这些点相对于红点的实 际几何位置，则粧架上各固定点相对于红点的相对高在粧架俯仰变化中就能够解算出来， 如此就可以将红点的参考标准延伸到粧架各固定点上，如果在粧架的合适位置作上一系列 的刻度，则就可将工程坐标系中的红点高程传递到该刻度上。在打粧过程中，粧顶运动到某 一刻度，则该刻度的对应的工程系下的高程就为当前的粧顶标高；同样，给定一设计粧顶标 高，则可反算出对应的刻度，当粧顶运动到该刻度时即可停锤，结束打粧。
[0040] 基于上述原理，本发明通过在打粧船的粧架上设置刻度，再利用粧架的规律性的 变化来确定粧顶标高。
[0041] 为此，本发明具体基于一测量系统来实现粧顶标高的精确提取，该测量系统主要 包括倾斜仪和计算中心。