一种GNSS三维姿态定位打桩导航辅助系统和方法与流程

本发明涉及打桩定位技术领域，更具体地说，涉及一种gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统和方法。

背景技术：

在太阳能、风力电厂、水库大坝围栏及公路、铁路路基等工程中，桩作为下部承重结构，是工程的重要组成部分。打桩施工工艺及技术的优劣直接影响到桩基质量，进而影响整体工程的质量。目前在打桩领域，申请号为201510179361.1的中国专利公开了一种基于rtk技术的打桩定位辅助系统及使用方法，采用在已知坐标点上设置参考站，在桩机或桩机外设置流动站的方式，计算打桩位置，指导施工。申请号为201610948692.1的中国专利公开了一种辅助陆地打桩车施工的控制系统及方法，采用在桩车上安装gnss接收机，根据桩机的位置和打桩点的位置得到二者之间的方位角和距离的方式控制桩机打桩，上述两种计算打桩位置坐标的方式都存在一些问题，桩机平台上打桩的位置被桩机的桅杆、桩体本身占用，需要在平台上其他位置安装gnss打桩导航定位仪器，目前的gnss打桩导航技术只是单点定位和方位角定位，不能有效矫正桩机平台的倾斜带来的误差，从而导致定位不准确。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统和方法，开发三个以上天线的gnss打桩导航仪，实现打桩机(或打桩船体)的三维姿态定位，消除桩机平台倾斜带来的定位误差。

本发明的技术解决方案是：本发明提供一种gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统，包括桩机和带有多天线的gnss打桩导航仪，所述桩机上安装有用于打桩的桩头，所述gnss打桩导航仪的至少三个天线安装于桩机平台上，用于获取所述桩机的三维姿态定位数据，根据桩机的三维姿态定位计算桩头的姿态定位，从而解算打桩位置的坐标。

为解决技术问题，本发明还进一步提供gnss三维姿态定位打桩导航辅助方法，包括如下步骤：

s1、在桩机上安装多天线一体化即时联合解算的gnss打桩导航仪；

s2、在桩机平台上至少安装三个以上的gnss天线；

s3、通过gnss打桩导航仪即时获取三个以上天线的立体坐标(x，y，z)，实现桩机平台的三维姿态定位；

s4、根据桩机平台的尺寸计算桩头的三维姿态坐标，用户依据桩头的坐标与预定打桩点的坐标移动桩机进行打桩。

进一步的，s3步骤中还可以通过根据任意两个天线的立体坐标(x，y，z)组合分别解算桩机平台的位置和方向角。

实施本发明的gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统和方法，具有以下有益效果：通过在桩机上设置三个以上天线一体化即时位置解算的gnss打桩导航仪，对桩机平台进行三维姿态解算，实现桩机平台的姿态定位，再根据桩机平台的尺寸推算桩头即打桩位置的精准定位；同时也可以通过两两天线组合分别解算桩机平台的位置和方向角，多解算方法对比，使桩机平台的定位更加准确、可靠。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为gnss打桩导航仪的多个天线安装在桩机平台时的示意图；

图2为多天线三维姿态定位的结构示意图。

具体实施方式

本发明gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统包括桩机和带有多天线的gnss打桩导航仪，桩机上安装有用于打桩的桩头，gnss打桩导航仪的至少三个天线安装于桩机平台上，根据导航仪对三个天线的定位数据，获取桩机平台的三维姿态定位数据，根据桩机的三维姿态定位计算桩头的姿态定位，从而解算打桩位置的坐标。gnss打桩导航仪的多个天线的位置不同，高度不同，三个天线顶部相连形成一个平面，三个以上的天线顶部相连形成一个不规则体，桩机的桩头位于桩机平台的一端，通过导航仪获取多个天线的三维位置数据定位桩机平台，再依据桩机平台的尺寸和桩头的位置计算桩头的三维姿态坐标，即可确定打桩位置。相比通常使用的单点定位和方位角定位，本gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统为三维姿态定位，比二维定位方式更准确，可以有效矫正桩机平台的倾斜带来的误差，同时也可以通过两两天线组合分别解算桩机平台的位置和方向角，多解算方法对比，对照定位数据，使桩机平台的定位更加可靠。另外本gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统不仅可以用于陆地打桩，还可以应用于水上打桩船体定位，应用范围广泛。

本发明还提供gnss三维姿态定位打桩导航辅助方法，包括如下步骤：

s1、在桩机上安装多天线一体化即时联合解算的gnss打桩导航仪，该gnss打桩导航仪至少包含三个天线。

s2、在桩机平台上至少安装三个以上的gnss天线；

s3、通过gnss打桩导航仪即时获取三个以上天线的立体坐标(x，y，z)，实现桩机平台的三维姿态定位。本实施例以三个天线为例，如图1-图2所示，以水平面为x轴和y轴，竖直方向为z轴，三个gnss打桩导航仪的天线为主天线、从天线1和从天线2，三个天线的安装位置为桩机平台上的任意位置，从gnss打桩导航仪获取三个天线的三维位置坐标，主天线(x0，y0，z0)、从天线1(x1，y1，z1)和从天线2(x2，y2，z2)，根据上述三个天线坐标计算桩机平台的三维姿态坐标，实现桩机平台的姿态定位。

s4、根据桩机平台的尺寸计算桩头的三维姿态坐标，即获得打桩位置的三维姿态坐标，桩头在桩机平台上的位置是固定已知的，可以利用桩机平台的三维姿态定位推算出桩头位置。用户依据桩头的坐标与预定打桩点的坐标移动桩机进行打桩，通过三维定位可以避免因桩机倾斜导致的误差，比单点定位和方位角定位更精确。

本实施例中s3步骤中还可以通过根据任意两个天线的立体坐标(x，y，z)组合分别解算桩机平台的位置和方向角，两种解算方法对比，结果对照，使桩机平台的定位更加准确、可靠。

使用本发明的gnss三维姿态定位打桩导航辅助系统和方法，通过在桩机上设置三个以上天线一体化即时位置解算的gnss打桩导航仪，对桩机平台进行三维姿态解算，实现桩机平台的姿态定位，再根据桩机平台的尺寸推算桩头即打桩位置的精准定位；同时也可以通过两两天线组合分别解算桩机平台的位置和方向角，多解算方法对比，使桩机平台的定位更加准确、可靠。

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。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种GNSS三维姿态定位打桩导航辅助系统和方法，包括桩机和带有多天线的GNSS打桩导航仪，所述桩机上安装有用于打桩的桩头，所述GNSS打桩导航仪的至少三个天线安装于桩机平台上，用于获取所述桩机的三维姿态定位数据，根据桩机的三维姿态定位计算桩头的姿态定位，从而解算打桩位置的坐标。通过在桩机上设置三个以上天线一体化即时位置解算的GNSS打桩导航仪，对桩机平台进行三维姿态解算，实现桩机平台的姿态定位，再根据桩机平台的尺寸推算桩头即打桩位置的精准定位；同时也可以通过两两天线组合分别解算桩机平台的位置和方向角，多解算方法对比，使桩机平台的定位更加准确、可靠。

技术研发人员：李柯含;覃浩坤;李慧生;赖光程
受保护的技术使用者：深圳市北斗云信息技术有限公司;四川省蜀通岩土工程公司
技术研发日：2019.01.22
技术公布日：2019.04.23