CN106383471A - 一种辅助陆地打桩车施工的控制系统及方法 - Google Patents

一种辅助陆地打桩车施工的控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种辅助陆地打桩车施工的控制系统及方法，该控制系统包括一车载系统、打桩控制系统和桩车，所述桩车上安装有GNSS接收机和桩架，桩架上安装有桩锤，所述桩锤用于打桩；所述车载系统用于获取用户输入的打桩点的位置以及打桩点的规格；所述GNSS接收机用于通过卫星导航系统实时获取桩车的位置；车载系统用于根据所述桩车的位置和打桩点的位置得到二者之间的方位角和距离，并根据所述方位角和距离控制桩车向打桩点的位置移动；所述打桩控制系统根据所述打桩点的规格控制桩锤的工作状态，从而完成打桩。本发明具有定位精度高、稳定、效率高、抗震能力强等特点。

Description

一种辅助陆地打桩车施工的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及工程打桩领域，尤其涉及一种辅助陆地打桩车施工的控制系统及方法。
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。打桩设备一般安装在车上，通过人工现场放样的当时确定桩孔位置，桩锤通过锤击的方式使桩贯入地基中；同时测量桩高，计算贯入深度，最后达到设计要求。但是由于传统打桩施工中多采用全站仪或经纬等设备进行定位，桩孔寻点及打桩深度和垂直度监控也以人工为主，故桩孔的定位精度较差、效率及打桩资料较低。
另外，现有的最近似的技术是“GPS海上打桩定位系统解决方案”，其主要用于海上打桩的定位问题，是通过GPS定位技术确定桩孔位置，与传统的施工方案相比，具有定位精度较高、环境适应性强，能够很好地解决海上打桩的桩孔定位难、精度低的问题，但是，由于海上的环境与陆地环境不同，导致不能够直接利用海上打桩定位的方法来实现陆地打桩的定位，同时对于很多比较偏远的施工地点，环境比较恶劣，信号覆盖率很低。另外，在打桩完成时，也不能够实现自动停桩，需要人工进行操作停止，一来由于人工的操作很容易出现误差及事故，二来又浪费人力。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供了一种辅助陆地打桩车施工的控制系统，其能够解决现有技术中陆地打桩的桩孔定位精度低、孔位寻点难、效率低下等问题。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
一种辅助陆地打桩车施工的控制系统，包括一车载系统、打桩控制系统和桩车，所述桩车上安装有GNSS接收机和桩架，桩架上安装有桩锤，所述桩锤用于打桩；所述车载系统与所述打桩控制系统数据通信；所述车载系统用于获取用户输入的打桩点的位置以及打桩点的规格；所述GNSS接收机用于通过卫星导航系统实时获取桩车的位置并发送给车载系统；所述车载系统用于根据所述桩车的位置和打桩点的位置得到二者之间的方位角和距离，并将所述方位角和距离控制桩车向打桩点的位置移动；所述打桩控制系统根据所述打桩点的规格控制桩锤的工作状态，从而完成打桩。
优选地，所述打桩点的规格包括打桩点的设计深度和打桩点的倾斜角。
优选地，所述桩架上还安装有倾斜仪，用于反映桩锤的倾斜度，所述打桩控制系统还用于获取倾斜仪所测量的桩锤的倾斜度，并根据所述倾斜度以及打桩点的倾斜角来调节桩锤的倾斜角度。
优选地，所述桩架上还安装有激光测距仪，所述激光测距仪用于测量反映所述桩锤的打入深度，所述打桩控制系统用于获取所述激光测距仪所发送的桩锤的打入深度，以及当所述打入深度和打桩点的设计深度相同时，向用户提示打桩完成。
优选地，所述桩车上安装有车载平板电脑，所述打桩控制系统、车载系统均安装于所述车载平板电脑中。
优选地，所述GNSS的型号为M30。
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供了一种辅助陆地打桩车施工的控制方法，其能够解决现有技术中陆地打桩的桩孔定位精度低、孔位寻点难、效率低下等问题。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
一种辅助陆地打桩车施工的控制方法，其应用于前所述的辅助陆地打桩车施工的控制系统，包括：
S1：通过车载系统获取用户输入的打桩点的位置以及打桩点的规格，所述打桩点的规格包括打桩点的设计深度和打桩点的倾斜角；
S2：通过GNSS接收机实时接收桩车的位置并发送给车载系统，从而使得车载系统根据所述打桩点的位置与桩车的位置得出二者之间的方位角和距离并根据所述方位角和距离控制桩车向打桩点的位置移动，直到所述桩车的位置与打桩点的位置相同；
S3：通过打桩控制系统控制桩锤在打桩点打桩，并获取倾斜仪所测量的桩锥的倾斜度，然后根据所述倾斜度与打桩点的倾斜角对桩锤的倾斜角度进行调节；所述倾斜仪安装于桩架上；
S4：在打桩的过程中，通过打桩控制系统实时获取桩锤的打入深度，并将所述打入深度与所述打桩点的设计深度作对比，直到打入深度与设计深度相同时，向用户提示打桩完成；所述桩锤的打入深度是通过安装于桩架上的激光测距仪所测量的数据得到。
优选地，还包括S5：通过打桩控制系统将打桩点的信息生成报表并输出，所述打桩点的信息包括打桩点的位置、打桩点的规格以及打桩时间。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过使用GNSS接收机来接收多星定位信号，实现了多星定位技术，从而能够使得打桩点的位置定位准确、稳定；另外，还通过在打桩的过程中，实时检测桩锤的打入深度，智能化控制打桩，准确判定打桩完成，以便提示用户打桩完成，解决了现有技术中人工判断容易出现误差、误判等现象出现的缺陷。
附图说明
图1为本发明提供的一实施例的系统模块图；
图2为本发明提供的一实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1和2所示，本发明提供了一种辅助陆地打桩车施工的控制系统，包括车载系统、打桩控制系统、桩车和倾斜仪，所述桩车上安装有桩架，桩锤安装于桩架上，桩锤用于打桩。所述车载系统与打桩控制系统数据通信。所述倾斜仪安装于桩架上，用于反映桩锤的倾斜度。另外，所述桩车上设有导航系统，在桩车上安装有GNSS接收机，可以接收多种定位信号，比如北斗、GPS、GLONASS等，该GNSS接收机的型号为M30，而现有技术中只能够支持GPS单星定位，但是对于比较偏远或者环境较恶劣时，GPS信号通常很弱，定位就会不准确，因此，本系统中采用GNSS接收机，支持多星定位，满足了用户的需求。
所述车载系统用于获取用户输入的打桩点的位置以及打桩点的规格，打桩点的规格也即是打桩点的具体信息，比如包括有打桩点的设计深度、打桩点的倾斜角等等。
所述GNSS接收机用于通过卫星导航系统实时获取桩车的位置并发送给车载系统，从而使得车载系统根据所述桩车的位置以及打桩点的位置来计算得到二者之间的方位角和距离，并根据所述方位角和距离来控制桩车向打桩点的位置移动。本发明中通过使用GNSS接收机来接收卫星定位信号，从而使得桩车的定位精度更加准确、稳定，也即是能够使得打桩点的位置定位准确。进一步地，本发明采用的GNSS接收机的型号为M30，其可支持多星定位，比如北斗、GPS、GLONASS。现有技术中仅仅支持GPS单星定位，当出现恶劣天气或者GPS信号弱的情况下，其定位就会不准确，而本申请就很好了解决了上述问题。
打桩控制系统用于根据所述打桩点的规格控制桩车的桩锤打桩。比如，安装于桩架上的倾斜仪，其是用于反映桩锤的倾斜度的，因此，打桩控制系统通过获取倾斜仪所测量的数据，并换算为桩锤的倾斜度，从而根据所述倾斜度和打桩点的倾斜角来调节桩锤的倾斜角度，，这样通过机器自动调节桩锤的倾斜度，而不需要通过人工来调节，可以大大减少误差。
进一步地，在桩架上还安装有激光测距仪，该激光测距仪用于测量桩锤的运动距离，也即是桩锤的打入深度。因此，在打桩的过程中，所述打桩控制系统还用于实时获取激光测距仪所测量的桩锤的运动距离，并换算为桩锤的打入深度，然后将桩锤的打入深度与打桩点的设计深度作对比，当所述打入深度与设计深度相同时，打桩控制系统向用户提示打桩完成，使得用户根据该提示停止打桩，这样实现了自动判断打桩完成，比现有技术中人工判断来停止打桩更加准确、安全、有效。
另外，所述打桩控制系统、车载系统均安装于一车载平板电脑中，该车载平板电脑具有显示屏，因此用户通过在该车载平板电脑的显示屏中输入对应的数据，比如打桩点的位置、打桩点的设计深度、打桩点的倾斜角。当然用户还可以通过该车载平板电脑实时查看到打桩的状态，比如桩锤的打入深度等等，具有很好的直观性，便于用户观察。另外，该车载平板电脑的型号为ZD800，其硬件功能强大、抗震强度好，能够适应比较恶劣、强振动的环境下使用。另外，GNSS接收机也具有很好的抗震设计，适用于各种恶劣的工作环境。
另外，本发明还提供了另外一种实施例，一种辅助陆地打桩车施工的控制方法，该控制方法应用于如前所述的控制系统，其包括以下步骤：
S1：通过在车载系统中输入打桩点的位置以及打桩点的规格，所述打桩点的规格包括有设计深度、倾斜角等。
首先用户通过输入模块输入打桩点的位置以及打桩点的规格，打桩点的位置也即是说打桩点的坐标等数据，打桩点的规格包括打桩点的设计深度、倾斜角等数据。
S2：通过GNSS接收机实时获取桩车的位置并发送给车载系统，从而使得车载系统根据所述打桩点的位置与桩车的位置得出二者之间的方位角和距离并根据所述方位角和距离控制桩车向打桩点的位置移动，直到桩车的位置与打桩点的位置一致。
本发明中采用的是GNSS接收机来接收卫星信号，由于GNSS接收机可以接收多星定位信号，比如北斗、GPS、GLONASS，因此在对于桩车的定位过程中更加稳定、准确。通过实时获取到桩车的位置后，以及桩车的位置与打桩点的位置之间的距离以及方位角，然后通过车载系统控制桩车向打桩点的位置移动，比如现如今比较流行的导航系统。
S3：通过打桩控制系统获取倾斜仪所测量的桩锤的倾斜度，并根据所述倾斜度与打桩点的倾斜角对桩锤的倾斜角度进行调节。
在打桩时，桩锤的倾斜角度不可能一开始就满足打桩点的要求，因此，在对桩锤的倾斜角度进行调节的过程中，要将倾斜仪所测量的数据与打桩点的倾斜角作对比，看桩锤的倾斜角度是否符合打桩点的倾斜角，直到桩锤的倾斜角度符合打桩点的倾斜角。
S4：在打桩的过程中，通过打桩控制系统实时获取桩锤的打入深度，并将所述打入深度与所述设计深度对比，直到打入深度与设计深度相同时，向用户提示打桩完成。所述桩锤的打入深度通过安装于所述桩架上的激光测距仪所测量的数据得到。
在打桩的过程中，打桩控制系统会实时获取桩锤的打入深度，也即是通过激光测距仪所测量的数据得到，同时比较打入深度与打桩点的设计深度的大小，当打入深度与设计深度相同时，表明打桩完成，则向用户提示打桩完成，以便用户按下按钮停止打桩。当然，这里也可以采用自动停止打桩的方式，比如打桩完成后，打桩控制系统会向桩车上的机动装置发送对应的信号，从而控制桩锤停止工作，这种实现方式有很多，这里不再详细叙述。
S5：通过打桩控制系统将打桩点的信息生成报表并输出，所述打桩点的信息包括打桩点的位置、打桩点的规格以及打桩时间。
在本步骤中将打桩点的信息通过报表的形式输出，以供用户记录及查看。打桩点的信息不仅仅包括打桩点的位置、打桩点的规格，还包括打桩时间(比如打桩的开始时间和打桩的结束时间)、桩车的信息(比如桩车的编号)。
本发明具有以下特点：
1、定位精度高，由于本发明采用的是型号M30的GNSS接收机进行对桩车的定位，支持多星定位，定位精度更高、更稳定，而且解决了现有技术中偏远地区或环境恶劣的情况下，GPS信号弱而不能够实现定位的缺陷问题。
2、作业效率更高，本发明采用了自动定位、自动倾斜校准以及自动测距等，使得打桩的效率大大提升、缩短了工期、节约成本。
3、可视化，本发明采用了车载平板电脑，通过显示屏实时显示打桩状态，为使用者提供了良好的可视化效果。
4、一次成桩率高、作业精度高，在现有技术中，由于不能够自动停桩，导致打桩都是需要多次尝试，才能成功。而本发明中采用的是通过激光测距仪来测量桩锤的打入深度，并在车载平板电脑上显示出来，从而可向用户提醒打桩点的深入距离，控制停桩。该技术很容易避免过打或者漏打的现象出现，保证一次打桩成功以及精度准确。
5、设备的抗震性能好，本发明采用GNSS接收机和ZD800车载平板电脑都具有专业的抗震设计，在施工环境恶劣、强振动的条件下，依然能够保持高精度的定位性能以及打桩精度。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种辅助陆地打桩车施工的控制系统，其特征在于，包括一车载系统、打桩控制系统和桩车，所述桩车上安装有GNSS接收机和桩架，桩架上安装有桩锤，所述桩锤用于打桩；所述车载系统与所述打桩控制系统数据通信；所述车载系统用于获取用户输入的打桩点的位置以及打桩点的规格；所述GNSS接收机用于通过卫星导航系统实时获取桩车的位置并发送给车载系统；所述车载系统用于根据所述桩车的位置和打桩点的位置得到二者之间的方位角和距离，并将所述方位角和距离控制桩车向打桩点的位置移动；所述打桩控制系统根据所述打桩点的规格控制桩锤的工作状态，从而完成打桩。
2.如权利要求1所述辅助陆地打桩车施工的控制系统，其特征在于，所述打桩点的规格包括打桩点的设计深度和打桩点的倾斜角。
3.如权利要求2所述辅助陆地打桩车施工的控制系统，其特征在于，所述桩架上还安装有倾斜仪，用于反映桩锤的倾斜度，所述打桩控制系统还用于获取倾斜仪所测量的桩锤的倾斜度，并根据所述倾斜度以及打桩点的倾斜角来调节桩锤的倾斜角度。
4.如权利要求2所述辅助陆地打桩车施工的控制系统，其特征在于，所述桩架上还安装有激光测距仪，所述激光测距仪用于测量反映所述桩锤的打入深度，所述打桩控制系统用于获取所述激光测距仪所发送的桩锤的打入深度，以及当所述打入深度和打桩点的设计深度相同时，向用户提示打桩完成。
5.如权利要求1所述辅助陆地打桩车施工的控制系统，其特征在于，所述桩车上安装有车载平板电脑，所述打桩控制系统、车载系统均安装于所述车载平板电脑中。
6.如权利要求1所述辅助陆地打桩车施工的控制系统，其特征在于，所述GNSS的型号为M30。
7.一种辅助陆地打桩车施工的控制方法，其应用于如权利要求1所述的辅助陆地打桩车施工的控制系统，其特征在于，包括：
S1：通过车载系统获取用户输入的打桩点的位置以及打桩点的规格，所述打桩点的规格包括打桩点的设计深度和打桩点的倾斜角；
S2：通过GNSS接收机实时接收桩车的位置并发送给车载系统，从而使得车载系统根据所述打桩点的位置与桩车的位置得出二者之间的方位角和距离并根据所述方位角和距离控制桩车向打桩点的位置移动，直到桩车的位置与打桩点的位置相同；
S3：通过打桩控制系统控制桩锤在打桩点打桩，并获取倾斜仪所测量的桩锥的倾斜度，然后根据所述倾斜度与打桩点的倾斜角对桩锤的倾斜角度进行调节；所述倾斜仪安装于桩架上；
S4：在打桩的过程中，通过打桩控制系统实时获取桩锤的打入深度，并将所述打入深度与所述打桩点的设计深度作对比，直到打入深度与设计深度相同时，向用户提示打桩完成；所述桩锤的打入深度是通过安装于桩架上的激光测距仪所测量的数据得到。
8.如权利要求7所述辅助陆地打桩车施工的控制方法，其特征在于，还包括S5：通过打桩控制系统将打桩点的信息生成报表并输出，所述打桩点的信息包括打桩点的位置、打桩点的规格以及打桩时间。
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