CN111832100A - 一种插管定位系统 - Google Patents

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Abstract

一种插管定位系统，其特征在于，安装于现有插扳机设备上，插扳机设备包括主塔、插管、驾驶室等设备，还包括：排水板桩点布设模块、传感器、上位机、固定支架。通过排水板桩点布设模块生成带有编号和坐标的设计桩点坐标数据，传感器中定位和定向传感器与插管的位置关系，经上位机处理模块计算，能够精确获取插管位置坐标；通过插管距施工桩点阈值参数校准排水板桩点施工误差，并将已完施工坐标数据存储，便于管理人员后期进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析，与现有排水板桩点定位技术相比较，提高排水板施工质量、进度管理水平，节约了人工成本，设备自动化水平明显提高，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种插管定位系统
技术领域
本发明涉及地基处理技术，更具体涉及一种插管定位系统，以及应用方法。
背景技术
在软土地基中通过打设排水板增加深部土体排水路径，是一种有效缩短软土地基固结时间，提高软土强度的措施。设计施工图一般为CAD图形，其中需要打设排水板进行软基处理的区域一般为封闭图形，根据地质状况和设计要求不同软基处理区域排水板间距、布点方式均有所不同，并且统一软基处理区域排水板打设深度也不尽相同。而现有工程应用中，很少对排水板施工桩点进行编号，造成施工桩点质量、进度难以控制，并且人工数据统计量较大，施工和管理人员成本高的问题。目前未进行排水板桩点布设的原因主要是：施工图中排水板施工桩点布设较密，桩点距离一般为0.8m～1.5m，而现场插扳机没有插管定位系统，而通过人工为排水板施工桩点布点工作量大；目前施工中插管定位依靠人工手扶插管移动到排水板桩点位置，而排水板桩点位置通过现场人工放样进行布点，布点效率低，且人工手扶插管可能造成插管倾斜施工的状况。
目前排水板现场施工中和验收过程中的质量和进度控制，主要依靠现场人工记录报表数据分析得到，造成排水板施工桩点进度统计的滞后性；并且排水板施工区域边界处的现场施工统计容易存在施工遗漏，严重时造成工程质量问题。
发明内容
本发明目的为解决目前插扳机无法插管定位、校准的问题，研发了插扳机插管定位系统，给出了该系统的应用方法，以弥补插扳机插管自动定位和校准技术方面的空白。
技术方案：
一种插管定位系统，安装于现有插扳机设备上，插扳机设备包括主塔1、插管2、驾驶室等设备，其特征在于，还包括：排水板桩点布设模块、传感器、上位机、固定支架5。
所述排水板桩点布设模块包括勘测系统、参数设置模块、计算模块、桩点数据导出模块；
勘测系统采集和确定出现场施工区域边界和地球地理位置，并映射进入CAD软件并由CAD软件显示，经由CAD软件对施工区域进行格子化并形成桩点布设图。
在所述桩点布设图中选择封闭图形形成目的任务区域(曲线闭合的图形)，在参数设置模块输入桩点间距后，经计算模块计算，在封闭图形内形成带有编号的、等间距桩点，再经过桩点数据导出模块导出设计桩点坐标数据(带有编号和坐标)。
所述上位机安装于驾驶室中，上位机包括触摸屏幕、数据导入模块、处理模块、存储模块；所述数据导入模块用于将排水板桩点布设模块生成的设计桩点坐标数据导入到上位机中；所述存储模块用于存储已施工桩点坐标数据；传感器与上位机连接，传感器将测量实时数据传输至上位机。
固定支架5为钢管结构，呈L型，一端与主塔1连接；传感器安装在固定支架5上。
所述传感器包括定位传感器3、定向传感器4；定位传感器3、定向传感器4通过固定支架5分别安装于插扳机主塔1两侧；定位传感器3用于实时测量其自身位置A安装位置处地球绝对坐标(x1,y1)，定向传感器4位置为B，插管位置为C，而定向传感器4用于测量
Figure BDA0002538614650000021
方向方位角a；施工过程中插管2、主塔1、定位传感器3和定向传感器4同时移动，即插管2和定位传感器3、定向传感器4三者的相对位置关系始终不变：如图2所示，通过测量AB距离P1、AC距离P2、BC距离P3、BC方向方位角a，将(x1，y1)、P1、P2、P3、a代入函数f(w)中，经上位机处理模块计算即可得到插管2中心点C的坐标(x2，y2)；所述函数f(w)为(x1，y1)、P1、P2、P3、a的函数。
(x2,y2)＝f[(x1，y1)，P1，P2，P3，a] (公式一)
上位机在处理模块中设置桩点编号选择、插板状态显示、插管距施工桩点阈值等界面，并通过触屏屏幕进行显示和参数输入。在桩点编号选择界面选择插管施工桩点编号，上位机处理模块根据输入桩点编号获得该桩点坐标值D(x,y)，并以D(x,y)和公式一计算获取的插管2中心点C的坐标(x2，y2)为依据计算两者的距离L，计算公式见公式二，并在插板状态显示界面中显示出来。
Figure BDA0002538614650000022
插管距施工桩点阈值界面设置C和D之间距离L的阈值L1，用于校准插管2坐标(x2,y2)；设定L的上限值—阈值参数L1，施工时由上位机处理模块判断是否L<L1，若L<L1，则可以进行插管施工；若L≥L1,则插管不能施工，需要调整插管位置，直至L<L1；已完施工坐标数据存储至上位机存储模块中，管理人员通过后期数据分析，可进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析。
进一步的插管定位系统的使用方法：
T1：排水板桩点布设模块生成设计桩点坐标数据；
T2：通过数据导入模块将桩点设计坐标数据导入上位机中；
T3：定位传感器和定向传感器实时测量的定位传感器3坐标和插管2、定位传感器4间方位角a的数据，测量AB距离P1、AC距离P2、BC距离P3，并实时传输至上位机，经上位机处理模块计算得到插管2坐标C(x2,y2)；
T4：在上位机处理模块中的桩点编号选择界面，通过输入桩点编号，获取待施工的桩点坐标D(x,y)；
T5：在插管距施工桩点阈值界面中输入插管和施工桩点间距的阈值参数L1；
T6：调整插管位置；移动插扳机，进而调整插管2位置；
T7：判断是否L<L1；若L<L1，则可以进行插管施工；若L≥L1,则插管不能施工，跳转至步骤T6；
T8：操作人员点击插板状态显示界面中的插板完成按键，已完施工坐标数据存储至上位机存储模块中，便于管理人员后期进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析。
T9：完成该施工桩点插管定位工作，进行下一位置施工。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
本发明的一种插管定位系统，能精确定位和校准插管，通过插管距施工桩点阈值参数控制排水板桩点施工误差，并将已完施工坐标数据存储，便于管理人员后期进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析，与现有排水板桩点定位技术相比较，提高排水板施工质量、进度管理水平，节约了人工成本，设备自动化水平明显提高，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1传感器、主塔、插管位置关系主视图
图2传感器、主塔、插管位置关系俯视图
图3设计桩点坐标D与插管坐标C位置关系图
图4安装有插管定位系统的插扳机侧视图
图5插管定位系统中上位机与传感器组成关系图
图6插管定位系统使用方法流程图
数字标记注解：
主塔1、插管2、定位传感器3、定向传感器4、固定支架5；
具体实施方式
一种插管定位系统，安装于现有插扳机设备上，如图4所示，插扳机设备包括主塔1、插管2、驾驶室等设备，其特征在于，还包括：排水板桩点布设模块、传感器、上位机、固定支架5。所述排水板桩点布设模块包括勘测系统、参数设置模块、计算模块、桩点数据导出模块；
勘测系统采集和确定出现场施工区域边界和地球地理位置，并映射进入CAD软件并由CAD软件显示，经由CAD软件对施工区域进行格子化并形成桩点布设图；
在所述桩点布设图中选择封闭图形形成目的任务区域(曲线闭合的图形)，在参数设置模块输入桩点间距后，经计算模块计算，会在封闭图形内形成带有编号的、等间距桩点，再经过桩点数据导出模块导出设计桩点坐标数据(带有编号和坐标)。如图3所示，通过桩点设计坐标导出模块以文本格式导出带有桩点编号的桩点设计坐标数据(如1号桩点，X、Y坐标等数据)。所述桩点设计坐标数据包括桩点编号和桩点位置坐标；桩点编号采用阿拉伯数字进行编号(1、2、3...)，编号顺序为插管设计施工顺序；桩点位置坐标为CAD软件中桩点圆心处的X和Y坐标值；
排水板桩点布设模块的应用效果：通过排水板桩点布设模块，在CAD软件中的封闭图形内形成均布带有桩点编号的插管桩点图，并根据桩点编号顺序以文本格式导出桩点位置坐标数据。
所述上位机安装于驾驶室中，上位机包括触摸屏幕、数据导入模块、处理模块、存储模块；所述数据导入模块用于将排水板桩点布设模块生成的设计桩点坐标数据导入到上位机中；所述存储模块用于存储已施工桩点坐标数据；传感器与上位机连接，传感器将测量实时数据传输至上位机。
如图1所示，固定支架5为钢管结构，呈L型，一端与主塔1连接；传感器安装在固定支架5上，这种L型支架保证安装后传感器处于水平状态。
所述传感器包括定位传感器3、定向传感器4；定位传感器3、定向传感器4通过固定支架5分别安装于插扳机主塔1两侧，作为实施例而非限定，定位传感器3选用RTK定位传感器、定向传感器4选用RTK定位传感器；定位传感器3用于实时测量其自身位置A安装位置处地球绝对坐标(x1,y1)，定向传感器4位置为B，插管位置为C，而定向传感器4用于测量
Figure BDA0002538614650000051
方向方位角a；施工过程中插管2、主塔1、定位传感器3和定向传感器4同时移动，即插管2和定位传感器3、定向传感器4三者的相对位置关系始终不变：如图2所示，通过测量AB距离P1、AC距离P2、BC距离P3、BC方向方位角a，将(x1，y1)、P1、P2、P3、a代入函数f(w)中，经上位机处理模块计算即可得到插管2中心点C的坐标(x2，y2)；所述函数f(w)为(x1，y1)、P1、P2、P3、a的函数；
(x2,y2)＝f[(x1，y1)，P1，P2，P3，a] (公式一)
定位传感器3安装位置处坐标、定向传感器4安装位置处方位角数据传输至上位机，结合定位传感器3、定向传感器4与插管2的位置关系，经上位机处理模块计算得到插管2中心点C的坐标(x2，y2)。
如图5所示，上位机在处理模块中设置桩点编号选择、插板状态显示、插管距施工桩点阈值等界面，并通过触屏屏幕进行显示和参数输入。在桩点编号选择界面上设置施工桩点编号选择窗口，操作人员通过输入桩点编号选择插管施工桩点编号，即上位机处理模块根据输入桩点编号获得该桩点坐标值D(x,y)，并以D(x,y)和公式一计算获取的插管2中心点C的坐标(x2，y2)为依据计算两者的距离L，计算公式见公式二，并在插板状态显示界面中显示出来；
Figure BDA0002538614650000052
如图3所示，插板状态显示界面设置显示插管2中心点C的坐标(x2，y2)、L、C和D位置关系示意图、插板完成按键等功能，在插管与桩点坐标示意图中C和D分别以黑色、红色空心圆圈表示；插管距施工桩点阈值界面设置C和D之间距离L的阈值L1，用于校准插管2坐标(x2,y2)；操作人员先设定L的上限值—阈值参数L1(如10cm)，施工时由上位机处理模块判断是否L<L1，若是或者等于，则可以进行插管施工，插管与桩点坐标示意图中黑色、红色空心圆圈变为绿色；若非,则插管不能施工，插管与桩点坐标示意图不变色，需要操作人员通过控制插板机设备移动插管位置以更新C坐标，直至L<L1；插管与桩点坐标示意图空心圆圈变色是直观表示能否插板的一种方式。施工桩点排水板打设完成后，操作人员点击插板状态显示界面中的插板完成按键，已完施工坐标数据存储至上位机存储模块中，管理人员通过后期数据分析，可进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析。
插管定位系统的使用方法：
传感器将实时测量的定位传感器3的坐标和插管与定位传感器3之间的方位角传输至上位机，并通过数据导入模块将桩点设计坐标数据导入上位机中，在桩点编号选择界面上输入施工桩点编号，上位机得到插管坐标和桩点施工坐标的数据，经上位机处理模块计算，得到插管坐标值、插管距施工桩点距离L等参数，并在插板状态显示界面显示出来；
在插管距施工桩点阈值界面输入阈值参数L1，上位机处理模块判断L和L1之间的大小关系，根据结果指导插管施工，将已完施工坐标数据存储至上位机存储模块，该桩点完成插管定位。
以下结合实施例1以及附图6对本发明一种插管定位系统使用方法进一步描述：
实施例1：
T1：排水板桩点布设模块生成设计桩点坐标数据；
T2：通过数据导入模块将桩点设计坐标数据导入上位机中；
T3：定位传感器和定向传感器实时测量的定位传感器3坐标和插管2、定向传感器4间方位角a的数据，测量AB距离P1、AC距离P2、BC距离P3，并实时传输至上位机，经上位机处理模块计算得到插管2坐标C(x2,y2)；
T4：在上位机处理模块中的桩点编号选择界面，通过输入桩点编号，获取待施工的桩点坐标D(x,y)；
T5：在插管距施工桩点阈值界面中输入插管和施工桩点间距的阈值参数L1；
T6：调整插管位置；移动插扳机，进而调整插管2位置；
T7：判断是否L<L1；若L<L1或者等于，则可以进行插管施工，插管与桩点坐标示意图中黑色、红色空心圆圈变为绿色；若L≥L1,则插管不能施工，插管与桩点坐标示意图不变色，跳转至步骤T6；
T8：操作人员点击插板状态显示界面中的插板完成按键，已完施工坐标数据存储至上位机存储模块中，便于管理人员后期进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析。
T9：完成该施工桩点插管定位工作，进行下一位置施工。

Claims (2)

1.一种插管定位系统，其特征在于，安装于现有插扳机设备上，插扳机设备包括主塔(1)、插管(2)、驾驶室等设备，还包括：排水板桩点布设模块、传感器、上位机、固定支架(5)；
所述排水板桩点布设模块包括勘测系统、参数设置模块、计算模块、桩点数据导出模块；勘测系统采集和确定出现场施工区域边界和地球地理位置，并映射进入CAD软件并由CAD软件显示，经由CAD软件对施工区域进行格子化并形成桩点布设图；在所述桩点布设图中选择封闭图形形成目的任务区域(曲线闭合的图形)，在参数设置模块输入桩点间距后，经计算模块计算，在封闭图形内形成带有编号的、等间距桩点，再经过桩点数据导出模块导出设计桩点坐标数据；
所述上位机安装于驾驶室中，上位机包括触摸屏幕、数据导入模块、处理模块、存储模块；所述数据导入模块用于将排水板桩点布设模块生成的设计桩点坐标数据导入到上位机中；所述存储模块用于存储已施工桩点坐标数据；传感器与上位机连接，传感器将测量实时数据传输至上位机；
所述传感器包括定位传感器(3)、定向传感器(4)；定位传感器(3)、定向传感器(4)通过固定支架(5)分别安装于插扳机主塔(1)两侧；定位传感器(3)用于实时测量其自身位置A安装位置处地球绝对坐标(x1,y1)，定向传感器(4)位置为B，插管位置为C，而定向传感器(4)用于测量
Figure FDA0002538614640000011
方向方位角a；施工过程中插管(2)、主塔(1)、定位传感器(3)和定向传感器(4)同时移动，即插管(2)和定位传感器(3)、定向传感器(4)三者的相对位置关系始终不变：通过测量AB距离P1、AC距离P2、BC距离P3、BC方向方位角a，将(x1，y1)、P1、P2、P3、a代入函数f(w)中，经上位机处理模块计算即可得到插管(2)中心点C的坐标(x2，y2)；所述函数f(w)为(x1，y1)、P1、P2、P3、a的函数；
(x2,y2)＝f[(x1，y1)，P1，P2，P3，a](公式一)
上位机在处理模块中设置桩点编号选择、插板状态显示、插管距施工桩点阈值等界面，并通过触屏屏幕进行显示和参数输入；在桩点编号选择界面选择插管施工桩点编号，上位机处理模块根据输入桩点编号获得该桩点坐标值D(x,y)，并以D(x,y)和公式一计算获取的插管(2)中心点C的坐标(x2，y2)为依据计算两者的距离L，计算公式见公式二，并在插板状态显示界面中显示出来；
Figure FDA0002538614640000021
插管距施工桩点阈值界面设置C和D之间距离L的阈值L1，用于校准插管(2)坐标(x2,y2)；设定L的上限值—阈值参数L1，施工时由上位机处理模块判断是否L<L1，若L<L1，则可以进行插管施工；若L≥L1,则插管不能施工，需要调整插管位置，直至L<L1；已完施工坐标数据存储至上位机存储模块中，管理人员通过后期数据分析，可进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析。
2.如权利要求1所述的一种插管定位系统，其特征在于：
基于插管定位系统，该系统的使用步骤如下：
T1：排水板桩点布设模块生成设计桩点坐标数据；
T2：通过数据导入模块将桩点设计坐标数据导入上位机中；
T3：定位传感器和定向传感器实时测量的定位传感器(3)坐标和插管(2)、定向传感器(4)间方位角a的数据，测量AB距离P1、AC距离P2、BC距离P3，并实时传输至上位机，经上位机处理模块计算得到插管(2)坐标C(x2,y2)；
T4：在上位机处理模块中的桩点编号选择界面，通过输入桩点编号，获取待施工的桩点坐标D(x,y)；
T5：在插管距施工桩点阈值界面中输入插管和施工桩点间距的阈值参数L1；
T6：调整插管位置；移动插扳机，进而调整插管(2)位置；
T7：判断是否L<L1；若L<L1，则可以进行插管施工；若L≥L1,则插管不能施工，跳转至步骤T6；
T8：操作人员点击插板状态显示界面中的插板完成按键，已完施工坐标数据存储至上位机存储模块中，便于管理人员后期进行施工区域排水板已完施工桩点工程量统计和分析；
T9：完成该施工桩点插管定位工作，进行下一位置施工。
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