CN207020317U - 一种基于北斗导航的桩机定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于北斗导航的桩机定位系统，包括：北斗导航系统、定向接收机、基准站和桩机设备，定向接收机包括第一天线和第二天线，第一天线设置在桩机设备的钻杆的顶端，第二天线设置在桩机设备上；基准站包括北斗接收机，北斗接收机具有定位定向的功能；可以实时获得准确桩机在施工坐标系中的方向和钻杆的位置，以及钻杆的方向是否垂直，便于自动化操作，大幅提高施工效率和工程质量，减少成本开支，同时也提高了作业的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及桩机设备技术领域，特别涉及一种基于北斗导航的桩机定位系统。
背景技术
在高速铁路建设过程中，螺旋打桩机得到了广泛大规模的使用，但是在应用过程中应对高速铁路的建设中的一些特殊需求无法满足，为解决螺旋打桩机运行中获取桩机车体在施工坐标系中的方位和钻杆在施工坐标系中坐标位置和控制倾斜的问题，以便根据设计要求进行放样和施工，结合我国的北斗卫星导航系统提出了一套行之有效的解决方案。
实际工作中为获得桩机所在施工坐标系下的方位和钻杆在施工坐标系下的位置一般在施工坐标系下已知控制点上架设全站仪，对桩机上安装观测棱镜，利用全站仪测角测距观测来获得方位和位置；不能实时获得桩机方向与位置，观测缓慢，无法同步获得桩机各个观测点的观测值，精度很难保证，观测复杂，需要花费较大的人力成本和时间成本。
实用新型内容
为此，本实用新型提供了一种基于北斗导航的桩机定位系统，用于解决不能实时获得桩机方向与位置，观测缓慢，无法同步获得桩机各个观测点的观测值，精度很难保证等问题。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种基于北斗导航的桩机定位系统包括：北斗导航系统1、定向接收机2、基准站3和桩机设备4，
定向接收机2包括第一天线21、第二天线22，第一天线21设置在桩机设备4的钻杆的顶端，第二天线22设置在桩机设备4上；
基准站3包括北斗接收机31，北斗接收机31具有定位定向的功能。
基准站3的固定设置在能够接收到北斗导航系统1的信号的位置，并且作为桩机定位系统中的基准点。
定向接收机2还包括计算模块23，定向接收机2接收第一天线21和第二天线22的信号，计算模块23解析计算得到第一天线21相对于第二天线22的空间矢量。
定向接收机2采集基准站3的信号，计算模块23解析计算出第一天线21相对于基准站3的空间位置坐标。
基于空间矢量和空间坐标，解析计算第一天线21和第二天线22相对于基准站3的坐标系的方向，进一步计算出第一天线21和第二天线22在实际空间中的方向。
定向接收机2还包括存储装置24，开始打桩定位时，钻杆的顶端的第一天线21的水平坐标为钻杆的起始坐标，并将起始坐标发送给定向接收机2，定向接收机2再将起始坐标发送并存储在存储装置24中。
在打桩过程中，第一天线21的水平坐标参数通过有线和/或无线实时发送到定向接收机2，定向接收机2再将水平坐标发送给计算模块23中，并在计算模块23中对水平坐标进行比较。
基准站3还包括人机交互装置32，计算模块23将计算结果发送给基准站3并在人机交互装置32上显示水平坐标进行比较结果。
本实用新型的优点和有益效果：本实用新型基于北斗导航的桩机定位系统，可以实时获得准确桩机在施工坐标系中的方向和钻杆的位置，以及钻杆的方向是否垂直，便于自动化操作，大幅提高施工效率和工程质量，减少成本开支，同时也提高了作业的安全性。
附图说明
图1是本实用新型定位系统实施例一的结构示意图，
图2是本实用新型定位系统实施例二的结构示意图，
图3是本实用新型定位系统实施例三的结构示意图，
图4是本实用新型定位系统实施例四的结构示意图。
附图标记：
1-北斗导航系统， 2-定向接收机，
3-基准站， 4-桩机设备，
21-第一天线， 22-第二天线，
23-计算模块， 24-存储装置，
31-北斗接收机， 32-人机交互装置。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
实施例一
本实施例基于北斗导航的桩机定位系统，如图1所示，包括：北斗导航系统1、定向接收机2、基准站3和桩机设备4；
定向接收机2包括第一天线21和第二天线22，第一天线21设置在桩机设备4的钻杆的顶端，能够用于检测钻杆的位置和高度，第二天线22设置在桩机设备4上能够用于确定桩机设备4的位置，结合第一天线21可以确定桩机设备4的方向；
基准站3包括北斗接收机31，北斗接收机31具有定位定向的功能，通过接受北斗导航系统1和定向接收机2的数据信息，能够确定第一天线21、第二天线22相对于基准站3的位置，为进一步对桩机设备4和钻杆的精确定位定向提供基础，同时由于第一天线21设置在桩机设备4的钻杆顶端，所以还能进一步确定钻杆的方向是否垂直。
基准站3的固定设置在能够接收到北斗导航系统1的信号的位置，并且作为桩机定位系统中的基准点，统一系统中所有工作站点的相对空间向量坐标，简化对定向接收机2的定位、定向的数据统计和解析计算步骤，提升系统工作效率。
实施例二
本实施例技术方案基于实施例一，如图2所示，定向接收机2还包括计算模块23，定向接收机2接收第一天线21和第二天线22的信号，计算模块23解析计算得到第一天线21相对于第二天线22的空间矢量。定向接收机2采集基准站3的信号，计算模块23解析计算出第一天线21相对于基准站3的空间位置坐标，基于空间矢量和空间坐标，解析计算第一天线21和第二天线22相对于基准站3的坐标系的方向，进一步计算出第一天线21和第二天线22在实际空间中的方向，再利用工程坐标系与基准点3所在坐标系的转换关系便可计算出实时的第一天线21与第二天线22在工程坐标系中的位置与方向，具体计算过程如下：
首先，假设第一天线21坐标为R1＝(xR1，yR1，zR1)，第二天线22坐标为R2＝(xR2，yR2，zR2)，假设基准站3的坐标为ΨBB且为零点坐标；
利用GNSS差分可以计算出：
R1＝(XR1，YR1，ZR1)
由此可得：
由R1＝(XR1，YR1，ZR1)和R2＝(XR2，YR2，ZR2)利用反正弦和反正切三角函数可计算出R1与R2在基准站3的坐标系中空间方向ΨBB，对坐标R1＝(XR1，YR1，ZR1)、R2＝(XR2，YR2，ZR2)和方位ΨBB利用工程坐标系与基准站3所在坐标系的转换关系进行坐标系变换便可计算出实时的R1与R2在工程坐标系中的位置与方向。
上述计算过程都在计算模块23中完成，既精确又高效，减轻工作人员的工作负担。
实施例三
本实施例技术方案基于实施例二，如图3所示，定向接收机2还包括存储装置24，开始打桩定位时，钻杆的顶端的第一天线21的水平坐标为钻杆的起始坐标，并将起始坐标发送给定向接收机2，定向接收机2再将起始坐标发送并存储在存储装置24中。
在打桩过程中，第一天线21的水平坐标参数通过有线和/或无线实时发送到定向接收机2，定向接收机2再将水平坐标发送给计算模块23中，并通过计算模块23对存储装置24中存储的水平坐标进行比较，判断坐标位置是否相同，从而确定钻杆是否垂直作业，避免人员现场勘测等工作，同时也提高了工作效率。
实施例四
本实施例技术方案基于实施例三，如图4所示，基准站3还包括人机交互装置32，计算模块23将计算结果发送给基准站3并在人机交互装置32上显示水平坐标进行比较结果，工作人员可以远程实时监测到打桩机的工作状态，避免钻杆歪斜导致工程失败，同时也减少了工作人员的计算工作，减轻工作负担，提升工作效率。
应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (8)
1.一种基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，所述基于北斗导航的桩机定位系统包括：北斗导航系统(1)、定向接收机(2)、基准站(3)和桩机设备(4)，
所述定向接收机(2)包括第一天线(21)、第二天线(22)，所述第一天线(21)设置在所述桩机设备(4)的钻杆的顶端，所述第二天线(22)设置在所述桩机设备(4)上；
所述基准站(3)包括北斗接收机(31)，所述北斗接收机(31)具有定位定向的功能；
所述北斗导航系统(1)与所述定向接收机(2)和所述基准站(3)通过无线通讯。
2.根据权利要求1所述基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，所述基准站(3)的固定设置在能够接收到所述北斗导航系统(1)的信号的位置，并且作为所述桩机定位系统中的基准点。
3.根据权利要求2所述基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，所述定向接收机(2)还包括计算模块(23)，所述定向接收机(2)接收所述第一天线(21)和所述第二天线(22)的信号，所述计算模块(23)解析计算得到所述第一天线(21)相对于所述第二天线(22)的空间矢量。
4.根据权利要求3所述基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，所述定向接收机(2)采集所述基准站(3)的信号，所述计算模块(23)解析计算出所述第一天线(21)相对于所述基准站(3)的空间位置坐标。
5.根据权利要求4所述基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，基于所述空间矢量和所述空间位置坐标，解析计算所述第一天线(21)和所述第二天线(22)相对于所述基准站(3)的坐标系的方向，进一步计算出所述第一天线(21)和所述第二天线(22)在实际空间中的方向。
6.根据权利要求5所述基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，所述定向接收机(2)还包括存储装置(24)，开始打桩定位时，所述钻杆的顶端的所述第一天线(21)的水平坐标为所述钻杆的起始坐标，并将所述起始坐标发送给所述定向接收机(2)，所述定向接收机(2)再将所述起始坐标发送并存储在所述存储装置(24)中。
7.根据权利要求6所述基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，在打桩过程中，所述第一天线(21)的水平坐标参数通过有线和/或无线实时发送到定向接收机(2)，所述定向接收机(2)再将所述水平坐标发送给所述计算模块(23)中，并在所述计算模块(23)中对所述水平坐标进行比较。
8.根据权利要求7所述基于北斗导航的桩机定位系统，其特征在于，所述基准站(3)还包括人机交互装置(32)，所述计算模块(23)将计算结果发送给所述基准站(3)并在所述人机交互装置(32)上显示所述水平坐标进行比较结果。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720946078.1U CN207020317U (zh) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | 一种基于北斗导航的桩机定位系统 |
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Publications (1)
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| CN201720946078.1U Active CN207020317U (zh) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | 一种基于北斗导航的桩机定位系统 |
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|---|---|
| CN (1) | CN207020317U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108894228A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-11-27 | 浙江省交通规划设计研究院有限公司 | 打桩定位方法及系统 |
| CN110904968A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-03-24 | 西安科技大学 | 一种适用于打桩机的桩基础点位实时放样装置 |
| CN112502204A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-03-16 | 中铁第五勘察设计院集团有限公司 | 一种桩基施工监测装置 |
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