CN208668410U - 一种海上工程北斗远距离打桩设备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提出了一种海上工程北斗远距离打桩设备系统，涉及海上桩基施工技术领域，包括两两之间相互建立通信的打桩船、北斗卫星及指挥终端；打桩船设置有船体指挥机且安装有至少三个北斗定位终端，船体指挥机及至少三个北斗定位终端均分别与北斗卫星建立通信，且船体指挥机与指挥终端建立通信；北斗卫星用于确定出至少三个北斗定位终端各自的定位坐标，并将确定出的定位坐标分别发送至船体指挥机及指挥终端；船体指挥机还用于，依据确定出的至少三个北斗定位终端各自的定位坐标，确定出目标桩体顶部特征点的实时坐标。本实用新型实施例提供的一种海上工程北斗远距离打桩设备系统，能够提升海上远距离打桩的定位精度。

Description

一种海上工程北斗远距离打桩设备系统

技术领域

本实用新型涉及海上桩基施工技术领域，具体而言，涉及一种海上工程北斗远距离打桩设备系统。

背景技术

现阶段海上打桩定位大多采用传统的全站仪进行沉桩定位，但此方法仅适用于1～2公里测距范围，对于远海打桩工程，传统搭设测量平台的方法无论是在定位精度或在定位的时效性和经济性上都存在着问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种打桩定位方法及系统，能够提升海上远距离打桩的定位精度

为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种海上工程北斗远距离打桩设备系统，包括两两之间相互建立通信的打桩船、北斗卫星及指挥终端；所述打桩船设置有船体指挥机且安装有至少三个北斗定位终端，所述船体指挥机及所述至少三个北斗定位终端均分别与所述北斗卫星建立通信，且所述船体指挥机与所述指挥终端建立通信，其中，所述至少三个北斗定位终端的安装位置不处于同一直线上；所述北斗卫星用于确定出所述至少三个北斗定位终端各自的定位坐标，并将所述至少三个北斗定位终端各自的定位坐标分别发送至所述船体指挥机及所述指挥终端；所述船体指挥机还用于，依据所述确定出的所述至少三个北斗定位终端各自的定位坐标，确定出目标桩体顶部特征点的实时坐标。

进一步地，所述打桩船还设置有辅助定位设备，所述辅助定位设备与所述船体指挥机建立通信；所述辅助定位设备用于将辅助定位信息发送至所述船体指挥机；所述船体指挥机还用于，依据所述辅助定位信息更新所述顶部特征点的实时坐标。

进一步地，所述船体指挥机还用于，将所述更新后的实时坐标发送至所述指挥终端。

进一步地，所述打桩船还设置有显示设备，所述显示设备与所述船体指挥机电连接；所述船体指挥机还用于，控制所述显示设备显示所述实时坐标。

进一步地，所述船体指挥机还存储有预设的桩体设计参数及桩体停锤标准，其中，所述桩体设计参数至少包括桩中心坐标、桩顶标高、平面扭角及倾斜度，所述桩体停锤标准至少包括高程控制标准和贯入度控制标准；所述船体指挥机还用于，依据所述桩体设计参数与所述桩体停锤标准及所述实时坐标，计算桩体实时偏差参数，并控制所述显示设备显示所述实时偏差参数，其中，所述实时偏差参数至少包括桩中心坐标偏差、桩顶标高偏差、平面扭角偏差、实时倾斜度偏差及实时贯入度偏差。

进一步地，所述显示设备为LED显示器。

进一步地，所述至少三个北斗定位终端呈直角三角形设置，且所述至少三个北斗定位终端均采用差分定位。

进一步地，所述船体指挥机与所述指挥终端建立通信的方式为：通过移动网络或北斗卫星网络建立通信。

进一步地，所述船体指挥机还用于生成预设格式的沉桩记录表。

进一步地，所述打桩船设置有多个。

相对于现有技术，本实用新型实施例所提供的一种海上工程北斗远距离打桩设备系统，通过利用北斗卫星对至少三个北斗定位终端进行定位，以对目标桩体顶部特征点的实时坐标进行更精确的定位处理，相比于现有技术中采用全站仪进行沉桩定位的测量方法，能够提升海上远距离打桩的定位精度。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1示出了本实施例所提供的一种海上工程北斗远距离打桩设备系统的一种示意性结构图；

图2示出了本实施例所提供的一种打桩定位方法的实时船体坐标系的一种建立方法示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的一种打桩定位方法的一种示意性流程图；

图4为图3中步骤S100的子步骤的一种示意性流程图；

图5为图3中步骤S200的子步骤的一种示意性流程图；

图6为北斗定位终端与打桩支架铰点坐标关系示意图；

图7示出了实时船体坐标系与标准船体坐标系之间的相对关系示意图；

图8示出了标准船体坐标系中目标桩体顶部特征点的标准特征高程关系图；

图9示出了标准船体坐标系中目标桩体顶部特征点坐标求解关系图；

图10为图3中步骤S300的子步骤的一种示意性流程图；

图11为图3中步骤S400的子步骤的一种示意性流程图；

图12示出了本实用新型实施例所提供的一种打桩定位方法的测高原理示意图；

图13示出了水平测距仪的平面布置图；

图14示出了直桩时桩基施打过程中红点、目标桩体特征点与桩顶之间的关系示意图；

图15示出了俯打桩施打过程中红点、目标桩体特征点与桩顶之间的关系示意图；

图16示出了仰打桩施打过程中红点、目标桩体特征点与桩顶之间的关系示意图。

图中：10-海上工程北斗远距离打桩设备系统；100-打桩船；110-船体指挥机；120-北斗定位终端；130-辅助定位设备；140-显示设备；200-指挥终端；300-北斗卫星。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

随着海洋工程的不断发展，大量的远海打桩工程不断出现，针对现有技术中利用全站仪进行沉桩定位的方法仅适用于1～2公里测距范围的现状，发明人于本实用新型实施例所提供的一种适用于远海工程施工的打桩定位方法，以适应海洋工程建设发展的需要。

北斗卫星导航系统(北斗)在最近几年里有了很大的发展。目前，北斗的实时相位差分技术(RTK)已使远至10～20公里的测量定位精度达到厘米级，数据采集率和获得测量成果的实时性都很高。因此，利用北斗定位技术，辅助以其它测量手段和计算机技术，以对远海工作的打桩进行定位，能够使远海打桩的定位精度更高。

具体地，请参阅图1，图1示出了本实施例所提供的一种海上工程北斗远距离打桩设备系统10的一种示意性结构图，在本实施例中，该海上工程北斗远距离打桩设备系统10包括两两之间相互建立通信的打桩船100、北斗卫星300及指挥终端200。

该打桩船100设置有船体指挥机110且安装有至少三个北斗定位终端120，船体指挥机110及该至少三个北斗定位终端120均分别与北斗卫星300建立通信，且船体指挥机110与指挥终端200建立通信，其中，该至少三个北斗定位终端120的安装位置不处于同一直线上。

作为一种实施方式，请参阅图2，图2示出了本实施例所提供的一种打桩定位方法的实时船体坐标系的一种建立方法示意图，且在图2中示出了北斗定位终端120的安装示意，假定打桩船100上安装有三个北斗定位终端120，三个北斗定位终端120呈直角三角形设置，且所有的北斗定位终端120均采用差分定位。

并且，该船体指挥机110可以设置在三个北斗定位终端120构成的直角三角形的任意一条直角边的中点。当然，船体指挥机110还可以设置在其他的位置，船体指挥机110设置的位置取决于用户的设置方式。

值得说明的是，打桩船100上安装的至少三个北斗定位终端120还可以通过其他方式进行排列，比如形成等腰三角形、等边三角形或者是任意排列，没有固定的形状等等。

并且，作为一种实施方式，船体指挥机110与指挥终端200建立通信的方式为：通用移动网络或北斗卫星网络建立通信，比如GSM、CDMA、3G、4G或者是5G、北斗卫星网络等等。

当然，可以理解，船体指挥机110与指挥终端200之间还可以通过其他的一些方式建立通信，比如通过建立局域网的方式实现通信。

当船体指挥机110及该至少三个北斗定位终端120分别与北斗卫星300建立通信后，该北斗卫星300实时的确定出至少三个北斗定位终端120各自的定位坐标，并将所确定出的至少三个北斗定位终端120各自的定位坐标分别发送至船体指挥机110及指挥终端200。

相应地，船体指挥机110在接收到至少三个北斗定位终端120各自的定位坐标后，在预先建立的坐标系中，确定出目标桩体的顶部特征点在预先建立的坐标系中的实时坐标。

基于上述设计，本实施例所提供的一种海上工程北斗远距离打桩设备系统10，通过利用北斗卫星300对至少三个北斗定位终端120进行定位，以对目标桩体顶部特征点的实时坐标进行更精确的定位处理，相比于现有技术中采用全站仪进行沉桩定位的测量方法，能够提升海上远距离打桩的定位精度。

利用北斗卫星300定位得到的实时坐标往往存在一定的误差，因此，请继续参阅图1，在本实施例中，打桩船100上还设置有辅助定位设备130，该辅助定位设备130与船体指挥机110建立通信。

该辅助定位设备130用于定位目标桩体得到辅助定位信息，并将该辅助定位信息发送至船体指挥机110，其中，该辅助定位信息至少包括目标桩体的斜率以及顶部特征点的高程。

值得说明的是，通过该辅助定位设备130定位目标桩体得到辅助定位信息的方式可以为：工作人员手动的操控该辅助定位设备130得到辅助定位信息，也可以采用在辅助定位设备130内预先设置的程序或者代码得到辅助定位信息，以达到自动化的目的。

并且，船体指挥机110在获得辅助定位信息后，即依据该辅助定位信息后，融合辅助定位信息和实时坐标，以更新顶部特征点的实时坐标，以使顶部特征点的定位更精确。

作为一种实施方式，船体指挥机110在更新顶部特征点的实时坐标后，即将该更新后的实时坐标发送至指挥终端200，例如，通过上述的移动网络发送至指挥终端200。

并且，当打桩船100行驶至远海海域时，船体指挥机110与指挥终端200建立通信的移动网络信号较弱，船体指挥机110与指挥终端200之间不能正常的进行数据传输，也就是说，当船体指挥机110与指挥终端200建立通信的移动网络信号较弱时，船体指挥机110获得的更新后的实时坐标即不能正常地发送至指挥终端200。因此，船体指挥机110在获得更新后的实时坐标后，在无法利用移动网络与指挥终端200建立通信时，即利用北斗卫星300，通过北斗卫星网络发送给指挥终端200。

基于上述设计，本实施例所提供的一种海上工程北斗远距离打桩设备系统10，在船体指挥机110无法通过移动网络与指挥终端200建立通信时，利用北斗卫星300，通过北斗卫星网络将获得更新后的实时坐标发送给指挥终端200，以避免船体指挥机110与指挥终端200之间的通信异常时，更新后的实时坐标无法发送至指挥终端200，提升了船体指挥机110与指挥终端200之间进行数据传输的可靠性。

请继续参阅图1，在本实施例中，该打桩船100上还设置有显示设备140，该显示设备140与船体指挥机110电连接。该显示设备140用于在船体指挥机110在接收到实时坐标时，显示该实时坐标，以使打桩船100上的工作人员明确当前目标桩体顶部特征点的坐标。相应地，当船体指挥机110获得上述更新后的实时坐标时，船体指挥机110还可以用于控制显示设备140显示该更新后的实时坐标，以使工作人员明确更新后的实时坐标，提升打桩精度。

并且，在船体指挥机110上还存储有预设的桩体设计参数及桩体停锤标准，其中，该桩体设计参数至少包括桩中心坐标、桩顶标高、平面扭角及倾斜度等，而桩体停锤标准则至少包括有高程控制标准和贯入度控制标准等。并且，船体指挥机110在获得实时坐标后，即依据该预设的桩体设计参数与桩体停锤标准，以及该实时坐标，计算桩体实时偏差参数，该桩体实时偏差参数表征当前实时坐标与预设的桩体设计参数之间的误差水平，其中，该实时偏差参数至少包括桩中心坐标偏差、桩顶标高偏差、平面扭角偏差、实时倾斜度偏差及实时贯入度偏差等。

相应地，船体指挥机110还可以用于，控制显示设备140显示该预设的桩体设计参数及桩体停锤标准，以使工作人员按照该预设的桩体设计参数及桩体停锤标准施工。并且，船体指挥机110还可以用于控制显示设备140显示该桩体实时偏差参数，以使工作人员明确当前实时坐标的施工偏差情况，确定所施工的实时坐标与预设的桩体设计参数及桩体停锤标准之间的误差水平在规定的标准范围内。

值得说明的是，当船体指挥机110获得更新后的实时坐标时，即依据上述的预设的桩体设计参数与桩体停锤标准，以及该更新后的实时坐标，计算桩体实时偏差参数。

作为一种实施方式，在本实施例中，该显示设备140采用LED显示器。

并且，作为一种实施方式，该船体指挥机110还用于依据工作人员实际的打桩定位坐标，生成预设格式的沉桩记录表，以用于后续对于打桩过程的质量检查的依据。

并且，作为一种实施方式，在本实施例提供的海上工程北斗远距离打桩设备系统10中，打桩船100设置有多个(图1中仅示出一个)，多个打桩船100均与北斗卫星300及指挥终端200建立通信，可同时施工，以提升施工效率。

具体地，请参阅图3，图3示出了本实用新型实施例所提供的一种打桩定位方法的一种示意性流程图，在本实用新型实施例中，该打桩定位方法包括以下步骤：

步骤S100，建立以打桩船上预设基点为原点的实时船体坐标系。

在进行打桩定位时，首先建立以打桩船100上预设的基点为原点的实时船体坐标系。具体地，实时船体坐标系的建立方式请参阅图2，该实时船体坐标系建立在打桩船100上一预设基点作为原点O的空间直角坐标系中，实时船体坐标系中的点位采用空间直角坐标(X_C，Y_C，Z_C)表示。作为一种实施方式，该实时船体坐标系的X轴定义为沿船体纵向中轴线方向，其正方向定义为由船尾指向船头，且平行于甲板；而该实时船体坐标系的Y轴为垂直于该X轴的方向，且Y轴的正方向由打桩船100的船体右舷指向船体左舷；以垂直XOY平面建立Z轴，定义向上为Z轴的正方向；预设基点，即实时船体坐标系原点O，可与北斗定位仪取在平行于甲板的同一平面上。

具体地，请参阅图4，图4为图3中步骤S100的子步骤的一种示意性流程图，在本实用新型实施例中，步骤S100包括以下子步骤：

子步骤S110，在打桩船上确定的平面中，以预设基点作为原点O，沿船体纵轴线建立X轴。

在建立实时船体坐标系时，首先在打桩船100上确定的平面中，例如与打桩船100的甲板平面相平行的平面，以预设基点作为原点O，建立X轴。其中，可采用船体纵轴线建立X轴，且该建立的X轴的正向由打桩船100的船尾指向船头。

例如，在如图2所示的示意图中，在该打桩船100的同一平面设置有至少三个北斗定位仪(图中仅示出三个，包括BD1、BD2及BD3)，其中，选取在同一平面内，不处于同一直线的三个定位点的北斗定位仪，例如图2所示示意图中的北斗1(BD1)、北斗2(BD2)及北斗3(BD3)，建立的X轴即与BD1与BD2连线相平行，且建立的X轴的正向为BD1指向BD2的方向。

子步骤S120，在确定的平面中，沿船体横轴线建立Y轴，并与建立的X轴相配合，形成XOY平面。

在上述建立X轴的平面中，例如上述的与甲板平面相平行的平面，再沿船体横轴线建立Y轴。其中，该建立的Y轴与子步骤S110建立的X轴相互垂直，且该建立的Y轴穿过原点O，以使该建立的Y轴与上述建立的X轴相配合，形成XOY平面。并且，该建立的Y轴的正向由打桩船100的船体右舷指向船体左舷。

例如在如图2所示的北斗1(BD1)、北斗2(BD2)及北斗3(BD3)，且在图2所示示意图中，该实时船体坐标系建立的Y轴可以设置为BD1与BD3的连线方向，且该Y轴的正方向定义为BD1指向BD3的方向。

子步骤S130，在垂直于XOY平面建立Z轴。

在上述形成的XOY平面中，以垂直于该XOY平面的方向上建立Z轴。其中，该建立的Z轴穿过原点O；并且，垂直于XOY平面向上的方向为建立的Z轴的正向。

上述建立的X轴与建立的Y轴的交点为实时船体坐标系的原点O。作为一种实施方式，该原点O与至少三台北斗定位仪距甲板平面的距离相同。在此实时船体坐标系下，打桩船100航行定位过程中目标桩体在X-O-Y坐标平面上的中心点可以控制为始终处于X轴线上，所构成的实时船体坐标系统O-XYZ为右手坐标系统。

步骤S200，在实时船体坐标系中，通过打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端各自的坐标，确定出目标桩体顶部特征点的顶部特征坐标。

在如图2所示的打桩船100上，设置有打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端120(图2中仅示出三个)，由于该打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端120在打桩船100上的位置是预先设置的，它们各自的位置与实时船体坐标系的原点O的相对位置保持不变。因此，在建立实时船体坐标系后，即在该实时船体坐标系中，依据该打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端120各自在实时船体坐标系中的坐标，确定出顶部特征点在实时船体坐标系中的顶部特征坐标。

具体地，请参阅图5，图5为图3中步骤S200的子步骤的一种示意性流程图，在本实用新型实施例中，步骤S200包括以下子步骤：

子步骤S210，获取打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端各自在实时船体坐标系中的定位坐标。

由于该打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端120的在打桩船100上的位置预先设置的，它们各自的位置与实时船体坐标系的原点O的相对位置保持不变，那么也就是说，当实时船体坐标系的建立与打桩船100的甲板平面的相对位置保持不变时，打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端120在该实时船体坐标系中各自的坐标也就不会发生变化。其中，打桩船100上参与定位的北斗定位终端120中，至少有三个北斗定位终端120不处于同一直线上。

因此，获取打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端120各自在实时船体坐标系中的定位坐标的方式可以为：预先通过测量工具测得打桩支架铰点及至少三个北斗定位终端120各自在实时船体坐标系中的坐标。

例如，请参阅图6，图6为北斗定位终端120与打桩支架铰点坐标关系示意图，在本实用新型实施例中，BD1与BD3定位终端对称于船舶纵向中轴线两侧安装，BD2与BD1定位终端的连线平行于船舶纵向中轴线，即BD3与BD1的连线方向与BD1与BD2的连线方向垂直。

在如图5所示的示意图中，利用测量工具测量得到BD3与BD1之间的距离l_1-3、BD1与BD2之间的距离l_1-2、打桩支架铰点JD与BD1之间的距离R₁和打桩支架铰点JD与BD2之间的距离为R₂，于是得到北斗定位终端BD1在实时船体坐标系中的坐标为x_BD1＝0，z_BD1＝0；北斗定位终端BD2在实时船体坐标系中的坐标为x_BD2＝l_1-2，z_BD2＝0；北斗定位终端BD3在实时船体坐标系中的坐标为x_BD3＝0，z_BD3＝0；打桩支架铰点JD在实时船体坐标系中的坐标为为y_JD＝0，其中，z_JD值的正负取决于打桩支架铰点JD与北斗定位终端120相对于甲板之间的高度关系，若打桩支架铰点JD高，则z_JD取正值；反之，若北斗定位终端120高，则z_JD取负值。

子步骤S220，获取目标桩体顶部特征点在标准船体坐标系下的标准特征高程。

在根据步骤S100所建立的实时船体坐标系中，存在标准船体坐标系，其中，该标准船体坐标系为打桩船100在第一预设状态下的实时船体坐标系。

例如，当打桩船100在海面上处于水平状态，即打桩船100的纵俯及横向摇摆的幅度极其微小且平均值为零，将此状态作为第一预设状态，那么在该状态下的实时船体坐标系即为标准船体坐标系。

值得说明的是，标准船体坐标系为实时船体坐标系在打桩船100处于第一预设状态下的一种特例，也就是说，标准船体坐标系实质上也为实时船体坐标系。

具体地，请参阅图7，图7示出了实时船体坐标系与标准船体坐标系之间的相对关系示意图，由于打桩船100在靠近目标桩体的过程中，处于时刻移动的状态，并且实时船体坐标系的原点O也建立在打桩船100上，那么也就是说，实时船体坐标系实际上是建立在移动的船体上的瞬时相对坐标系。与基点固定的坐标系不同的是，该实时船体坐标系平面的位置会随船体位置的变化而变化。标准船体坐标系是实时船体坐标系的一个特例，即当实时船体坐标系平面XOY处于水平状态，即打桩船100处于水平状态，船体前后时刻纵向仰俯幅度及横向摇摆幅度极其微小，且平均值为零时的实时船体坐标系就是标准船体坐标系。因此在本实用新型实施例中，在连续获取到不同时刻不处于同一直线上的三个定位点各自WGS-84坐标系下的实时坐标后，经处理，即可生成打桩船100的当前方位变化量，该当前方位变化量表征的是该打桩船100的当前方位相较于打桩船100前一时刻方位的变化量，其中，打桩船100的当前方位变化量包括打桩船100在船体位置、扭角、船体高度、船体纵俯及横向摇摆上的变化量，也就是说，打桩船100的当前方位变化量即是打桩船100当前的船体位置、扭角、船体高度、船体纵俯及横向摇摆与打桩船100在前一时刻时的船体位置、扭角、船体高度、船体纵俯及横向摇摆之间的差值。打桩船100的当前方位变化量可以由安装在打桩船100上的至少三个北斗定位仪求得。

在确定出标准船体坐标系后，即在该标准船体坐标系中，获取目标桩体顶部特征点在标准船体坐标系下的标准特征高程。

具体地，请参阅图8，图8示出了标准船体坐标系中目标桩体顶部特征点的标准特征高程关系图，其中，H₀代表工程所在区域潮高基准面高程，H_p为桩顶设计高程，这些数据由工程设计资料获取；h₀为实时潮高，可根据当地最新潮汐表查获；H_w为实时水面高，可由关系式H_w＝H₀+h₀推求；h_w为桩顶设计高程与实时水面高程之差；北斗定位终端120距打桩船100甲板距离D2在设备安装过程中通过测量设备事先测定获得；打桩船100甲板距水面高度D1可通过船身刻度线实测获取。在本实用新型实施例中，由关系式h_p＝D₁+D₂-h_w、h_w＝H_p-H_w及H_w＝H₀+h₀，可推得目标桩体顶部特征点T在标准船体坐标系中的特征标准高程Z_T，即Z_T＝-h_p。

子步骤S230，依据标准特征高程及目标桩体的斜率、半径、抱桩支架外伸臂长度以及打桩支架铰点位置数据，获得顶部特征点在实时船体坐标系中的顶部特征坐标。

具体地，请参阅图9，图9示出了标准船体坐标系中目标桩体顶部特征点坐标求解关系图，其中n为目标桩体的斜率、R为目标桩体的半径、a为抱桩支架外伸臂长度、打桩支架铰点JD在标准船体坐标系中坐标为(x_JD，y_JD，z_JD)，可以理解，如上所述，由于标准船体坐标系实则为实时船体坐标系在第一预设状态下的形式，也即是说，标准船体坐标系实质也是实时船体坐标系，因此，结合子步骤S220推得的顶部特征点T在标准船体坐标系中的特征标准高程Z_T，可推得顶部特征点T在实时船体坐标系中坐标如下：对于直桩，x_T＝x_JD+a+R，y_T＝y_JD，z_T＝-h_p；对于俯打桩，y_T＝y_JD，z_T＝-h_p；对于仰打桩，y_T＝y_JD，z_T＝-h_p。

步骤S300，获得实时船体坐标系与预设工程设计坐标系的实时转化关系。

因北斗定位终端120初始获取的定位坐标是基于WGS-84坐标系下的坐标，所以通常采用北斗定位终端120直接定位时，均需要进行WGS-84坐标系与预设工程设计坐标系之间的转换。然而海上桩基定位，无法利用北斗定位终端120对桩基直接定位，只能通过定位打桩船100，并解算出桩基与打桩船100之间的相对位置关系，从而间接实现对桩基的定位。实时船体坐标系建立的目的就是便于用简单公式直接解算出桩基与打桩船100之间的相对位置关系，并利用WGS-84坐标系作为中间坐标系，实现实时船体坐标系与预设工程设计坐标系之间的转化。

具体地，请参阅图10，图10为图3中步骤S300的子步骤的一种示意性流程图，在本实用新型实施例中，步骤S300包括以下子步骤：

子步骤S310，依据至少三个北斗定位终端在确定的时刻，在实时船体坐标系和WGS-84坐标系中各自的坐标，获得实时船体坐标系与WGS-84坐标系的第一转换关系。

获取打桩船100上至少三个北斗定位终端120在WGS-84坐标系中的各自坐标时，采用北斗的实时相位差分技术，在工程附近(通常不超过10公里～20公里)设置基站，以获取高精度定位坐标。

子步骤S320，依据第一转换关系及预设的WGS-84坐标系与预设工程设计坐标系的第二转换关系，获得实时船体坐标系与预设工程设计坐标系的实时转化关系。

步骤S400，依据实时转化关系、顶部特征坐标、预设桩顶设计坐标及预设打桩方位角和预设打桩支架斜率，定位顶部特征点的实时坐标。

具体地，请参阅图11，图11为图3中步骤S400的子步骤的一种示意性流程图，在本实用新型实施例中，步骤S400包括以下子步骤：

子步骤S410，依据实时转化关系及顶部特征坐标，获得顶部特征点在预设工程设计坐标系中的工程坐标，并作为顶部特征点的实时坐标。

子步骤S420，依据预设桩顶设计坐标及预设打桩方位角和预设打桩支架斜率，调整打桩船的实时方位角及打桩支架的实时斜率，以使实时坐标与预设桩顶设计坐标相同。

依据子步骤S410获得的工程坐标，为顶部特征点在预设工程坐标系下的实时坐标。海上桩基的施工，不仅需要考虑顶部特征点施工坐标的精度，还需要按照预设的方位角和预设的斜率进行施工。一般来说，在预设工程坐标系中，标注有目标桩体的预设打桩方位角、预设打桩支架斜率及预设桩顶设计坐标，控制打桩船100进行桩基施工时，即调整打桩船100的实时方位角和打桩支架的实时斜率，使打桩船100的实时方位角和打桩支架的实时斜率分别与预设打桩方位角和预设打桩支架斜率相同，并获得顶部特征点的实时坐标，使实时坐标与预设桩顶设计坐标相同。通过实时坐标、打桩船100的实时方位角及打桩支架的实时斜率分别与预设桩顶设计坐标、预设打桩方位角和预设打桩支架斜率相同，确保目标桩体施工点的准确性。

请参阅图12，图12示出了本实用新型实施例所提供的一种打桩定位方法的测高原理示意图，目标桩体的桩顶标高的测定是打桩定位控制的一个重要内容，通过对桩顶标高的实时测定，我们不仅可以知道目标桩体在施打过程中的实时顶标高，同时也为打桩贯入度的计算提供了一个必要参数。由于本实用新型实施例所提供的一种打桩定位方法采用的北斗定位系统的定位数据，其计算过程为自动化处理，并且是适应于远海的打桩定位方法，因此，常规打桩定位中的水准仪或经纬仪的标高控制方法均不能适用。为此，测高系统的观测值以数字的形式送入系统软件中进行统一处理，并将处理结果实时地反映在计算机屏幕上。如图12所示，水平测距仪可射出红色可见光于目标桩体的桩身，通过摄像机观测目标桩体的桩身刻划与测距仪红点的变化，推算出目标桩体的桩顶标高，最终通过控制红点对应的刻划值，从而控制桩顶被施打至顶部特征点T的位置，从而控制桩基顶部高程。图中h_s为水平测距仪距甲板的距离，测距仪安装后，h_s为定值。因此，目标桩体上红点对应的刻划数值是推算桩顶实时标高的一个主要依据。图13示出了水平测距仪的平面布置图。

图14示出了标准船体坐标系下直桩时桩基施打过程中红点、目标桩体特征点与桩顶之间的关系示意图，图15、图16示出了标准船体坐标系下斜桩时桩基施打过程中红点、目标桩体特征点与桩顶之间的关系示意图。当桩基被施打至桩顶与目标桩体顶部特征点重合时，红点对应的桩体刻划读数H_ZK如下：直桩时H_ZK＝Z_T-Z_H＝D₂-h_s-h_p；俯桩时仰桩时其中n为桩基斜率，n＝tana。红点所对应的桩体刻度会随着打桩架倾斜而发生变化，当桩顶最低点所在的水平面与目标桩体特征点T所在的水平面一致时，桩顶则被施打至设计高程位置，此时红点对应的桩体刻划已根据桩体设计资料、桩基尺寸、打桩支架斜率以及当时水面高程等相关信息事先推求，桩基施打过程中，控制红点对应的桩身刻划值即相当于控制桩顶高程。摄像机的安装高度与红点高一致。桩顶标高定义为桩顶横截面上最底位置的标高。因此，一般情况下，除了直桩，桩顶标高并非为目标桩体顶部特征点的标高。

综上所述，本实施例所提供的一种海上工程北斗远距离打桩设备系统10，通过利用北斗卫星300对至少三个北斗定位终端120进行定位，以对目标桩体顶部特征点的实时坐标进行更精确的定位处理，相比于现有技术中采用全站仪进行沉桩定位的测量方法，能够提升海上远距离打桩的定位精度；还在船体指挥机110无法通过移动网络与指挥终端200建立通信时，利用北斗卫星300，通过北斗卫星网络将获得更新后的实时坐标发送给指挥终端200，以避免船体指挥机110与指挥终端200之间的通信异常时，更新后的实时坐标无法发送至指挥终端200，提升了船体指挥机110与指挥终端200之间进行数据传输的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，包括两两之间相互建立通信的打桩船、北斗卫星及指挥终端；

所述打桩船设置有船体指挥机且安装有至少三个北斗定位终端，所述船体指挥机及所述至少三个北斗定位终端均分别与所述北斗卫星建立通信，且所述船体指挥机与所述指挥终端建立通信，其中，所述至少三个北斗定位终端的安装位置不处于同一直线上；

所述北斗卫星用于确定出所述至少三个北斗定位终端各自的定位坐标，并将所述至少三个北斗定位终端各自的定位坐标分别发送至所述船体指挥机及所述指挥终端；

所述船体指挥机还用于，依据所述确定出的所述至少三个北斗定位终端各自的定位坐标，确定出目标桩体顶部特征点的实时坐标。

2.如权利要求1所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述打桩船还设置有辅助定位设备，所述辅助定位设备与所述船体指挥机建立通信；

所述辅助定位设备用于将辅助定位信息发送至所述船体指挥机；

所述船体指挥机还用于，依据所述辅助定位信息更新所述顶部特征点的实时坐标。

3.如权利要求2所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述船体指挥机还用于，将所述更新后的实时坐标发送至所述指挥终端。

4.如权利要求1-3中任一项所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述打桩船还设置有显示设备，所述显示设备与所述船体指挥机电连接；

所述船体指挥机还用于，控制所述显示设备显示所述实时坐标。

5.如权利要求4所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述船体指挥机还存储有预设的桩体设计参数及桩体停锤标准，其中，所述桩体设计参数至少包括桩中心坐标、桩顶标高、平面扭角及倾斜度，所述桩体停锤标准至少包括高程控制标准和贯入度控制标准；

所述船体指挥机还用于，依据所述桩体设计参数与所述桩体停锤标准及所述实时坐标，计算桩体实时偏差参数，并控制所述显示设备显示所述实时偏差参数，其中，所述实时偏差参数至少包括桩中心坐标偏差、桩顶标高偏差、平面扭角偏差、实时倾斜度偏差及实时贯入度偏差。

6.如权利要求4所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述显示设备为LED显示器。

7.如权利要求1所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述至少三个北斗定位终端呈直角三角形设置，且所述至少三个北斗定位终端均采用差分定位。

8.如权利要求1所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述船体指挥机与所述指挥终端建立通信的方式为：通过移动网络或北斗卫星网络建立通信。

9.如权利要求1所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述船体指挥机还用于生成预设格式的沉桩记录表。

10.如权利要求1所述的海上工程北斗远距离打桩设备系统，其特征在于，所述打桩船设置有多个。