[发明专利]一种海上钢管桩沉桩测量定位方法

权利要求书

1.一种海上钢管桩沉桩测量定位方法，其特征在于，具体为：

S1、在打桩船上构建定位系统

定位系统包括布设在打桩船上的三台GPS定位仪、四台激光扫描仪、两台倾斜仪和一台摄像机；

S2、钢管桩沉桩的测量定位

S21、系统的预定位

利用打桩船上三台GPS定位仪和两台倾斜仪确定船体的位置和姿态，通过对船体参数的测定、船体坐标系统与工程坐标系统的转换关系得到钢管桩导向架抱桩器中心的绝对位置，用以引导打桩船进入作业位置抛锚驻位，进行吊桩、立桩；

S22、系统的精确定位

在利用三台GPS定位仪实时定位的基础上，利用四台激光扫描仪的线扫描功能实现钢管桩垂直度实时监测；

预定位完成后起吊钢管桩，在钢管桩进入抱桩器并在设计桩位0.5m范围时自动内切换至精确定位；精确定位是通过四台激光扫描仪的同步数据来确定当前钢管桩的位置及垂直度偏差，进而引导调节抱桩器的液压装置，使钢管桩的垂直度和位置偏差满足设计及规范要求。

2.根据权利要求1所述的一种海上钢管桩沉桩测量定位方法，其特征在于，步骤S21中，船体参数的测定、船体坐标系统与工程坐标系统的转换的具体步骤为：

S211、船体位置及姿态确定

通过三台GPS定位仪实时定位坐标以及两台倾斜仪可以确定船体位置及姿态，可以确定船体上任何位置的空间坐标，从而推断出钢管桩中心实时坐标；

坐标系统O-XYZ对应的是三维船固坐标系统，假设船体的纵倾和横倾分别为α和β，首先绕X轴顺时针旋转β角，得到坐标系XY″Z′，该坐标系绕Y″轴逆时针旋转α得到过三维船固坐标系原点且位于水平面的坐标系统O-X″Y″Z″，称该坐标系统为瞬时船体水平坐标系统，该坐标系统中的平面坐标与工程坐标系统存在平移、旋转的关系；

三维坐标系统之间的旋转矩阵如下：

旋转角为从各个旋转轴的正向看，逆时针旋转角为正，顺时针为负；

由三维船固坐标系统O-XYZ转换到瞬时船体水平坐标系统O-X″Y″Z″的转换矩阵如下：

R＝R_X(-β)·R_Y(α)

工程坐标系统xoy与瞬时船体水平坐标系统XOY之间的关系式如下：

其中α为X轴逆时针旋转到x轴的角度；

S212、船体坐标系与GPS定位仪坐标系转换

由于打桩船上设备位置和桩中位置是根据船体坐标系进行计算的，而GPS定位仪的坐标为工程坐标系坐标，通过系统将桩心坐标转换至工程坐标系进行实时定位；

船体坐标系统与工程坐标系统都是平面直角坐标系统，将(XB，YB)转换为(XP，YP)的计算公式如下：

其中

α_BP为工程坐标系统到船体坐标系统的旋转参数；

Xp、Yp为瞬时船体坐标系坐标；

X_D、Y_D为WGS84坐标系坐标；

ΔXp、ΔYp为坐标平移参数；

x_p、y_p为现场施工坐标系坐标；

公式中的2个平移参数(ΔXp，ΔYp)和1个旋转参数(α_BP)需要根据GPS定位仪实时定位结果计算。