CN117450999B - 打桩船的桩体定位装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供打桩船的桩体定位装置和方法，涉及数据测量技术领域。桩体定位装置包括双目相机组、微距定位仪和定位计算单元；双目相机组安装在打桩船的船艏甲板上且位于桩架的背面，微距定位仪安装在桩架的正面并朝向桩体；在桩架处于竖直状态时，双目相机组的中心与微距定位仪的中心处于同一高度；定位计算单元用于接收双目相机组的第一测量结果和微距定位仪的第二测量结果，并根据第一测量结果和第二测量结果确定桩***置信息。本发明采用视觉测量方法，通过安装在桩架正面的微距定位仪和位于桩架背面的双目相机组，可以实现对桩身的精确定位，操作简单且避免出现在桩架上开槽而影响桩架强度和安全性问题。

Description

打桩船的桩体定位装置和方法

技术领域

本发明涉及数据测量技术领域，尤其涉及打桩船的桩体定位装置和方法。

背景技术

海洋工程如跨江、跨海大桥、水运码头、海上风电场等建设项目，常常需要采用打桩船将长度几十米甚至一百多米的预制桩体按照设计位置准确打入水下基础中。

打桩施工时，通过打桩船上的多个锚链收放可以在一定范围内对移动船体，进行船体定位。当锚链处于紧固状态时，打桩船在水上的位置也趋于稳定，根据水上不同的风浪流条件，在锚链紧固时船体仍有几公分至几十公分的位移和摆动。桩体起吊后由桩架上替打、桩帽及抱桩器将桩体约束在桩架上，此时桩体与桩架之间仍有一定的空隙。

现有水上打桩方式主要有两种：

一是采用由架设在岸上的2台经纬仪或者全站仪直接对桩身进行定位，通过移船调整，实现对桩体的定位。然而这种方式需要要求岸上仪器与施打桩之间必须通视，保持语音通讯；并且测量人员的工作强度大，施工效率较低。

二是利用激光扫描仪测定桩体与船体之间的相对关系。然而由于激光扫描仪与桩体之间有打桩架阻挡测距光线，无法直接测定桩身，需要在打桩架上开一条上下细长的槽，使光线得以通过，槽口长度应保证在桩架最大仰俯状态变化中均能通过光线。部分打桩船需要1米以上的槽口，这会严重影响打桩架的结构强度，对施工安全造成一定的影响。

发明内容

本发明提供打桩船的桩体定位装置和方法，用以解决现有技术中桩体定位流程复杂、桩架安全性低的缺陷。

本发明提供一种打桩船的桩体定位装置，打桩船包括桩体和桩架，桩体定位装置包括双目相机组、微距定位仪和定位计算单元；双目相机组安装在打桩船的船艏甲板上且位于桩架的背面，微距定位仪安装在桩架的正面并朝向桩体；在桩架处于竖直状态时，双目相机组的中心与微距定位仪的中心处于同一高度；定位计算单元用于接收双目相机组的第一测量结果和微距定位仪的第二测量结果，并根据第一测量结果和第二测量结果确定桩***置信息，其中，桩***置信息包括桩***置、桩体倾斜度、桩体高度和每阵的贯入度。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位装置，双目相机组包括第一双目相机和第二双目相机，双目相机组的中心位于船体主轴上，第一双目相机的光轴、第二双目相机的光轴与船体主轴方向一致；微距定位仪包括3个激光器和1台定位相机，3个激光器的光线方向相互平行且等距间隔，定位相机位于3个激光器的中间激光器的后方，定位相机的光轴与3个激光器的投射方向一致。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位装置，还包括姿态传感器和导航装置；导航装置安装在打桩船上，用于获取打桩船的位置信息；姿态传感器安装在打桩船的船艏甲板上，用于获取打桩船的姿态数据；定位计算单元还用于接收姿态数据并根据姿态数据对桩***置信息进行修正。

本发明还提供一种打桩船的桩体定位方法，使用上述的桩体定位装置，桩体定位方法应用于定位计算单元，包括：接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标；根据三维坐标和双目相机组之间的标定结果确定微距定位仪位置和微距定位仪姿态；接收微距定位仪测量的桩体表面上3个激光器投射激光在桩体表面的反射点位置；基于反射点位置、微距定位仪位置和微距定位仪姿态确定桩体的位置和倾斜。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位方法，基于反射点位置、微距定位仪位置和微距定位仪姿态确定桩体的位置和倾斜之后，还包括：接收微距定位仪记录的锤击引起的桩体画桩标记的移动量；根据移动量和每阵锤击数，确定桩体的每阵的贯入度。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位方法，接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标之前，还包括：通过打桩船上的导航装置实时计算船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系，并将打桩船引导到预设位置。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位方法，通过打桩船上的导航装置实时计算船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系，并将打桩船引导到预设位置之后，包括：当打桩船的姿态为纵倾或横倾时，通过姿态传感器获取打桩船的姿态数据；根据姿态数据对纵倾或横倾状态下的船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系进行修正。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位方法，接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标，包括：通过双目相机组对桩架上标志点的标定结果进行验证；通过微距定位仪和双目相机组对测量结果的正确性进行验证；当标定结果验证通过且测量结果的正确性验证通过后，接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位方法，通过微距定位仪和双目相机组对测量结果的正确性进行验证，包括：通过全站仪获得临时桩体的调整至仰、直、俯三个状态下的标准数据，其中标准数据包括临时桩体的标准位置和标准倾斜；通过微距定位仪和双目相机组获得临时桩体的调整至仰、直、俯三个状态下的测试数据；其中测试数据包括临时桩体的测试位置和测试倾斜；将标准位置和测试位置作比较，将标准倾斜和测试倾斜作比较；将标准位置和测试位置作比较，将标准倾斜和测试倾斜作比较，基于比较结果验证测量结果的正确性。

根据本发明提供的一种打桩船的桩体定位方法，将标准位置和测试位置作比较，将标准倾斜和测试倾斜作比较，基于比较结果验证测量结果的正确性，包括：当标准位置和测试位置之间的差值小于预设位置阈值且标准倾斜和测试倾斜之间的差值小于预设倾斜阈值，则确定测量结果的正确性验证通过。

本发明提供的打桩船的桩体定位装置和方法，打桩船包括桩体和桩架，桩体定位装置包括双目相机组、微距定位仪和定位计算单元。双目相机组安装在打桩船的船艏甲板上且位于桩架的背面，微距定位仪安装在桩架的正面并朝向桩体；在桩架处于竖直状态时，双目相机组的中心与微距定位仪的中心处于同一高度；定位计算单元用于接收双目相机组的第一测量结果和微距定位仪的第二测量结果，并根据第一测量结果和第二测量结果确定桩***置信息，其中桩***置信息包括桩***置、桩体倾斜度、桩体高度和每阵的贯入度。通过上述方式，本发明采用视觉测量方法，通过安装在桩架正面的微距定位仪和位于桩架背面的双目相机组，测定桩体和桩架的相对关系，从而实现对桩身的精确定位，能较大地提高对桩体的定位精度；操作简单，并且能够避免出现在桩架上开槽而影响桩架强度，因此也提高了桩架的稳定性和安全性；同时实现对桩身的精确定位和实时贯入度测定，并能较大地提高对桩体的定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明实施例提供的打桩船的桩体定位装置的俯视位置示意图；

图2是本发明实施例提供的打桩船的桩体定位装置的侧视位置示意图；

图3是本发明实施例提供的打桩船的桩架的正面示意图；

图4是本发明实施例提供的打桩船的桩架的背面示意图；

图5是本发明实施例提供的微距测距仪的组成结构示意图；

图6是本发明实施例提供的微距测距仪的定位原理示意图；

图7是本发明实施例提供的桩体中画桩样式的示意图；

图8是本发明实施例提供的打桩船的桩体定位方法的流程示意图；

附图标记：

1：打桩船；2：桩架；3：桩体；4：操控室；5：导航装置；6：姿态传感器；7：微距定位仪；8：双目相机组。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术水上打桩方式主要有两种：

第一种：采用由岸上架设2台经纬仪或者全站仪直接对桩身进行定位，通过移船调整桩***置。该方法要求岸上仪器与施打桩之间必须通视，并保持语音通讯，当打桩船离岸距离较远或水上有迷雾时，打桩施工将无法进行。即使在能够正常测量定位条件下，还要求2台岸上测量仪器必须同步测量，测量人员应根据测量结果进行人工方式报读至船上操控人员，进行移船和桩位调整，因此测量人员的工作强度大，施工效率较低。

第二种：利用激光扫描仪测定桩体与船体之间的相对关系的方法。由于激光扫描仪安装在打桩船船艏甲板处，正对龙口方向。此时，仪器与桩体之间有打桩架阻挡测距光线，无法直接测定桩身，需要在打桩架上开一条上下细长的槽，使光线得以通过，槽口长度应保证在桩架最大仰俯状态变化中均能通过光线。部分打桩船需要1米以上的槽口，这会严重影响打桩架的结构强度，对施工安全造成一定的影响。并且，由于激光扫描仪仅能测定桩体和船体之间的平面相对关系，因此不能测定打桩贯入度。测定贯入度需要人工读取桩身读数或另行增加贯入度测量设备，船上定位人员工作强度较大，专门的测定贯入度设备稳定性较差。

基于此，本发明提供一种打桩船的桩体定位装置，采用视觉测量方法替代激光扫描仪，避免在桩架上开槽而影响桩架强度和安全性问题，***对人工接入的要求大大降低，***工作效率有较大的提高。

请参阅图1-图2，图1是本发明实施例提供的打桩船的桩体定位装置的俯视位置示意图，图2是本发明实施例提供的打桩船的桩体定位装置的侧视位置示意图。

打桩船1包括桩体3和桩架2。在本实施例中，桩体定位装置可以包括双目相机组8、微距定位仪7和定位计算单元。其中双目相机组8和微距定位仪7是本实施例中所采用的视觉测量设备。

定位计算单元可以用于接收双目相机组8的第一测量结果和微距定位仪7的第二测量结果，并根据第一测量结果和第二测量结果确定桩***置信息。定位计算单元可以设置在打桩船1的操控室4中。

具体地，双目相机组8可以安装在打桩船1的船艏甲板上且位于桩架2的背面，微距定位仪7可以安装在桩架2的正面并朝向桩体3。

其中，在桩架2处于竖直状态时，双目相机组8的中心可以与微距定位仪7的中心处于同一高度。

其中，桩***置信息可以包括桩***置、桩体倾斜度、桩体高度和每阵的贯入度。

相关技术中，由于激光扫描仪仅能测定桩体和船体之间的平面相对关系，因此不能测定打桩贯入度。测定贯入度需要人工读取桩身读数或另行增加贯入度测量设备，船上定位人员工作强度较大，专门的测定贯入度设备稳定性较差。

而在本实施例中，由于采用的是视觉测量原理，将视觉测量相关设备安装在船艏甲板上，通过自动读取并识别桩架2上的定位标记线计算桩架2的位置和倾斜，在通过安装在桩架2上的微距定位仪7测定桩体3和桩架2的相对关系，并读取桩身的标注文字，同时实现对桩身的精确定位和实时贯入度测定，并能较大地提高对桩体3的定位精度。

请参阅图3-图4，图3是本发明实施例提供的打桩船的桩架的正面示意图，图4是本发明实施例提供的打桩船的桩架的背面示意图。

微距定位仪7可以安装在桩架2正面且朝向桩体3，微距定位仪7的底座可以安装连接在桩架2背板上，如图3所示。

桩架2背面设置有2个测量桩架2位置和倾斜的标志点，如图4所示。2个标志点之间的距离可以为0.8m。并且，标志点与微距定位仪7的中心需严格上下对称。

示例性地，双目相机组8可以包括第一双目相机和第二双目相机，双目相机组8的中心位于船体主轴上，并且第一双目相机的光轴、第二双目相机的光轴与船体主轴方向一致。

其中，第一双目相机和第二双目相机是双目相机组8的主相机。第一双目相机和第二双目相机的参数可以相同，具体地，第一双目相机和第二双目相机的分辨率可以为30003000，第一双目相机和第二双目相机之间的距离设置为1.0m。当桩架2分别处于最大俯仰状态时双目相机组8中心与桩架2之间的距离最小值为2m、最大值为6m。该距离处的双目相机组8的有效视场分别为0.9m和2.0m。

请参阅图5-图6，图5是本发明实施例提供的微距测距仪的组成结构示意图，图6是本发明实施例提供的微距测距仪的定位原理示意图。

微距定位仪7可以包括3个激光器和1台定位相机，3个激光器的光线方向相互平行且等距间隔，定位相机可以位于3个激光器的中间激光器的后方，定位相机的光轴可以与3个激光器的投射方向一致。

其中，3个激光器的参数可以相同。具体地，3个激光器之间的间距可以设置为0.2m。定位相机可以位于3个激光器的中间激光器的后方0.2~0.3m处。

需要说明的是，3个激光器投射方向及定位相机的光轴方向可以通过标定进行严格纠正。

如图5所示，微距定位仪7包括三个激光器分别为第一激光器Q1、第二激光器Q2和第三激光器Q3，定位相机C1的相机光轴为L0。其中，第一激光器Q1发射第一激光束L1，第一激光束L1在桩体3在形成第一反射点P1；第二激光器Q2发射第二激光束L2，第二激光束L2在桩体3在形成第二反射点P2；第三激光器Q3发射第三激光束L3，第三激光束L3在桩体3在形成第三反射点P3。

如图6所示，微距定位仪7定位计算原理为：

某个激光器光束在桩体3上的反射点为P，在相机底片上的成像点为p，是定位相机的焦距，o是定位相机的光心。由此可以计算OP距离为：

；

其中，是通过标定得到激光器与定位相机中心的距离，/>为定位相机上P点成像像素，/>为通过标定得到的像素尺寸。

在一些实施例中，当双目相机组8和微距定位仪7完成安装后，还可以对设备安装进行标定。例如，在保持船体平稳、桩架2竖直的情况下，采用全站仪分别测量双目相组机中心及主相机光轴的方向、测定标志点位置、测定微距定位仪7中心位置。

在一些实施例中，打桩船1的桩体定位装置还可以包括姿态传感器6和导航装置5。

导航装置5安装在打桩船1上，导航装置5可以用于获取打桩船1的位置信息。具体地，导航装置5可以是应用全球导航卫星***实时动态定位（GNSS RTK）技术的导航装置5。

GNSS RTK可以通过使用全球导航卫星***进行实时动态测量，可以实现厘米级的精确位置测量。

姿态传感器6可以安装在打桩船1的船艏甲板上，姿态传感器6可以用于获取打桩船1的姿态数据。定位计算单元还可以用于接收姿态数据并根据姿态数据对桩***置信息进行修正。

综上，本实施例提供了一种打桩船的桩体定位装置，打桩船包括桩体和桩架，桩体定位装置包括双目相机组、微距定位仪和定位计算单元。双目相机组安装在打桩船的船艏甲板上且位于桩架的背面，微距定位仪安装在桩架的正面并朝向桩体；在桩架处于竖直状态时，双目相机组的中心与微距定位仪的中心处于同一高度；定位计算单元用于接收双目相机组的第一测量结果和微距定位仪的第二测量结果，并根据第一测量结果和第二测量结果确定桩***置信息，其中桩***置信息包括桩***置、桩体倾斜度、桩体高度和每阵的贯入度。通过上述方式，本实施例采用视觉测量方法，通过安装在桩架正面的微距定位仪和位于桩架背面的双目相机组，测定桩体和桩架的相对关系，从而实现对桩身的精确定位，能较大地提高对桩体的定位精度；并且能够避免出现在桩架上开槽而影响桩架强度，因此也提高了桩架的稳定性和安全性。

在上述实施例中，已经介绍了本实施例的桩体定位装置的设备与定位方法，具体包括了以下几个方面：双目相机组、微距定位仪、微距定位仪布设、微距定位仪定位计算、桩架上标志点布设和设备安装标定。下面再进一步介绍本实施例桩体定位装置的设备安装验证、画桩标记、打桩过程及***应用。

在一些实施例中，设备安装验证可以包括桩架上标志点标定结果验证和微距定位仪测量正确性验证。

桩架上标志点标定结果验证：在甲板相机组位置和方向标定完成后，保持桩架竖直状态，采用双目相机测量原理测量桩架上标志点的三维坐标，并与标定测量结果比较，两者差异应小于5mm。

微距定位仪测量正确性验证：一根临时桩体，临时桩体上有画桩标记请参阅图7，图7是本发明实施例提供的桩体中画桩样式的示意图。

将临时桩体考上桩架，测试时临时桩表面与微距定位仪前方距离约为0.2~0.3m。分别将桩架调至仰、直、俯三个状态，先由双目相机组测量2个桩架标志点的三维坐标，根据标志点与相机之间的标定结果计算微距定位仪的三维位置和姿态，再由微距定位仪测量临时桩位置和倾斜，并采用全站仪测量临时桩的位置和倾斜，比较两个测量结果的差异。两者位置差异应小于10mm，倾斜差异小于1/500。

需要说明的是，每个桩体在工厂制作时需要标画画桩标记，画桩标记在正对微距定位仪一侧的桩体表面上，每10cm画一短线，每1m画一长线，并在长线右上部位标识长线至桩尖的高度，如图7所示。通过微距定位仪相机拍摄画桩标记，及数值标记，经过图像处理可得到相机光轴的桩体刻画标记，并可由此计算打桩过程中，每次锤击的桩体入土深度。

打桩过程及***应用具体可以包括船体定位、微距定位仪位置和姿态测量、桩***置、倾斜和桩体高度测量、贯入度计算和结束打桩。具体地：

1）船体定位：打桩船吊桩并将桩体约束到龙口后，采用船上安装的2台或更多台GNSS RTK实时计算船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系，并将船体引导到船体设计位置。当船体有纵、横倾时需要采用姿态传感器数据对船体坐标系与施工坐标系的转换参数进行修正。

2）微距定位仪位置和姿态测量：先由双目相机组测量位于桩架上的2个标志点的三维坐标，根据标志点与相机之间的标定结果计算微距定位仪的3维位置和姿态。

3）桩***置、倾斜和桩体高度测量：采用微距定位仪测量桩体表面上3个激光器投射激光在桩体表面的反射点的位置，采用3点拟合圆计算桩体圆心位置。同时采用微距定位仪相机图像判读相机光轴处桩体高度。

4）贯入度计算；微距定位仪判读并记录两次锤击引起的桩体画桩标记的移动量，根据施工要求的每锤击阵的锤击数，连续累积每阵中与锤击数对应的桩体入土深度，即为每阵的贯入度。

5）结束打桩；根据相应工程设计要求，一般当桩体高度达到设计位置或贯入度小于设计值时即可结束打桩。

本发明还提供一种打桩船的桩体定位方法，使用上述的桩体定位装置，其中桩体定位方法应用于定位计算单元。

请参阅图8，图8是本发明实施例提供的打桩船的桩体定位方法的流程示意图，在本实施例中，打桩船的桩体定位方法包括步骤S810至S840，各步骤具体如下：

S810：接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标。

S820：根据三维坐标和双目相机组之间的标定结果确定微距定位仪位置和微距定位仪姿态。

S830：接收微距定位仪测量的桩体表面上3个激光器投射激光在桩体表面的反射点位置。

S840：基于反射点位置、微距定位仪位置和微距定位仪姿态确定桩体的位置和倾斜。

可选地，基于反射点位置、微距定位仪位置和微距定位仪姿态确定桩体的位置和倾斜之后，还可以包括：

S851：接收微距定位仪记录的锤击引起的桩体画桩标记的移动量。

S852：根据移动量和每阵锤击数，确定桩体的每阵的贯入度。

本实施例提供的打桩船的桩体定位方法，采用视觉测量原理，将视觉测量相关设备安装在船艏甲板上，通过自动读取并识别桩架上的定位标记线计算桩架的位置和倾斜，在通过安装在桩架上的微距定位仪测定桩体和桩架的相对关系，并读取桩身的标注文字，同时实现对桩身的精确定位和实时贯入度测定，并能较大地提高对桩体的定位精度。

基于上述的任意一个实施例，接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标之前，还可以包括：

S800：通过打桩船上的导航装置实时计算船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系，并将打桩船引导到预设位置。

基于上述的任意一个实施例，通过打桩船上的导航装置实时计算船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系，并将打桩船引导到预设位置之后，可以包括：

S801：当打桩船的姿态为纵倾或横倾时，通过姿态传感器获取打桩船的姿态数据。

S802：根据姿态数据对纵倾或横倾状态下的船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系进行修正。

基于上述的任意一个实施例，接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标，可以包括：

S811：通过双目相机组对桩架上标志点的标定结果进行验证。

S812：通过微距定位仪和双目相机组对测量结果的正确性进行验证。

S813：当标定结果验证通过且测量结果的正确性验证通过后，接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标。

基于上述的任意一个实施例，通过微距定位仪和双目相机组对测量结果的正确性进行验证，可以包括：

S812-1：通过全站仪获得临时桩体的调整至仰、直、俯三个状态下的标准数据，其中标准数据包括临时桩体的标准位置和标准倾斜；

S812-2：通过微距定位仪和双目相机组获得临时桩体的调整至仰、直、俯三个状态下的测试数据；其中测试数据包括临时桩体的测试位置和测试倾斜；

S812-3：将标准位置和测试位置作比较，将标准倾斜和测试倾斜作比较。基于比较结果验证测量结果的正确性。

基于上述的任意一个实施例，将标准位置和测试位置作比较，将标准倾斜和测试倾斜作比较。基于比较结果验证测量结果的正确性，可以包括：

S812-3-1：当标准位置和测试位置之间的差值小于预设位置阈值且标准倾斜和测试倾斜之间的差值小于预设倾斜阈值，则确定测量结果的正确性验证通过。

以上，本实施例提供的打桩船的桩体定位方法，应用于打桩船的桩体定位装置的定位计算单元，包括：接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标；根据三维坐标和双目相机组之间的标定结果确定微距定位仪位置和微距定位仪姿态；接收微距定位仪测量的桩体表面上3个激光器投射激光在桩体表面的反射点位置；基于反射点位置、微距定位仪位置和微距定位仪姿态确定桩体的位置和倾斜。通过上述方式，本实施例采用视觉测量方法，通过安装在桩架正面的微距定位仪和位于桩架背面的双目相机组，测定桩体和桩架的相对关系，从而实现对桩身的精确定位，能较大地提高对桩体的定位精度；并且能够避免出现在桩架上开槽而影响桩架强度，因此也提高了桩架的稳定性和安全性。

本发明提供打桩船的桩体定位装置和方法，可以通过双目相机测定桩架位置和倾斜、通过微距定位仪测定桩体与桩架的相对位置以及通过微距定位仪可以通过对画桩标记达到自动判别自动计算贯入度，具有以下的技术效果：

（1）自动化程度高；在整个打桩过程中，桩***置、倾斜和贯入度等打桩定位数据均自动测量和计算，无人工干预。

（2）精度高：视觉测量方法在较小的测量范围内可以得到较高的测量精度，理论上打桩船上的视觉定位***对桩***置的测量定位精度可优于10mm，比其它已有技术精度提高5倍。

（3）降低定位***成本：采用微距定位相机直接判读画桩标记线并计算贯入度，可免除其他方法中的专门的贯入度测量设备要求。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得1台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种打桩船的桩体定位装置，其特征在于，打桩船包括桩体和桩架，所述桩体定位装置包括双目相机组、微距定位仪和定位计算单元；

所述双目相机组安装在所述打桩船的船艏甲板上且位于所述桩架的背面，所述微距定位仪安装在所述桩架的正面并朝向所述桩体；在所述桩架处于竖直状态时，所述双目相机组的中心与所述微距定位仪的中心处于同一高度；

所述定位计算单元用于接收所述双目相机组的第一测量结果和所述微距定位仪的第二测量结果，并根据所述第一测量结果和所述第二测量结果确定桩***置信息；其中，所述桩***置信息包括桩***置、桩体倾斜度、桩体高度和每阵的贯入度；

所述桩架背面设置有2个测量桩架位置和倾斜的标志点，所述双目相机组用于测量2个标志点的三维坐标，并根据标志点与所述双目相机组之间的标定结果计算所述微距定位仪的3维位置和姿态；

所述双目相机组包括第一双目相机和第二双目相机，所述双目相机组的中心位于船体主轴上，所述第一双目相机的光轴、所述第二双目相机的光轴与船体主轴方向一致；

所述微距定位仪包括3个激光器和1台定位相机，所述3个激光器的光线方向相互平行且等距间隔，所述定位相机位于所述3个激光器的中间激光器的后方，所述定位相机的光轴与所述3个激光器的投射方向一致。

2.根据权利要求1所述的打桩船的桩体定位装置，其特征在于，还包括姿态传感器和导航装置；

所述导航装置安装在所述打桩船上，用于获取所述打桩船的位置信息；

所述姿态传感器安装在所述打桩船的船艏甲板上，用于获取所述打桩船的姿态数据；

所述定位计算单元还用于接收所述姿态数据并根据所述姿态数据对所述桩***置信息进行修正。

3.一种打桩船的桩体定位方法，其特征在于，使用权利要求1-2任一项所述的桩体定位装置，所述桩体定位方法应用于定位计算单元，包括：

接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标；

根据所述三维坐标和所述双目相机组之间的标定结果确定微距定位仪位置和微距定位仪姿态；

接收微距定位仪测量的桩体表面上3个激光器投射激光在桩体表面的反射点位置；

基于所述反射点位置、所述微距定位仪位置和所述微距定位仪姿态确定桩体的位置和倾斜。

4.根据权利要求3所述的打桩船的桩体定位方法，其特征在于，所述基于所述反射点位置、所述微距定位仪位置和所述微距定位仪姿态确定桩体的位置和倾斜之后，还包括：

接收所述微距定位仪记录的锤击引起的桩体画桩标记的移动量；

根据所述移动量和每阵锤击数，确定桩体的每阵的贯入度。

5.根据权利要求3所述的打桩船的桩体定位方法，其特征在于，所述接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标之前，还包括：

通过所述打桩船上的导航装置实时计算船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系，并将所述打桩船引导到预设位置。

6.根据权利要求5所述的打桩船的桩体定位方法，其特征在于，所述通过所述打桩船上的导航装置实时计算船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系，并将所述打桩船引导到预设位置之后，包括：

当所述打桩船的姿态为纵倾或横倾时，通过姿态传感器获取所述打桩船的姿态数据；

根据所述姿态数据对纵倾或横倾状态下的船体坐标系与施工坐标系的坐标转换关系进行修正。

7.根据权利要求3所述的打桩船的桩体定位方法，其特征在于，所述接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标，包括：

通过所述双目相机组对桩架上的标志点的标定结果进行验证；

通过所述微距定位仪和所述双目相机组对测量结果的正确性进行验证；

当所述标定结果验证通过且所述测量结果的正确性验证通过后，接收双目相机组测量的位于桩架上的2个标志点的三维坐标。

8.根据权利要求7所述的打桩船的桩体定位方法，其特征在于，所述通过所述微距定位仪和所述双目相机组对测量结果的正确性进行验证，包括：

通过全站仪获得临时桩体的调整至仰、直、俯三个状态下的标准数据，其中所述标准数据包括临时桩体的标准位置和标准倾斜；

通过所述微距定位仪和所述双目相机组获得临时桩体的调整至仰、直、俯三个状态下的测试数据；其中所述测试数据包括临时桩体的测试位置和测试倾斜；

将所述标准位置和所述测试位置作比较，将所述标准倾斜和所述测试倾斜作比较，基于比较结果验证所述测量结果的正确性。

9.根据权利要求8所述的打桩船的桩体定位方法，其特征在于，所述将所述标准位置和所述测试位置作比较，将所述标准倾斜和所述测试倾斜作比较，基于比较结果验证所述测量结果的正确性，包括：

当所述标准位置和所述测试位置之间的差值小于预设位置阈值且所述标准倾斜和所述测试倾斜之间的差值小于预设倾斜阈值，则确定测量结果的正确性验证通过。