本发明专利技术公开了一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，包括：安装在船体上的两个激光扫描仪，用于获得船体坐标系下的两个水平面单管桩轮廓的多个测点位置的三维坐标；安装在船体上的两个双轴倾角计，用于测量船体上层和下层的倾斜角度；安装在船两侧甲板上的GPS流动站，用于根据建立的船体坐标系和船体倾斜角度，测量当地工程坐标值；监控模块，用于将两个水平面的单管桩在船体坐标系下的三维坐标通过坐标转换算法计算出当地工程坐标，进而得到单管桩垂直度数据。还公开了一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测方法。本发明专利技术具有较高测量精度。
1、单管桩垂直度是保证施工质量和风机运营期安全的一个重要参数，根据风机基础施工技术要求，钢管桩沉桩允许偏差：位置允许偏差≤50cm，高程允许偏差≤5cm，基础顶法兰水平度(桩轴线垂直度)偏差≤2.75‰，因此对无过渡单桩基础的垂直度控制提出了非常高的要求，施工过程中，为了保证单桩基础垂直度始终在要求的范围之内，需要实时监测桩基垂直度，目前一些常规的监测手段虽然能够满足垂直度监测需要，但是存在诸多弊端，现阶段我国常用单管桩垂直度测量方法如下：
3、通过在桩身上安装角度传感器，直接测量桩身的倾斜角度，不需要进行复杂的数学转换，角度传感器测量的为相对角度，所以在施工开始的时候需要对传感器进行校正工作，即保持桩管垂直的情况下，测得传感器的读数计为初始值，施工过程中读取到的测量值减去初始值为钢管桩的轴线倾斜角度，由于钢管桩直径较大，为避免钢管桩椭圆度的影响，所以在钢管桩不同标高位置安装几个角度传感器，对测量数据进行校核，提高测量的精度，角度传感器在施工过程中，受到的冲击较大，冲击和振动较易损害传感器，造成传感器的测量不准。
5、通过全站仪观测桩身切边上两个不同高度(高差20m以上)的的水平投影差与高差计算该方向的桩身垂直度，全站仪安装位置同样要求晃动较小，否则对测量结果有较大的影响，而且全站仪的价格较高。
>1、本专利技术的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统及方法，具有较高测量精度。2、实现上述目的的技术方案是：
3、本专利技术之一的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，包括：
4、安装在船体上的两个激光扫描仪，用于获得船体坐标系下的两个水平面单管桩轮廓的多个测点位置的三维坐标；
5、安装在船体上的两个双轴倾角计，用于测量船体上层和下层的倾斜角度；
6、安装在船两侧甲板上的gps(全球定位系统)流动站，用于根据建立的船体坐标系和船体倾斜角度，测量当地工程坐标值；
7、监控模块，用于将两个水平面的单管桩在船体坐标系下的三维坐标通过坐标转换算法计算出当地工程坐标，进而得到单管桩垂直度数据。
8、优选的，两个所述激光扫描仪安装在船首不同标高位置。
9、优选的，所述激光扫描仪扫描的数据通过光纤传输至所述监控模块。
10、优选的，所述监控模块包括：
11、第一计算单元，用于通过最小二乘法拟合出曲线方程，通过对测点坐标的曲线拟合，可以获得曲线的空间位置，计算出两个桩心处的船体坐标；
12、转换单元，用于将两个桩心处的船体坐标通过坐标转换关系计算出两个桩心处的当地工程坐标；
13、第二计算单元，用于通过两个桩心坐标和两个标高值分别计算上下桩中心位置，进而计算出桩管的轴线垂直度数据。
14、本专利技术之二的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测方法，包括：
15、步骤s1，在船首安装两个不同标高的激光扫描仪；
16、步骤s2，在船两侧各安装一个gps流动站，以及安装在船体上下端各安装一个的双轴倾角计；
17、步骤s3，建立船体坐标系，通过所述双轴倾角计测量船体相当于地面的倾斜角度，得到当地工程坐标值，进而建立当地工程坐标系；
18、步骤s4，通过两个所述激光扫描仪获得船体坐标系下的两个水平面单管桩轮廓的多个测点位置的三维坐标；
19、步骤s5，将两个水平面的单管桩在船体坐标系下的三维坐标通过坐标转换算法计算出当地工程坐标，进而得到单管桩垂直度数据。
20、优选的，所述步骤s4中，单管桩轮廓是标准的圆形，在测得多个测点坐标的水平面上，用椭圆代替减小误差，椭圆一般可以用圆锥曲线方程的代数形式来表示：
21、ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0；
22、其中，(x,y)为椭圆上的坐标，a、b、c、d、e和f均为方程系数；
23、则，椭圆中心坐标为：
24、
25、
26、为了避免零解，并将解的任何整数部都视为对同一椭圆的表述，则对于参数做限制，其约束条件为a+c＝1；
27、应用上述方程对边缘检测后的离散点进行最小二乘处理，就可以得到圆锥曲线方程中的各系数，即：
28、
29、其中，n代表离散点；
30、利用上式的最小值来确定各系数，再有极值原理，欲使f(a,b,c,d,e)值为最小，必有：
31、
32、式中，f为目标函数，为目标函数对参数的偏导数；
33、由此可得一个线性方程组，结合a+c＝1求解得到圆锥曲线方程系数，进而得到两个水平面单管桩轮廓的多个测点位置的三维坐标。
34、优选的，求解得到圆锥曲线方程系数步骤如下：
35、导入圆锥曲线方程方程，设定循环次数，随机选取6个点；
36、利用最小二乘法求解圆锥参数；
37、遍历样本中的剩余点，求各个点到已得到的椭圆之间的距离，统计出这些距离小于所设定阀值的点数；
38、导出中心坐标及其相对应的符合条件的点数，从而选出拟合出最佳的椭圆。
39、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过通过激光扫描仪扫描不同标高位置的桩管外形，继而计算桩心坐标来计算桩轴线的垂直度，避免了由于钢管桩直径较大，钢管桩椭圆度的影响，本专利技术较其他方法具有在恶劣条件下施工的能力，提高了测量的精度。
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【技术保护点】
1.一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，两个所述激光扫描仪安装在船首不同标高位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，所述激光扫描仪扫描的数据通过光纤传输至所述监控模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，所述监控模块包括：
5.一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测方法，其特征在于，所述步骤S4中，单管桩轮廓是标准的圆形，在测得多个测点坐标的水平面上，用椭圆代替减小误差，椭圆一般可以用圆锥曲线方程的代数形式来表示：
7.根据权利要求6所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测方法，其特征在于，求解得到圆锥曲线方程系数步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，两个所述激光扫描仪安装在船首不同标高位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，所述激光扫描仪扫描的数据通过光纤传输至所述监控模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的钢管桩轴线垂直度监测系统，其特征在于，所述监...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，杨安韬，马振江，龚权华，李辉，张涵之，
申请(专利权)人：中交上海三航科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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