一种旋挖机施工桩基的快速精准就位方法与装置与流程

本发明属于桩基就位，尤其涉及一种旋挖机施工桩基的快速精准就位方法与装置。

背景技术：

1、在现有技术中，旋挖机施工桩基就位之前，需要对地面进行基础处理，即将地面整平压实，并采用gps或北斗定位进行测量放样，即确定桩位并定桩(后续对位用)，得到各个桩位的桩号及桩位坐标(x、y、z)。

2、在就位时，首先，工作人员需要先在图纸上确定目标桩位(即待施工桩位)的桩号及位置，并驾驶旋挖机移动至目标桩位处(需人工导引)；其次，需要进行二次校核(由于是群桩工况，现场有很多设备，无法确保桩位之间不存在扰动，一旦存在扰动，桩位就有偏差，因此需要对其进行二次校核)，以确保就位精度；最后，人工驾驶旋挖机对位，即旋挖机导杆下方护筒的筒中心与桩中心对准，具体的对准方式为：在筒的周围设置支架，支架延伸到筒中心，从筒中心吊绳，绳上固定重锤，驾驶旋挖机移动，使得重锤的尖部与桩心对准。

3、在垂直度上，现有技术中一般采用常规护筒进行初步导向，并采用旋挖机自身来进行全过程控制(在实际施工过程中，旋挖机可以实时显示导杆的垂直度)，旋挖机的垂直精度能达到千分之四到六，能满意一般施工要求；而对于有高精度要求(如不超过千分之二)的地区，此种方式并不适用，即现有的设备达不到高精度设计要求。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

5、(1)需要初始放桩+桩位二次校核，功效低；

6、(2)群桩时，需要按照桩号和图纸人工导引去找目标桩位，功效低，自动化程度低；

7、(3)旋挖机到达目标桩位附近后，还需要吊线对位，比较麻烦，功效低；

8、(4)垂直精度在千分之四以上，很难满足高精度桩基要求；

9、(5)填埋式常规护筒比较短，而且在使用过程中容易出现偏斜，导向性能差，不利于保证垂直精度。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种旋挖机施工桩基的快速精准就位方法与装置。

2、所述技术方案如下：一种旋挖机施工桩基的快速精准就位方法，包括：

3、s1、根据输入的下一待施工桩基的桩基序号读取预设数据表，获取下一待施工桩基的桩基预设坐标，所述桩基预设坐标为目标点位置坐标；

4、s2、将旋挖机本体的当前位置作为起点位置，将所述桩基预设坐标作为终点位置，形成规划行进路线并进行显示，当所述规划行进路线与实际施工区域的实际行进路线偏离时，将规划行进路线进行切换，重新获取新的规划行进路线；

5、s3、检测旋挖机本体的底盘是否水平，根据检测到的水平信号判断施工区域地面平整度；

6、s4、通过定位装置的第一定位器和第二定位器实时获取两个位置信号，根据两个位置信号和目标点位置坐标判断旋挖机本体是否到达目标位置；所述目标位置为目标桩心坐标位置；

7、s5、采用旋挖机本体上的垂直检测装置对导杆的垂直度是否与目标桩心坐标位置一致性进行检测与调整，直到垂直度与目标桩心坐标位置一致。

8、在步骤s4中，所述第一定位器和第二定位器均安装在旋挖机本体上，所述定位装置用于固定导杆的顶部的固定部件，第一定位器和第二定位器分别与导杆中心的第一水平距离r1和第二水平距离r2相等，分别形成以第一定位器和第二定位器为圆心，以第一水平距离r1和第二水平距离r2为半径形成两个圆，两个圆具有唯一的交点，交点的位置为目标桩心坐标位置；

9、所述两个位置包括以第一定位器为圆心，以第一水平距离r1为半径形成的圆所在位置，以及以第二定位器为圆心，以第二水平距离r2为半径形成的圆所在位置；所述第一水平距离r1为以第一定位器为圆心到导杆中心的水平距离，所述第二水平距离r2为以第二定位器为圆心到导杆中心的水平距离。

10、在步骤s5中，所述垂直检测装置为安装在导杆上的基于图像识别的一个或多个摄像头，一个或多个所述摄像头捕捉导杆的多个视角，将捕捉到的导杆的实时图像传输到处理模块，处理模块采用边缘检测、图像滤波和形态学操作提取导杆的轮廓，通过霍夫变换或直线检测方法识别导杆的边缘，根据导杆边缘线判断导杆是否倾斜。

11、进一步，所述垂直检测装置为摄像头和神经网络相结合的装置，采用训练好的神经网络模型对摄像头捕捉到的图像进行实时分析，神经网络模型模型输出导杆的垂直度检测结果。

12、进一步，所述采用训练好的神经网络模型对摄像头捕捉到的图像进行实时分析，包括：

13、步骤1：使用图像识别方法表示每个出现在导杆多个视角图像集的图像，利用神经网络模型提取相应的导杆边缘线；

14、步骤2：使用摄像头和神经网络的组合机制，对每个导杆边缘线进行倾斜偏差提取；

15、步骤3：设计有效导杆边缘线保留方法，增加导杆多个视角图像集中的有效导杆边缘线；保留具有倾斜偏差是导杆中心与目标桩心重合图像，保留导杆中心与目标桩心偏离度允许偏差图像的导杆边缘线方法，保留导杆边缘线倾斜偏差是0的方法，保留导杆边缘线倾斜偏差在允许范围与目标桩心偏离度超出允许偏差图像的方法；通过有效导杆边缘线保留方法保留有效导杆边缘线，生成高效的导杆的垂直度图像集。

16、在步骤1中，将每个图像代表的权重经过transformer层，该层包含编码部分和解码部分；每个图像权重通过编码部分将会获得一个高维度的表示权重，该表示权重通过解码部分得到逼真级信息，这些逼真级别的信息通过bilstm层输出每个图像的标注类型，采用的标注类型方法是bmes；

17、其中，bmes有四个类型，分别为：b-mat，m-mat，e-mat，o；b-mat代表导杆边缘线的第一个单图像，m-mat代表导杆边缘线中间的所有图像集，e-mat代表导杆边缘线最后面的图像集，o代表这个图像不属于某个导杆边缘线图像组中；

18、所有图像和其对应的标注类型经过crf层进行纠错，输出每个图像识别对应的导杆边缘线。

19、在步骤2中，所述对每个导杆边缘线进行倾斜偏差提取，包括：

20、步骤2.1：该神经网络的输入经过bigru层；该层由两个相反方向的gru组成，每个gru由updategate和resetgate组成；其中，updategate控制前一个输出对现在输入的影响；updategate中的值越大则对现在的影响就越大，resetgate用来决定是否保留之前输出的值；

21、步骤2.2：将输出信息当作attention层的输入；该层表现成神经网络中的一层网络，用来为有意义的图像组添加相应的权重。

22、在步骤3中，所述有效导杆边缘线保留方法包括：

23、步骤3.1：利用偏差允许方法，保留导杆多个视角图像集中带有该倾斜偏差的有效导杆边缘线；如果导杆边缘线a具有相同倾斜度含义的导杆边缘线c，并且a和c同时出现在相同的导杆多个视角图像集中，那么a是一个有效的导杆边缘线；为保留有效的导杆边缘线，列表被用作该方法的数据结构；在该方法中每个有相同倾斜度含义的图像都会建立一个列表，该列表包含所有图像的导杆中心与目标桩心重合图像和导杆中心与目标桩心偏离度允许偏差图像；

24、步骤3.2：利用保留导杆边缘线倾斜偏差是0的方法，保留导杆边缘线倾斜偏差在允许范围；如果导杆边缘线a与导杆边缘线b重叠，a是有效导杆边缘线，即导杆中心与目标桩心重合图像；

25、步骤3.3：目标桩心偏离度超出允许偏差图像的方法规则如下：当导杆中心偏离度超出目标桩心时，则以杆中心和目标桩心为子节点(a，d)作为它们的父节点创造一颗树tree(a，d)，在考虑多重偏离度超出时，即导杆边缘线c超出于导杆边缘线集合(a，b)中的一个；则导杆边缘线c为目标桩心偏离度超出允许偏差图像；

26、步骤3.4：利用保留完后的导杆边缘线集生成导杆的垂直度图像集；生成导杆的垂直度图像集的方法包括：取导杆边缘线的数目作为导杆的垂直度图像集的维度，每一行代表一个数学问题；根据数学问题所涉及的导杆边缘线，在导杆的垂直度图像集中对应的位置用1标记；

27、其中，不涉及的导杆边缘线标记为0；在该方法中，产生三种类型的导杆的垂直度图像集：关于权重为0的导杆的垂直度图像集q0，关于权重为0-0.05的目标桩心偏离度允许偏差图像的导杆的垂直度图像集q0.05，关于权重为0.05-1的目标桩心偏离度超出允许偏差图像导杆的垂直度图像集q1。

28、其中，(1)对神经网络中transformer层的权重参数进行更新，其中，θi为为某个导杆边缘节点调整角度中的权重值；当导杆边缘节点嵌入信息以及导杆调整动作可提高导杆边缘调整效果时更新参数，目标函数公式如下：

29、

30、其中，为权重参数，为导杆边缘节点调整的角度，为导杆边缘节点调整的最小角度，gλ为总体调整前的效果函数，为总体调整效果函数，为导杆边缘调整的目标值，为导杆边缘节点嵌入信息调整中的状态，clip()为更新函数，为包含值；

31、(2)在目标函数中加入值函数误差和熵加成项，表达式为：

32、

33、式中，为当前λ时刻策略下的熵，为实现的总调整反馈，y,z均为系数，为导杆边缘调整的总体值，为当前λ时刻的权重参数下调整的反馈值；

34、(3)不断朝梯度下降的方向更新直至收敛。

35、在步骤s5中，垂直检测装置与总控平台信号连接，在接收到总控平台发送的启动信号后，进行导杆是否与目标桩心坐标位置一致性垂直度检测，并将垂直度检测结果发送至总控平台进行显示，检测结果包括垂直度合格和垂直度不合格。

36、本发明的另一目的在于提供一种旋挖机施工桩基的快速精准就位装置，该装置实施所述旋挖机施工桩基的快速精准就位方法，该装置包括：旋挖机本体、总控平台、水平仪、垂直检测装置、定位装置；

37、所述总控平台位于旋挖机本体的驾驶室内，总控平台配置有导航模块以及显示屏，将施工区域图纸以及预设数据表录入到总控平台，预设数据表包括多个桩基序号和与每个桩基序号对应的桩基预设坐标，显示屏实时显示当前施工情况，导航模块基于施工区域图纸上各桩基分布情况，根据旋挖机本体当前的位置以及目标位置规划出旋挖机本体的行进路线，该行进路线通过显示屏显示；

38、所述水平仪安装在旋挖机本体的底盘上，用于检测旋挖机本体的底盘是否水平，水平仪与总控平台相连接，将检测到的水平信号发送至总控平台；

39、所述垂直检测装置为基于图像识别的一个或多个摄像头，并基于图像识别和神经网络相结合的装置，判断导杆是否倾斜；

40、所述定位装置包括第一定位器和第二定位器，第一定位器和第二定位器均安装在旋挖机本体上，实时获取两个位置信号，根据两个位置信号和目标点位置坐标判断旋挖机本体是否到达目标位置，所述目标位置为目标桩心坐标位置。

41、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的有益效果为：本发明通过设置由总控平台、水平仪、垂直检测装置、定位装置组成的快速精准就位系统，不需要初始放桩、桩位二次校核，便于统一管理以及随时掌控旋挖机的位置，无需按照桩号和图纸人工导引去找目标桩位，功效高，自动化程度高，提高了旋挖机的就位效率，且对位准确；能够确保旋挖机造孔施工的垂直精度满足高标准设计要求。