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摘要：随着北斗卫星导航系统发展与应用，越来越多的行业融合了“北斗+”的元素，尤其在智能交通、精准农业、工程机械、矿山监测等行业得到广泛应用，精准化、智能化和快捷化逐渐被大家认可。静力压桩机传统工作方式是人们使用全站仪、经纬仪、水准仪等仪器进行人工定点，而且静力压桩机都是回转机构构成的步履式行走容易破坏之前的标记点，所以施工时只能人工一边指引桩机位置一边通过经纬仪加钢卷尺的方式进行点放样。人工指引慢，雨天、黑夜工作起来更是艰难，而且人工费常年逐渐增高，找工难、用工难的问题越发严重，所以通过北斗高精度定位在静力压桩机对桩基数字化引导的出现这些问题将迎刃而解。既能保证工程质量，又能大大提高施工效率，大幅缩短施工工期，还降低了施工成本。
关键字：北斗+、CAD、数字化施工、卫星定位（RTK）、静力压桩机、
本文主要介绍了北斗高精度定位定向接收机通过相对控制的方法计算桩基位置，然后通过智能显示终端以及语音识别的方式指引施工员能快速、准确的将静力压桩机移动到准确的位置上。显示终端通过记录打桩的起始与结束的时间及坐标等信息并实时上传至云平台的方式，实现机主远程监控的效果以及施工质量的智能分析。
1、系统工作原理
桩机引导系统主要使用RTK实时相位差分技术，通过4G全网通模块或者无线电通讯实现载波数据传输。利用点校正将WGS84坐标系转化为施工所用坐标系，实现桩机的实时坐标在地图中展示。通过在桩机上安装高精度双天线定位定向接收机得到桩机的实时坐标与方位
系统组成：
主要包括基准站套件、数据链通讯、移动站智能显示终端，以及信息化平台和手机APP，如图1所示。
基准站部分是一款自供电式一体化网络接收机，通过固定式启动方式架设在工地上空旷无遮挡的位置，将接收到的卫星信号转化成差分改正数通过4G网络传输到桩机上的移动终端。选择网络通讯是考虑到工地上电磁环境比较复杂而且工地高的建筑物比较多，容易对信号造成干扰或遮挡，影响施工效率，
桩机上主要安装了两个卫星天线用来接收定位定向信号、电子姿态测量仪、大屏幕安卓智能显示接收机。
电子姿态测量仪可准确测量当前桩机姿态是否水平，通过电子姿态测量仪可计算出当前桩机水平夹角，可通过语音或界面报警的方式提示给操作员将桩机调整成水平状态，保证在打桩过程中桩机是出于水平状态。它具备IP67级别的防尘防水等级，完全具备室外安装的条件。
大屏幕安卓智能显示接收机内部集成紧凑型高精度板卡，支持全系统多频点高精度定位定向，通过与抽象的RTCM协议模板进行模式匹配识别和纠正算法完整实现了差分RTCM数据输入自适应功能;内置强大稳定可靠的车规级处理器ARM Cortex-A7，主频1.5Hz，板载2GB内存，16GB存储;内置双卡双待全网通4G模块保证信号传输的可靠性;采用10.1寸电容式触摸屏，支持10指触摸，分辨率1280*720P，亮度750nits，屏幕亮度高，强光下可视。
接收机通过4G通过方式实时获取基准站的差分数据来实现实时RTK厘米级的坐标。电子姿态测量仪通过检测桩机姿态检验桩机是否达到水平状态，若不水平将通过屏幕显示和语音提示的方式告知用户需要将桩机摆正，若桩机没有摆正将会把电子姿态测量仪的数据加入算法计算，双天线定位定向可通过主天线坐标和两个天线的方向以及电子姿态测量仪的纠偏共同计算出桩基坐标。
接触过测量的人员都知道想要在工程上使用RTK就需要将坐标进行点矫正，需要注意的是点校正通常至少需要3个控制点进行校正，点校正如图2，控制点要分布在测区周围尽量是均匀分布，如果测区比较大，控制点比较多要分区做校正，不要一个区域十几个点或者更多点全部参与校正。通过点校正将桩基坐标转换成跟施工工地统一的坐标系。
如图3所示，A为主天线，B为副天线，C为桩基位置。
将桩机调平，通过GNSS-RTK方式可将桩机上的A、B、C三个点的坐标采集下来，采集时要多次平均的方式进行采集，保证数据的准确性。通过三点的坐标可将三角形形成一个水平刚体。通过GNSS定位可已知A点、B点坐标，以及AB线方向。通过A点坐标和AB方向可套用到刚体上推算出C点坐标。
本系统通过桩基实时坐标，比对目标点坐标，计算出坐标差，此时只能相对方向的方式来提示，如向东、向西、向南、向北的方向来引导桩机进行移动，经过现场使用此方法不太适用人的习惯。故采用了如图4方式的提示方法，以桩机的方向为正方向，提示向前、向后和向左、向右。
2、軟件系统
基于安卓系的智能桩机引导系统管理平台，主要包括作业管理、点管理、基站连接、配置与诊断、点校正、系统设置、开始打桩7个模块，简单、人性化的界面设计，极大的降低了用户操作难度。
· 作业管理： 新建作业，完成作业名称填写，作业类型的选择坐标文件导入、桩点数量统计;继续作业，作业任务的选择、作业属性的显示（作业名称、工作量、已完成工作量、未完成工作量、桩位类型、作业创建时间）;实现了上次作业任务退出软件后默认为退出时作业任务。
· 点管理：点属性显示（桩点名称、桩点X坐标、桩点Y坐标、桩点标高、是否已打桩、桩位类型、开始结束打桩XYH坐标偏差值、开始结束打桩方位角偏差值;实现了点查询、点添加、点编辑、点删除、批量删除功能。
· 基站连接：主要包括无线电台通讯设置;网络基站服务设置。
· 配置与诊断：一键配置，可以重新车载端;接收机诊断暂不可用;基站设置，与打桩助手使用方法一样;点放样，与打桩助手使用方法一样。
· 点校正：实现了不同桩机类型不同适配界面，实现了平面高程校正;点校正坐标可编辑可删除。
· 系统设置：实现了坐标系、桩机类型、模型方向、桩机模型、限差设置的设置以及作业统计量、超级终端的电台配置与数据显示、异常工作日志的存储、接收机数据的采集、软件信息显示。 · 开始打桩：实现了根据桩机类型的不同开始打桩界面的适配;实现了控制点的分布图的展入;实现了导航模式的切换（东南西北、前后左右）;实现了语音播报的开关;实现了系统限制的开关（下次打开软件默认开启）;实现了地图的可拖动桩位选择;实现方向角的界面显示;打桩时间的控制。
3、系統特点
· 实时获取当前打桩机与桩基位置的相对距离。
· 可视化的图形界面，直观易懂的操作界面，降低了操作的难度。
· 系统具有CORS功能，在CORS覆盖区域内可以直接接入CORS系统数据进行高精度定位作业。
· 无纸化作业，CAD数据可以直接导入打桩软件，支持点坐标数据导入，自动生成图形可视化界面。
· 定位精度高，系统采用GPS、北斗、GLONASS三系统联合定位解算，可追踪卫星数量增多，提高定位精度。
· 语音智能提示，实时语音播报引导桩机操作手进行下一步桩机位移操作，精确找桩。
· 满足精度后系统语音告知桩机操作手可以当前进行压桩作业，同时界面有相应的实时距离显示。
· 工作量统计，系统可对每天工作量进行自动化统计导出，用户只需插入U盘即可将统计数据自动导出到U盘。
· 打桩状态标注，系统对当前已打桩位进行了唯一标识，防止漏桩现象产生。
· 使用该系统作业效率相比传统作业方式提高30%以上。
4、引导系统与传统对比
5、结束语
本文介绍了北斗GNSS高精度定位定向RTK技术在桩机上的引导方案，利用高精度厘米级的定位结果，结合电子姿态测量仪的水平测量结果，实现了桩机精准化、智能化的引导控制。相比人工施工节省了施工人员数量、降低了劳动强度、提高了施工的准确度，为施工人员施工提供了24小时全天候施工的条件。
参考文献
[1] 李征航，黄劲松.GPS测量原理与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2005：25-102.
[2] 李海成，石国平.基于北斗卫星导航的工程机械车辆网系统[J].电子技术与软件工程，2014（19）：111.
[3] 徐周，GPS差分定位技术及实现方法的研究：[D].：解放军信息工程大学，2006
[4] 董方园，李晓宇，徐纪洋，李俊雄，康凯.北斗桩机引导系统：201920224942.6[P].2019-02-22.
作者简介：张贤凯，1990年生，男，河北邯郸人，本科，助理工程师，就职于上海联适导航技术股份有限公司，主要研究方向为北斗高精度应用
上海联适导航技术股份有限公司 201702
关键字：北斗+、CAD、数字化施工、卫星定位（RTK）、静力压桩机、
本文主要介绍了北斗高精度定位定向接收机通过相对控制的方法计算桩基位置，然后通过智能显示终端以及语音识别的方式指引施工员能快速、准确的将静力压桩机移动到准确的位置上。显示终端通过记录打桩的起始与结束的时间及坐标等信息并实时上传至云平台的方式，实现机主远程监控的效果以及施工质量的智能分析。
1、系统工作原理
桩机引导系统主要使用RTK实时相位差分技术，通过4G全网通模块或者无线电通讯实现载波数据传输。利用点校正将WGS84坐标系转化为施工所用坐标系，实现桩机的实时坐标在地图中展示。通过在桩机上安装高精度双天线定位定向接收机得到桩机的实时坐标与方位
系统组成：
主要包括基准站套件、数据链通讯、移动站智能显示终端，以及信息化平台和手机APP，如图1所示。
基准站部分是一款自供电式一体化网络接收机，通过固定式启动方式架设在工地上空旷无遮挡的位置，将接收到的卫星信号转化成差分改正数通过4G网络传输到桩机上的移动终端。选择网络通讯是考虑到工地上电磁环境比较复杂而且工地高的建筑物比较多，容易对信号造成干扰或遮挡，影响施工效率，
桩机上主要安装了两个卫星天线用来接收定位定向信号、电子姿态测量仪、大屏幕安卓智能显示接收机。
电子姿态测量仪可准确测量当前桩机姿态是否水平，通过电子姿态测量仪可计算出当前桩机水平夹角，可通过语音或界面报警的方式提示给操作员将桩机调整成水平状态，保证在打桩过程中桩机是出于水平状态。它具备IP67级别的防尘防水等级，完全具备室外安装的条件。
大屏幕安卓智能显示接收机内部集成紧凑型高精度板卡，支持全系统多频点高精度定位定向，通过与抽象的RTCM协议模板进行模式匹配识别和纠正算法完整实现了差分RTCM数据输入自适应功能;内置强大稳定可靠的车规级处理器ARM Cortex-A7，主频1.5Hz，板载2GB内存，16GB存储;内置双卡双待全网通4G模块保证信号传输的可靠性;采用10.1寸电容式触摸屏，支持10指触摸，分辨率1280*720P，亮度750nits，屏幕亮度高，强光下可视。
接收机通过4G通过方式实时获取基准站的差分数据来实现实时RTK厘米级的坐标。电子姿态测量仪通过检测桩机姿态检验桩机是否达到水平状态，若不水平将通过屏幕显示和语音提示的方式告知用户需要将桩机摆正，若桩机没有摆正将会把电子姿态测量仪的数据加入算法计算，双天线定位定向可通过主天线坐标和两个天线的方向以及电子姿态测量仪的纠偏共同计算出桩基坐标。
接触过测量的人员都知道想要在工程上使用RTK就需要将坐标进行点矫正，需要注意的是点校正通常至少需要3个控制点进行校正，点校正如图2，控制点要分布在测区周围尽量是均匀分布，如果测区比较大，控制点比较多要分区做校正，不要一个区域十几个点或者更多点全部参与校正。通过点校正将桩基坐标转换成跟施工工地统一的坐标系。
如图3所示，A为主天线，B为副天线，C为桩基位置。
将桩机调平，通过GNSS-RTK方式可将桩机上的A、B、C三个点的坐标采集下来，采集时要多次平均的方式进行采集，保证数据的准确性。通过三点的坐标可将三角形形成一个水平刚体。通过GNSS定位可已知A点、B点坐标，以及AB线方向。通过A点坐标和AB方向可套用到刚体上推算出C点坐标。
本系统通过桩基实时坐标，比对目标点坐标，计算出坐标差，此时只能相对方向的方式来提示，如向东、向西、向南、向北的方向来引导桩机进行移动，经过现场使用此方法不太适用人的习惯。故采用了如图4方式的提示方法，以桩机的方向为正方向，提示向前、向后和向左、向右。
2、軟件系统
基于安卓系的智能桩机引导系统管理平台，主要包括作业管理、点管理、基站连接、配置与诊断、点校正、系统设置、开始打桩7个模块，简单、人性化的界面设计，极大的降低了用户操作难度。
· 作业管理： 新建作业，完成作业名称填写，作业类型的选择坐标文件导入、桩点数量统计;继续作业，作业任务的选择、作业属性的显示（作业名称、工作量、已完成工作量、未完成工作量、桩位类型、作业创建时间）;实现了上次作业任务退出软件后默认为退出时作业任务。
· 点管理：点属性显示（桩点名称、桩点X坐标、桩点Y坐标、桩点标高、是否已打桩、桩位类型、开始结束打桩XYH坐标偏差值、开始结束打桩方位角偏差值;实现了点查询、点添加、点编辑、点删除、批量删除功能。
· 基站连接：主要包括无线电台通讯设置;网络基站服务设置。
· 配置与诊断：一键配置，可以重新车载端;接收机诊断暂不可用;基站设置，与打桩助手使用方法一样;点放样，与打桩助手使用方法一样。
· 点校正：实现了不同桩机类型不同适配界面，实现了平面高程校正;点校正坐标可编辑可删除。
· 系统设置：实现了坐标系、桩机类型、模型方向、桩机模型、限差设置的设置以及作业统计量、超级终端的电台配置与数据显示、异常工作日志的存储、接收机数据的采集、软件信息显示。 · 开始打桩：实现了根据桩机类型的不同开始打桩界面的适配;实现了控制点的分布图的展入;实现了导航模式的切换（东南西北、前后左右）;实现了语音播报的开关;实现了系统限制的开关（下次打开软件默认开启）;实现了地图的可拖动桩位选择;实现方向角的界面显示;打桩时间的控制。
3、系統特点
· 实时获取当前打桩机与桩基位置的相对距离。
· 可视化的图形界面，直观易懂的操作界面，降低了操作的难度。
· 系统具有CORS功能，在CORS覆盖区域内可以直接接入CORS系统数据进行高精度定位作业。
· 无纸化作业，CAD数据可以直接导入打桩软件，支持点坐标数据导入，自动生成图形可视化界面。
· 定位精度高，系统采用GPS、北斗、GLONASS三系统联合定位解算，可追踪卫星数量增多，提高定位精度。
· 语音智能提示，实时语音播报引导桩机操作手进行下一步桩机位移操作，精确找桩。
· 满足精度后系统语音告知桩机操作手可以当前进行压桩作业，同时界面有相应的实时距离显示。
· 工作量统计，系统可对每天工作量进行自动化统计导出，用户只需插入U盘即可将统计数据自动导出到U盘。
· 打桩状态标注，系统对当前已打桩位进行了唯一标识，防止漏桩现象产生。
· 使用该系统作业效率相比传统作业方式提高30%以上。
4、引导系统与传统对比
5、结束语
本文介绍了北斗GNSS高精度定位定向RTK技术在桩机上的引导方案，利用高精度厘米级的定位结果，结合电子姿态测量仪的水平测量结果，实现了桩机精准化、智能化的引导控制。相比人工施工节省了施工人员数量、降低了劳动强度、提高了施工的准确度，为施工人员施工提供了24小时全天候施工的条件。
参考文献
[1] 李征航，黄劲松.GPS测量原理与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2005：25-102.
[2] 李海成，石国平.基于北斗卫星导航的工程机械车辆网系统[J].电子技术与软件工程，2014（19）：111.
[3] 徐周，GPS差分定位技术及实现方法的研究：[D].：解放军信息工程大学，2006
[4] 董方园，李晓宇，徐纪洋，李俊雄，康凯.北斗桩机引导系统：201920224942.6[P].2019-02-22.
作者简介：张贤凯，1990年生，男，河北邯郸人，本科，助理工程师，就职于上海联适导航技术股份有限公司，主要研究方向为北斗高精度应用
上海联适导航技术股份有限公司 201702