[发明专利]柱体线位移、角位移的测量方法

说明书

本发明公开了一种柱体线位移、角位移的测量方法，包括：步骤1、将三维电子罗盘置入待测柱体的径向截面上，并定义初始坐标系XYZ和罗盘坐标系X`Y`Z`；步骤2、读取三维电子罗盘上的读数，并根据初始坐标系与罗盘坐标系之间的关系，计算柱体轴线单位法向量在初始坐标下的坐标；步骤3、根据步骤2得到的坐标计算柱体轴线单位法向量在初始坐标下的倾角以及其方位角；步骤4、根据柱体的地面固定端与三维电子罗盘所在径向截面之间的距离以及步骤3获得的倾角、方位角计算获得柱体空间线位移，并根据三维电子罗盘读数获取柱体角位移。本发明仅仅通过一个罗盘即可同时测量柱体线位移以及角位移，省时省力。

技术领域

本发明属于土木工程测量的技术领域，具体涉及一种同时柱体线位移、角位移的测量方法。

背景技术

土木工程中柱体在风载、地震、以及重力等多种荷载的综合作用下会产生变形，其基本变形量包括转角、倾角和位移。一般情况下，采用平面罗盘测定扭转角，采用倾角计测定倾角，采用位移计或全站仪测定位移，三种变形量需要单独测量。并且测量、计算过程复杂，因此需要开发一种能够方便快捷地测量柱体倾角、线位移和角位移的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种柱体线位移、角位移的测量方法，该方法仅仅通过一个罗盘即可测量柱体线位移和角位移，省时省力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种柱体线位移、角位移的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将三维电子罗盘置入待测柱体的径向截面上，并定义初始坐标系XYZ和罗盘坐标系X`Y`Z`；

步骤2、读取三维电子罗盘上的读数，并根据初始坐标系与罗盘坐标系之间的关系，计算柱体轴线单位法向量在初始坐标下的坐标；

步骤3、根据步骤2得到的坐标计算柱体轴线单位法向量在初始坐标下的倾角以及其方位角；

步骤4、根据柱体的地面固定端与三维电子罗盘所在径向截面之间的距离以及步骤3获得的倾角、方位角计算获得柱体线位移，并根据三维电子罗盘读数获取柱体角位移。

进一步地，在三维电子罗盘上增设三轴线速度传感器。

进一步地，步骤1中定义坐标系为：

初始坐标系XYZ下Z轴指向正上方，Y轴指向正北方，X轴指向正东方；

罗盘坐标系X`Y`Z`定义为：指定罗盘平面的一条边为X`轴，指定X`轴逆时针旋转90度方向的边为Y`轴罗盘坐标系的，根据右手法则，指定罗盘平面的法向向上为Z`轴，其中，柱体轴的指向和罗盘坐标系Z`的指向相同。

进一步地，步骤2中初始坐标系与罗盘坐标系之间的关系为：

根据笛卡尔坐标系下的坐标理论，初始坐标系下转换x₀ y₀ z₀到罗盘坐标的x₁ y₁z₁公式为:

记R为坐标变换矩阵为：

式中，cos(x₀,y₁)代表为初始坐标系统的X轴和罗盘坐标系统的Y轴夹角的余弦值，其余类推。

进一步地，当三维电子罗盘平面的读数为(x、y、z)时，柱体轴线向量在X`Y`Z`坐标下为(0，0，1)，初始坐标系下柱体轴线法向量(V_BX，V_BY，V_BZ)，在初始坐标系下的计算式为：

其中：