CN104330073B - 一种烟囱倾斜度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟囱倾斜度的测量方法，包括如下步骤：1)现场选择测站点和定向点；2)在测站点设置激光全站仪，用激光扫描模式，分别测量烟囱顶部和底部激光扫描椭圆截面边缘不少于5个点的三维空间坐标；3)将测量得到的三维空间坐标点展绘成图；获取烟囱顶部和底部观测点投影坐标；4)用公式解得烟囱顶部和底部椭圆截面的中心点坐标；5)连接两中心点得矢量线段，通过查看属性得到所测量烟囱的倾斜方位和倾斜量。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)可快速、准确地测量出烟筒倾斜度,设备投入少，测量成本低；2)利用此方法可对空间任意姿态的高大圆柱体构筑物实施高效定位监测；3)测量方法灵活简便，容易掌握，具有推广应用价值。

Description

一种烟囱倾斜度的测量方法

技术领域

本发明涉及建构筑物变形量测量技术领域，尤其涉及一种烟囱倾斜度的测量方法。

背景技术

在工业生产中，长期运营的大型烟囱、大型圆柱体构筑物，受自身和自然条件的影响，其姿态的稳定性必然要产生变化，如果这种变化超出了安全界限，就会对社会财产和生命安全构成威胁，所以必须对其进行定期观测，以便及时发现隐患，采取措施确保安全生产。

随着计算机技术、测绘理论和测绘仪器的发展，原有的测绘方法和技术也在不断地淘汰和更新。利用多平台的整合技术，对大型烟囱等大型圆柱体构筑物进行变形量观测，具有更加经济、准确和高效的特点。

发明内容

本发明提供了一种烟囱倾斜度的测量方法，利用激光截面扫描法获取观测点坐标，利用公式计算及基于制图软件平台的坐标点展绘，可快速、准确地测量出烟筒倾斜度，并可用于对空间任意姿态的高大圆柱体构筑物实施高效定位监测。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种烟囱倾斜度的测量方法，包括如下步骤：

1)在现场选择用于观测烟囱倾斜度的测站点和定向点，如需要长期跟踪观测，测站点和定向点布设为固定点；

2)在测站点设置激光全站仪，以定向点定位，用激光扫描模式，分别测量烟囱顶部激光扫描椭圆截面边缘不少于5个点的三维空间坐标(X₁,Y₁,H₁)；测量烟囱底部激光扫描椭圆截面边缘不少于5个点的三维空间坐标(X₂,Y₂,H₂)；

3)在AutoCAD平台上，在用户坐标系中将激光全站仪测量得到的三维空间坐标点和测站点的三维空间坐标点展绘成图；转换到以激光全站仪测量点为坐标原点的坐标系中，在俯视基准面上获取烟囱顶部观测点投影坐标(x₁y₁)；在仰视基准面上获取烟囱底部观测点投影坐标(x₂y₂)；

4)将步骤3)所得观测点投影坐标分别代入椭圆方程式：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0……(1)

和椭圆中心点(x₀，y₀)的计算公式：

x₀＝(2CD-BE)/(B²-4AC)……(2)

y₀＝(2AE-BD)/(B²-4AC)……(3)

解得烟囱顶部椭圆截面的中心点坐标(x₀₁，y₀₁)和烟囱底部椭圆截面的中心点坐标(x₀₂，y₀₂)；并在图中绘制点标记；

5)在AutoCAD平台上，转换回用户坐标系，用PLINE命令连接点(x₀₁，y₀₁)和点(x₀₂，y₀₂)，得到矢量线段，通过查看矢量线段的属性得到所测量烟囱的倾斜方位和倾斜量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)可快速、准确地测量出烟筒倾斜度,设备投入少，测量成本低；

2)利用此方法可对空间任意姿态的高大圆柱体构筑物实施高效定位监测；

3)测量方法灵活简便，容易掌握，具有推广应用价值

附图说明

图1是实施例1扫描测量示意图。

图2是实施例1观测坐标点展绘图。

图3是实施例1烟囱倾斜度投影示意图。

图中：1a/1b/1c/1d/1e/1f/1g.烟囱顶部扫描观测点2a/2b/2c/2d/2e/2f/2g.烟囱底部扫描观测点3.测站点4.定向点5.激光全站仪6.烟囱

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明一种烟囱倾斜度的测量方法，包括如下步骤：

1)在现场选择用于观测烟囱6倾斜度的测站点3和定向点4，如需要长期跟踪观测，测站点3和定向点4布设为固定点；

2)在测站点3设置激光全站仪5，用激光扫描模式，分别测量烟囱6顶部激光扫描椭圆截面边缘不少于5个点的三维空间坐标(X₁,Y₁,H₁)；测量烟囱底部激光扫描椭圆截面边缘不少于5个点的三维空间坐标(X₂,Y₂,H₂)；

3)在AutoCAD平台上，在用户坐标系中将激光全站仪5测量得到的三维空间坐标点和测站点3的三维空间坐标点展绘成图；转换到以激光全站仪5测量点为坐标原点的坐标系中，在俯视基准面上获取烟囱6顶部观测点投影坐标(x₁y₁)；在仰视基准面上获取烟囱6底部观测点投影坐标(x₂y₂)；

4)将步骤3)所得观测点投影坐标分别代入椭圆方程式：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0……(1)

和椭圆中心点(x₀，y₀)的计算公式：

x₀＝(2CD-BE)/(B²-4AC)……(2)

y₀＝(2AE-BD)/(B²-4AC)……(3)

解得烟囱6顶部椭圆截面的中心点坐标(x₀₁，y₀₁)和烟囱6底部椭圆截面的中心点坐标(x₀₂，y₀₂)；并在图中绘制点标记；

5)在AutoCAD平台上，转换回用户坐标系，用PLINE命令连接点(x₀₁，y₀₁)和点(x₀₂，y₀₂)，得到矢量线段，通过查看矢量线段的属性得到所测量烟囱的倾斜方位和倾斜量。

对于上述方法求得的倾斜量相对中误差的计算过程如下：

一般二次曲线的数学方程为

Ax²+2Bxy+Cy²+2Dx+2Ey+F＝0…(4)

对于椭圆和园而言，A≠0，消除A得到

x²+2bxy+cy²+2dx+2ey+f＝0…(5)

如果测量了椭圆上n个点P_i(x_i,y_i),i＝1,2,3,…,n,(测量坐标总是有误差的)得到代数方程组为：

v_i＝x²+2bxy+cy²+2dx+2ey+f…(6)

在∑v_i ²＝min的条件下，求解出式(6)的[b,c,d,e,f]^T

椭圆中心：

x₀＝(be-cd)/(c-b²),y₀＝(e-bd)/(c-b²)…(7)

对式(7)求全微分得到： $\left[\begin{array}{c}{\mathrm{dx}}_0\\ {\mathrm{dy}}_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}A1,A2,A3,A4,0\\ B1,B2,B3,B4,0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\∂b\\ \∂c\\ \∂d\\ \∂e\\ \∂f\end{array}\right]\mathrm{...}\left(8\right)$

式(7)中令H＝(c-b²)²则式(8)中各元素的具体表达式为：

A1＝(ce+b²e-2bcd)/H

A2＝(b²d-be)/H

A3＝(b²c-c²)/H

A4＝(bc-b³)/H

B1＝(cd+b²d-2be)/H

B2＝(e-bd)/H

B3＝(bc-b³)/H

B4＝(b²-c)

将式(8)转化为方差协方差阵：

${\mathrm{\Σx}}_0{y}_0=\left[\begin{array}{cc}{{\mathrm{\σ}}_{x_0}}^2& {\mathrm{\σ}}_{x0y0}\\ {\mathrm{\σ}}_{y0x0}& {{\mathrm{\σ}}_{y_0}}^2\end{array}\right]...\left(9\right)$

椭圆中心点的相对中误差为：

$\mathrm{\σ}=\±\sqrt{{{\mathrm{\σ}}_{x0}}^2+{{\mathrm{\σ}}_{y0}}^2}...\left(10\right)$

倾斜量相对中误差误差:

$m=\±\sqrt{{{\mathrm{\σ}}_a}^2+{{\mathrm{\σ}}_b}^2}...\left(11\right)$

式(11)中σ_a,σ_b分别为上椭圆中心和下椭圆中心的相对中误差。

倾斜量相对中误差的计算理论较为复杂，在实际测量工作中通常是做一般性检核，就是将观测点的坐标P_i(x_i,y_i)，代入求得的椭圆方程Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0，由于观测值存在误差，使得椭圆方程Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F≠0，其差值即可作为烟囱倾斜量一般性检核的依据。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

见图1，是本实施例的扫描测量示意图。根据用户的需求，在现场布设一个观测烟囱6倾斜度的测站点3、设定一个确定方位的定向点4。在测站点3设置激光全站仪5，用激光扫描模式，分别测量烟囱6顶部激光扫描椭圆截面边缘7个点(1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g)的三维空间坐标(X₁,Y₁,H₁)；测量烟囱底部激光扫描椭圆截面边缘7个点(2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g)的三维空间坐标(X₂,Y₂,H₂)；

观测点及测站点3坐标见下表：

序号	X1/X2	Y1/Y2	H1/H2
				1a	490021.153	4550004.840	60.200
1b	490020.970	4550004.652	60.113
				1c	490020.904	4550004.439	60.081
1d	490020.927	4550004.239	60.092
				1e	490021.015	4550004.075	60.134
1f	490021.133	4550003.968	60.191
				1g	490021.244	4550003.912	60.243
2a	490020.915	4550005.208	1.426
				2b	490020.706	4550005.029	1.419
2c	490020.529	4550004.732	1.413
				2d	490020.469	4550004.418	1.411
2e	490020.512	4550004.113	1.412
				2f	490020.684	4550003.791	1.418
2g	490020.969	4550003.555	1.427
				测站点坐标	490013.256	4550004.397	1.400

在AutoCAD平台上，在用户坐标系中将激光全站仪5测量得到的三维空间坐标点和测站点3的三维空间坐标点展绘成图；(见图2)，为方便观察，可用不同颜色区分顶部和底部的坐标点。

转换到以激光全站仪5测量点为坐标原点的坐标系中，在俯视基准面上获取烟囱6顶部观测点投影坐标(x₁y₁)；见下表：

序号	x1	y1
			1a	21.944	1.057
1b	21.723	0.929
			1c	21.568	0.610
1d	21.571	0.531
			1e	21.625	0.346
1f	21.858	0.119
			1g	22.057	0.064

在仰视基准面上获取烟囱6底部观测点投影坐标(x₂y₂)；见下表：

序号	X2	Y2
			2a	19.349	2.021
2b	19.025	1.496
			2c	19.010	1.226
2d	19.045	0.990
			2e	19.157	0.759
2f	19.439	0.467
			2g	19.858	0.323

将上述列表中所得观测点投影坐标分别代入椭圆方程式：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0……(1)

和椭圆中心点(x₀，y₀)的计算公式：

x₀＝(2CD-BE)/(B²-4AC)……(2)

y₀＝(2AE-BD)/(B²-4AC)……(3)

解得顶部椭圆截面的中心点坐标：(22.107，0.569)，并在图绘制点标记A。解得底部椭圆截面的中心点坐标：(19.3939，1.260)，并在图中绘制点标记B。(见图3)，图中虚线圆表示烟囱6倾斜度为零的理论投影。

在AutoCAD平台上，转换回用户坐标系，用PLINE命令连接点A和点B，得到矢量线段AB，通过查看矢量线段AB的属性得到所测量烟囱6倾斜量为0.015m，倾斜的方位角为315°。倾斜量相对中误差误差为：m＝±3.2mm。

Claims (1)

1.一种烟囱倾斜度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在现场选择用于观测烟囱倾斜度的测站点和定向点，如需要长期跟踪观测，测站点和定向点布设为固定点；

2)在测站点设置激光全站仪，以定向点定位，用激光扫描模式，分别测量烟囱顶部激光扫描椭圆截面边缘不少于5个点的三维空间坐标(X₁,Y₁,H₁)；测量烟囱底部激光扫描椭圆截面边缘不少于5个点的三维空间坐标(X₂,Y₂,H₂)；

3)在AutoCAD平台上，在用户坐标系中将激光全站仪测量得到的三维空间坐标点和测站点的三维空间坐标点展绘成图；转换到以激光全站仪测量点为坐标原点的坐标系中，在俯视基准面上获取烟囱顶部观测点投影坐标(x₁，y₁)；在仰视基准面上获取烟囱底部观测点投影坐标(x₂，y₂)；

4)将步骤3)所得观测点投影坐标分别代入椭圆方程式：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0……(1)

和椭圆中心点(x₀，y₀)的计算公式：

x₀＝(2CD-BE)/(B²-4AC)……(2)

y₀＝(2AE-BD)/(B²-4AC)……(3)

解得烟囱顶部椭圆截面的中心点坐标(x₀₁，y₀₁)和烟囱底部椭圆截面的中心点坐标(x₀₂，y₀₂)；并在图中绘制点标记；

5)在AutoCAD平台上，转换回用户坐标系，用PLINE命令连接点(x₀₁，y₀₁)和点(x₀₂，y₀₂)，得到矢量线段，通过查看矢量线段的属性得到所测量烟囱的倾斜方位和倾斜量。