CN105095649B - 建筑物倾斜角度的数据分析方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑物倾斜角度的数据分析方法和系统，其方法包括：读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝0、1、2……n‑1；根据地基平面方程一般表达式，建立建筑物的地基平面方程；采用最小二乘拟合的原理，使用三维坐标对地基平面方程进行拟合；根据拟合后的地基平面方程，计算建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值。其通过计算建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值，实现了定量区分建筑物自身因素对建筑物倾斜角度的影响与外界环境因素对建筑物倾斜角度的影响，有效地解决了现有的建筑物倾斜的数据分析方法不能保证数据分析结果的精确性，导致应对措施错误、建筑物倒塌后果的问题。

Description

建筑物倾斜角度的数据分析方法和系统

技术领域

本发明涉及建筑物监测系统的数据分析领域，特别是涉及一种建筑物倾斜角度的数据分析方法和系统。

背景技术

近年来，随着铁路无线通信技术的快速发展，作为保障高速铁路安全运营的重要基础设施——GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway或GSM-Railway，数字移动通信系统)通信铁塔越来越多地被部署和应用。然而，由于一些恶劣地质现象、铁塔老化氧化、人为破坏等原因，造成铁塔倾斜情况时有发生，严重时甚至导致铁塔倒塌。铁塔的倾斜和倒塌不仅会造成通信网络中断和行车中断，甚至会引发其他铁路事故，这对通信网正常工作和安全行车带来安全隐患。类似的事故也经常发生在其他建筑物上，同样会对建筑物内部及其周边的人员、财产和交通造成巨大的安全隐患。因此对建筑物的倾斜状态进行监测并对建筑物倾斜数据进行自动分析显得尤为重要。

目前针对建筑物(如：铁塔)倾斜的数据分析采用较多的是不定量计算出地基非均匀沉降对倾斜角度造成的影响，直接使用数据进行对比分析的方法。该方法虽然实现起来较为简单，但是在建筑物发生倾斜时，不能准确的获知其倾斜状态与地基非均匀沉降的关联性，也无法推断出建筑物倾斜主要原因是出于自身地基非均匀沉降还是外界环境因素如：风向和风速等。即，上述方法不能将建筑物自身地基非均匀沉降对倾斜角度造成的影响与外界风向、风速等环境因素的影响分离开，因此无法确定建筑物倾斜的准确原因。从而不能在建筑物倾斜角度超过阈值之前，对建筑物倾斜状态进行精确的数据分析和趋势预警。其不仅难以保证数据分析结果的精确性，也难以确定减小建筑物倾斜角度的可能方案，使得相关应对措施不及时产生因为铁塔倾倒造成巨大的经济损失的现象。而依靠专门的监控人员来进行人工分析判断，不仅会急剧加大建筑物监测系统的人工成本，还会因为人工判断的主观性和非精确性，造成计算偏差，同样不能保证数据分析结果的精确性，有可能导致应对措施错误、铁塔等建筑物倒塌的后果。

发明内容

基于此，有必要针对现有的建筑物倾斜的数据分析方法不能保证数据分析结果的精确性，可能导致应对措施错误、建筑物倒塌后果的问题，提供一种建筑物倾斜角度的数据分析方法和系统。

为实现本发明目的提供的一种建筑物倾斜角度的数据分析方法，包括如下步骤：

读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝0、1、2……n-1；

根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程；

采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所述地基平面方程进行拟合；

根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值；

其中，x_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向x轴的位置；

y_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；

z_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置；

n为读取的所述地基沉降测量点的个数。

在其中一个实施例中，读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)后，还包括如下步骤：

判断读取到的所述三维坐标的个数n是否大于或等于3；

若是，则执行所述根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程的步骤；

若否，则执行结束的步骤。

在其中一个实施例中，所述根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程，包括如下步骤：

对所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0变形得到：

令：

将a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0，得到所述地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂；

其中，a₀、a₁、a₂均为系数。

在其中一个实施例中，所述采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所述地基平面方程进行拟合，包括如下步骤：

根据所述最小二乘拟合的原理，得到k＝0，1，2；其中，

将展开，得到：

将所述进行整理变换，得到：

将x_i，y_i，z_i，n作为系数，求解关于a₀、a₁、a₂的方程，得到：

将求解得到的a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂，完成所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂的拟合。

在其中一个实施例中，所述根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值，包括如下步骤：

对拟合后的地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂变形得到：a₀x+a₁y-z＝-a₂；

根据所述a₀x+a₁y-z＝-a₂，获取所述建筑物的地基平面穿越原点的垂线方程：

根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向x轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第一夹角

根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向y轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第二夹角

其中，所述第一夹角和所述第二夹角表征所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值。

在其中一个实施例中，根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值后，还包括如下步骤：

根据所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值以及所述建筑物在水平方向上的初始倾斜角，获取修正后的所述建筑物倾斜角。

相应的，基于同一发明构思，本发明还提供了一种建筑物倾斜角度的数据分析系统，包括坐标读取模块、方程建立模块、方程拟合模块和数值计算模块；

所述坐标读取模块，被配置为读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝0、1、2……n-1；

所述方程建立模块，被配置为根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程；

所述方程拟合模块，被配置为采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所述地基平面方程进行拟合；

所述数值计算模块，被配置为根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值；

其中，x_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向x轴的位置；

y_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；

z_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置；

n为读取的所述地基沉降测量点的个数。

在其中一个实施例中，还包括坐标判断模块和结束模块；

所述坐标判断模块，被配置为判断所述坐标读取模块读取到的所述三维坐标的个数n是否大于或等于3；若是，则跳转至所述方程建立模块；

若否，则跳转至所述结束模块。

在其中一个实施例中，所述方程建立模块包括第一变形单元、赋值单元和第一代入单元；

所述第一变形单元，被配置为对所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0变形得到：

所述赋值单元，被配置为令

所述第一代入单元，被配置为将a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0，得到所述地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂；

其中，a₀、a₁、a₂均为系数。

在其中一个实施例中，所述方程拟合模块包括拟合条件获取单元、展开单元、整理变换单元、求解单元和第二代入单元；

所述拟合条件获取单元，被配置为根据所述最小二乘拟合的原理，得到k＝0，1，2；其中，

所述展开单元，被配置为将展开，得到：

所述整理变换单元，被配置为将所述进行整理变换，得到：

所述求解单元，被配置为将x_i，y_i，z_i，n作为系数，求解关于a₀、a₁、a₂的方程，得到：

所述第二代入单元，被配置为将求解得到的a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂，完成所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂的拟合。

在其中一个实施例中，所述数值计算模块包括第二变形单元、垂线方程获取单元和夹角获取单元；

所述第二变形单元，被配置为对拟合后的地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂变形得到：a₀x+a₁y-z＝-a₂；

所述垂线方程获取单元，被配置为根据所述a₀x+a₁y-z＝-a₂，获取所述建筑物的地基平面穿越原点的垂线方程：

所述夹角获取单元，被配置为根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向x轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第一夹角

所述夹角获取单元，还被配置为根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向y轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第二夹角

其中，所述第一夹角和所述第二夹角表征所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值。

在其中一个实施例中，还包括修正模块；

所述修正模块，被配置为根据所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值以及所述建筑物在水平方向上的初始倾斜角，获取修正后的所述建筑物倾斜角。

上述建筑物倾斜角度的数据分析方法的有益效果：

其通过读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标，建立建筑物的地基平面方程，进而采用最小二乘拟合的原理拟合所构建的地基平面方程；并在此基础上，根据拟合后的地基平面方程，计算建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值，实现了定量区分建筑物自身因素对建筑物倾斜角度的影响与外界环境因素对建筑物倾斜角度的影响的功能，增加了后续数据分析的精确性。从而有效地解决了现有的建筑物倾斜的数据分析方法不能保证数据分析结果的精确性，可能导致应对措施错误、建筑物倒塌后果的问题。

附图说明

图1为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析方法的另一具体实施例的流程图；

图3为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统的一具体实施例的结构示意图；

图4为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统的另一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1，作为本发明的一种建筑物倾斜角度的数据分析方法的一具体实施例，其包括如下步骤：

步骤S100，读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝0、1、2……n-1。其中，建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)可由建筑物监测系统中的传感器所采集到的数据中获取。

并且，三维坐标(x_i，y_i，z_i)中的x_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向x轴的位置；y_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；z_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置。N为读取的地基沉降测量点的个数，即三维坐标的个数。

步骤S200，根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立建筑物的地基平面方程。

步骤S300，采用最小二乘拟合的原理，使用三维坐标对地基平面方程进行拟合。

步骤S400，根据拟合后的地基平面方程，计算建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值。

本发明的建筑物倾斜角度的数据分析方法中，读取建筑物监测系统中的传感器采集的地基沉降测量点的三维坐标后，通过构建建筑物的地基平面模型，以最小二乘拟合的方法根据地基沉降测量点的三维坐标对所构建的建筑物的地基平面方程进行拟合，并计算出该地基平面对于建筑物倾斜角度造成的影响数值，使得建筑物监测系统可以自动分离建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜造成的影响与外界风向、风速等环境因素对建筑物倾斜造成的影响，从而使后续的数据分析更加精确。并且，本发明的建筑物倾斜角度的数据分析方法采用全自动运行模式，将该方法直接嵌入现有的建筑物监测系统中，可实现全年无人值守不间断自动计算，最大程度的利用了地基非均匀沉降所提供的额外信息量，有效提高了建筑物监测系统数据分析的性能，同时还节省了人力成本。

应当指出的是，本发明中提到的建筑物可为GSM-R通信铁塔、输电线铁塔或其他高层建筑等。当建筑物为GSM-R通信铁塔或输电线铁塔时，上述建筑物监测系统相应为铁塔监测系统。

具体的，步骤S100中，读取建筑物地基沉降测量点的三维坐标。其中，本发明的建筑物的地基沉降测量点的三维坐标中，x轴、y轴坐标代表地基沉降测量点在水平方向的位置。z轴坐标代表地基沉降测量点在垂直方向上的位置，即该测量点的地基沉降数值。其通过程序依次读取当前建筑物每个地基沉降测量点的三维坐标即可实现建筑物的地基沉降测量点的三维坐标的获取。

进而执行步骤S200、建立地基平面方程。具体的，作为一种可实施方式，可通过如下步骤来实现：通常地基平面方程的一般表达式为：Ax+By+Cz+D＝0,(C≠0)；因此首先执行步骤S210，对地基平面方程的一般表达式进行变形得到：

其中，A、B、C和D均为地基平面方程的一般表达式的系数。

进而执行步骤S220，对变形后的地基平面方程的一般表达式进行赋值变化，具体为令：然后执行步骤S230，将a₀、a₁、a₂代入地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0，得到地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂。

其中，z＝a₀x+a₁y+a₂即为建立的建筑物的地基平面方程，a₀、a₁、a₂则均为方程中的系数。

待建立建筑物的地基平面方程后，便可执行步骤S300，拟合地基平面方程。此处需要指出的是，在进行地基平面方程的拟合之前，首先需要判断所读取的地基沉降测量点的数量n是否大于或等于3。若n<3，则因为数据总量不足以拟合平面，程序自动终止；否则，若n≥3，则执行步骤S300，使用最小二乘法执行平面拟合操作。

应当说明的是，参见图2，对读取的地基沉降测量点的数量n的判断也可在执行完步骤S100之后即可进行。即执行完步骤S100，读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)之后，执行步骤S020，先判断所读取到的地基沉降测量点的个数n是否大于或等于3；若是，则继续执行步骤S200；若否则自动终止程序。优选的，对读取到的地基沉降测量点的个数n的判断步骤在执行完步骤S100之后即可执行，由此可避免程序执行建立建筑物的地基平面方程的步骤，从而节省资源，降低消耗。

进一步的，在本发明的建筑物倾斜角度的数据分析方法的一具体实施例中，执行步骤S300，拟合地基平面方程时，可通过如下步骤来实现。

用(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1分别代表每个地基沉降测量点的水平坐标和垂直沉降所组成的三维坐标，要用点(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1拟合计算上述平面方程，则根据最小二乘拟合的原理，需要使：最小。而要使得S最小，则应满足如下条件：

因此，首先执行步骤S310，根据所述最小二乘拟合的原理，得到k＝0，1，2；其中，进而执行步骤S320，将公式展开，得到：

然后执行步骤S330，将进行整理变换，得到如下表达式：

步骤S340，将(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1视作系数，解关于a₀、a₁、a₂的三元一次方程组，可得a₀、a₁、a₂的计算方程：

而a₂可由a₀、a₁的计算结果间接求得：

进而执行步骤S350，根据a₀、a₁、a₂的计算方程，得到建筑物的地基平面方程中3个待定的系数a₀、a₁、a₂的数值，并将求得a₀、a₁、a₂的数值代入地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂中，即完成了对地基平面方程的拟合。

完成对建筑物的地基平面方程的拟合后，执行步骤S400，根据拟合后的地基平面方程，计算建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值。其中，建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值可通过计算建筑物的地基平面在x轴和z轴组成的平面上的投影与z轴的第一夹角和在y轴和z轴组成的平面上的投影与z轴的第二夹角来实现。

即，在得到拟合的地基平面方程之后，程序开始执行步骤S400，计算地基非均匀沉降对于建筑物在x轴和y轴倾斜角度的影响数值，即地基平面的垂线在x轴和z轴组成的平面上的投影与z轴的第一夹角；以及地基平面的垂线在y轴和z轴组成的平面上的投影与z轴的第二夹角。

具体的：

首先执行步骤S410，对拟合后的地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂变形得到：a₀x+a₁y-z＝-a₂；进而执行步骤S420，根据a₀x+a₁y-z＝-a₂，获取建筑物的地基平面穿越原点的垂线方程：

即，对于该平面，其穿越原点的垂线方程为：

显然，该垂线在三维坐标系中，穿越原点和坐标点(a₀、a₁、-1)，于是由几何关系可推导得到，其在x轴、z轴组成的平面上的投影，与z轴的第一夹角为：其在y轴、z轴组成的平面上的投影，与z轴的夹角为：

其中，所述第一夹角和所述第二夹角表征建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值。

本发明的建筑物倾斜角度的数据分析方法通过使用地基沉降测量点的三维坐标，拟合出建筑物的地基平面方程，进而根据地基平面的垂线方向，计算地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值，以实现将建筑物自身因素，即地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响和外界环境因素，如风向、风速等对建筑物倾斜角度的影响定量区分开的目的，提高了后续数据分析的精确性。有效解决了现有的数据分析方法不能准确的获知建筑物倾斜状态与地基非均匀沉降的关联性的问题，从而能够在建筑物倾斜角度超过阈值之前，对建筑物的倾斜状态进行精确的数据分析和趋势预警，以及时采取相应的应对措施，避免了建筑物倾倒的现象。

并且，上述步骤均有严谨的数学原理，保证了计算、分析结果的精确性，可直接用于对新获取的建筑物倾斜角度数据的预处理过程，后续进一步的数据分析的运算复杂度不会随着建筑物监测系统的传感器采集的数据的积累而急剧增加，从而使得对建筑物的倾斜角度的数据分析简单化，适合于嵌套在建筑物监测系统中。

更进一步的，通过上述步骤计算得到建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值后，可根据建筑物原始的倾斜角度修正建筑物在x轴的倾斜角θ_x和在y轴的倾斜角θ_y，以消除建筑物地基非均匀沉降对数据分析造成的干扰。

假设原始数据中，建筑物在x轴和y轴的倾斜角度分别为θ_x与θ_y，即建筑物原始的倾斜角度为θ_x与θ_y，可得扣除建筑物的地基非均匀沉降对于建筑物倾斜角度的影响，得到修正后的铁塔在x轴和y轴的倾斜角度分别为：

θ_{x_new}＝θ_x-θ_x ^*＝θ_x-arctan(-a₀)；

θ_{y_new}＝θ_y-θ_y ^*＝θ_y-arctan(-a₁)。

即，根据建筑物在水平方向x轴的倾斜角θ_x和第一夹角获取建筑物在水平方向x轴修正后的倾斜角根据建筑物在水平方向y轴的倾斜角θ_y和第二夹角获取建筑物在水平方向y轴修正后的倾斜角

在实际建筑物倾斜角度的数据分析中，如果对建筑物倾斜数据使用上述修正操作，即可消除建筑物的地基非均匀沉降对数据分析造成的干扰，使得数据分析结果更加精确。

应当指出的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

相应的，本发明还提供了一种建筑物倾斜角度的数据分析系统，由于本发明提供的建筑物倾斜角度的数据分析系统的工作原理与本发明的建筑物倾斜角度的数据分析方法的原理相同或相似，因此重复之处不再赘述。

参见图3，作为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统100的一具体实施例，其包括坐标读取模块110、方程建立模块120、方程拟合模块130和数值计算模块140。

其中，坐标读取模块110，被配置为读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝0、1、2……n-1。方程建立模块120，被配置为根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立建筑物的地基平面方程。方程拟合模块130，被配置为采用最小二乘拟合的原理，使用三维坐标拟合地基平面方程。数值计算模块140，被配置为根据拟合后的地基平面方程，计算建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值。

其中，x_i为读取的第i个建筑物地基沉降测量点在水平方向x轴的位置；y_i为读取的第i个建筑物地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；z_i为读取的第i个建筑物地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置；n为读取的所述地基沉降测量点的个数。

其通过在现有的建筑物监测系统的智能数据分析单元中嵌入本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统，在实现通过计算地基平面对于建筑物倾斜角度造成的影响数值，以自动分离建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜造成的影响与外界风向、风速等环境因素对建筑物倾斜造成的影响，从而使后续的数据分析更加精确放入同时，还实现了全年无人值守不间断自动计算，最大程度的利用了地基非均匀沉降所提供的额外信息量，有效提高建筑物监测系统数据分析的性能的目的。

进一步的，参见图3，在本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统100中，还包括坐标判断模块150和结束模块160。其中，坐标判断模块140，被配置为判断坐标读取模块110读取到的三维坐标的个数n是否大于或等于3；若是，则跳转至方程建立模块120；若否，则跳转至结束模块160。

进一步的，参见图4，本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统100中的方程建立模块120可包括第一变形单元121、赋值单元122和第一代入单元123。其中，第一变形单元121，被配置为对地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0变形得到：赋值单元122，被配置为令第一代入单元123，被配置为将a₀、a₁、a₂代入地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0，得到地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂；其中，a₀、a₁、a₂均为系数。

更进一步的，参见图4，作为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统100的另一具体实施例，该系统中的方程拟合模块130可包括拟合条件获取单元131、展开单元132、整理变换单元133、求解单元134和第二代入单元135。其中，拟合条件获取单元131，被配置为根据最小二乘拟合的原理，得到k＝0，1，2；其中，展开单元132，被配置为将展开，得到：

整理变换单元133，被配置为将进行整理变换，得到：

求解单元134，被配置为将x_i，y_i，z_i，n作为系数，求解关于a₀、a₁、a₂的方程，得到：

第二代入单元135，被配置为将求解得到的a₀、a₁、a₂代入地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂，从而完成地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂的拟合。

更进一步的，参见图4，作为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统100的又一具体实施例，其数值计算模块140可包括第二变形单元141、垂线方程获取单元142和夹角获取单元143。其中，第二变形单元141，被配置为对拟合后的地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂变形得到：a₀x+a₁y-z＝-a₂。垂线方程获取单元142，被配置为根据a₀x+a₁y-z＝-a₂，获取建筑物的地基平面穿越原点的垂线方程：

夹角获取单元143，被配置为根据垂线方程，获取建筑物的地基平面在水平方向x轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第一夹角

夹角获取单元143，还被配置为根据垂线方程，获取建筑物的地基平面在水平方向y轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第二夹角

其中，所述第一夹角和所述第二夹角表征建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值。

更进一步的，参见图4，作为本发明的建筑物倾斜角度的数据分析系统100的另一具体实施例，其还包括修正模块170。修正模块170，被配置为根据建筑物地基非均匀沉降对建筑物倾斜角度的影响数值以及建筑物在水平方向上的初始倾斜角，获取修正后的建筑物倾斜角。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种建筑物倾斜角度的数据分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝0、1、2……n-1；

根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程，包括：

对所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0变形得到：

令：

将a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0，得到所述地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂，其中，a₀、a₁、a₂均为系数；

采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所述地基平面方程进行拟合，包括：

根据所述最小二乘拟合的原理，得到k＝0，1，2；其中，

将展开，得到：

将所述进行整理变换，得到：

将x_i，y_i，z_i，n作为系数，求解关于a₀、a₁、a₂的方程，得到：

将求解得到的a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂，完成所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂的拟合；

根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值；

其中，x_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向x轴的位置；

y_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；

z_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置；

n为读取的所述地基沉降测量点的个数。

2.根据权利要求1所述的建筑物倾斜角度的数据分析方法，其特征在于，读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)后，还包括如下步骤：

判断读取到的所述三维坐标的个数n是否大于或等于3；

若是，则执行所述根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程的步骤；

若否，则执行结束的步骤。

3.根据权利要求1所述的建筑物倾斜角度的数据分析方法，其特征在于，所述根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值，包括如下步骤：

对拟合后的地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂变形得到：a₀x+a₁y-z＝-a₂；

根据所述a₀x+a₁y-z＝-a₂，获取所述建筑物的地基平面穿越原点的垂线方程：

根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向x轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第一夹角

根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向y轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第二夹角

其中，所述第一夹角和所述第二夹角表征所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值。

4.根据权利要求1所述的建筑物倾斜角度的数据分析方法，其特征在于，根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值后，还包括如下步骤：

根据所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值以及所述建筑物在水平方向上的初始倾斜角，获取修正后的所述建筑物倾斜角。

5.一种建筑物倾斜角度的数据分析系统，其特征在于，包括坐标读取模块、方程建立模块、方程拟合模块和数值计算模块；

所述坐标读取模块，被配置为读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝0、1、2……n-1；

所述方程建立模块，被配置为根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程，其中，所述方程建立模块还包括第一变形单元、赋值单元和第一代入单元；

所述第一变形单元，被配置为对所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0变形得到：

所述赋值单元，被配置为令

所述第一代入单元，被配置为将a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D＝0，得到所述地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂，其中，a₀、a₁、a₂均为系数；

所述方程拟合模块，被配置为采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所述地基平面方程进行拟合，其中，所述方程拟合模块还包括拟合条件获取单元、展开单元、整理变换单元、求解单元和第二代入单元；

所述拟合条件获取单元，被配置为根据所述最小二乘拟合的原理，得到k＝0，1，2；其中，

所述展开单元，被配置为将展开，得到：

所述整理变换单元，被配置为将所述进行整理变换，得到：

所述求解单元，被配置为将x_i，y_i，z_i，n作为系数，求解关于a₀、a₁、a₂的方程，得到：

所述第二代入单元，被配置为将求解得到的a₀、a₁、a₂代入所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂，完成所述地基平面方程z＝a₀x+a₁y+a₂的拟合；

所述数值计算模块，被配置为根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值；

其中，x_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向x轴的位置；

y_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；

z_i为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置；

n为读取的所述地基沉降测量点的个数。

6.根据权利要求5所述的建筑物倾斜角度的数据分析系统，其特征在于，还包括坐标判断模块和结束模块；

所述坐标判断模块，被配置为判断所述坐标读取模块读取到的所述三维坐标的个数n是否大于或等于3；若是，则跳转至所述方程建立模块；

若否，则跳转至所述结束模块。

7.根据权利要求5所述的建筑物倾斜角度的数据分析系统，其特征在于，所述数值计算模块包括第二变形单元、垂线方程获取单元和夹角获取单元；

所述第二变形单元，被配置为对拟合后的地基平面方程：z＝a₀x+a₁y+a₂变形得到：a₀x+a₁y-z＝-a₂；

所述垂线方程获取单元，被配置为根据所述a₀x+a₁y-z＝-a₂，获取所述建筑物的地基平面穿越原点的垂线方程：

所述夹角获取单元，被配置为根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向x轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第一夹角

所述夹角获取单元，还被配置为根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向y轴和垂直方向z轴组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第二夹角

其中，所述第一夹角和所述第二夹角表征所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值。

8.根据权利要求5所述的建筑物倾斜角度的数据分析系统，其特征在于，还包括修正模块；

所述修正模块，被配置为根据所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值以及所述建筑物在水平方向上的初始倾斜角，获取修正后的所述建筑物倾斜角。