CN108387215A - 一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法及系统 - Google Patents

一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法及系统。其系统包括获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块、计算铁塔的倾斜角度模块。事先设置铁塔上用于计算倾斜角度的2个参考点，记为参考点1和参考点2；定时读取采样周期T内获取的N组铁塔参考点的卫星定位数据；选取某一采样点参考点1和参考点2的位置数据；根据选取的铁塔参考点的位置数据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)计算海拔差s＝|h1‑h2|和水平距离p，则铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)。本发明的方法及系统解决了铁塔弯曲较大时测量出的铁塔倾斜角度与真实倾斜角度的误差较大以及倾角传感器出现故障时不能获得倾斜角度数据的技术问题。

Description

一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法及系统
技术领域
本发明属于通信铁塔维护技术领域，特别是涉及一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法及系统。
背景技术
目前通信铁塔倾斜多数由人工进行检测，少数在铁塔顶部安装倾角传感器进行监测。当铁塔弯曲较大时，测量出的铁塔倾斜角度与真实倾斜角度的误差较大；当倾角传感器出现故障时，无法获得倾斜角度数据。为此提出一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法及系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是铁塔弯曲较大时测量出的铁塔倾斜角度与真实倾斜角度的误差较大以及倾角传感器出现故障时不能获得倾斜角度数据的问题，提出一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法及系统。
本发明依托现有的卫星定位系统，获取铁塔各部分的卫星定位数据，事先设置铁塔上用于计算倾斜角度的2个参考点，记为参考点1和参考点2，其中参考点的位置可以是塔底、塔顶或铁塔的其他任一位置。
本发明的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统，包括获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块、计算铁塔的倾斜角度模块。
获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块：定时读取采样周期T内获取铁塔参考点的N组卫星定位数据，参考点1的定位数据记为(ψ1n,λ1n,h1n)，参考点2的定位数据记为(ψ2n,λ2n,h2n)，1≤n≤N，其中T是事先设置的采样周期，N是采样周期内的采样次数，参考点1和参考点2事先设置，ψ为经度，λ为纬度，h为海拔，变量n表示采样次数序号；从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据，记为(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)，其中，所述从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据是指从N组卫星定位数据中选取海拔最大的数据或海拔最小的数据或最接近海拔平均值的数据或最后一次采样的卫星定位数据的任一项。
计算铁塔的倾斜角度模块：根据选取的铁塔参考点的位置数据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)计算海拔差s＝|h1-h2|和水平距离p，计算铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)，其中，所述水平距离p为相同海拔下经纬度坐标(ψ1,λ1)和(ψ2,λ2)的距离，根据现有的经纬度和距离转换公式直接计算得到；另外所述水平距离p可以为参考点1和参考点2在水平面投影的三轴坐标值的距离，根据三轴坐标值运算得到。
基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统框图，如图1所示。
本发明的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法按如下步骤实现：
步骤1、定时读取采样周期T内获取铁塔参考点的N组卫星定位数据，参考点1的定位数据记为(ψ1n,λ1n,h1n)，参考点2的定位数据记为(ψ2n,λ2n,h2n)，1≤n≤N，其中T是事先设置的采样周期，N是采样周期内的采样次数，参考点1和参考点2事先设置，ψ为经度，λ为纬度，h为海拔，变量n表示采样次数序号；从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据，记为(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)，其中，所述从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据是指从N组卫星定位数据中选取海拔最大的数据或海拔最小的数据或最接近海拔平均值的数据或最后一次采样的卫星定位数据的任一项。
步骤2、根据选取的铁塔参考点的位置数据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)计算海拔差s＝|h1-h2|和水平距离p，计算铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)，其中，所述水平距离p为相同海拔下经纬度坐标(ψ1,λ1)和(ψ2,λ2)的距离，根据现有的经纬度和距离转换公式直接计算得到；另外所述水平距离p可以为参考点1和参考点2在水平面投影的三轴坐标值的距离，根据三轴坐标值运算得到。
基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法流程图，如图2所示。
本发明的方法及系统具有的优点是：
(1)通过卫星定位的方法取代倾角传感器，能够有效减少铁塔弯曲较大时铁塔倾斜测量数据与真实数据的误差，有效提高了检测结果的准确性；
(2)卫星定位方法无需在铁塔安装传感器，不易受到铁塔所处外在环境的影响，也不会出现倾角传感器出现故障而无法获得倾斜角度的情形；
(3)参考点的位置可调，便于选择检测结果准确性最好的参考点。
附图说明
图1是本发明的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统框图；
图2是本发明的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法流程图；
图3是本发明实施例的铁塔倾斜角度示意图。
具体实施方式
下面对本发明优选实施例作详细说明。
本发明依托现有的卫星定位系统，获取铁塔各部分的卫星定位数据，事先设置铁塔上用于计算倾斜角度的2个参考点，记为参考点1和参考点2，其中参考点的位置可以是塔底、塔顶或铁塔的其他任一位置。本实施例中，设置参考点1的位置为塔底中心的位置，参考点2的位置为塔顶中心的位置。
本发明的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统，包括获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块、计算铁塔的倾斜角度模块。
获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块：定时读取采样周期T内获取铁塔参考点的N组卫星定位数据，参考点1的定位数据记为(ψ1n,λ1n,h1n)，参考点2的定位数据记为(ψ2n,λ2n,h2n)，1≤n≤N，其中T是事先设置的采样周期，N是采样周期内的采样次数，参考点1和参考点2事先设置，ψ为经度，
λ为纬度，h为海拔，变量n表示采样次数序号；从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据，记为(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)，其中，所述从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据是指从N组卫星定位数据中选取海拔最大的数据或海拔最小的数据或最接近海拔平均值的数据或最后一次采样的卫星定位数据的任一项。本实施例中，采样周期T＝4分钟，N＝4，采样点按照时间顺序排列，用变量n表示采样点序号；参考点1的定位数据均为(60°N,116°E,100米)，参考点2的定位数据分别为(59.999999°N,115.999999°E,91.6米)、(59.999999°N,115.999999°E,92.5米)、(59.999999°N,115.999998°E,92米)、(59.999999°N,115.999997°E,91米)；选取海拔最小的一组数据，则(ψ1,λ1,h1)＝(60°N,116°E,100米)和(ψ2,λ2,h2)＝(59.999999°N,115.999997°E,91米)。
计算铁塔的倾斜角度模块：根据选取的铁塔参考点的位置数据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)计算海拔差s＝|h1-h2|和水平距离p，计算铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)，其中，所述水平距离p为相同海拔下经纬度坐标(ψ1,λ1)和(ψ2,λ2)的距离，根据现有的经纬度和距离转换公式直接计算得到；另外所述水平距离p可以为参考点1和参考点2在水平面投影的三轴坐标值的距离，根据三轴坐标值运算得到。本实施例中，计算海拔差s＝|h1-h2|＝9米，水平距离p根据经纬度坐标(60°N,116°E)和(59.999999°N,115.999997°E)通过现有的经纬度和距离转换公式直接计算得到p＝0.2米，计算铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)＝arctan(0.022)＝1.27°，在图3中，为直观显示铁塔倾斜角度α，对其进行了放大处理。
另外，水平距离p也可以通过建立三轴坐标系进行计算，以参考点1(即塔底中心)为原点建立三轴坐标系(坐标系如图3所示)，根据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)通过已有的经纬度与距离公式计算参考点2(即塔顶中心)的坐标值，记为(x,y,z)，则
本发明的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法按如下步骤实现：
步骤1、定时读取采样周期T内获取铁塔参考点的N组卫星定位数据，参考点1的定位数据记为(ψ1n,λ1n,h1n)，参考点2的定位数据记为(ψ2n,λ2n,h2n)，1≤n≤N，其中T是事先设置的采样周期，N是采样周期内的采样次数，参考点1和参考点2事先设置，ψ为经度，λ为纬度，h为海拔，变量n表示采样次数序号；从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据，记为(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)，其中，所述从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据是指从N组卫星定位数据中选取海拔最大的数据或海拔最小的数据或最接近海拔平均值的数据或最后一次采样的卫星定位数据的任一项。本实施例中，采样周期T＝4分钟，N＝4，采样点按照时间顺序排列，用变量n表示采样点序号；参考点1的定位数据均为(60°N,116°E,100米)，参考点2的定位数据分别为(59.999999°N,115.999999°E,91.6米)、(59.999999°N,115.999999°E,92.5米)、
(59.999999°N,115.999998°E,92米)、(59.999999°N,115.999997°E,91米)；选取海拔最小的一组数据，则(ψ1,λ1,h1)＝(60°N,116°E,100米)和(ψ2,λ2,h2)＝(59.999999°N,115.999997°E,91米)。
步骤2、根据选取的铁塔参考点的位置数据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)计算海拔差s＝|h1-h2|和水平距离p，计算铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)，其中，所述水平距离p为相同海拔下经纬度坐标(ψ1,λ1)和(ψ2,λ2)的距离，根据现有的经纬度和距离转换公式直接计算得到；另外所述水平距离p可以为参考点1和参考点2在水平面投影的三轴坐标值的距离，根据三轴坐标值运算得到。本实施例中，计算海拔差s＝|h1-h2|＝9米，水平距离p根据经纬度坐标(60°N,116°E)和(59.999999°N,115.999997°E)通过现有的经纬度和距离转换公式直接计算得到p＝0.2米，则铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)＝arctan(0.022)＝1.27°，在图3中，为直观显示铁塔倾斜角度α，对其进行了放大处理。
另外，水平距离p也可以通过建立三轴坐标系进行计算，以参考点1(即塔底中心)为原点建立三轴坐标系(坐标系如图3所示)，根据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)通过已有的经纬度与距离公式计算参考点2(即塔顶中心)的坐标值，记为(x,y,z)，则
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统，其特征在于包括获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块和计算铁塔的倾斜角度模块；
所述获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块：定时读取采样周期T内获取铁塔参考点的N组卫星定位数据，参考点1的定位数据记为(ψ1n,λ1n,h1n)，参考点2的定位数据记为(ψ2n,λ2n,h2n)，1≤n≤N，其中T是事先设置的采样周期，N是采样周期内的采样次数，参考点1和参考点2事先设置，ψ为经度，λ为纬度，h为海拔，变量n表示采样次数序号；从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据，记为(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)；
所述计算铁塔的倾斜角度模块：根据选取的铁塔参考点的位置数据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)计算海拔差s＝|h1-h2|和水平距离p，计算铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)。
2.根据权利要求1所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统，其获取卫星定位数据及选取参考点的位置数据模块的特征在于：所述从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据是指从N组卫星定位数据中选取海拔最大的数据或海拔最小的数据或最接近海拔平均值的数据或最后一次采样的卫星定位数据的任一项。
3.根据权利要求1所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统，其计算铁塔的倾斜角度模块的特征在于，所述水平距离p为相同海拔下经纬度坐标(ψ1,λ1)和(ψ2,λ2)的距离，根据经纬度和距离转换公式直接计算得到。
4.根据权利要求1所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统，其计算铁塔的倾斜角度模块的特征在于：所述水平距离p为参考点1和参考点2在水平面投影的三轴坐标值的距离，根据三轴坐标值运算得到。
5.根据权利要求1所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算系统，其特征在于，所述参考点1和所述参考点2事先设置，参考点的位置为塔底或塔顶或铁塔其他任一位置。
6.一种基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、定时读取采样周期T内获取铁塔参考点的N组卫星定位数据，参考点1的定位数据记为(ψ1n,λ1n,h1n)，参考点2的定位数据记为(ψ2n,λ2n,h2n)，1≤n≤N，其中T是事先设置的采样周期，N是采样周期内的采样次数，参考点1和参考点2事先设置，ψ为经度，λ为纬度，h为海拔，变量n表示采样次数序号；从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据，记为(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)；
步骤2、根据选取的铁塔参考点的位置数据(ψ1,λ1,h1)和(ψ2,λ2,h2)计算海拔差s＝|h1-h2|和水平距离p，计算铁塔的倾斜角度α＝arctan(p/s)。
7.根据权利要求6所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法，其步骤2的特征在于，所述从铁塔参考点的N组卫星定位数据中选取一组数据是指从N组卫星定位数据中选取海拔最大的数据或海拔最小的数据或最接近海拔平均值的数据或最后一次采样的卫星定位数据的任一项。
8.根据权利要求6所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法，其步骤3的特征在于，所述水平距离p为相同海拔下经纬度坐标(ψ1,λ1)和(ψ2,λ2)的距离，根据经纬度和距离转换公式直接计算得到。
9.根据权利要求6所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法，其步骤3的特征在于，所述水平距离p为参考点1和参考点2在水平面投影的三轴坐标值的距离，根据三轴坐标值运算得到。
10.根据权利要求6所述的基于卫星定位的铁塔倾斜角度计算方法，其特征在于，所述参考点1和所述参考点2事先设置，参考点的位置为塔底或塔顶或铁塔其他任一位置。
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