CN109459000B - 钢锚梁姿态测量装置及其测量、纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢锚梁姿态测量装置及其测量、纠偏方法，涉及斜拉桥塔柱钢锚梁定位测量领域，包括：姿态测量仪，其包括，工字构架，其包括伸缩杆，伸缩杆的两端均设有横杆，每个横杆均可绕伸缩杆万向转动。多个传感器，其设置在工字构架上，用于采集钢锚梁纵横向倾斜度数据。多个通讯模块，其设置在工字构架上。两个第一棱镜，其分别可拆卸地固定在两个横杆上。多个第二棱镜，其用于辅助测量钢锚梁的位置数据。自动全站仪，用于测量和传输钢锚梁的位置数据。控制器，用于控制姿态测量仪和自动全站仪运行，并接受钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据。本发明能直接测量钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据。

Description

钢锚梁姿态测量装置及其测量、纠偏方法

技术领域

本发明涉及斜拉桥塔柱钢锚梁定位测量领域，具体涉及一种钢锚梁姿态测量装置及其测量、纠偏方法。

背景技术

钢锚梁是斜拉桥索塔的关键结构，其姿态(包括位置和倾斜度)的定位程序繁杂，精度要求高，尤其是钢锚梁的三维方向倾斜度要求更高。斜拉桥锚固点、出口中心点平面允许偏差为5mm，但锚固点至出口中心点轴线相对允许偏差仅为3mm，这就要求严格控制钢锚梁的三维方向倾斜度。

因钢锚梁加工完成后，其锚固点、出口中心点与钢锚梁的锚固板及顶面相对几何关系固定，即钢锚梁的竖向倾斜度已固定，所以在安装钢锚梁过程中，实际测量钢锚梁姿态时，特别需要严格观测钢锚梁的纵横向倾斜度。传统钢锚梁定位测量中，采用测量锚固点及锚垫板特征点和出口中心点及出口特征点三维坐标的方法，间接推算钢锚梁倾斜度，这种多测点间接测量方法，大大降低了倾斜度的测量精度。

钢锚梁位置的测量一般采用外控测量法或内控测量法，外控测量法即利用地面控制点，用三维坐标法通过逐一测量锚固点及锚垫板特征点和出口中心点的坐标的方式，对钢锚梁进行定位。内控测量法即在塔柱无变形的时间段将控制点传递到塔柱上，然后在该控制点设站，用三维坐标法通过逐一测量锚固点及锚固板特征点和出口中心点的坐标的方式，对钢锚梁进行定位。显然，传统钢锚梁定位测量方法采用人工测量的手段，对测点逐一测量，人工对点误差大，采用多测点间接方法推算钢锚梁倾斜度，测量精度低，且工序繁多，工作效率低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可以直接测量钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据的钢锚梁姿态测量装置。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种钢锚梁姿态测量装置，包括：

姿态测量仪，其包括，

-工字构架，其包括伸缩杆，所述伸缩杆的两端均设有横杆，且每个所述横杆均可绕所述伸缩杆万向转动；

-多个传感器，其设置在所述工字构架上，用于采集钢锚梁纵横向倾斜度数据；

-多个通讯模块，其设置在所述工字构架上，用于传输所述钢锚梁纵横向倾斜度数据，并控制所述传感器的开启；

-两个第一棱镜，其分别可拆卸地固定在两个所述横杆上；

多个第二棱镜，其用于辅助测量钢锚梁的位置数据；

自动全站仪，其基于所述第一棱镜和第二棱镜测量和传输钢锚梁的位置数据；

控制器，其用于控制姿态测量仪和自动全站仪运行，并接受所述钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据。

在上述技术方案的基础上，所述伸缩杆的两端均设有铰接孔，每个所述横杆上均设有球形万向铰接座和凹槽，所述球形万向铰接座的一端位于所述凹槽内，另一端位于所述铰接孔内。

在上述技术方案的基础上，所述伸缩杆包括可相对滑动的固定部和活动部，所述固定部套设在所述活动部上，所述固定部上还设有旋钮，所述旋钮用于限制所述固定部和活动部相对滑动。

与此同时，本发明的另一个目的在于提供一种可以直接测量钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据的钢锚梁姿态测量方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用上述钢锚梁姿态测量装置测量钢锚梁姿态的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

调节伸缩杆的长度，使每个横杆底面横向中心线与对应的锚垫板横向中心线重合，且使每个横杆底面中心点位于对应的钢锚梁的实际锚固点上；

将多个第二棱镜分别安装在与第二棱镜数量对应的多个地面控制点上；

利用自动全站仪、多个第二棱镜、塔柱上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的三维坐标，并将测站点标示在塔柱上；

基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪和两个第一棱镜，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器；

利用传感器采集钢锚梁纵横向倾斜度数据，并通过通讯模块将钢锚梁纵横向倾斜度数据传输至控制器。

在上述技术方案的基础上，基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪和两个第一棱镜，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，具体包括以下步骤：

获取两个第一棱镜的中心点坐标X₁(x₁,y₁,z₁)和X₂(x₂,y₂,z₂)；

利用姿态测量仪，获取钢锚梁两侧的索道轴线在水平面xy上的投影与y轴的夹角β₁和β₂，以及钢锚梁两侧的索道轴线与水平面xy的夹角α₁和α₂；

测量两个第一棱镜的中心分别到对应锚固点的距离L_A和L_B；

根据公式：

和

计算钢锚梁第一锚固点的坐标X_A(x_A,y_A,z_A)和钢锚梁第二锚固点的坐标X_B(x_B,y_B,z_B)；

根据公式：

以及

计算钢锚梁中心的实时实际三维坐标X_O(x_O,y_O,z_O)及钢锚梁实时实际方位角α。

在上述技术方案的基础上，测站点的三维坐标包括测站点的平面坐标和测站点的高程数据，获取测站点的三维坐标，具体包括以下步骤：

利用自动全站仪按照自由设站法，观测地面控制点的水平角、竖直角和地面控制点与测站点的斜距，利用边角后方交会测量原理，进行平差计算后得到测站点的平面坐标；

根据塔柱上的高程基准点，使用自动全站仪采集测站点的高程数据。

与此同时，本发明的另一个目的在于提供一种根据直接测量的钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据，对钢锚梁姿态进行纠偏的方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用上述钢锚梁姿态测量装置对钢锚梁姿态进行纠偏的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

调节伸缩杆的长度，使每个横杆底面横向中心线与对应的锚垫板横向中心线重合，且使每个横杆底面中心点位于对应的钢锚梁的实际锚固点上；

将多个第二棱镜分别安装在与第二棱镜数量对应的多个地面控制点上；

利用自动全站仪、多个第二棱镜、塔柱上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的三维坐标，并将测站点标示在塔柱上；

基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪和两个第一棱镜，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器；

利用传感器采集钢锚梁纵横向倾斜度数据，并通过通讯模块将钢锚梁实时实际纵横向倾斜度数据传输至控制器；

根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时实际纵横向倾斜度，对钢锚梁的姿态进行纠偏。

在上述技术方案的基础上，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时实际纵横向倾斜度，对钢锚梁的姿态进行纠偏，具体包括以下步骤：

当塔柱处于无变形状态下时，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标与预设的钢锚梁中心的理论三维坐标的差值、钢锚梁实时实际方位角与预设的钢锚梁理论方位角的差值、钢锚梁实时实际纵横向倾斜度与预设的钢锚梁理论纵横向倾斜度的差值，对钢锚梁的姿态进行纠偏；

当塔柱处于变形状态下时，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标与钢锚梁中心的实时理论三维坐标的差值、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时理论方位角的差值、钢锚梁实时实际纵横向倾斜度与预设的钢锚梁理论纵横向倾斜度的差值，对钢锚梁的姿态进行纠偏。

在上述技术方案的基础上，获取钢锚梁中心的实时理论三维坐标和钢锚梁实时理论方位角，具体包括以下步骤：

当塔柱处于无变形状态下时，利用自动全站仪、多个第二棱镜、塔柱上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的静态三维坐标；

当塔柱处于变形状态下时，再次利用自动全站仪、多个第二棱镜、塔柱上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的实时三维坐标；

计算测站点的实时三维坐标与静态三维坐标的差值，得到测站点的实时变化量；

基于测站点的实时变化量、预设的钢锚梁中心的理论三维坐标和预设的钢锚梁理论方位角，通过差分计算得到钢锚梁中心的实时理论三维坐标和钢锚梁实时理论方位角。

在上述技术方案的基础上，

当塔柱处于无变形状态下时，基于测站点的静态三维坐标，利用自动全站仪和两个第一棱镜，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器；

当塔柱处于变形状态下时，基于测站点的实时三维坐标，利用自动全站仪和两个第一棱镜，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明中的钢锚梁姿态测量装置包括姿态测量仪，姿态测量仪的两个横杆上设有两个第一棱镜，当通过自动全站仪和多个第二棱镜确定了自动全站仪的测站点的三维坐标后，基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪和两个第一棱镜，就可以获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角。同时，钢锚梁纵横向倾斜度数据，由传感器采集并由通讯模块发送，从而控制器便可以获得钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据，即完成了对钢锚梁姿态的测量。由上可知，本发明克服了传统测量方法的不足，采用本发明中的钢锚梁姿态测量装置可以直接测量钢锚梁纵横向倾斜度，自动测量钢锚梁中心的三维坐标和方位角(钢锚梁的位置数据)，姿态定位精度高，最根本的是保证了钢锚梁定位测量精度，提高了测量效率，同时也降低了人工成本。

此外，针对日出前和日出后，塔柱处于未变形状态或变形状态下，采用对应的方式进行测量和纠偏。从而可以实现全天候实时图示钢锚梁实际姿态与理论姿态的偏差情况，及时指导施工人员调整钢锚梁就位。

附图说明

图1为本发明实施例中钢锚梁姿态测量装置的结构示意图；

图2为图1中区域A的局部放大图；

图3为本发明实施例中工字构架安装在钢锚梁上的主视结构示意图；

图4为图3的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例中工字构架的主视结构示意图；

图6为图5的俯视结构示意图；

图7为橫杆的主视结构示意图；

图8为本发明实施例中纵杆的结构示意图；

图9为本发明实施例中计算钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角的示意图；

图10为图9结合钢锚梁姿态测量装置的示意图。

图中：1-姿态测量仪，11-伸缩杆，12-横杆，13-传感器，14-通讯模块，15-第一棱镜，16-铰接孔，17-球形万向铰接座，18-凹槽，19-旋钮，2-第二棱镜，3-自动全站仪，4-控制器，5-锚垫板，6-塔柱，7-强制归心墩，8-钢锚梁。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种钢锚梁姿态测量装置，其包括姿态测量仪1、多个第二棱镜2，自动全站仪3和控制器4。

其中，参见图3至图8所示，姿态测量仪1，其包括，

-工字构架，其包括伸缩杆11，伸缩杆11的两端均设有横杆12，且每个横杆12均可绕伸缩杆11万向转动。由于工字构架包括伸缩杆11，且横杆12均可绕伸缩杆11万向转动，故可以很方便的将工字构架安装在钢锚梁8上预定位置上，来对钢锚梁8的姿态进行测量。

-多个传感器13，其设置在工字构架上，用于采集钢锚梁纵横向倾斜度数据。本实施例中，姿态测量仪1包括三个传感器13，优选的，传感器13为电子倾斜传感器。这三个电子倾斜传感器分别设置在伸缩杆11和两个横杆12上。横杆12内的电子倾斜传感器用于采集钢锚梁横向倾斜度数据，伸缩杆11内的电子倾斜传感器用于采集钢锚梁纵向倾斜度数据。

-多个通讯模块14，其设置在工字构架上，用于传输钢锚梁纵横向倾斜度数据，并控制传感器13的开启。本实施例中，姿态测量仪1包括三个通讯模块14，这三个通讯模块14分别设置在伸缩杆11和两个横杆12上。

-两个第一棱镜15，其分别可拆卸地固定在两个横杆12上。

多个第二棱镜2，其用于辅助测量钢锚梁的位置数据。第二棱镜2通常安装在桥梁控制网的强制归心墩7上，也即安装在地面控制点上。

自动全站仪3，其基于第一棱镜15和第二棱镜2测量和传输钢锚梁的位置数据。

控制器4，其用于控制姿态测量仪1和自动全站仪3运行，并接受钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据。

自动全站仪3通常架设在塔柱6上，接收控制器4的指令进行测量作业，并向控制器4传输测量数据。控制器4用于控制姿态测量仪1和自动全站仪3作业，接收、处理姿态测量仪1和自动全站仪3的测量数据。

优选的，本实施例中的横杆12是横截面为正方形的长杆，两根横杆12的横截面尺寸和长度相等。每个横杆12中心带有一个球形万向铰接座17，每个横杆12内侧面中部设有一个凹槽18，球形万向铰接座17的铰接头可在凹槽18范围万向转动。

每个横杆12顶面中央带有一个倒U形的棱镜支座，倒U形棱镜支座顶部带有凸头，每个横杆12两端分别设置有夹具和长方形孔，其中夹具可在长方形孔中活动。倒U形的棱镜支座的凸头轴线分别与其所在横杆12的底面垂直，两个横杆12上的倒U形棱镜支座凸头顶端到对应横杆12底面的距离相等。两个第一棱镜15分别安装在两根横杆12的倒U形棱镜支座的凸头上，用于测量钢锚梁中心的三维坐标及方位角。

伸缩杆11的两端均设有铰接孔16，伸缩杆11包括可相对滑动的固定部和活动部，固定部套设在活动部上，固定部上还设有旋钮19，旋钮19用于限制固定部和活动部相对滑动。

伸缩杆11通过两端的铰接孔16和两根横杆12中心的球形万向铰接座17的铰接头，分别与两根横杆12连接为工字构架，通过旋紧伸缩杆11两端铰接头上的紧固螺栓和旋钮19，使工字构架成为一个整体。

由于本发明中的钢锚梁姿态测量装置包括姿态测量仪1，姿态测量仪1的两个横杆12上设有两个第一棱镜15，当通过自动全站仪3和多个第二棱镜2确定了自动全站仪3的测站点的三维坐标后，基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪3和两个第一棱镜15，就可以获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角。同时，钢锚梁纵横向倾斜度数据，由传感器13采集并由通讯模块14发送，从而控制器4便可以获得钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据，即完成了对钢锚梁姿态的测量。由上可知，本发明克服了传统测量方法的不足，采用本发明中的钢锚梁姿态测量装置可以直接测量钢锚梁纵横向倾斜度，自动测量钢锚梁中心的三维坐标和方位角(钢锚梁的位置数据)，姿态定位精度高，最根本的是保证了钢锚梁定位测量精度，提高了测量效率，同时也降低了人工成本。

本发明还提供一种利用上述钢锚梁姿态测量装置测量钢锚梁姿态的方法，该方法包括以下步骤：

S1.调节伸缩杆11的长度，使每个横杆12底面横向中心线与对应的锚垫板5横向中心线重合，且使每个横杆12底面中心点位于对应的钢锚梁8的实际锚固点上；

S2.将多个第二棱镜2分别安装在与第二棱镜2数量对应的多个地面控制点上；

本实施例中，将四个第二棱镜2分别安装在地面控制点DQ1、DQ2、DQ3、DQ4的强制归心墩7上。

S3.利用自动全站仪3、多个第二棱镜2、塔柱6上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的三维坐标，并将测站点标示在塔柱6上；

具体而言，测站点的三维坐标包括测站点的平面坐标和测站点的高程数据，获取测站点的三维坐标，具体包括以下步骤：

利用自动全站仪3按照自由设站法，观测地面控制点的水平角、竖直角和地面控制点与测站点的斜距，利用边角后方交会测量原理，进行平差计算后得到测站点的平面坐标。本实施例中的地面控制点为DQ1、DQ2、DQ3、DQ4，观测这些地面控制点的水平角、竖直角和地面控制点与测站点的斜距，通过计算即可得到测站点的平面坐标。

根据塔柱6上的高程基准点，使用自动全站仪3采集测站点的高程数据。

S4.基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪3和两个第一棱镜15，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器4；

具体而言，参加图9和图10所示，首先获取两个第一棱镜15的中心点坐标X₁(x₁,y₁,z₁)和X₂(x₂,y₂,z₂)；

利用姿态测量仪1，获取钢锚梁8两侧的索道轴线在水平面xy上的投影与y轴的夹角β₁和β₂，以及钢锚梁8两侧的索道轴线与水平面xy的夹角α₁和α₂；

测量两个第一棱镜15的中心分别到对应锚固点的距离L_A和L_B；

根据公式：

和

计算钢锚梁第一锚固点的坐标X_A(x_A,y_A,z_A)和钢锚梁第二锚固点的坐标X_B(x_B,y_B,z_B)；

根据公式：

以及

计算钢锚梁中心的实时实际三维坐标X_O(x_O,y_O,z_O)及钢锚梁实时实际方位角α。

S5.利用传感器13采集钢锚梁纵横向倾斜度数据，并通过通讯模块14将钢锚梁纵横向倾斜度数据传输至控制器4。

综上，本发明中的测量方法克服了传统测量方法的不足，采用本发明中的钢锚梁姿态测量装置可以直接测量钢锚梁纵横向倾斜度，自动测量钢锚梁中心的三维坐标和方位角钢锚梁的位置数据，姿态定位精度高，最根本的是保证了钢锚梁定位测量精度，提高了测量效率，同时也降低了人工成本。

本发明还提供一种利用上述钢锚梁姿态测量装置对钢锚梁姿态进行纠偏的方法，该方法包括以下步骤：

S1’.调节伸缩杆11的长度，使每个横杆12底面横向中心线与对应的锚垫板5横向中心线重合，且使每个横杆12底面中心点位于对应的钢锚梁8的实际锚固点上。

S2’.将多个第二棱镜2分别安装在与第二棱镜2数量对应的多个地面控制点上；

本实施例中，将四个第二棱镜2分别安装在地面控制点DQ1、DQ2、DQ3、DQ4的强制归心墩7上。

S3’.利用自动全站仪3、多个第二棱镜2、塔柱6上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的三维坐标，并将测站点标示在塔柱6上；

S4’.基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪3和两个第一棱镜15，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器4；

具体而言，参加图9和图10所示，首先获取两个第一棱镜15的中心点坐标X₁(x₁,y₁,z₁)和X₂(x₂,y₂,z₂)；

利用姿态测量仪1，获取钢锚梁8两侧的索道轴线在水平面xy上的投影与y轴的夹角β₁和β₂，以及钢锚梁8两侧的索道轴线与水平面xy的夹角α₁和α₂；

测量两个第一棱镜15的中心分别到对应锚固点的距离L_A和L_B；

根据公式：

和

计算钢锚梁第一锚固点的坐标X_A(x_A,y_A,z_A)和钢锚梁第二锚固点的坐标X_B(x_B,y_B,z_B)；

根据公式：

以及

计算钢锚梁中心的实时实际三维坐标X_O(x_O,y_O,z_O)及钢锚梁实时实际方位角α。

S5’.利用传感器13采集钢锚梁纵横向倾斜度数据，并通过通讯模块14将钢锚梁实时实际纵横向倾斜度数据传输至控制器4；

S6’.根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时实际纵横向倾斜度，对钢锚梁的姿态进行纠偏。

对于步骤S6’，具体而言，当塔柱6处于无变形状态下时，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标与预设的钢锚梁中心的理论三维坐标的差值、钢锚梁实时实际方位角与预设的钢锚梁理论方位角的差值、钢锚梁实时实际纵横向倾斜度与预设的钢锚梁理论纵横向倾斜度的差值，对钢锚梁8的姿态进行纠偏；

当塔柱6处于变形状态下时，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标与钢锚梁中心的实时理论三维坐标的差值、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时理论方位角的差值、钢锚梁实时实际纵横向倾斜度与预设的钢锚梁理论纵横向倾斜度的差值，对钢锚梁8的姿态进行纠偏。

本实施例中的塔柱6处于变形状态下或未变形状态可以以时间作为参考。通常来说，在日出前，比如2:00-4:00这个时间段，塔柱6无明显变形。在日出后，由于塔柱6受日照热辐射影响，迎日面与背日面温差大，塔柱6扭转变形3-5厘米，此时则认为塔柱6处于变形状态下。

其中，获取钢锚梁中心的实时理论三维坐标和钢锚梁实时理论方位角，具体包括以下步骤：

当塔柱6处于无变形状态下时，利用自动全站仪3、多个第二棱镜2、塔柱6上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的静态三维坐标；

当塔柱6处于变形状态下时，再次利用自动全站仪3、多个第二棱镜2、塔柱6上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的实时三维坐标；

计算测站点的实时三维坐标与静态三维坐标的差值，得到测站点的实时变化量；

基于测站点的实时变化量、预设的钢锚梁中心的理论三维坐标和预设的钢锚梁理论方位角，通过差分计算得到钢锚梁中心的实时理论三维坐标和钢锚梁实时理论方位角。

也就是说，本发明中的纠偏方法涉及塔柱6处于无变形状态下和变形状态两种情形。其中主要涉及到三组概念：

1.钢锚梁中心的理论三维坐标和钢锚梁理论纵横向倾斜度。

这是设计值，即为已知量。

2.钢锚梁中心的实时理论三维坐标和钢锚梁实时理论纵横向倾斜度。

这两项数据是当塔柱6处于变形状态下时，考虑塔柱6变形的影响，在钢锚梁中心的理论三维坐标和钢锚梁理论纵横向倾斜度的基础上，进行调整得到的，具体方式可参见上述具体算法。

3.钢锚梁中心的实时实际三维坐标和钢锚梁实时实际纵横向倾斜度。

这是在获取自动全站仪的测站点的三维坐标后，利用自动全站仪3和两个第一棱镜15直接测量得到的结果。

值得注意的是，在塔柱6处于无变形状态下时，得到的是自动全站仪的测站点的静态三维坐标。在塔柱6处于变形状态下时，得到的是自动全站仪的测站点的实时三维坐标，它们获取的方式是一样的。随后，再根据得到的测站点的静态三维坐标或测站点的实时三维坐标，来获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角。

在进行纠偏时，在塔柱6处于无变形状态下时，比较的对象是上述三组概念中的第一和第三组概念。在塔柱6处于变形状态下时，比较的对象是上述三组概念中的第一和第三组概念。

综上，本发明克服了传统测量方法的不足，公开了一种对钢锚梁姿态纠偏的方法，采用该方法可以直接测量钢锚梁纵横向倾斜度，自动测量钢锚梁中心的三维坐标和钢锚梁方位角，姿态定位精度高。此外，针对日出前和日出后，塔柱6处于未变形状态或变形状态下，采用对应的方式进行测量和纠偏。从而可以实现全天候实时图示钢锚梁实际姿态与理论姿态的偏差情况，及时指导施工人员调整钢锚梁就位。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种钢锚梁姿态测量装置，其特征在于，包括：

姿态测量仪(1)，其包括，

-工字构架，其包括伸缩杆(11)，所述伸缩杆(11)的两端均设有横杆(12)，且每个所述横杆(12)均可绕所述伸缩杆(11)万向转动；

-多个传感器(13)，其设置在所述工字构架上，用于采集钢锚梁纵横向倾斜度数据；

-多个通讯模块(14)，其设置在所述工字构架上，用于传输所述钢锚梁纵横向倾斜度数据，并控制所述传感器(13)的开启；

-两个第一棱镜(15)，其分别可拆卸地固定在两个所述横杆(12)上；

多个第二棱镜(2)，其用于辅助测量钢锚梁的位置数据；

自动全站仪(3)，其基于所述第一棱镜(15)和第二棱镜(2)测量和传输钢锚梁的位置数据；

控制器(4)，其用于控制姿态测量仪(1)和自动全站仪(3)运行，并接受所述钢锚梁纵横向倾斜度数据和钢锚梁的位置数据。

2.如权利要求1所述的钢锚梁姿态测量装置，其特征在于：所述伸缩杆(11)的两端均设有铰接孔(16)，每个所述横杆(12)上均设有球形万向铰接座(17)和凹槽(18)，所述球形万向铰接座(17)的一端位于所述凹槽(18)内，另一端位于所述铰接孔(16)内。

3.如权利要求1所述的钢锚梁姿态测量装置，其特征在于：所述伸缩杆(11)包括可相对滑动的固定部和活动部，所述固定部套设在所述活动部上，所述固定部上还设有旋钮(19)，所述旋钮(19)用于限制所述固定部和活动部相对滑动。

4.一种利用如权利要求1所述的钢锚梁姿态测量装置测量钢锚梁姿态的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

调节伸缩杆(11)的长度，使每个横杆(12)底面横向中心线与对应的锚垫板(5)横向中心线重合，且使每个横杆(12)底面中心点位于对应的钢锚梁(8)的实际锚固点上；

将多个第二棱镜(2)分别安装在与第二棱镜(2)数量对应的多个地面控制点上；

利用自动全站仪(3)、多个第二棱镜(2)、塔柱(6)上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的三维坐标，并将测站点标示在塔柱(6)上；

基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪(3)和两个第一棱镜(15)，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器(4)；

利用传感器(13)采集钢锚梁纵横向倾斜度数据，并通过通讯模块(14)将钢锚梁纵横向倾斜度数据传输至控制器(4)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪(3)和两个第一棱镜(15)，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，具体包括以下步骤：

获取两个第一棱镜(15)的中心点坐标X₁(x₁,y₁,z₁)和X₂(x₂,y₂,z₂)；

利用姿态测量仪(1)，获取钢锚梁(8)两侧的索道轴线在水平面xy上的投影与y轴的夹角β₁和β₂，以及钢锚梁(8)两侧的索道轴线与水平面xy的夹角α₁和α₂；

测量两个第一棱镜(15)的中心分别到对应锚固点的距离L_A和L_B；

根据公式：

和

计算钢锚梁第一锚固点的坐标X_A(x_A,y_A,z_A)和钢锚梁第二锚固点的坐标X_B(x_B,y_B,z_B)；

根据公式：

以及

计算钢锚梁中心的实时实际三维坐标X_O(x_O,y_O,z_O)及钢锚梁实时实际方位角α。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，测站点的三维坐标包括测站点的平面坐标和测站点的高程数据，获取测站点的三维坐标，具体包括以下步骤：

利用自动全站仪(3)按照自由设站法，观测地面控制点的水平角、竖直角和地面控制点与测站点的斜距，利用边角后方交会测量原理，进行平差计算后得到测站点的平面坐标；

根据塔柱(6)上的高程基准点，使用自动全站仪(3)采集测站点的高程数据。

7.一种利用如权利要求1所述的钢锚梁姿态测量装置对钢锚梁姿态进行纠偏的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

调节伸缩杆(11)的长度，使每个横杆(12)底面横向中心线与对应的锚垫板(5)横向中心线重合，且使每个横杆(12)底面中心点位于对应的钢锚梁(8)的实际锚固点上；

将多个第二棱镜(2)分别安装在与第二棱镜(2)数量对应的多个地面控制点上；

利用自动全站仪(3)、多个第二棱镜(2)、塔柱(6)上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的三维坐标，并将测站点标示在塔柱(6)上；

基于测站点的三维坐标，利用自动全站仪(3)和两个第一棱镜(15)，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器(4)；

利用传感器(13)采集钢锚梁纵横向倾斜度数据，并通过通讯模块(14)将钢锚梁实时实际纵横向倾斜度数据传输至控制器(4)；

根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时实际纵横向倾斜度，对钢锚梁(8)的姿态进行纠偏。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时实际纵横向倾斜度，对钢锚梁(8)的姿态进行纠偏，具体包括以下步骤：

当塔柱(6)处于无变形状态下时，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标与预设的钢锚梁中心的理论三维坐标的差值、钢锚梁实时实际方位角与预设的钢锚梁理论方位角的差值、钢锚梁实时实际纵横向倾斜度与预设的钢锚梁理论纵横向倾斜度的差值，对钢锚梁(8)的姿态进行纠偏；

当塔柱(6)处于变形状态下时，根据钢锚梁中心的实时实际三维坐标与钢锚梁中心的实时理论三维坐标的差值、钢锚梁实时实际方位角与钢锚梁实时理论方位角的差值、钢锚梁实时实际纵横向倾斜度与预设的钢锚梁理论纵横向倾斜度的差值，对钢锚梁(8)的姿态进行纠偏。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，获取钢锚梁中心的实时理论三维坐标和钢锚梁实时理论方位角，具体包括以下步骤：

当塔柱(6)处于无变形状态下时，利用自动全站仪(3)、多个第二棱镜(2)、塔柱(6)上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的静态三维坐标；

当塔柱(6)处于变形状态下时，再次利用自动全站仪(3)、多个第二棱镜(2)、塔柱(6)上的高程基准点，获取自动全站仪的测站点的实时三维坐标；

计算测站点的实时三维坐标与静态三维坐标的差值，得到测站点的实时变化量；

基于测站点的实时变化量、预设的钢锚梁中心的理论三维坐标和预设的钢锚梁理论方位角，通过差分计算得到钢锚梁中心的实时理论三维坐标和钢锚梁实时理论方位角。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

当塔柱(6)处于无变形状态下时，基于测站点的静态三维坐标，利用自动全站仪(3)和两个第一棱镜(15)，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器(4)；

当塔柱(6)处于变形状态下时，基于测站点的实时三维坐标，利用自动全站仪(3)和两个第一棱镜(15)，获取钢锚梁中心的实时实际三维坐标及钢锚梁实时实际方位角，并发送至控制器(4)。

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