CN110826141A - 一种塔架线型的低成本自动化测试方法及其应用测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种塔架线型的低成本自动化测试方法及其应用测试系统，测试方法包括以下步骤：1)以塔架的底部为坐标原点，建立直角坐标系y‑z；2)沿塔架从下到上等间距安装N个倾角仪；3)通过N个倾角仪测试得到N组关于塔架的倾斜角的数据；4)将塔架简化为一根杆，塔架的线型用函数表示：5)构建函数一阶导数与曲线斜率的关系式；6)将N个倾角仪的数据分别代入式步骤5)，联立方程求出公式中的待定未知量，7)将求得的待定未知量代入式上述关系式即可得到塔架的位移函数，从而表示出塔架的线型，可解决对塔架整体线型进行测试时测试效率低、测试工作量大、测试成本高、自动化程度低等问题。

Description

一种塔架线型的低成本自动化测试方法及其应用测试系统

技术领域

本发明属于拱桥施工监测与控制领域，尤其涉及一种塔架线型的低成本自动化测试方法及其应用测试系统。

背景技术

缆索吊装、斜拉扣挂是拱桥最常用的施工方法，其中塔架是施工中的重要临时建筑物。塔架用于支撑缆索，塔架上设有索鞍用来实现缆索的横向移动。拱肋通过扣索扣挂在塔架上，并通过索鞍实现扣索转向，因此塔架直接承受缆索荷载、吊装荷载和扣挂荷载，其安全性直观重要；另一方面，由于拱肋节段扣挂于塔架上，塔架的过大变形将导致拱肋节段的线型发生改变，为此在施工过程中往往将塔架的变形作为重要的监测指标。

塔架的变形一般可以通过位移计进行测试，但由于塔架高度一般是几十米甚至超过百米，没有安装普通位移计固定装置的条件，因此，当前塔架位移测试往往是通过全站仪等仪器进行定期人工测试，需要测试的控制点数量多，测试频率高，因此人工测试将产生巨大的人工成本，且人工测试无法进行塔架变形的实时监测，只能进行塔架某个时间点的线型观测。为此，公开号为CN107620260A的发明专利公开了一种名称为一种拱桥施工缆索吊塔架位移控制系统及使用方法，其利用GNSS位移测量系统进行塔顶位移的测试，虽然基于北斗卫星定位系统能够实现塔顶位移的自动化测试，但GNSS位移测量系统成本高，一个测点的设备成本约 4-5万，且大多只安装在塔架顶部，无法测试得到整个塔架的线型，因此急需提出一种适用于塔架等高耸建构筑物的低成本自动化测试系统和方法，实现对塔架整体线型的实时监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种架线型的低成本自动化测试方法及其应用系统，可以解决对塔架整体线型测试效率低、测试工作量大、测试成本高、自动化程度低等问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种塔架线型的低成本自动化测试方法，包括以下步骤：1)以塔架的底部为坐标原点，建立直角坐标系y-z，z坐标的物理意义是塔架的高度坐标，y坐标的物理意义是塔架的横向位移；

2)沿所述塔架从下到上等间距安装N个倾角仪，则从下往上第个倾角仪的坐标值为 (y_i,z_i)；

3)通过N个倾角仪测试得到N组关于塔架的倾斜角的数据，设(y_i,z_i)处倾角仪测试结果为α_i；

4)将塔架简化为一根杆模型，塔架的线型用函数y＝f(z)表示，用N阶多项式 y＝f(z)＝k₁z^N+k₂z^N-1+…+k_N-1z²+k_Nz表示塔架的位移函数；

5)根据函数一阶导数与曲线斜率的关系，得到：

tan(α_i)＝y′＝f′(z)＝N·k₁z^N-1+(N-1)k₂z^N-2+…+2k_N-1z+k_N；

6)将步骤3)所得N个倾角仪的数据分别代入步骤5)中的公式，可以得到N个函数，联立方程求出N个待定未知量k₁～k_N；

7)将k₁～k_N代入步骤4)中的公式即可得到塔架的位移函数，从而表示出塔架的线型，任意一点的位移只需要代入高度坐标z便能够求出。

作为一种改进的方式，其特征在于，步骤2)中，N≥3。

作为一种改进的方式，步骤3)中，通过数据采集仪对倾角仪的测得数据进行采集。

作为一种改进的方式，通过无线传输模块对数据进行传输。

作为一种改进的方式，通过云数据处理平台将数据传进行处理计算。

本申请所解决的另一个技术问题是：提供一种塔架线型的低成本自动化测试系统。

所采用的技术方案为：包括数据采集仪、无线传输模块、云数据处理平台以及N个等间距安装于塔架上的倾角仪，所述数据采集仪采集各所述倾角仪的测得数据并将测得数据转换为数字信号，所述无线传输模块将所述数字信号传送给所述云数据处理平台，所述云数据处理平台将数据进行处理计算。

采用上述技术方案所取得的技术效果为：

本申请提出一套以倾角仪为主要测试元件的塔架线型测试系统，并利用倾角测试数据结合拟合回归分析建立塔架的位移函数，从而得到塔架任意一点的位移。本申请的测试系统具有以下特点：

1)塔架线型实时监测，不需要人工参与，整个过程是全自动化的；

2)通过部分点的数据测试，可以得到塔架任意一点的位移；

3)降低测试成本。

由于步骤2)中，N≥3，沿所述塔架从下到上等间距安装N≥3个倾角仪，沿塔架高度方向采集的倾斜角的数据的个数越多，所得的塔架的位移函数就会越精确。

由于通过数据采集仪对倾角仪的测得数据进行采集，利于数据采集仪可以对数据进行有效的采集。

由于通过无线传输模块对数据进行传输，无线传输模块可实现对数字信号的无线传输，方便远距离操作。

由于所述步骤4)-7)中，通过云数据处理平台将数据传进行处理计算，云数据处理平台的信息量大，可以对数据进行有效而准确的处理计算。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本申请自动化测试系统组成的结构图；

图2是塔架线型及倾角仪坐标示意；

图中，1-塔架，2-倾角仪，3-杆模型，4-数据采集仪，5-无线传输模块,6-云处理平台。

具体实施方式

如图1～2所示，一种塔架线型的低成本自动化测试系统，包括数据采集仪4、无线传输模块、云数据处理平台6以及N个等间距安装于塔架1上的倾角仪2，数据采集仪4采集各倾角仪2的测得数据并将测得数据转换为数字信号，无线传输模块5将数字信号传送给云数据处理平台6，无线传输模块5可实现对数字信号的无线传输，方便远距离操作。云数据处理平台6将数据进行处理计算。该自动化测试系统的具体测试系统包括以下步骤：

1)以塔架1的底部为坐标原点，建立直角坐标系y-z，z坐标的物理意义是塔架1的高度坐标，y坐标的物理意义是塔架1的横向位移。

2)沿塔架1从下到上等间距安装N个倾角仪2，则从下往上第个倾角仪2的坐标值为(y_i,z_i)。

3)通过N个倾角仪2测试得到N组关于塔架1的倾斜角的数据，设(y_i,z_i)处倾角仪2测试结果为α_i，N≥3，沿塔架1从下到上等间距安装N≥3个倾角仪2，沿塔架1高度方向采集的倾斜角的数据的个数越多，所得的塔架1的位移函数就会越精确。

4)将塔架1简化为一根杆模型3，塔架1的线型用函数y＝f(z)表示，用N阶多项式 y＝f(z)＝k₁z^N+k₂z^N-1+…+k_N-1z²+k_Nz(1)表示塔架1的位移函数。

5)根据函数一阶导数与曲线斜率的关系，得到：

tan(α_i)＝y′＝f′(z)＝N·k₁z^N-1+(N-1)k₂z^N-2+…+2k_N-1z+k_N (2)。

6)将步骤3)所得N个倾角仪2的数据分别代入式(2)，可以得到N个函数，联立方程求出N个待定未知量k₁～k_N。

7)将k₁～k_N代入式(1)即可得到塔架1的位移函数，从而表示出塔架1的线型，任意一点的位移只需要代入高度坐标z便能够求出。

本申请提出一套以倾角仪2为主要测试元件的塔架线型测试系统，并利用倾角测试数据结合拟合回归分析建立塔架1的位移函数，从而得到塔架1任意一点的位移。本申请的测试系统具有以下特点：

2)塔架线型实时监测，不需要人工参与，整个过程是全自动化的。

2)通过部分点的数据测试，可以得到塔架1任意一点的位移。

3)降低测试成本。

需要说明的是，待定未知数的求解可以编写程序嵌入到云数据处理平台中，倾角仪2的测试数据实时更新，塔架1的线型也实时更新，实时在云平台上显示。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (6)

1.一种塔架线型的低成本自动化测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以塔架的底部为坐标原点，建立直角坐标系y-z，z坐标的物理意义是塔架的高度坐标，y坐标的物理意义是塔架的横向位移；

2)沿所述塔架从下到上等间距安装N个倾角仪，则从下往上第个倾角仪的坐标值为(y_i,z_i)；

3)通过N个倾角仪测试得到N组关于塔架的倾斜角的数据，设(y_i,z_i)处倾角仪测试结果为α_i；

4)将塔架简化为一根杆模型，塔架的线型用函数y＝f(z)表示，用N阶多项式y＝f(z)＝k₁z^N+k₂z^N-1+…+k_N-1z²+k_Nz表示塔架的位移函数；

5)根据函数一阶导数与曲线斜率的关系，得到：

tan(α_i)＝y′＝f′(z)＝N·k₁z^N-1+(N-1)k₂z^N-2+…+2k_N-1z+k_N；

6)将步骤3)所得N个倾角仪的数据分别代入步骤5)中的公式，可以得到N个函数，联立方程求出N个待定未知量k₁～k_N；

7)将k₁～k_N代入步骤4)中的公式即可得到塔架的位移函数，从而表示出塔架的线型，任意一点的位移只需要代入高度坐标z便能够求出。

2.如权利要求1所述一种塔架线型的低成本自动化测试方法，其特征在于，其特征在于，步骤2)中，N≥3。

3.如权利要求1所述一种塔架线型的低成本自动化测试方法，其特征在于，步骤3)中，通过数据采集仪对倾角仪的测得数据进行采集。

4.如权利要求1所述一种塔架线型的低成本自动化测试方法，其特征在于，通过无线传输模块对数据进行传输。

5.如权利要求1所述一种塔架线型的低成本自动化测试方法，其特征在于，所述步骤4)-7)中，通过云数据处理平台将数据传进行处理计算。

6.一种通过权利要求1所述的塔架线型的低成本自动化测试方法进行测试的测试系统，其特征在于，包括数据采集仪、无线传输模块、云数据处理平台以及N个等间距安装于塔架上的倾角仪，所述数据采集仪采集各所述倾角仪的测得数据并将测得数据转换为数字信号，所述无线传输模块将所述数字信号传送给所述云数据处理平台，所述云数据处理平台将数据进行处理计算。

Images