CN112504260B - 一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法，首先建立云网络服务平台，并配备各种用于结构物姿态实时定位的硬件系统，通过互联网提供用于现场定位的云计算服务，用户可根据需求，通过网络浏览器终端或轻量级中的软件来获取和使用特定的定位及计算服务；用户根据具体需求完成卫星定位组件、姿态监测组件现场安装，测量数据传输至云服务平台；用户将设计数据录入云网络服务平台，并根据云网络服务平台提供的结构物姿态实时定位显示服务，指挥现场定位及调整；定位完成后，下载定位原始数据，采用其他测量方式复核定位精度。本发明实现了非接触式测量，能实时显示结构物的定位姿态，远程网络多用户协作，指挥现场结构物定位。

Description

一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法

技术领域

本发明涉及结构物定位测量技术领域，尤其是涉及一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法。

背景技术

随着工程建设技术的发展，跨海大桥、海上风电等基础设施建设越来越多，体量也逐年增大，施工难度也越来越大，如何在保证安全及质量的情况下，达到快速施工目标，成为各施工单位的首要任务。在此背景下，工厂化施工孕育而生，如桥墩基础、梁体、风电基础导管架等结构物正逐渐发展为在工厂整体建造、现场直接进行安装的模式，已经成为基础设施建设新的发展趋势，因此结构物的安装定位测量桥梁、风电等施工中应用越来越广泛，变得不可或缺。目前，结构物传统的安装定位方法是采用全站仪进行定位，或是人在结构物上使用RTK测量特征点进行定位，这两种方法都需要接触定位，无法避免定位过程中存在的潜在威胁，而且无法做到对结构物姿态的实时定位测量，定位效率极低，因此实现结构物姿态实时非接触定位测量可以有效地降低定位风险,提高安全性，而且能实时显示定位姿态，进一步保证定位精度。

随着互联网的普及和广泛使用，云网络技术也越来越被我们所熟知，如何建设信息云服务平台，通过互联网提供用于现场定位的云计算服务，用户可根据需求，通过网络浏览器终端或轻量级中的软件来获取和使用特定的定位及计算服务，成了技术人员急需解决的一项课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法，该测量方法实现了非接触式测量，能实时显示结构物的定位姿态，实现远程网络多用户协作，指挥现场结构物定位。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法，特征是：该结构物是桥墩基础、梁体、风电基础导管架等工厂整体建造、需现场直接进行整体安装定位的构筑物，具体步骤如下：

（1）建立云网络服务平台，并配备各种用于结构物姿态实时定位的硬件系统，通过互联网提供用于现场定位的云计算服务，用户可根据需求，通过网络浏览器终端或轻量级中的软件来获取和使用特定的定位及计算服务；

（2）卫星定位组件、姿态监测组件现场安装及数据传输；

（3）将设计数据录入云网络服务平台，用户根据云网络服务平台提供的结构物姿态实时定位显示服务，指挥现场定位及调整；

（4）定位完成后，下载定位原始数据，并采用全站仪和水准仪复核定位精度。

在所述步骤（1）中，云网络服务平台的硬件系统包括卫星定位组件、姿态监测组件、云网络、七参数转换模型、结构物姿态计算模型，其中：

卫星定位组件包括一台GPS基准站、两台GPS移动站，能实时获取结构物的位置信息（纬度B，经度L，大地高H）；

姿态监测组件是用于实时获取定位过程中结构物倾斜姿态的信息数据，主要包括三部分，一是高精度双轴倾斜传感器，用于测量结构物的倾斜角度的传感器；二是DTU（DataTransfer unit，DTU，数据传输单元）无线终端设备，用于倾斜传感器数据无线传输；三是供电设备，为高精度双轴倾斜传感器和DTU无线终端设备提供电力；

云网络包括云设备和云服务；

云设备主要包括支撑海量结构物姿态实时定位数据处理的服务器、数据保存的存储设备、设备通信的交换机设备；

云服务是指向用户提供服务的应用平台软件，包括网络浏览器用户终端和手机APP软件；手机APP软件能为用户提供结构物姿态实时定位显示指挥现场定位调整；网络浏览器用户终端除了能为用户提供结构物姿态实时定位显示、实现远程网络多用户协作指挥现场定位调整以外，还能实现设计数据录入及定位原始数据下载功能；

七参数转换模型和结构物姿态计算模型均内置于云服务的计算中，七参数转换模型是将移动站获取结构物的位置信息数据（纬度B，经度L，大地高H）转换为施工独立坐标系下的三维坐标（北坐标X，东坐标Y，正常高Z），再将转换后的三维坐标传输至云服务的计算中用于结构物姿态的计算；结构物姿态计算模型是将安装在结构物顶部的移动站和倾斜传感器所获取的信息数据通过计算模型反映到结构物的各特征位置上，并输出距目标位置的距离及方向，实现结构物姿态实时定位模拟显示。

在所述步骤（2）中，卫星定位组件的安装方式为GPS基准站架设在岸上的强制归心墩控制点上，两台GPS移动站安装在结构物顶部的安装基座上，卫星定位组件数据的传输方式为GPS移动站通过4G网络连接GPS基准站，并实施获取的位置信息数据（纬度B，经度L，大地高H），通过4G网络传输给云网络服务平台进行计算；

姿态监测组件的安装数量，能根据用户的定位需要，安装多台姿态监测组件，安装分为三步，第一步是高精度双轴倾斜传感器安装于结构物顶部的水平板上，并且高精度双轴倾斜传感器的X轴与Y轴分别与施工独立坐标系的两坐标轴平行，第二步是将高精度双轴倾斜传感器与DTU无线终端设备进行有线连接，第三步是使用供电设备为高精度双轴倾斜传感器和DTU无线终端设备供电，高精度双轴倾斜传感器实时获取定位过程中结构物倾斜姿态信息数据，DTU无线终端设备通过4G网络传输给云网络服务平台进行计算。

在所述步骤（3）中，录入到云网络服务平台的设计数据包括结构物顶面和底面各特征点的三维设计坐标、结构尺寸（长、宽、高）、GPS移动站安装位置设计三维坐标、定位数据的采样时间间隔，用户根据云网络服务平台提供的网络浏览器用户终端或手机APP软件获取结构物姿态的实时定位信息，实现远程网络多用户协作指挥现场对该结构物进行调整，结构物姿态的实时定位信息的内容以三视图的方式进行实时动态展示，俯视图展示的内容包括：结构物的扭转角度、距目标位置水平距离、特征点的实测坐标、GPS移动站实测三维坐标、高精度双轴倾斜传感器实测倾斜数据；主视图展示的内容包括：距目标位置竖向距离、东西向倾斜值、东西向特征点的高差；侧视图展示的内容包括：南北向倾斜值、南北向特征点的高差。

在所述步骤（4）中，用户在云网络服务平台中下载定位完成后两台GPS移动站结构物位置信息数据和高精度双轴倾斜传感器结构物倾斜姿态信息数据，并与采用全站仪极坐标法测量出的结构物位置信息数据和采用水准仪测量出的结构物倾斜姿态信息数据进行对比分析，进一步复核定位精度。

本发明和传统结构物姿态定位测量方法相比，本发明具有如下优点：

1、能实时显示结构物定位姿态，实现远程网络多用户协作，指挥现场结构物定位；

2、具有可迁移性，不单能为某种特定的结构物进行定位服务，只需在网络浏览器用户终端和手机APP软件稍作修改，就能为其他结构物提供定位服务等功能；

3、实现了非接触式测量定位，避免定位过程中存在的潜在威胁；

4、结构物定位时产生的数据量巨大，如果是使用传统硬盘存储的方式需配备专用的大空间存储设备，成本极高，但使用基于云网络服务存储数据就不存在上述问题，进一步节省了成本。

附图说明

图1为本发明实施例中基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法流程图；

图2为本发明实施例中云网络服务平台硬件系统的示意图；

图3为本发明实施例中现场吊装定位的示意图；

图4为本发明实施例中卫星定位组件连接的示意图；

图5为本发明实施例中姿态监测组件接线的示意图；

图6为本发明实施例中网络浏览器用户终端和手机APP软件结构物姿态实时定位显示界面图，图中（a）为结构物的俯视图界面，（b）为结构物的主视图界面，（c）为结构物的侧视图界面。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法，该结构物是桥墩基础、梁体、风电基础导管架等工厂整体建造、需现场直接进行整体安装定位的结构物，具体步骤如下：

（1）建立云网络服务平台：

参见图2、图4、图5所示，云网络服务平台的硬件系统包括卫星定位组件、姿态监测组件、云网络、七参数转换模型、结构物姿态计算模型；

所述的卫星定位组件包括一台GPS基准站4、两台GPS移动站1、2，能实时获取结构物的位置信息（纬度B，经度L，大地高H）；

所述的姿态监测组件主要包括三部分，一是高精度双轴倾斜传感器9，用于测量结构物的倾斜角度的传感器；二是DTU无线终端设备10，用于倾斜传感器数据无线传输；三是供电设备11，为高精度双轴倾斜传感器9和DTU无线终端设备10提供电力，姿态监测组件是用于实时获取定位过程中结构物倾斜姿态信息数据；

所述的云网络包括云设备和云服务；

云设备主要包括支撑海量结构物姿态实时定位数据处理的服务器、数据保存的存储设备、设备通信的交换机设备；

云服务是指向用户提供服务的应用平台软件，包括网络浏览器用户终端和手机APP软件；手机APP软件能为用户提供结构物姿态实时定位显示指挥现场定位调整；网络浏览器用户终端除了能为用户提供结构物姿态实时定位显示，实现远程网络多用户协作指挥现场定位调整以外，还可以实现设计数据录入及定位原始数据下载功能；

所述的七参数转换及结构物姿态计算模型内置于云服务的计算中，七参数转换模型是将移动站获取结构物的位置信息数据（纬度B，经度L，大地高H）转换为施工独立坐标系下的三维坐标（北坐标X，东坐标Y，正常高Z），再将转换后的三维坐标传输至云服务的计算中用于结构物姿态的计算；结构物姿态计算模型是将安装在结构物顶部的移动站和倾斜传感器所获取的信息数据通过计算模型反映到结构物的各特征位置上，并输出距目标位置距离及方向，实现结构物姿态实时定位模拟显示。

（2）卫星定位组件、姿态监测组件现场安装及数据传输：

参见图3、图4、图5所示，卫星定位组件的安装方式为GPS基准站4架设在岸上的强制归心墩控制点5上，两台GPS移动站1、2分别安装在结构物顶部的安装基座6、7上，卫星定位组件数据传输方式为GPS移动站通过4G网络连接GPS基准站，并实施获取的位置信息数据（纬度B，经度L，大地高H），通过4G网络传输给云网络服务平台进行计算；

姿态监测组件的安装数量，能根据用户的定位需要，安装多台姿态监测组件，安装分为三步，第一步是高精度双轴倾斜传感器9安装于结构物顶水平板8上，并且高精度双轴倾斜传感器9的X轴与Y轴分别与施工独立坐标系的两坐标轴平行，第二步是将高精度双轴倾斜传感器9与DTU无线终端设备10进行有线连接12，第三步是使用供电设备11为高精度双轴倾斜传感器9和DTU无线终端设备10供电，高精度双轴倾斜传感器9实时获取定位过程中结构物倾斜姿态信息数据，DTU无线终端设备10通过4G网络传输给云网络服务平台进行计算。

（3）设计数据录入现场定位调整：

设计数据录入：录入到云网络服务平台的设计数据包括结构物顶面和底面各特征点的三维设计坐标、结构尺寸（长、宽、高）、GPS移动站安装位置设计三维坐标、定位数据的采样时间间隔；

现场定位调整：用户根据云网络服务平台提供的如图6所示的网络浏览器用户终端或手机APP软件获取结构物姿态的实时定位信息，远程网络多用户协作指挥现场对该结构物进行调整，结构物姿态的实时定位信息的内容以三视图的方式进行实时动态展示，俯视图展示的内容包括：结构物的扭转角度、距目标位置水平距离、特征点的实测坐标、GPS移动站实测三维坐标、高精度双轴倾斜传感器实测倾斜数据；主视图展示的内容包括：距目标位置竖向距离、东西向倾斜值、东西向特征点的高差；侧视图展示的内容包括：南北向倾斜值、南北向特征点的高差。

（4）定位原始数据下载及定位精度复核；

用户在云网络服务平台中下载定位完成后两台GPS移动站结构物位置信息数据和高精度双轴倾斜传感器结构物倾斜姿态信息数据，并与采用全站仪极坐标法测量出的结构物位置信息数据和采用水准仪测量出的结构物倾斜姿态信息数据进行对比分析，进一步复核定位精度。

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 (1)

1.一种基于云网络的结构物姿态实时定位测量方法，其特征在于：该结构物是桥墩基础、梁体、风电基础导管架，具体步骤如下：

（1）建立云网络服务平台，并配备各种用于结构物姿态实时定位的硬件系统，通过互联网提供用于现场定位的云计算服务，用户根据需求，通过网络浏览器终端或轻量级中的软件来获取和使用特定的定位及计算服务；

所述云网络服务平台的硬件系统包括卫星定位组件、姿态监测组件、云网络、七参数转换模型、结构物姿态计算模型，其中：

卫星定位组件包括一台GPS基准站、两台GPS移动站，能实时获取结构物的位置信息，位置信息包括：纬度B，经度L，大地高H；

姿态监测组件是用于实时获取定位过程中结构物倾斜姿态的信息数据，主要包括三部分，一是高精度双轴倾斜传感器，用于测量结构物的倾斜角度的传感器；二是DTU无线终端设备，用于倾斜传感器数据无线传输；三是供电设备，为高精度双轴倾斜传感器和DTU无线终端设备提供电力；

云网络包括云设备和云服务；

云设备主要包括支撑海量结构物姿态实时定位数据处理的服务器、数据保存的存储设备、设备通信的交换机设备；

云服务是指向用户提供服务的应用平台软件，包括网络浏览器用户终端和手机APP软件；手机APP软件能为用户提供结构物姿态实时定位显示指挥现场定位调整；网络浏览器用户终端除了能为用户提供结构物姿态实时定位显示、实现远程网络多用户协作指挥现场定位调整以外，还能实现设计数据录入及定位原始数据下载功能；

七参数转换及结构物姿态计算模型内置于云服务的计算中，七参数转换模型是将移动站获取结构物的位置信息数据“纬度B，经度L，大地高H”转换为施工独立坐标系下的三维坐标“北坐标X，东坐标Y，正常高Z”，再将转换后的三维坐标传输至云服务的计算中用于结构物姿态的计算；结构物姿态计算模型是将安装在结构物顶部的移动站和倾斜传感器所获取的信息数据通过计算模型反映到结构物的各特征位置上，并输出距目标位置的距离及方向，实现结构物姿态实时定位模拟显示；

（2）卫星定位组件、姿态监测组件现场安装及数据传输；

其中：卫星定位组件的安装方式为GPS基准站架设在岸上的强制归心墩控制点上，两台GPS移动站安装在结构物顶部的安装基座上，卫星定位组件数据的传输方式为GPS移动站通过4G网络连接GPS基准站，并实施获取的位置信息数据“纬度B，经度L，大地高H”，通过4G网络传输给云网络服务平台进行计算；

姿态监测组件的安装数量，能根据用户的定位需要，安装多台姿态监测组件，安装分为三步，第一步是高精度双轴倾斜传感器安装于结构物顶部的水平板上，并且高精度双轴倾斜传感器的X轴与Y轴分别与施工独立坐标系的两坐标轴平行，第二步是将高精度双轴倾斜传感器与DTU无线终端设备进行有线连接，第三步是使用供电设备为高精度双轴倾斜传感器和DTU无线终端设备供电，高精度双轴倾斜传感器实时获取定位过程中结构物倾斜姿态信息数据，DTU无线终端设备通过4G网络传输给云网络服务平台进行计算；

（3）将设计数据录入云网络服务平台，用户根据云网络服务平台提供的结构物姿态实时定位显示服务，指挥现场定位及调整；

其中：录入到云网络服务平台的设计数据包括结构物顶面和底面各特征点的三维设计坐标、结构尺寸“长，宽，高”、GPS移动站安装位置设计三维坐标、定位数据采样时间间隔，用户根据云网络服务平台提供的网络浏览器用户终端或手机APP软件获取结构物姿态的实时定位信息，实现远程网络多用户协作指挥现场对该结构物进行调整，结构物姿态的实时定位信息的内容以三视图的方式进行实时动态展示，俯视图展示的内容包括：结构物的扭转角度、距目标位置水平距离、特征点的实测坐标、GPS移动站实测三维坐标、高精度双轴倾斜传感器实测倾斜数据；主视图展示的内容包括：距目标位置竖向距离、东西向倾斜值、东西向特征点的高差；侧视图展示的内容包括：南北向倾斜值、南北向特征点的高差；

（4）定位完成后，下载定位原始数据，采用全站仪极坐标法复核定位精度；

即：用户在云网络服务平台中下载定位完成后两台GPS移动站结构物位置信息数据和高精度双轴倾斜传感器结构物倾斜姿态信息数据，并与采用全站仪极坐标法测量出的结构物位置信息数据和采用水准仪测量出的结构物倾斜姿态信息数据进行对比分析，进一步复核定位精度。