CN112857171A - 基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法 - Google Patents

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罗浩
张美聪
何振华
谢首祥
刘莉
郑东东
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points

Abstract

本发明提供一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，该方法是利用三个基准点的三维坐标空间关系，结合测量工具对建构筑物的指定点进行实时三维空间测量。采用本发明所述测量方法能够更有效、更直观地监测建构筑物上指定点的空间位移变化，从而监测建构筑物的三维空间位移，为施工及养护提供更强有力的数据支撑，帮助工程建设者及运营养护方做出对建构筑物健康情况更有利的判断，能够有效降低工程风险、防范于未然。

Description

基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法
技术领域
本发明涉及工程施工监控技术领域，具体涉及一种基于坐标点空间位置关系来测量建构筑物空间位移的方法。
背景技术
随着我国基建事业的不断发展，深基坑、高边坡、桥梁隧道等建构筑物建设越来越多。目前，对于建构筑物的变形测量，一般测量的多为建构筑物上某一特定点的位移参数，主要采用水准仪、全站仪等仪器进行测量。然而这种测量方法只能测量出某个位置点在直线上的距离偏差，比如沉降、倾斜，而建构筑物的位移多为空间位移，因此，如何利用现有的测量工具配合更好的测量手段来对建构筑物的空间位移进行测量是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，利用现有的测量工具来测量建构筑物的三维空间位移，能够更好的让我们在工程施工及后期监测中掌握建构筑物的三维变形，也能更好地为施工服务。
为此，本发明采用的具体技术方案是：
本发明提供一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，该方法是利用三个基准点的三维坐标空间关系，结合测量工具对建构筑物的指定点进行实时三维空间测量，具体包括以下步骤：
(1)选取不在同一条直线上的三个点作为基准点，以其中一个点为坐标原点建立空间坐标系；
(2)测量出三个基准点之间的直线距离，并计算得到所述三个基准点的空间坐标值；
(3)确定建构筑物的待测点，测量出待测点与所述三个基准点之间的距离；
(4)根据所述三个基准点的空间坐标值和待测点与三个基准点之间的距离计算得出待测点的坐标值；
(5)按测量要求间隔一定时间多次测量待测点到所述三个基准点之间的距离，计算得出待测点相应的多个坐标值，则待测点的坐标值变化即为建构筑物空间位移的变形。
上述技术方案中，所述三个基准点的位置是固定的，不受建构筑物的倾斜或沉降而移动。
进一步地，所述空间坐标系的具体建立过程为：设定三个基准点分别为A、B、C,则点A、B、C确定一个平面α，以A为原点，直线AB为X轴方向，与直线AB垂直的直线为Y轴方向，且X轴、Y轴的正方向为朝向C点方向，平面α的法线方向为Z轴方向建立空间坐标系。
测量得到所述A点与B点之间的距离为c，B点与C点之间的距离为a，C点与A点之间的距离为b，则A点坐标为(0,0,0)、B点坐标为(c，0,0)，设定C点坐标为(X3，Y3，0)，通过以下公式(1)和(2)求出C点坐标值：
Figure BDA0002872000840000021
Figure BDA0002872000840000022
其中，y3＞0,x3＞0。
再设定所述待测点为D点，通过测量得到D点到A点之间的距离为d、D点到B点之间的距离为e、D点到C点之间的距离为f，设定D点坐标为(X4，Y4，0)，则通过以下公式(3)、(4)、(5)求出D点坐标值：
Figure BDA0002872000840000023
Figure BDA0002872000840000024
Figure BDA0002872000840000025
其中，z4＞0。
因此，只要知道三个空间基准点A、B、C的坐标，要求空间其他点的坐标，只需知道这个点到三个基准点A、B、C的距离，即可通过两点间的距离公式得到这个点的坐标值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，是利用三个基准点的三维坐标空间关系，结合测量工具对建构筑物的指定点进行实时三维空间测量，采用该方法能够更有效、更直观地监测建构筑物上指定点的空间位移变化，从而监测建构筑物的三维空间位移，为施工及养护提供更强有力的数据支撑，帮助工程建设者及运营养护方做出对建构筑物健康情况更有利的判断，能够有效降低工程风险、防范于未然。
附图说明
图1为本发明所述测量建构筑物空间位移的方法流程图。
图2为本发明实施例1的空间坐标系图。
图3为本发明实施例2的空间坐标系图。
图4为本发明实施例2的拱顶下沉及周边收敛测量图。
图5为本发明实施例2需要同时测量多个断面的测量图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
结合图1、2所示，采用本发明所述测量建构筑物空间位移的方法来对新建楼房的建筑物变形进行测量，具体过程如下：
(1)空间几何提到，两点确定一条直线，不在同一条直线上的三点确定一个平面，如图2所示，选取不在同一直线上的三点A、B、C作为测量基准点，所述A、B、C三点是固定不会移动的，不随着建构筑物的沉降或变形而变化的；则点A、B、C确定一个平面α，以A点为原点，直线AB为X轴方向，与直线AB垂直的直线为Y轴方向，且X轴、Y轴的正方向为朝向C点方向，平面α的法线方向为Z轴方向建立空间坐标系；
(2)通过全站仪测量出A、B、C三点之间的距离分别为a、b、c，则A点坐标为(0,0,0)、B点坐标为(c，0,0)，设定C点坐标为(X3，Y3，0)，通过以下公式(1)和(2)可求出C点坐标值：
Figure BDA0002872000840000031
Figure BDA0002872000840000032
其中，y3＞0,x3＞0。由此，空间三个基准点A、B、C三个基准点的坐标值已求出。
(3)确定建构筑物的待测点D，所述D点根据测量要求及规范选取，一般选取在比较容易变形处，通过全站仪测量出D点与A、B、C三点之间的距离分别是d、e、f；
(4)设定D点坐标为(X4，Y4，0)，则通过以下公式(3)、(4)、(5)可求出D点坐标值：
Figure BDA0002872000840000033
Figure BDA0002872000840000034
Figure BDA0002872000840000041
其中，z4＞0，至此得到待测点D点的空间位置；
(5)根据测量及相关规范要求，间隔一定时间对待测点D点进行多次测量其与A、B、C三点之间的距离，利用上述公式(3)、(4)、(5)求出D点的多个坐标值，则D点坐标值的变化即为其在空间坐标系中的位移变化，进而可得到构建筑物的空间位移变化。
实施例2
结合图1、3、4所示，采用本发明所述测量建构筑物空间位移的方法来对隧道拱顶下沉及周边收敛变形进行测量，其基本原理和步骤与实施例1对新建楼房建筑物的变形测量的步骤基本一致，所不同的是，本实施例中，在隧道外部增加一基准点O点，用于复核A1、B1、C1三点的位置变化，此处的A1、B1、C1三点相当于实施例1中的A、B、C点，仅仅是为了区别而做的标注，根据A1、B1、C1三点所建立的空间坐标系如图3所示。
进一步地，如图4所示，在与基准点A1、B1、C1同一隧道横断面内布置测量点D1点用于测量拱顶下沉，布置E1点用于测量周边收敛，采用本发明的测量方法可得出D1点的空间坐标为(XD1、yD1、zD1)，E1点的空间坐标为(XE1、yE1、zE1)，也可以测出D1点和E1点之间的距离，利用空间两点相对距离公式来校验测量结果的准确性。
按照测量要求以及相关规范，间隔一定时间再次测量，分别测量出O点到A1、B1、C1三点之间的距离，D1点到A1、B1、C1三点之间的距离以及E1点到A1、B1、C1三点之间的距离，由于A1、B1、C1三点距离很近，故相对静止，可设其坐标变化值都为(△X2，△Y2，△Z2)，E1点的坐标变化为(△XE2、△YE2、△ZE3)，D1点的坐标变化为(△XD2、△YD2、△ZD3)，通过本发明的测量原理和已测量出的各直线长度及该测点的原坐标值，即可得到△X2，△Y2，△Z2，△XE2、△YE2、△ZE3，△XD2、△YD2、△ZD3的值，这些值即为两次测量时A1、B1、C1、D1、E1点的空间位移值，从而得到隧道拱顶下沉及周边收敛的变形量。
进一步地，根据要求的测量天数及次数测量，到变化值满足规范要求即可停止测量。
另外，如果需要同时测量多个断面，那么关键是需要把以基准点O点为原点，以测点A1、B1、C1确定的空间坐标引线到洞内，如图5所示。此时，A1、B1、C1三点是与F1、G1、H1相邻的两个测量断面对面边墙的测点，只要分别测出F1到A1、B1、C1三点的距离，G1到A1、B1、C1三点的距离，H1到A1、B1、C1三点的距离，再利用已知的A1、B1、C1三点的坐标，就可得出F1、G1、H1三点的坐标值。测点F1、G1、H1所在的断面的拱顶下沉及周边收敛测量同上所述。
如果引线次数较多，工作量也比较大，此时，若有断面沉降及收敛值已经达到要求范围，或是已经施做二衬及仰拱，即视为此断面已经稳定，可以把基准点放在此断面的边墙上，这样就可以减少工作量，提高工作效率。
综上，本发明提供的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，结合现有的测量工具能够测量出建构筑物的三维空间位移，可更好的让我们在工程施工及后期监测中掌握建构筑物的三维变形，更好地为施工服务。
应当理解的是，说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取不在同一条直线上的三个点作为基准点，以其中一个点为坐标原点建立空间坐标系；
(2)测量出三个基准点之间的直线距离，并计算得到所述三个基准点的空间坐标值；
(3)确定建构筑物的待测点，测量出待测点与所述三个基准点之间的距离；
(4)根据所述三个基准点的空间坐标值和待测点与三个基准点之间的距离计算得出待测点的坐标值；
(5)按测量要求间隔一定时间多次测量待测点到所述三个基准点之间的距离，计算得出待测点相应的多个坐标值，则待测点的坐标值变化即为建构筑物空间位移的变形。
2.根据权利要求1所述的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，其特征在于：所述三个基准点的位置是固定的，不受建构筑物的倾斜或沉降而移动。
3.根据权利要求2所述的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，其特征在于：所述空间坐标系的具体建立过程为：设定三个基准点分别为A、B、C,则点A、B、C确定一个平面α，以A为原点，直线AB为X轴方向，与直线AB垂直的直线为Y轴方向，且X轴、Y轴的正方向为朝向C点方向，平面α的法线方向为Z轴方向建立空间坐标系。
4.根据权利要求3所述的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，其特征在于：测量得到所述A点与B点之间的距离为c，B点与C点之间的距离为a，C点与A点之间的距离为b，则A点坐标为(0,0,0)、B点坐标为(c，0,0)，设定C点坐标为(X3，Y3，0)，通过以下公式(1)和(2)求出C点坐标值：
Figure FDA0002872000830000011
Figure FDA0002872000830000012
其中，y3＞0,x3＞0。
5.根据权利要求4所述的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，其特征在于：设定所述待测点为D点，通过测量得到D点到A点之间的距离为d、D点到B点之间的距离为e、D点到C点之间的距离为f，设定D点坐标为(X4，Y4，0)，则通过以下公式(3)、(4)、(5)求出D点坐标值：
Figure FDA0002872000830000021
Figure FDA0002872000830000022
Figure FDA0002872000830000023
其中，z4＞0。
6.根据权利要求4所述的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，其特征在于：所述A点与B点之间的距离c，B点与C点之间的距离a，C点与A点之间的距离b通过全站仪测量得到。
7.根据权利要求5所述的一种基于坐标点空间位置关系测量建构筑物空间位移的方法，其特征在于：所述D点到A点之间的距离d、D点到B点之间的距离e、D点到C点之间的距离f通过全站仪测量得到。
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