一种建筑物倾角自动测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种建筑物倾角自动测量方法及系统，具体包括：根据倾角传感器的初始安装角度，确定所述倾角传感器自身坐标系与大地坐标系的夹角；获取所述倾角传感器测量的实时角度数据；根据所述夹角、以及所述实时角度数据，确定被勘测建筑物的倾斜率和倾斜方向，其中，所述倾角传感器的初始安装位置是任意的，从而倾角传感器自身坐标系不必一定与大地坐标系完全一致。通过使用本申请的方法和系统，可以减小人为测量时的误差，提高利用倾角传感器测量建筑倾角时的精度，并能实现连续测量，当发现建筑物朝某一个方向的倾斜超过一定程度时，及时通知工程人员采取措施，有效预防和避免倒塌事故。 1

【技术实现步骤摘要】
一种建筑物倾角自动测量方法及系统
本专利技术涉及一种建筑物倾角自动测量方法及系统。
技术介绍
建筑物倾角测量在建筑领域非常常见，一个重要的应用领域是通过测量建筑物倾角可以对建筑物质量和健康状况做出有效的评估，特别是近几年频发的建筑物倒塌事故，若对建筑物一直有有效的倾斜监控机制，绝大多数倒塌是可以预防和避免的。传统的建筑物倾角测量方法是采用人工操作水平仪进行实地勘测，毫无疑问这种方法效率很低，人工往往要花费几天甚至一周的时间才能完成对一栋建筑物的勘测；这种方法另外一个问题是，测试结果的准确性往往受测量人的技术水平和主观意志影响。近年来出现了很多通过在建筑物上安装勘测设备进行自动倾角测量的方法，勘测设备往往内置了倾斜传感器，能自动测量出相对于自身坐标系的在X/Y/Z三个方向上的角度，然后再通过特定的算法转换为建筑物相对于大地坐标系的倾角，但是这种方法也存在一些问题：要求传感器的初步安装位置与大地坐标系完全重合，不便于工程安装部署，且转换过程复杂。因而需要提供一种能够快速将传感器自身坐标系的角度转换为建筑物相对于大地坐标系的倾角方法和系统，且对传感器的初始安装位置没有要求。
技术实现思路
本专利技术的建筑物倾角测量方法是通过这样的方式实现的：根据倾角传感器的初始安装角度，确定所述倾角传感器自身坐标系与大地坐标系的夹角；获取所述倾角传感器测量的实时角度数据；根据所述夹角、以及所述实时角度数据，确定被勘测建筑物的倾斜率和倾斜方向，其中，所述倾角传感器的初始安装位置是任意的。从而倾角传感器自身坐标系不必一定与大地坐标系完全一致。其中建筑物的倾斜率包括绝对倾斜率和/或在每个方向的倾斜率。进一步地，所述夹角包括所述倾角传感器自身坐标系的X轴在大地水平面上的投影与大地坐标系East轴在逆时针方向的夹角Ai、所述倾角传感器自身坐标系的XY面与大地坐标系水平面的X、Y轴的初始夹角Axi和Ayi。进一步地，所述确定被勘测建筑物的倾斜率和倾斜方向包括以下步骤：(1)对倾角传感器的初始安装角度进行标定，使标定后的倾角传感器的自身坐标系与大地坐标系重合；(2)使用标定后的数据计算被勘测建筑物的绝对倾斜率、绝对倾斜的方向和/或在每个方向的倾斜率。进一步地，所述对倾角传感器的初始安装角度进行标定，使标定后的倾角传感器的自身坐标系与大地坐标系重合的步骤具体为：Ax＝Ax1–Axi，Ay＝Ay1-Ayi，其中，Ax1、Ay1为倾角传感器测量的X、Y方向的实时角度数据，Axi和Ayi分别为倾角传感器自身坐标系的XY平面与大地坐标系的水平面的X、Y方向的初始夹角，Ax、Ay为标定后的所述倾角传感器在X、Y方向的角度。进一步地，所述使用标定后的数据计算被勘测建筑物的绝对倾斜率的步骤具体包括以下步骤：使用公式一，利用所述标定后的所述倾角传感器在X、Y方向的角度Ax、Ay计算倾角传感器在Z轴方向的角度Az，具体为：(SinAz)2＝(SinAx)2+(SinAy)2(公式一)；用Az计算所述被勘测建筑物的绝对倾斜率IR：IR＝|TanAz|。进一步地，所述使用标定后的数据计算被勘测建筑物的绝对倾斜的方向，具体包括以下步骤：根据Ax和Ay，计算倾角传感器自身坐标系的Z轴在大地水平面上的投影与大地坐标系East轴在逆时针方向的夹角Ad，具体包括：当Ax或Ay为0时，Ad的计算步骤为：若Ay＝0且Ax>＝0，则Ad＝0°；若Ay＝0且Ax<0，则Ad＝180°；若Ax＝0且Ay>0，则Ad＝90°；若Ax＝0且Ay<0，则Ad＝270°；当Ay和Ay均不为0时，Ad的计算步骤为：令TanAd’＝|SinAy/SinAx|,若Ay>0且Ax>0，则Ad＝Ad’；若Ay<0且Ax<0，则Ad＝180°+Ad’；若Ay>0且Ax<0，则Ad＝180–Ad’；若Ay<0且Ax>0，则Ad＝360°–Ad’；对Ad进行标定，确定最终的倾斜方向Ad最终，具体为：Ad最终＝Ad-Ai，若计算出的Ad最终<0，则Ad最终＝360°+Ad–Ai。进一步地，所述使用标定后的数据确定被勘测建筑物在每个方向的倾斜率，具体包括如下步骤：若0°≤Ad最终≤90°，则IR-east＝IR*CosAd最终，IR-north＝IR*SinAd最终，IR-west＝0，IR-south＝0；若90°≤Ad最终≤180°，则IR-west＝|IR*CosAd最终|，IR-north＝|IR*Ad最终|，IR-east＝0，IR-south＝0；若180°≤Ad最终≤270°，则IR-west＝|IR*CosAd最终|，IR-south＝|IR*SinAd最终|，IR-east＝0，IR-north＝0；否则，IR-east＝|IR*CosAd最终|，IR-south＝|IR*SinAd最终|，IR-west＝0，IR-north＝0；其中IR-east表示在东方向上的倾斜率，IR-west表示在西方向上的倾斜率，IR-south表示在南方向上的倾斜率，IR-north表示在北方向的倾斜率。本专利技术还提供了实施该倾角测量方法的系统，其包括倾角传感器，被安装到被测量建筑物的适合位置以及处理装置，对测量到的数据进行处理；其中，处理装置包括倾斜率确定模块、倾斜方向确定模块、显示模块、报警模块、输入模块。其中输入模块用于输入初始时传感器自身坐标系与大地坐标系坐标系的夹角；倾斜率确定模块可以确定建筑物的绝对倾斜率；倾斜方向确定模块确定建筑物的绝对倾斜方向，显示模块显示建筑物的绝对倾斜方向和绝对倾斜率；当向某个方向的绝对倾斜率超过容许值时，报警模块进行报警。进一步地，倾斜率确定模块可以进一步根据绝对倾斜方向确定在东南西北各个方向的倾斜率。进一步地，倾角传感器可以采用MEMS倾角传感器。通过本专利技术的方法和装置，本专利技术具有以下优点：本专利技术对于倾角传感器的安装位置限制较小，便于工程部署，可以减小人为测量时的误差；同时通过计算Az，可以提高利用倾角传感器测量建筑倾角时的精度，并能实现连续测量；当发现建筑物朝某一个方向的倾斜超过一定程度时，及时通知工程人员采取措施，有效预防和避免倒塌事故。附图说明图1为本专利技术方法的示例性流程；图2为传感器初始安装时其坐标系与大地坐标系存在夹角的示意图；图3标定后，传感器自身坐标系(X/Y/Z轴表示)与大地坐标系(East/North/Gravity轴表示)完全重合时的情况；图4为当建筑物发生倾斜时的坐标系变化示意图；图5为本专利技术的倾角测量系统的框图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。如图1所示，为本专利技术所述的方法的处理流程：根据倾角传感器的初始安装角度，确定传感器自身坐标系与大地坐标系的夹角；倾角传感器实时测量建筑物的倾斜数据，根据测量到的数据，利用本专利技术中的算法，确定被测建筑物的倾斜率和倾斜方向。其中倾斜率包括绝对倾斜率和在各个方向上的倾斜率，倾斜方向是绝对倾斜方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建筑物倾角自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种建筑物倾角自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据倾角传感器的初始安装角度，确定所述倾角传感器自身坐标系与大地坐标系的夹角；获取所述倾角传感器测量的实时角度数据；根据所述夹角、以及所述实时角度数据，确定被勘测建筑物的倾斜率和倾斜方向，其中，所述倾角传感器的初始安装位置是任意的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹角包括所述倾角传感器自身坐标系的X轴在大地水平面上的投影与大地坐标系East轴在逆时针方向的夹角Ai、所述倾角传感器自身坐标系的XY面与大地坐标系水平面的X、Y轴的初始夹角Axi和Ayi。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定被勘测建筑物的倾斜率和倾斜方向包括以下步骤：(1)对倾角传感器的初始安装角度进行标定，使标定后的倾角传感器的自身坐标系与大地坐标系重合；(2)使用标定后的数据计算被勘测建筑物的绝对倾斜率、绝对倾斜的方向和/或在每个方向的倾斜率。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对倾角传感器的初始安装角度进行标定，使标定后的倾角传感器的自身坐标系与大地坐标系重合的步骤具体为：Ax＝Ax1–Axi，Ay＝Ay1-Ayi，其中，Ax1、Ay1为倾角传感器测量的X、Y方向的实时角度数据，Axi和Ayi分别为倾角传感器自身坐标系的XY平面与大地坐标系的水平面的X、Y方向的初始夹角，Ax、Ay为标定后的所述倾角传感器在X、Y方向的角度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述使用标定后的数据计算被勘测建筑物的绝对倾斜率的步骤具体包括以下步骤：使用公式一，利用所述标定后的所述倾角传感器在X、Y方向的角度Ax、Ay计算倾角传感器在Z方向的角度Az，具体为：(SinAz)2＝(SinAx)2+(SinAy)2(公式一)；计算所述被勘测建筑物的绝对倾斜率IR：IR＝|TanAz|。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述使用标定后的数据计算被勘测建筑物的绝对倾斜的方向，具体包括以下步骤：根据Ax和Ay，计算倾角传感器自身坐标系的Z轴在大地水平面上的投影与大地坐标系East轴在逆时针方向的夹角Ad，具体包括：当Ax或Ay为0时，Ad的计算步骤为：若Ay＝0且Ax>＝0，则Ad＝0°；若Ay＝0且Ax<0，则Ad＝180°；若Ax＝0且Ay>0，则Ad＝90°；若Ax＝0且Ay<0，则Ad＝270°；当Ay和Ay均不为0时，Ad的计算步骤为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫东，滕敏堂，吴云桥，
申请(专利权)人：博立信洛阳科技有限公司，博立信北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41