一种箱涵顶进姿态的测量计算方法技术

本发明专利技术公开了一种箱涵顶进姿态的测量计算方法，该测量计算方法通过在箱涵的两侧墙上至少选择3个可测点、在顶板中轴线的两端上选择点A和点B，并通过在箱涵顶进前和顶进后分别测量可测点的三维坐标从而获得箱涵的平移量，之后根据箱涵的平移量以及点A和B的初始三维坐标换算获得点A和B在箱涵顶进后的实际三维坐标，从而获得箱涵的实时顶进姿态。本发明专利技术的优点是：顶进箱涵姿态数据实时、快速采集、快速计算处理测量结果，实时显示箱涵姿态，数据采集耗费人工少，数据采集、计算快速、精度高，可实时显示箱身姿态的问题。实时显示箱身姿态的问题。实时显示箱身姿态的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种箱涵顶进姿态的测量计算方法


[0001]本专利技术属于箱涵顶进施工
，具体涉及一种箱涵顶进姿态的测量计算方法。

技术介绍

[0002]传统箱涵顶进过程箱涵姿态的测量方法为传统全转仪+水准仪测量，箱涵顶进前需进行控制点取点、放点，预埋箱身测点点位（箱身前、后端轴线点位共计2个、箱身前、后左右端高程点位共计4个）。
[0003]箱涵顶进每顶结束时需人工使用水准仪测量采集箱身前、后端高程数据，与设计高程计算偏差；使用全转仪测量采集箱身前、后端轴线数据，与设计轴线计算偏差。高程、轴线数据测量采集过程耗时耗力，同时会产生人为读数、计算误差，精度难以保证，数据计算处理需人工进行，周期长，时效性有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种箱涵顶进姿态的测量计算方法，该测量计算方法通过在箱涵的两侧墙上至少选择3个可测点、在顶板中轴线的两端上选择点A和点B，并通过在箱涵顶进前和顶进后分别测量可测点的三维坐标从而获得箱涵的平移量，之后根据箱涵的平移量以及点A和B的初始三维坐标换算获得点A和B在箱涵顶进后的实测三维坐标，从而获得箱涵的实时顶进姿态。
[0005]本专利技术目的实现由以下技术方案完成：一种箱涵顶进姿态的测量计算方法，其特征在于所述测量计算方法包括以下步骤：（1）标记箱涵顶板的中心轴线上位于前后两个端面上的点分别为点A和点B；在所述箱涵两侧的侧墙上选择i个可测点，分别标记为可测点1、可测点2
……
可测点i，其中，i≥3；（2）在所述箱涵顶进前，测量获得各点的初始三维坐标：点A（x
0A
，y
0A
，z
0A
）
T
；点B（x
0B
，y
0B
，z
0B
）
T
；可测点i（x
0i
，y
0i
，z
0i
）
T
；（3）开始所述箱涵的顶进，每顶结束后测量获得各可测点i的实测三维坐标为：可测点i（x
i
，y
i
，z
i
）
T
；（4）计算所述箱涵的平移量（X0Y0Z0）
T
，计算公式为：
式中：α、β、γ分别为绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角；R1、R2、R3分别为绕X轴、Y轴、Z轴的旋转算子，计算公式如下：；；；（5）根据步骤（4）中计算获得的所述箱涵的平移量（X0Y0Z0）
T
以及点A和点B初始三维坐标，计算获得所述箱涵每顶结束后的点A和点B的实际三维坐标：；。
[0006]在所述箱涵的两侧侧墙上的各可测点i上分别粘贴棱镜，所述箱涵每顶结束后，利用全站仪实现自动观测所述棱镜的实测三维坐标。
[0007]计算获得所述箱涵每顶结束后的点A和点B的实际三维坐标后，即可确定所述箱涵的实时姿态。
[0008]本专利技术的优点是：顶进箱涵姿态数据实时、快速采集、快速计算处理测量结果，实时显示箱涵姿态，数据采集耗费人工少，数据采集、计算快速、精度高，可实时显示箱身姿态的问题。
附图说明
[0009]图1为本专利技术中箱涵上的点位布置示意图；图2为本专利技术中箱涵顶进测点空间位置关系示意图。
具体实施方式
[0010]以下结合附图通过实施例对本专利技术的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1
‑
2，图中各标记分别为：可测点1、可测点2、可测点3、点A、点B。
[0011]实施例：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种箱涵顶进姿态的测量计算方法，该测量计算方法主要包括以下步骤：
（1）在箱涵上进行点位标记，如图1所示，可测点1、可测点2以及可测点3为箱涵顶进姿态测量点位，分别布置于箱涵的两侧侧墙上，共计3个，当然也可以选择更多，计算式中以可测点i表示，其中，i=1,2,......,n；点A和点B为箱涵顶板的中轴线上的两个端点，分别位于箱涵顶板的前端面和后端面上，箱涵的顶进方向即为A、B方向，若能测得A、B的三维坐标，就能唯一确定箱涵的姿态；如图2所示为所构建的三维空间坐标系，以箱涵底板的纵向和横向为X轴和Y轴，并以垂直于底板的方向为Z轴。
[0012]（2）A、B点在箱涵上没有几何点位，其坐标也不能直接测定。箱涵内有部分空间可测，如图1中所示的可测点1、可测点2以及可测点3等，需要说明的是，在实际操作中，为了便于自动观测，在可测点1、可测点2以及可测点3等上设置有棱镜。在系统建立前，先测定可测点位与A、B点的关系。
[0013]在箱涵顶进前，测量获得各点的初始三维坐标，具体如下：点A（x
0A
，y
0A
，z
0A
）
T
；点B（x
0B
，y
0B
，z
0B
）
T
；可测点i（x
0i
，y
0i
，z
0i
）
T
。
[0014]因为可测点1、可测点2以及可测点3等与点A、点B是刚性关系，箱涵顶进后，只要测定可测点i的坐标就能推算出点A、点B的实际三维坐标，从而确定箱涵的顶进姿态。
[0015]（3）开始箱涵的顶进，每顶结束后利用全站仪自动观测测量获得各可测点i的实测三维坐标为：可测点i（x
i
，y
i
，z
i
）
T
；（4）计算箱涵的平移量（X0Y0Z0）
T
，计算公式为：式中：α、β、γ分别为绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角；R1、R2、R3分别为绕X轴、Y轴、Z轴的旋转算子，计算公式如下：；；；（5）根据步骤（4）中计算获得的箱涵的平移量（X0Y0Z0）
T
以及点A和点B初始三维坐标，计算获得所述箱涵每顶结束后的点A和点B的实测三维坐标：
；；计算获得箱涵每顶结束后的点A和点B的实测三维坐标后，即可确定箱涵的实时姿态。
[0016]箱涵顶进过程中，以点a绕Z轴旋转为例。a点坐标（x，y，z）随箱涵顶进变化为a
’
点坐标（x
’
，y
’
，z
’
），假定箱涵只绕Z轴旋转，且箱涵位移为0，即z=z
’
，则两点到原点O距离相等，且在XY面上投影点与原点所成的直线长度相等设为r，夹角为γ，如图2所示。a与a
’
之间的关系为：展开得代入x、y值用矩阵方式表示为。
[0017]此外，在箱涵顶进过程中，其高程和轴线都会发生变化，我们可将箱涵姿态变化坐标计算分为四个步骤：1）假定箱涵只绕X轴旋转，YZ轴旋转角度为0，箱身位移为0。
[0018]可测点初始坐标（x
0i
，y
0i
，z...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种箱涵顶进姿态的测量计算方法，其特征在于所述测量计算方法包括以下步骤：（1）标记箱涵顶板的中心轴线上位于前后两个端面上的点分别为点A和点B；在所述箱涵两侧的侧墙上选择i个可测点，分别标记为可测点1、可测点2
……
可测点i，其中，i≥3；（2）在所述箱涵顶进前，测量获得各点的初始三维坐标：点A（x
0A
，y
0A
，z
0A
）
T
；点B（x
0B
，y
0B
，z
0B
）
T
；可测点i（x
0i
，y
0i
，z
0i
）
T
；（3）开始所述箱涵的顶进，每顶结束后测量获得各可测点i的实测三维坐标为：可测点i（x
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓东，李厚荣，陈义辉，王小珑，谢钦方，朱克宏，龚毅龙，
申请(专利权)人：中铁二十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：