本发明专利技术公开了一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法及装置，方法包括：获取目标坝体中采集组件各感知单元的感知数据；其中，感知数据包括加速度分量值和磁场分量值；采集组件包括依次连接的若干感知单元；基于加速度分量值与地理坐标系的重力场的第一转换关系，获得感知单元的俯仰角和翻滚角；基于磁场分量值与地理坐标系的地磁场的第二转换关系，获得感知单元的航向角；基于各感知单元的俯仰角和航向角，获得各感知单元在地理坐标系下的三维坐标；根据采集组件各感知单元在时序上连续的三维坐标，构建得到目标坝体的三维运动轨迹。本发明专利技术能够高效准确的进行大坝内部变形三维运动轨迹计算，可广泛应用于计算机技术领域。
1、大坝内部变形观测是大坝变形观测的重要内容之一，目前通常采用活动测斜仪来观测水平方向的坐标变化，采用沉降仪来观测坝体垂直方向的坐标变化，通过测斜仪和沉降仪组合使用可以获取大坝内部变形的三维运动轨迹，但目前无法通过一款设备来同时测量水平方向的坐标和垂直方向的坐标，以此得到三维运动轨迹，且测斜仪和沉降仪进行大坝变形观测时均需要将设备末端深入坝基相对稳定部位，导致工程测量实施成本高、施工精度要求高。
>9、可选地，方法还包括：10、基于俯仰角预构建绕载体坐标系的x轴的第一旋转矩阵；
11、和，基于翻滚角预构建绕载体坐标系的y轴的第二旋转矩阵；
12、和，基于航向角预构建绕载体坐标系的z轴的第三旋转矩阵。
13、可选地，方法还包括：
14、基于第一旋转矩阵、第二旋转矩阵和第三旋转矩阵的乘积，预构地理坐标系到载体坐标系的第四旋转矩阵；其中，第四旋转矩阵的表达式为：
15、
16、式中，nm表示第四旋转矩阵，sx表示第一旋转矩阵，sy表示第二旋转矩阵，sz表示第三旋转矩阵，表示俯仰角，α表示翻滚角，θ表示航向角。
17、可选地，基于加速度分量值与地理坐标系的重力场的第一转换关系，获得感知单元的俯仰角和翻滚角，包括：
18、基于预构建的第四旋转矩阵，确定加速度分量值与地理坐标系的重力场的第一转换关系；其中，第四旋转矩阵表征地理坐标系到载体坐标系的旋转矩阵；第一转换关系的表达式为：
19、
20、
21、式中，(gx,gy,gz)表示加速度分量值；(0,0,g)表示重力场，g为重力常量；nm表示第四旋转矩阵，第四旋转矩阵的表达式为：
22、
23、式中，nm表示第四旋转矩阵，表示俯仰角，α表示翻滚角，θ表示航向角；
24、根据第四旋转矩阵和第一转换关系，获得感知单元的俯仰角和翻滚角；
25、其中，俯仰角的表达式为：翻转角的表达式为：
26、可选地，基于磁场分量值与地理坐标系的地磁场的第二转换关系，获得感知单元的航向角，包括：
27、基于预构建的第四旋转矩阵，确定磁场分量值与地理坐标系的地磁场的第二转换关系；其中，第四旋转矩阵表征地理坐标系到载体坐标系的旋转矩阵；第二转换关系的表达式为：
28、
29、式中，(bx,by,bz)表示磁场分量值；(0,bzcosλ,bzsinλ)表示地磁场，λ为磁倾角，nm表示第四旋转矩阵，第四旋转矩阵的表达式为：
30、
31、式中，nm表示第四旋转矩阵，表示俯仰角，α表示翻滚角，θ表示航向角；
32、根据第四旋转矩阵和第二转换关系，获得感知单元的航向角；
33、其中，航向角的表达式为：式中，表示俯仰角，α表示翻滚角。
34、可选地，基于各感知单元的俯仰角和航向角，获得各感知单元在地理坐标系下的三维坐标，包括：
35、基于各感知单元的俯仰角和航向角，结合采集组件的初始位置和各感知单元的预设长度，从第一个感知单元开始，依次获得各感知单元在地理坐标系下的三维坐标；
36、其中，三维坐标的表达式为：
37、
38、
39、
40、式中，表示第n+1个感知单元在i时刻地理坐标系下的三维坐标，(xi0,yi0,zi0)表示采集组件在i时刻地理坐标系下的初始位置，l表示感知单元的预设长度，表示第n+1个感知单元在i时刻的俯仰角，θin+1表示第n+1个感知单元在i时刻的航向角。
41、可选地，根据采集组件各感知单元在时序上连续的三维坐标，构建得到目标坝体的三维运动轨迹，包括：
42、根据采集组件各感知单元在同一时刻的三维坐标，获得采集组件在对应时刻的三维空间姿态；
43、其中，所述三维空间姿态的表达式为：
44、
45、式中，ai表示采集组件在i时刻的三维空间姿态；
46、根据采集组件在时序上连续的各个时刻的三维空间姿态，获得目标坝体的三维运动轨迹；
47、其中，所述三维运动轨迹的表达式为：
48、pn＝[(a1,t1),(a2,t2),‥‥,(ai,ti)]
49、式中，pn表示三维运动轨迹；ai表示采集组件在ti时刻的三维空间姿态。
50、另一方面，本专利技术的实施例提供了一种大坝内部变形三维运动轨迹计算装置，包括：
51、第一模块，用于获取目标坝体中采集组件各感知单元的感知数据；
52、其中，感知数据包括加速度分量值和磁场分量值；采集组件包括依次连接的若干感知单元；感知数据基于感知单元的载体坐标系获得；
53、第二模块，用于基于加速度分量值与地理坐标系的重力场的第一转换关系，获得感知单元的俯仰角和翻滚角；
54、第三模块，用于基于磁场分量值与地理坐标系的地磁场的第二转换关系，获得感知单元的航向角；
55、第四模块，用于基于各感知单元的俯仰角和航向角，获得各感知单元在地理坐标系下的三维坐标；
56、第五模块，用于根据采集组件各感知单元在时序上连续的三维坐标，构建得到目标坝体的三维运动轨迹。
57、可选地，装置还包括：
58、第六模块，用于基于俯仰角预构建绕载体坐标系的x轴的第一旋转矩阵；和，基于翻滚角预构建绕载体坐标系的y轴的第二旋转矩阵；和，基于航向角预构建绕载体坐标系的z轴的第三旋转矩阵。
59、可选地，装置还包括：
60、第七模块，用于基于第一旋转矩阵、第二旋转矩阵和第三旋转矩阵的乘积，预构地理坐标系到载体坐标系的第四旋转矩阵；其中，第四旋转矩阵的表达式为：
61、
62、式中，nm表示第四旋转矩阵本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求2所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述基于所述加速度分量值与地理坐标系的重力场的第一转换关系，获得所述感知单元的俯仰角和翻滚角，包括：
5.根据权利要求1所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述基于所述磁场分量值与所述地理坐标系的地磁场的第二转换关系，获得所述感知单元的航向角，包括：
6.根据权利要求1所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述基于各所述感知单元的所述俯仰角和所述航向角，获得各所述感知单元在所述地理坐标系下的三维坐标，包括：
7.根据权利要求6所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述根据所述采集组件各所述感知单元在时序上连续的所述三维坐标，构建得到所述目标坝体的三维运动轨迹，包括：
8.一种大坝内部变形三维运动轨迹计算装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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【技术特征摘要】
1.一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求2所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述基于所述加速度分量值与地理坐标系的重力场的第一转换关系，获得所述感知单元的俯仰角和翻滚角，包括：
5.根据权利要求1所述的一种大坝内部变形三维运动轨迹计算方法，其特征在于，所述基于所述磁场分量值与所述地理坐标系的地磁场的第二转换关系，获得所述感知单元的航向角，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：谭彩，刘达，余国，袁明道，王小凤，
申请(专利权)人：广东省水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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