一种基于加速度计的倾角计算方法与流程

1.本发明涉及地质灾害预测技术领域，具体涉及一种基于加速度计的倾角计算方法。


背景技术：

2.地质灾害的主要表现形式为崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等。地质灾害具有临界突发性、破坏力巨大等特点。在近几千年里，随着人类工程活动的日趋频繁，地质灾害也变得越来越频发，造成的损失也越来越大。
3.随着mems传感器的飞速发展，集成化的mems加速度计已经开始应用与滑坡崩塌监测等场景。例如mems加速度计的应用领域是惯性导航、姿态测量、导航制导等，其测量的特点主要是测量被测体的速度、加速度、俯仰角、航向角、翻滚角等。
4.然而，在实际使用中，利用mems加速度计监测边坡的倾斜角时，难免会受到外界的冲击和振动干扰，例如，边坡周边的施工处理、大型机械产生的噪音、人员走动等干扰，这些干扰会叠加到加速度计的测量数据中，从而会对边坡倾斜角的计算结果造成影响，降低测量精度。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于加速度计的倾角计算方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
7.一种基于加速度计的倾角计算方法，包括：
8.s1、将加速度计固设在被测物体的管的中心位置处，测量初始状态下的加速度向量
9.s2、测量当前状态下待处理的加速度向量
10.s3、对当前状态下待处理的加速度向量进行过滤处理，得到当前状态下处理后的加速度向量
11.s4、根据确定初始状态下的加速度向量和当前状态下处理后的加速度向量之间的倾角α。
12.可选地，在本发明中，步骤s2具体包括：
13.确定当前状态下待处理的加速度向量的模长l，其中，
14.判断模长l是否为零；
15.若是，去除该当前状态下待处理的加速度向量
16.若否，保留该当前状态下待处理的加速度向量
17.可选地，在本发明中，步骤s2还包括：
18.在采样周期内，获取若干组当前状态下待处理的加速度向量并计算模长；
19.确定若干组当前状态下待处理加速度向量的模长的极差值r，其中，r＝max(l1，l2，l3...ln)-min(l1，l2，l3...ln)；
20.判断极差值r是否大于重力加速度阈值；
21.若是，去除该采样周期内的若干组当前状态下待处理的加速度向量
22.若否，保留该采样周期内的若干组当前状态下待处理的加速度向量
23.可选地，在本发明中，步骤s2还包括：
24.对采样周期内的若干组当前状态下待处理的加速度向量进行均值处理；
25.根据确定出当前状态下处理后的加速度向量
26.可选地，在本发明中，还包括：
27.确定初始状态下的加速度向量的模长l，其中，
28.判断模长l是否为零；
29.若是，重新测量初始状态下的加速度向量
30.若否，保留该初始状态下的加速度向量
31.本发明具有的优点和积极效果是：
32.本发明通过对无效数据的过滤、冲击力数据的过滤、均值过滤这三种方式组合设计，有效的降低了冲击振动干扰对倾斜角度的影响，以获取到较为精准的当前状态下的加
速度向量，减少了冲击振动对倾斜角计算结果的影响，提高了计算倾斜角的精度和准确度。
附图说明
33.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
34.图1是本发明的一种基于加速度计的倾角计算方法的整体结构图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
38.一种基于加速度计的倾角计算方法，如图1所示，包括：
39.s1、将加速度计固设在被测物体的管的中心位置处，测量初始状态下的加速度向量
40.s2、测量当前状态下待处理的加速度向量
41.s3、对当前状态下待处理的加速度向量进行过滤处理，得到当前状态下处理后的加速度向量
42.s4、根据确定初始状态下的加速度向量和当前状态下处理后的加速度向量之间的倾角α。
43.如此，本发明通过对无效数据的过滤、冲击力数据的过滤、均值过滤这三种方式组合设计，有效的降低了冲击振动干扰对倾斜角度的影响，以获取到较为精准的当前状态下的加速度向量，减少了冲击振动对倾斜角计算结果的影响，提高了计算倾斜角的精度和准确度。
44.可选地，在本发明中，步骤s2具体包括：
45.确定当前状态下待处理的加速度向量的模长l，其中，
46.判断模长l是否为零；
47.若是，去除该当前状态下待处理的加速度向量
48.若否，保留该当前状态下待处理的加速度向量
49.说明一点，当前状态下待处理的加速度向量的模长l为零时，也就是说，前状态下待处理的加速度向量为零向量，说明加速度计未采集到数据，也可以称之为无效数据，因此，在后续计算倾角时，为了提高计算倾角的准确性，应剔除该无效数据。
50.可选地，在本发明中，步骤s2还包括：
51.在采样周期内，获取若干组当前状态下待处理的加速度向量并计算模长；
52.确定若干组当前状态下待处理加速度向量的模长的极差值r，其中，r＝max(l1，l2，l3...ln)-min(l1，l2，l3...ln)；
53.判断极差值r是否大于重力加速度阈值；
54.若是，去除该采样周期内的若干组当前状态下待处理的加速度向量
55.若否，保留该采样周期内的若干组当前状态下待处理的加速度向量
56.其中，加速度计的采样频率可以为1000hz，当然，还可以根据实际需求进行设置，在并不做具体限定，提高设计的灵活性，以满足不同场景的需求。
57.并且，以加速度计的采样频率为1000hz为例，那么可采集到1000组数据，分别计算这1000组当前状态下待处理的加速度向量的模长，第一组数据的模长可用l1表示，第二组数据的模长可用l2表示，直至计算出第一千组数据的模长l1000，从l1至l1000中，确定出最大值和最小值，模长最大值与模长最小值的差值即为极差值r，当极差值r大于重力加速度阈值时，舍弃此次采集的1000组数据，等待下一个周期，继续采集1000数据。
58.需要说明的是，极差值r大于重力加速度阈值的原因，可能是由于加速度计因受到外界的冲击力，导致采集到的多个数据存在误差，且误差较大，因此，当极差值r大于重力加速度阈值时，去除此次采集的数据，等待下一个周期，继续采集数据，使加速度计采集数据的能够更加准确，有利于后续提高计算倾角的准确性。
59.在实际应用中，对于重力加速度阈值的设定，可以设10毫g，其中，毫g，即一个重力加速度的千分之一，也可以记作mg。
60.如下将具体说明，为何将重力加速度阈值设为10毫g。
61.具体地，根据产品要求，倾角稳定性需满足＜0.25
°
。
62.假定重力加速度集中在z轴上，x、y轴上无重力加速度，那么，x0＝0，y0＝0，z0＝1g，可得
63.也就是说，arccos(z1)《0.25
°
；
64.z1》cos(0.25
°
)＝0.99999g＝999.99mg；
65.z
0-z1＝1g-0.99999g＝0.00001g＝0.01mg；
66.由于采样频率为1000hz，重力加速度取值为1000组平均值，那么，重力加速度稳定性应满足δ＝0.01mg
×
1000＝10mg。
67.可选地，在本发明中，步骤s2还包括：
68.对采样周期内的若干组当前状态下待处理的加速度向量进行均值处理；
69.根据确定出当前状态下处理后的加速度向量
70.如此，通过计算多组数据的均值，可以对加速度计所采集的数据进行优化，能够降低加速度计在采集数据时存在的随机误差，有利于后续提高计算倾角的准确性。
71.可选地，在本发明中，还包括：
72.确定初始状态下的加速度向量的模长l，其中，
73.判断模长l是否为零；
74.若是，重新测量初始状态下的加速度向量
75.若否，保留该初始状态下的加速度向量
76.需要说明的是，当初始状态下的加速度向量的模长l为零，表明加速度计未采集到数据，因此，需要重新测量。
77.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。