一种等腰肘节式三向测缝计的计算方法及系统与流程

本发明属于地质测量，尤其涉及一种等腰肘节式三向测缝计的计算方法及系统。

背景技术：

1、周边缝是混凝土面板与趾板之间的接缝，也是混凝土面板堆石坝变形非常敏感且易发生渗漏的部位。其中周边缝变形量的大小，是掌握混凝土面板与趾板之间止水结构安全与否的重要依据，在混凝土面板坝防渗效果评价中起到关键作用。

2、混凝土面板堆石坝周边缝变形通常采用三向测缝计进行监测。一般来说，三向测缝计中三个方向矢量变形的计算方法直接关系到周边缝变形的准确性。然而，现有技术中三向测缝计的计算方法均存在结构复杂、量测误差大、计算繁锁、受库水扰动大等缺点。因此，如何高效准确的计算三向测缝计各方向变形，以掌握面板堆石坝结构性态安全成为了急需解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种等腰肘节式三向测缝计的计算方法及系统。

2、本发明是这样实现的，一种等腰肘节式三向测缝计的计算方法，包括以下步骤：

3、s101，求m点移动前空间坐标x1、y1、z1；

4、s102，求m点位移至m’后的空间坐标x2、y2、z2；

5、s103，得出m点位移至m’后变化量；

6、其中，m为移动前的点，m’为移动后的点。

7、进一步，在s101中，x1、y1、z1计算公式如下：

8、

9、

10、

11、其中，角α、角β和角γ均由角度传感器测得。

12、进一步，在s102中，x2、y2、z2计算公式如下：

13、

14、

15、

16、其中，角α'、角β'和角γ'均由角度传感器测得。

17、进一步，在s103中，得出各方向变化量的公式为：

18、张开方向变化量：δx＝x2-x1

19、剪切方向变化量：δy＝y2-y1

20、沉降方向变化量：δz＝z2-z1。

21、本发明的另一目的在于提供一种实施所述等腰肘节式三向测缝计的计算方法的等腰肘节式三向测缝计的计算系统，所述等腰肘节式三向测缝计的计算系统包括：

22、测量模块，与坐标计算模块连接，用于将测量的角度输入给坐标计算模块，测量模块内置多个角度传感器；

23、坐标计算模块，与测量模块和输出模块连接，用于设置坐标系，并将测量模块输入的不同角度转变成坐标系中不同的空间坐标值；

24、输出模块，与坐标计算模块连接，根据不同的空间坐标值得出张开、剪切和沉降方向上的变换量。

25、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述等腰肘节式三向测缝计的计算方法的步骤。

26、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述等腰肘节式三向测缝计的计算的步骤。

27、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述等腰肘节式三向测缝计的计算系统。

28、本发明的另一目的在于提供一种用于大型桥梁健康监测的等腰肘节式三向测缝计系统，该系统包括：

29、至少一个等腰肘节式三向测缝计，安装于桥梁的关键结构位置，如桥墩、支撑点和接缝部位，用于通过角度传感器测量角α、角β和角γ；

30、初始坐标记录装置，用于在测缝计安装时记录各测量点m的空间坐标x1、y1、z1；

31、周期性监测装置，用于定期读取并记录当前各测量点m’的空间坐标x2、y2、z2；

32、数据处理单元，用于根据记录的初始坐标和当前坐标计算各测量点从m到m’的位移变化量，并分析桥梁结构的稳定性和变形趋势。

33、本发明的另一目的在于提供一种用于地质灾害区域位移监测的等腰肘节式三向测缝计系统，该系统包括：

34、至少一个等腰肘节式三向测缝计，布置在地质灾害区域的关键点，如斜坡、裂缝旁或土层交界处，用于通过角度传感器测量角α、角β和角γ；

35、初始数据采集装置，用于在测缝计安装时采集并记录各监测点的空间坐标x1、y1、z1；

36、连续监测装置，用于持续收集并记录各监测点的当前空间坐标x2、y2、z2；

37、数据分析单元，用于计算并分析各监测点的位移变化量，以评估地质活动的程度和趋势，从而提供地质灾害预警。

38、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

39、第一、混凝土面板堆石坝在施工、蓄水、运行三个阶段均会引起面板变形从而导致周边缝产生三向位移，即张开、沉降和切向位移。而周边缝的止水通常表面为橡胶及塑性填料止水、底部为铜止水，周边缝过大变形容易使周边缝的橡胶止水及铜止水发生破坏，故周边缝三个方向的变形是面板坝监测中最为关注的一个监测量，是评价周边缝止水结构安全的重要指标。

40、一般而言，监测周边缝变形的三向测缝计按照仪器结构形式，可分为柔性钢丝位移计整体式、刚性拉杆位移计整体式及刚性拉杆位移计分体式的三种型制，三种三向测缝计均由3支量测线形位移的传感器组成。为不破坏周边缝止水结构或降低截水裕度，通常是在接缝表面两端跨越式安装。其中柔性钢丝位移计整体式三向测缝计中的3条张紧钢丝汇聚点小，接近理想空间点，且摩擦力很小，精度相对较高，但钢丝型制较纤细易折断，且库水的扰动对仪器测量精度影响其较为严重；刚性拉杆位移计整体式3支位移传感器汇聚点对中性差，刚性拉杆在伸缩过程中摩擦力较大，因此存在一定的测量误差；刚性拉杆位移计分体式3支位移传感器单独测量，误差不累加，单支仪器测量精度高，但受限于仪器结构，刚性拉杆位移计分体式三向测缝计量程较小，当周边缝第三个方向产生位移时，会给其余两个方向的测量带来较大误差，即矢量值含有另外两个变形方向的矢量分量。由此可见，现有三向测缝计计算方法均存在误差大、计算繁琐、受库水扰动大等问题。

41、本发明通过等腰旋转肘节辅以趾板水平旋转轴三个角度的量测和计算，解决了现有的周边缝三向位移观测方法量测误差大、计算繁锁、受库水扰动大的问题。

42、第二，本发明提出新的周边缝三向位移观测方法，利用等腰旋转肘节辅以趾板水平旋转轴三个角度的量测，计算获得得出周边缝张开、沉降、剪切三向变形数据，解决传统周边缝三向测缝计算中测量误差大、受库水扰动大的问题。

43、本发明是通过角度传感器量测出的三个部位的角度值后，经换算公式转为周边缝三个方向变形矢量值，其计算方法简单实用。

44、本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明提出新的周边缝三向位移观测方法，能够精确高效的计算得到周边缝三个方向矢量变形，为今后更加客观准确评价混凝土面板堆石坝防渗效果提供了理论依据与技术支撑。

45、本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：本发明针对现有三向测缝计计算方法均存在误差大、计算繁琐、受库水扰动大等问题。通过提出等腰旋转肘节辅以趾板水平旋转轴三个角度的量测和计算方法，解决了现有的周边缝三向位移观测方法精度、效率存在的问题。

46、第三，本发明提供的等腰肘节式三向测缝计的计算方法描述中，虽然步骤和公式框架已经给出，但具体的计算公式和它们如何解决现有技术问题并没有明确阐述。

47、1.方法概述

48、该方法主要用于计算等腰肘节式三向测缝计中m点(是测缝计上的某个关键测量点)在位移前后的空间坐标变化，进而得到各方向上的位移变化量。

49、2.步骤详解

50、s101:求m点移动前空间坐标x1、y1、z1

51、使用角度传感器测得的角α、角β和角γ，通过某种(未明确给出的)几何关系或数学模型，计算出m点移动前的空间坐标(x1,y1,z1)。

52、s102:求m点位移至m’后的空间坐标x2、y2、z2

53、同样使用角度传感器测得的角α、角β和角γ(这些角度是变化后的角度)，通过相同的几何关系或数学模型，计算出m点位移后的空间坐标(x2,y2,z2)。

54、s103:得出m点位移至m’后变化量

55、通过比较m点位移前后的空间坐标(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，计算出各方向上的位移变化量。

56、3.解决的技术问题

57、该方法解决的技术问题包括：

58、精确测量三维位移：在地质工程、土木工程等领域，对结构物(如岩石、混凝土等)的三维位移进行精确测量是非常重要的。等腰肘节式三向测缝计通过测量角度变化，能够间接得到位移变化，从而实现三维位移的精确测量。

59、简化测量过程：相比于传统的位移测量方法(如使用位移计、应变片等)，使用角度传感器和数学模型进行计算的方法更加简单、方便，且能够适应更复杂的测量环境。

60、提高测量精度：通过优化数学模型和算法，可以提高位移测量的精度，特别是在测量微小位移时，这种方法的优势更加明显。

61、4.带来的技术进步

62、该方法带来的技术进步包括：

63、测量技术的创新：通过结合角度传感器和数学模型，实现了三维位移的间接测量，为位移测量技术带来了新的创新思路。

64、测量精度的提高：通过优化数学模型和算法，提高了位移测量的精度，为相关领域的科研和工程应用提供了更加可靠的数据支持。

65、测量过程的简化：使用角度传感器和数学模型进行计算的方法，简化了测量过程，降低了测量难度，提高了测量效率。

66、等腰肘节式三向测缝计的计算方法通过测量角度变化，间接得到位移变化，实现了三维位移的精确测量。该方法解决了现有技术中存在的测量精度低、测量过程复杂等问题，为相关领域的科研和工程应用带来了显著的技术进步。