建筑物倾斜角度的数据分析方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑物监测系统的数据分析领域，特别是涉及一种建筑物倾斜角度的 数据分析方法和系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着铁路无线通信技术的快速发展，作为保障高速铁路安全运营的 重要基础设施--GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway 或 GSM-Railway，数字移动通信系统）通信铁塔越来越多地被部署和应用。然而，由于一些恶 劣地质现象、铁塔老化氧化、人为破坏等原因，造成铁塔倾斜情况时有发生，严重时甚至导 致铁塔倒塌。铁塔的倾斜和倒塌不仅会造成通信网络中断和行车中断，甚至会引发其他铁 路事故，这对通信网正常工作和安全行车带来安全隐患。类似的事故也经常发生在其他建 筑物上，同样会对建筑物内部及其周边的人员、财产和交通造成巨大的安全隐患。因此对建 筑物的倾斜状态进行监测并对建筑物倾斜数据进行自动分析显得尤为重要。
[0003] 目前针对建筑物（如：铁塔）倾斜的数据分析采用较多的是不定量计算出地基非 均匀沉降对倾斜角度造成的影响，直接使用数据进行对比分析的方法。该方法虽然实现起 来较为简单，但是在建筑物发生倾斜时，不能准确的获知其倾斜状态与地基非均匀沉降的 关联性，也无法推断出建筑物倾斜主要原因是出于自身地基非均匀沉降还是外界环境因素 如：风向和风速等。即，上述方法不能将建筑物自身地基非均匀沉降对倾斜角度造成的影 响与外界风向、风速等环境因素的影响分离开，因此无法确定建筑物倾斜的准确原因。从 而不能在建筑物倾斜角度超过阈值之前，对建筑物倾斜状态进行精确的数据分析和趋势预 警。其不仅难以保证数据分析结果的精确性，也难以确定减小建筑物倾斜角度的可能方案， 使得相关应对措施不及时产生因为铁塔倾倒造成巨大的经济损失的现象。而依靠专门的监 控人员来进行人工分析判断，不仅会急剧加大建筑物监测系统的人工成本，还会因为人工 判断的主观性和非精确性，造成计算偏差，同样不能保证数据分析结果的精确性，有可能导 致应对措施错误、铁塔等建筑物倒塌的后果。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对现有的建筑物倾斜的数据分析方法不能保证数据分析结果的 精确性，可能导致应对措施错误、建筑物倒塌后果的问题，提供一种建筑物倾斜角度的数据 分析方法和系统。
[0005] 为实现本发明目的提供的一种建筑物倾斜角度的数据分析方法，包括如下步骤：
[0006] 读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标（Xi, y;，Zi)，i = 0、1、2......n-1 ;
[0007] 根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D = 0,建立所述建筑物的地基平面方 程；
[0008] 采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所述地基平面方程进行拟合；
[0009] 根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜 角度的影响数值；
[0010] 其中，X1为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向X轴的位置；
[0011] yi为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；
[0012] Z1为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置；
[0013] η为读取的所述地基沉降测量点的个数。
[0014] 在其中一个实施例中，读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标（Xpy1^ 1)后，还 包括如下步骤：
[0015] 判断读取到的所述三维坐标的个数η是否大于或等于3 ;
[0016] 若是，则执行所述根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D = 0,建立所述建筑 物的地基平面方程的步骤；
[0017] 若否，则执行结束的步骤。
[0018] 在其中一个实施例中，所述根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D = 0,建立 所述建筑物的地基平面方程，包括如下步骤：
[0019] 对所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D = 0变形得到
[0020] 令：
[0021] 将3。、31、32代入所述地基平面方程一般表达式41+1^+〇2+0 = 0，得到所述地基平 面方程：z = aoX+aj+ay
[0022] 其中，a。、a!、a2均为系数。
[0023] 在其中一个实施例中，所述采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所述 地基平面方程进行拟合，包括如下步骤： η-V
[0024] 根据所述最小二乘拟合的原理，得到，k = 0, 1，2 ;其中，S=B?M+"i.v+?2-; ；=0 Qg
[0025] 将&=()展开，得到：
[0029] 将X1, yi，Z1, η作为系数，求解关于a。、&1、a2的方程，得到：
[0030]
[0033] 将求解得到的3。、31、32代入所述地基平面方程2 = 3(^+317+32，完成所述地基平面 方程 z = aoX+aj+a；^拟合。
[0034] 在其中一个实施例中，所述根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非 均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值，包括如下步骤：
[0035] 对拟合后的地基平面方程：z = 8(^+317+32变形得到AoX+aj-z = -a2;
[0036] 根据所述aoX+aj-z = -a2，获取所述建筑物的地基平面穿越原点的垂线方程： XVZ
[0037] =- m αι
[0038] 根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向X轴和垂直方向z轴 组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第一夹角
[0039] 根据所述垂线方程，获取所述建筑物的地基平面在水平方向y轴和垂直方向z轴 组成的平面上的投影与垂直方向z轴的第二夹角I
[0040] 其中，所述第一夹角 <和所述第二夹角 < 表征所述建筑物地基非均匀沉降对所 述建筑物倾斜角度的影响数值。
[0041] 在其中一个实施例中，根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基非均匀 沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值后，还包括如下步骤：
[0042] 根据所述建筑物地基非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值以及所述建 筑物在水平方向上的初始倾斜角，获取修正后的所述建筑物倾斜角。
[0043] 相应的，基于同一发明构思，本发明还提供了一种建筑物倾斜角度的数据分析系 统，包括坐标读取模块、方程建立模块、方程拟合模块和数值计算模块；
[0044] 所述坐标读取模块，被配置为读取建筑物的地基沉降测量点的三维坐标（Xl，yi， Zi)，i = 0、1、2......n-1 ；
[0045] 所述方程建立模块，被配置为根据地基平面方程一般表达式Ax+By+Cz+D = 0,建 立所述建筑物的地基平面方程；
[0046] 所述方程拟合模块，被配置为采用最小二乘拟合的原理，使用所述三维坐标对所 述地基平面方程进行拟合；
[0047] 所述数值计算模块，被配置为根据拟合后的地基平面方程，计算所述建筑物地基 非均匀沉降对所述建筑物倾斜角度的影响数值；
[0048] 其中，X1为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向X轴的位置；
[0049] yi为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在水平方向y轴的位置；
[0050] Z1为读取的第i个建筑物的地基沉降测量点在垂直方向z轴的位置；
[0051] η为读取的所述地基沉降测量点的个数。
[0052] 在其中一个实施例中，还包括坐标判断模块和结束模块；
[0053] 所述坐标判断模块，被配置为判断所述坐标读取模块读取到的所述三维坐标的个 数η是否大于或等于3 ;若是，则跳转至所述方程建立模块；
[0054] 若否，则跳转至所述结束模块。
[0055] 在其中一个实施例中，所述方程建立模块包括第一变形单元、赋值单元和第一代 入单元；
[0056] 所述第一变形单元，被配置为对所述地基平面方程一般表达式：Ax+By+Cz+D = 0 变形得到：
[0057] 所述赋值单元，被配置为令
[0058] 所述第一代入单元，被配置为将a。、ai、a2代入所述地基平面方程一般表达式： Ax+By+Cz+D = 0,得到所述地基平面方程：z = aoX+aj+a；；;
[0059] 其中，a。、a!、a2均为系数。
[0060] 在其中一个实施例中，所述方程拟合模块包括拟合条件获取单元、展开单元、整理 变换单元、求解单元和第二代入单元；
[0061] 所述拟合条件获取单元，被配置为根据所述最小二乘拟合的原理，得到_^=G，k oak =0，1，2 ;其中
:ι--
[0062] 所述展开单元，被配置为将展开，得到：
[0063]
[0064] 所述整理变换单