一种监测建筑物位移随时间变化的方法、装置和系统与流程

本发明涉及精密测量设备
技术领域：
，尤其涉及一种监测建筑物位移随时间变化的监测方法、装置和系统。
背景技术：
：超高层建筑的施工难度是一般的建筑工程无法比拟的,属特高等级精密工程测量范畴。根据《混凝土结构工程施工及验收规程》超高层建筑全高垂直度允许偏差不得超过h/1000且≤30mm。但由于受日照、地球自转、风力、温差等多种动态因素的影响，超高层建筑主塔楼处于周期性的偏摆运动状态，这种动态特性，直接影响施工控制网投点的准确性。现有技术中通常使用激光垂准仪进行施工平面控制网的传递，当塔体发生摆动而存在倾斜时，利用激光垂准仪向上投点，将产生如图1所示的椭圆轨迹的偏差。如何采用相关技术测定倾斜偏差并进行合理的改正成为超高层建筑施工测量和施工监测最为关键、最为重要的技术问题。现有技术针对上述问题采用的技术方法包括以下几种：gps法；测量机器人方法等。但是gps、测量机器人等方法对观测环境有极高要求(其中，gps法要求具备良好的观测环境，而超高层建筑塔体施工环境复杂，测量机器人方法对距离和竖直角有要求)，难以实现精准测量。技术实现要素：本发明实施例的目的是提供一种监测建筑物位移随时间变化的方法、装置和系统，能有效监测建筑物的位移随时间变化的关系，且操作方便、测量精度高。为实现上述目的，本发明实施例提供了一种监测建筑物位移随时间变化的方法，包括：分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；其中，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的安装位置处于同一竖直方向；根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移；根据所述相对位移计算误差值；根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。与现有技术相比，本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的方法，首先，分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；然后，根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，并根据所述相对位移计算误差值；最后，根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。解决了现有技术中对观测环境有极高要求，难以实现精准测量的问题。本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的方法只需要在建筑物上安装第一倾斜仪和第二倾斜仪，然后采集建筑物的倾斜数值，并对倾斜数值进行处理，能有效监测建筑物的位移随时间变化的关系，操作方便、测量精度高。作为上述方案的改进，所述根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，包括：根据所述第一倾斜仪的倾斜数值、所述第二倾斜仪的倾斜数值、所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差计算所述建筑物的相对位移，满足以下公式：其中，s(t)为在t时刻时建筑物的相对位移；θ1(t)为所述第一倾斜仪在t时刻的倾斜数值；θ2(t)为所述第二倾斜仪在t时刻的倾斜数值；δh为所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差。作为上述方案的改进，假定取n个读数的平均值为一个观测值，则可计算观测值的误差值，即满足以下公式：其中，rms为所述误差值；n表示取样个数；为n个读数的平均值；以3*rms进行粗差剔除，粗差剔除之后的读数平均值作为数据拟合的源数据。作为上述方案的改进，所述根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，包括：通过matlab工具对所述相对位移和所述误差值进行数据拟合。作为上述方案的改进，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪满足预设的测量条件；其中，所述预设的测量条件包括：所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴与施工坐标系指向相同；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的水泡居中；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴的读数范围调整为0～0.05mrad。为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种监测建筑物位移随时间变化的装置，包括：数据获取模块，用于分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；其中，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的安装位置处于同一竖直方向；相对位移计算单元，用于根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移；误差值计算单元，用于根据所述相对位移计算误差值；数据拟合单元，用于根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。与现有技术相比，本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的装置，首先，数据获取模块分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；然后，相对位移计算单元根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，误差值计算单元根据所述相对位移计算误差值；最后，数据拟合单元根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。解决了现有技术中对观测环境有极高要求，难以实现精准测量的问题。本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的装置只需要在建筑物上安装第一倾斜仪和第二倾斜仪，然后采集建筑物的倾斜数值，并对倾斜数值进行处理，能有效监测建筑物的位移随时间变化的关系，操作方便、测量精度高。作为上述方案的改进，所述相对位移计算单元具体用于：根据所述第一倾斜仪的倾斜数值、所述第二倾斜仪的倾斜数值、所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差计算所述建筑物的相对位移，满足以下公式：其中，s(t)为在t时刻时建筑物的相对位移；θ1(t)为所述第一倾斜仪在t时刻的倾斜数值；θ2(t)为所述第二倾斜仪在t时刻的倾斜数值；δh为所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差。假定取n个读数的平均值为一个观测值，则可计算观测值的误差值，即满足以下公式：其中，rms为所述误差值；n表示取样个数；为n个读数的平均值；以3*rms进行粗差剔除，粗差剔除之后的读数平均值作为数据拟合的源数据。作为上述方案的改进，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪满足预设的测量条件；其中，所述预设的测量条件包括：所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴与施工坐标系指向相同；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的水泡居中；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴的读数范围调整为0～0.05mrad。为实现上述目的，本发明实施例还提供一种监测建筑物位移随时间变化的系统，包括第一倾斜仪、第二倾斜仪以及数据处理装置；其中，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪分别用于获取建筑物的倾斜数值，所述数据处理装置执行上述任一实施例所述的监测建筑物位移随时间变化的方法。附图说明图1是塔体偏差示意图；图2是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法的流程图；图3是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中x方向上的相对位移与时间关系曲线图；图4是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中x方向上的误差值与时间关系曲线图；图5是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中y方向上的相对位移与时间关系曲线图；图6是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中y方向上的误差值与时间关系曲线图；图7是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中x方向上的位移随时间变化的拟合曲线图；图8是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中y方向上的位移随时间变化的拟合曲线图；图9是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的装置10的结构示意图；图10是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的系统20的结构示意图。具体实施方式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作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。实施例一参见图2，图2是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法的流程图；包括：s1、分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；其中，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的安装位置处于同一竖直方向；s2、根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移；s3、根据所述相对位移计算误差值；s4、根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。具体的，在步骤s1中，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪满足预设的测量条件；其中，所述预设的测量条件包括：所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴与施工坐标系的指向相同；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的水泡居中；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴的读数范围调整为0～0.05mrad。优选的，通过选择合适的值，对所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的读数值进行补偿矫正，然后再开始采集数据。优选的，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的相关参数设置需保持一致，其中，分辨率参见表1，准确率参见表2。表1分辨率分(′)秒(″)微弧度(urad)0.00340.21表2准确度区间分(′)秒(″)毫米/米(mm/m)a+/-0.022+/-1.3+/-0.006b+/-0.065+/-3.9+/-0.019c+/-0.162+/-9.7+/-0.045具体的，在步骤s2中，所述根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，包括：根据所述第一倾斜仪的倾斜数值、所述第二倾斜仪的倾斜数值、所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差计算所述建筑物的相对位移，满足以下公式：其中，s(t)为在t时刻时建筑物的相对位移；θ1(t)为所述第一倾斜仪在t时刻的倾斜数值；θ2(t)为所述第二倾斜仪在t时刻的倾斜数值；δh为所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差。具体的，在步骤s3中，假定取n个读数的平均值为一个观测值，则可计算观测值的误差值，即满足以下公式：其中，rms为所述误差值；n表示取样个数；为n个读数的平均值；以3*rms进行粗差剔除，粗差剔除之后的读数平均值作为数据拟合的源数据。值得说明的是，所述误差值包括所述仪器精度以及外界环境因素的影响。具体的，在步骤s4中，通过matlab工具根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，由于每台的倾斜仪得取样数据速率是1hz，数据处理过程中取60个读数的平均值，即n＝60，然后求解出rms值。参见图3，图3是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中x方向上的相对位移与时间关系曲线图(每秒1个读数)；由图可知，x方向的相对位移值在(-0.17mm,1.396mm)之间变化。参见图4，图4是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中x方向上的误差值(绝对值)与时间关系曲线图。通过统计，可以算出x方向的rms平均值为0.57mm。参见图5，图5是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中y方向上的相对位移与时间关系曲线图(每秒1个读数)；由图可知，y方向的位移值在(-2.284mm,0.279mm)范围内变化。参见图6，图6是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中y方向上的误差值(绝对值)与时间关系曲线图；通过统计，可以算出y方向的rms平均值为0.940mm。进一步的，在得到所述建筑物的相对位移和误差值后，根据所述相对位移和所述误差值(以3*rms进行粗差剔除，粗差剔除之后的读数平均值作为数据拟合的源数据)进行数据拟合，利用matlab工具，选取合适的函数，对所得到的数据进行拟合，使数据点尽可能的分布在函数曲线的两侧，根据x方向和y方向的数据分布，x方向数据适合的拟合函数为傅里叶函数，y方向的数据适合的拟合函数为正弦函数的和，分别对x方向和y方向的数据进行拟合，通过对数据进行拟合分析后，能够得到建筑物的相对位移随时间的变化情况。x方向数据适合的拟合函数为傅里叶函数:f(x)＝a0+a1*cos(x*w)+b1*sin(x*w)+a2*cos(2*x*w)+b2*sin(2*x*w)公式(3)；其中，a0、a1、a2、w、b1、b2为傅里叶系数。y方向的数据适合的拟合函数为正弦函数的和:f(y)＝a1*sin(b1*y+c1)+a2*sin(b2*y+c2)公式(4)；其中，a1、a2、b1、b2、c1、c2为正弦函数的系数。参见图7，图7是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中x方向上的位移随时间变化的拟合曲线图；由图可知，根据离散的数据点，得到x方向上的数据趋势曲线，通过对x方向数据所拟合的变化曲线可知：在第一天21:30至第二天21:30，x方向的变化范围为(0.0636mm，1.084mm),而且在第二天07:10左右达到第一峰值1.084mm。参见图8，图8是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的方法中y方向上的位移随时间变化的拟合曲线图；由图可知，根据离散的数据点，得到y方向上的数据趋势曲线，通过对y方向数据所拟合的变化曲线可知：第一天21:30至第二天21:30，y轴的变化范围为(-1.9095mm，0.1560mm)，而且在第二天16:00达到峰值-1.9095mm。具体实施时，首先，分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；然后，根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，并根据所述相对位移计算误差值；最后，根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。与现有技术相比，本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的方法，解决了现有技术中对观测环境有极高要求，难以实现精准测量的问题。本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的方法只需要在建筑物上安装第一倾斜仪和第二倾斜仪，然后采集建筑物的倾斜数值，并对倾斜数值进行处理，能有效监测建筑物的位移随时间变化的关系，操作方便、测量精度高。实施例二参见图9，图9是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的装置10的结构示意图；包括：数据获取模块11，用于分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；其中，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的安装位置处于同一竖直方向；相对位移计算单元12，用于根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移；误差值计算单元13，用于根据所述相对位移计算误差值；数据拟合单元14，用于根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。具体的，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪满足预设的测量条件；其中，所述预设的测量条件包括：所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴与施工坐标系指向相同；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的水泡居中；所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的x坐标轴和y坐标轴的读数范围调整为0～0.05mrad。优选的，通过选择合适的值，对所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的读数值进行补偿矫正，然后再开始采集数据。优选的，所述第一倾斜仪和所述第二倾斜仪的相关参数设置保持一致。具体的，所述相对位移计算单元12根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，包括：根据所述第一倾斜仪的倾斜数值、所述第二倾斜仪的倾斜数值、所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差计算所述建筑物的相对位移，满足以下公式：其中，s(t)为在t时刻时建筑物的相对位移；θ1(t)为所述第一倾斜仪在t时刻的倾斜数值；θ2(t)为所述第二倾斜仪在t时刻的倾斜数值；δh为所述第一倾斜仪与所述第二倾斜仪之间的高度差。具体的，所述误差值计算单元13根据所述相对位移计算误差值，假定取n个读数的平均值为一个观测值，则可计算观测值的误差值，即满足以下公式：其中，rms为所述误差值；n表示取样个数；为n个读数的平均值；以3*rms进行粗差剔除，粗差剔除之后的读数平均值作为数据拟合的源数据。值得说明的是，所述误差值包括所述仪器精度以及外界环境因素的影响。具体的，所述数据拟合单元14通过matlab工具根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，由于每台的倾斜仪得取样数据速率是1hz，数据处理过程中取60个读数的平均值，即n＝60，然后求解出rms值。进一步的，在得到所述建筑物的相对位移和误差值后，根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，利用matlab工具，选取合适的函数，对所得到的数据进行拟合，使数据点尽可能的分布在函数曲线的两侧，根据x方向和y方向的数据分布，x方向数据适合的拟合函数为傅里叶函数，y方向的数据适合的拟合函数为正弦函数的和，分别对x方向和y方向的数据进行拟合，通过对数据进行拟合分析后，能够得到建筑物的相对位移随时间的变化情况。具体实施时，首先，所述数据获取模块11分别获取第一倾斜仪和第二倾斜仪测量的建筑物的倾斜数值；然后，所述相对位移计算单元12根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，所述误差值计算单元13根据所述相对位移计算误差值；最后，所述数据拟合单元14根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。与现有技术相比，本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的装置10，解决了现有技术中对观测环境有极高要求，难以实现精准测量的问题。本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的装置只需要在建筑物上安装第一倾斜仪和第二倾斜仪，然后采集建筑物的倾斜数值，并对倾斜数值进行处理，能有效监测建筑物的位移随时间变化的关系，操作方便、测量精度高。实施例三参见图10，图10是本发明实施例提供的一种监测建筑物位移随时间变化的系统20的结构示意图；包括第一倾斜仪21、第二倾斜仪22以及数据处理装置23；其中，所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22分别用于获取建筑物的倾斜数值，所述数据处理装置23执行上述实施例一所述的监测建筑物位移随时间变化的方法。具体的，所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22的安装位置位于同一竖直方向上。所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22分别安装在建筑物的不同楼层，通过有线或无线传输的方式将采集的倾斜数值传输给所述数据处理装置23。优选的，所述数据处理装置23可以是pc机或应用服务器，能够对所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22发送的数据进行处理。具体的，所述数据处理装置23的工作过程参考上述实施例一所述的监测建筑物位移随时间变化的方法的过程，在此不再赘述。当所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22分别与所述数据处理装置23进行有线传输时，所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22通过线缆与充电装置连接，通过rs232串口线与所述数据处理装置23连接。其中，所述数据处理装置23为pc机，所述数据处理装置23还配置有电源适配器。当所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22分别与所述数据处理装置23进行无线传输时，能够对所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22进行远程监测和控制，即要实现远程数据传输功能，在无线通信网络信号比较好的情况，所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22连接rtu数据无线通信模块，进行数据的无线发送和接收控制，然后通过无线通信网络进行传输，最后传输到应用服务器进行数据接收的控制和处理，所述应用服务器即为所述数据处理装置23，此时不用再传输至pc机，所述应用服务器直接进行数据接收和数据处理。rtu是利用cdma进行远程模拟量/数字量采集及远程i/o控制的无线测控终端模块。所采用的rtu集成tcp/ip技术，可以实现点对点，点对多点等灵活传输，而且可以利用倾斜仪所配套的软件，支持倾斜仪监测的远程收数据和发数据功能。优选的，所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22自带数据处理软件可以显示所述建筑物实时的倾斜情况，在所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22的显示界面上可以分别显示倾斜仪的x方向、y方向，以及倾斜的幅度值(mrad)。根据不同的要求，可以设置接收数据(指的是倾斜仪采集数据)的时间间隔。具体设置的时间间隔随现场情况而定，本发明对此不作限定，所述第一倾斜仪21和所述第二倾斜仪22可以对采集的数据进行实时存储。具体实施时，首先，所述数据处理装置23分别获取第一倾斜仪21和第二倾斜仪22测量的建筑物的倾斜数值；然后，所述数据处理装置23根据所述倾斜数值计算所述建筑物的相对位移，并根据所述相对位移计算误差值；最后，所述数据处理装置23根据所述相对位移和所述误差值进行数据拟合，得到所述建筑物位移随时间变化的拟合曲线。与现有技术相比，本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的系统20，解决了现有技术中对观测环境有极高要求，难以实现精准测量的问题。本发明公开的监测建筑物位移随时间变化的方法只需要在建筑物上安装第一倾斜仪和第二倾斜仪，然后采集建筑物的倾斜数值，并对倾斜数值进行处理，能有效监测建筑物的位移随时间变化的关系，操作方便、测量精度高。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。当前第1页12