一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及一种用于高精度沉管管节端面拟合测量 的方法与装置。
【背景技术】
[0002] 沉管端面拟合测量结果是评定管节端钢壳预制质量的主要指标之一，其中，端钢 壳的水平向（拟合）倾角、竖直（拟合）倾角对于端钢壳品质的影响尤其突出，在现有技术 中，通过直接测量坐标来确定端钢壳预制误差。
[0003] 目前，现有管节端钢壳端面测量只是测定了端钢壳多个特征点的坐标，并单独同 设计值进行比较，不能全面反映出端钢壳整体的不平整度和倾斜情况，影响沉管安装时管 节对接端压接质量和管节的尾端偏差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是如何提供一种测量与计算精准且简便的用于高精 度沉管管节端面拟合测量的方法与装置的关键问题。
[0005] 为此目的，本发明提出了一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的方法，包括具 体以下步骤：
[0006] Sl:在端钢壳均勾布设多个测点；
[0007] S2 :对多个测点进行总体拟合，生成整个端钢壳的曲面；
[0008] S3 :计算出多个测点中的每个测点到所述拟合曲面的距离和端钢壳整体在水平方 向和竖直方向的偏转角度。
[0009] 具体地，所述步骤Sl具体包括：在沉管端钢壳GINA止水带理论压接中心线上以反 射片的形式均匀布设96个测点。
[0010] 进一步地，所述步骤S2进一步包括：
[0011] S21 :对多个测点中的每个测点进行高精度三维坐标测量，获取每个测点的预制坐 标；
[0012] S22:根据管节坐标转换参数将每个测点的预制坐标转换为管节独立坐标系下的 坐标；
[0013] S23 :通过Matlab软件，按照公式A*x+B*y+C*z+D= 0,对多个测点进行总体拟合 处理，获取多个特征参数；
[0014] S24 :根据所述多个特征参数生成整个端钢壳的曲面。
[0015] 具体地，所述多个特征参数包括：多个测点中每个测点到拟合平面的最短距离、端 面竖向偏角以及端面水平向偏角。
[0016] 为此目的，本发明还提出了一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的装置，包 括：
[0017] 测点布设模块，用于在端钢壳均匀布设多个测点；
[0018] 拟合模块，用于对多个测点进行总体拟合，生成整个端钢壳的曲面；
[0019] 计算模块，用于计算出多个测点中的每个测点到所述拟合曲面的距离和端钢壳整 体在水平方向和竖直方向的偏转角度。
[0020] 进一步地，所述拟合模块进一步包括：
[0021] 预制坐标获取单元，用于对多个测点中的每个测点进行高精度三维坐标测量，获 取每个测点的预制坐标；
[0022] 坐标转换单元，用于根据管节坐标转换参数将每个测点的预制坐标转换为管节独 立坐标系下的坐标；
[0023] 拟合处理单元，用于通过Matlab软件，按照公式A*x+B*y+C*z+D=0,对多个测点 进行总体拟合处理，获取多个特征参数；
[0024] 端钢壳曲面生成单元，用于根据所述多个特征参数生成整个端钢壳的曲面。
[0025] 具体地，所述多个特征参数包括：多个测点中每个测点到拟合平面的最短距离、端 面竖向偏角以及端面水平向偏角。
[0026] 本发明公开一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的方法，通过在端钢壳均匀布 设多个测点；对多个测点进行总体拟合，生成整个端钢壳的曲面；计算出多个测点中的每 个测点到所述拟合曲面的距离和端钢壳整体在水平方向和竖直方向的偏转角度。本发明 通过本利用面拟合方法对端钢壳平整度进行的精确拟合计算，且利用面拟合方法对端钢壳 水平、竖向倾斜度进行的精确拟合计算，以及利用旋转一定角度后再进行面拟合的方法，准 确地拟合出沉管端钢壳完整的形态，拟合出了测点不平整度、端面竖向偏角、端面水平向偏 角，准确地反应出管节端钢壳的预制偏差情况，其结果作为评价端钢壳预制质量的重要指 标和进行沉管安装管节线形调整的重要依据。本发明还公开了一种用于高精度沉管管节端 面拟合测量的装置。
【附图说明】
[0027] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理 解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0028] 图1示出了本发明实施例中的一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的方法的 步骤流程图；
[0029] 图2示出了本发明实施例中的一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的装置的 结构框图。
【具体实施方式】
[0030] 下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0031] 为了更好的理解与应用本发明提出的一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的 方法与装置，以如下附图示例进行详细说明。
[0032] 如图1所示，本发明提供了一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的方法，包括 具体以下步骤：
[0033] 步骤Sl :在端钢壳均与布设多个测点。
[0034] 具体地，在沉管端钢壳GINA止水带理论压接中心线上以反射片的形式均匀布设 96个测点。
[0035] 步骤S2 :对多个测点进行总体拟合，生成整个端钢壳的曲面。
[0036] 具体地，在预制厂坐标系以及高程基准下使用测量机器人对多个测点中的每个 测点进行高精度三维坐标测量，获取每个测点的预制坐标；根据管节坐标转换参数将每个 测点的预制坐标转换为管节独立坐标系下的坐标（x，y，z);通过Matlab软件，按照公式 A*x+B*y+C*z+D= 0,对多个测点进行总体拟合处理，获取多个特征参数。其中，多个特征参 数包括：多个测点中每个测点到拟合平面的最短距离、端面竖向偏角以及端面水平向偏角； 根据多个特征参数生成整个端钢壳的曲面。
[0037]进一步地，运行Matlab软件，在workspace中新建数组，定义数组名，例如，CWl，直 接拷贝excel实测数据，赋予变量x，y，z三者数值；执行如下命令：
[0038] X=CWl(:，1) ;//水平面测点纵向坐标（与隧道纵向一致）
[0039] y=CWl(:，2) ;//水平面测点横向坐标
[0040] z=CW1(:，3) ;//竖向坐标（高程）
[0041] XY=[ones(50,I)xy] ;//50 是指数组X的大小size (X)
[0042]b=Vpa(regreSS(Z，XY)，10) ;//b为一维数组，为了确保精度，需采用10个有效 位数
[0043] [bb,bint,r,rint,stats] =regress(z,XY) ;//求解回归时，得到拟合相关系数 R2 =stats(1)
[0044] 其中，对于拟合相关系数R2 :如果R2接近1，说明本次拟合有效。此时A=b(2)， B=b(3)，C= -1，D=b(l);如果R2明显小于1，则本次拟合无效，需要分析修正。
[0045] 由于R2明显小于1，其原因可能是拟合平面太接近垂直面90°，其修正方法为：将 所有测点绕Y轴顺时针旋转巾角，优选选取3° -45°，对新得到的数据进行拟合，检查R2; 如果此时R2接近1，则得到新的拟合方程z=b'（l)+b'（2)*x+b'（3)*y;将新的拟合方程直 接逆时针转回巾角，得到：A=b'（2)*cos<})-sin<})，B=b'（3)，C= _b'（2)*sin<})-cos<})， D=b' ⑴。
[0046] 进一步地，通过下面的公式即可得到测点到拟合平面的最短距离，即为不平整度
【主权项】
1. 一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的方法，其特征在于，包括具体以下步骤： 51 :在端钢壳均匀布设多个测点； 52 :对多个测点进行总体拟合，生成整个端钢壳的曲面； 53 :计算出多个测点中的每个测点到所述拟合曲面的距离和端钢壳整体在水平方向和 竖直方向的偏转角度。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：在沉管端钢壳GINA 止水带理论压接中心线上以反射片的形式均匀布设96个测点。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括： 521 :对多个测点中的每个测点进行高精度三维坐标测量，获取每个测点的预制坐标； 522 :根据管节坐标转换参数将每个测点的预制坐标转换为管节独立坐标系下的坐 标； 523 :通过Matlab软件，按照公式A*x+B*y+C*z+D = 0,对多个测点进行总体拟合处理， 获取多个特征参数； 524 :根据所述多个特征参数生成整个端钢壳的曲面。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多个特征参数包括：多个测点中每个测 点到拟合平面的最短距离、端面竖向偏角以及端面水平向偏角。
5. -种用于高精度沉管管节端面拟合测量的装置，其特征在于，包括： 测点布设模块，用于在端钢壳均匀布设多个测点； 拟合模块，用于对多个测点进行总体拟合，生成整个端钢壳的曲面； 计算模块，用于计算出多个测点中的每个测点到所述拟合曲面的距离和端钢壳整体在 水平方向和竖直方向的偏转角度。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拟合模块进一步包括： 预制坐标获取单元，用于对多个测点中的每个测点进行高精度三维坐标测量，获取每 个测点的预制坐标； 坐标转换单元，用于根据管节坐标转换参数将每个测点的预制坐标转换为管节独立坐 标系下的坐标； 拟合处理单元，用于通过Matlab软件，按照公式A*x+B*y+C*z+D = 0,对多个测点进行 总体拟合处理，获取多个特征参数； 端钢壳曲面生成单元，，用于根据所述多个特征参数生成整个端钢壳的曲面。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多个特征参数包括：多个测点中每个测 点到拟合平面的最短距离、端面竖向偏角以及端面水平向偏角。
【专利摘要】本发明涉及一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的方法，包括：在端钢壳均匀布设多个测点；对多个测点进行总体拟合，生成整个端钢壳的曲面；计算出多个测点中的每个测点到所述拟合曲面的距离和端钢壳整体在水平方向和竖直方向的偏转角度。本发明准确地拟合出沉管端钢壳完整的形态，拟合出了测点不平整度、端面竖向偏角、端面水平向偏角，准确地反应出管节端钢壳的预制偏差情况，其结果作为评价端钢壳预制质量的重要指标和进行沉管安装管节线形调整的重要依据。本发明还公开了一种用于高精度沉管管节端面拟合测量的装置。
【IPC分类】G01B21-16, G01B21-30, G01B21-22
【公开号】CN104655075
【申请号】CN201510082871
【发明人】张秀振, 刘晓东, 刘兆权, 陈正杰, 林巍, 季浩华, 赵坤, 锁旭宏
【申请人】中交一航局第二工程有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月16日