一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量 的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 沉管端面擬合測(cè)量結(jié)果是評(píng)定管節(jié)端鋼殼預(yù)制質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，其中，端鋼 殼的水平向（擬合）傾角、豎直（擬合）傾角對(duì)于端鋼殼品質(zhì)的影響尤其突出，在現(xiàn)有技術(shù) 中，通過直接測(cè)量坐標(biāo)來確定端鋼殼預(yù)制誤差。
[0003] 目前，現(xiàn)有管節(jié)端鋼殼端面測(cè)量只是測(cè)定了端鋼殼多個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)，并單獨(dú)同 設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，不能全面反映出端鋼殼整體的不平整度和傾斜情況，影響沉管安裝時(shí)管 節(jié)對(duì)接端壓接質(zhì)量和管節(jié)的尾端偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種測(cè)量與計(jì)算精準(zhǔn)且簡便的用于高精 度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法與裝置的關(guān)鍵問題。
[0005] 為此目的，本發(fā)明提出了一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法，包括具 體以下步驟：
[0006] Sl:在端鋼殼均勾布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)；
[0007] S2 :對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合，生成整個(gè)端鋼殼的曲面；
[0008] S3 :計(jì)算出多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)到所述擬合曲面的距離和端鋼殼整體在水平方 向和豎直方向的偏轉(zhuǎn)角度。
[0009] 具體地，所述步驟Sl具體包括：在沉管端鋼殼GINA止水帶理論壓接中心線上以反 射片的形式均勻布設(shè)96個(gè)測(cè)點(diǎn)。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟S2進(jìn)一步包括：
[0011] S21 :對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度三維坐標(biāo)測(cè)量，獲取每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐 標(biāo)；
[0012] S22:根據(jù)管節(jié)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為管節(jié)獨(dú)立坐標(biāo)系下的 坐標(biāo)；
[0013] S23 :通過Matlab軟件，按照公式A*x+B*y+C*z+D= 0,對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合 處理，獲取多個(gè)特征參數(shù)；
[0014] S24 :根據(jù)所述多個(gè)特征參數(shù)生成整個(gè)端鋼殼的曲面。
[0015] 具體地，所述多個(gè)特征參數(shù)包括：多個(gè)測(cè)點(diǎn)中每個(gè)測(cè)點(diǎn)到擬合平面的最短距離、端 面豎向偏角以及端面水平向偏角。
[0016] 為此目的，本發(fā)明還提出了一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的裝置，包 括：
[0017] 測(cè)點(diǎn)布設(shè)模塊，用于在端鋼殼均勻布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)；
[0018] 擬合模塊，用于對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合，生成整個(gè)端鋼殼的曲面；
[0019] 計(jì)算模塊，用于計(jì)算出多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)到所述擬合曲面的距離和端鋼殼整 體在水平方向和豎直方向的偏轉(zhuǎn)角度。
[0020] 進(jìn)一步地，所述擬合模塊進(jìn)一步包括：
[0021] 預(yù)制坐標(biāo)獲取單元，用于對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度三維坐標(biāo)測(cè)量，獲 取每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)；
[0022] 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)管節(jié)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為管節(jié)獨(dú) 立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0023] 擬合處理單元，用于通過Matlab軟件，按照公式A*x+B*y+C*z+D=0,對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn) 進(jìn)行總體擬合處理，獲取多個(gè)特征參數(shù)；
[0024] 端鋼殼曲面生成單元，用于根據(jù)所述多個(gè)特征參數(shù)生成整個(gè)端鋼殼的曲面。
[0025] 具體地，所述多個(gè)特征參數(shù)包括：多個(gè)測(cè)點(diǎn)中每個(gè)測(cè)點(diǎn)到擬合平面的最短距離、端 面豎向偏角以及端面水平向偏角。
[0026] 本發(fā)明公開一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法，通過在端鋼殼均勻布 設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)；對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合，生成整個(gè)端鋼殼的曲面；計(jì)算出多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每 個(gè)測(cè)點(diǎn)到所述擬合曲面的距離和端鋼殼整體在水平方向和豎直方向的偏轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明 通過本利用面擬合方法對(duì)端鋼殼平整度進(jìn)行的精確擬合計(jì)算，且利用面擬合方法對(duì)端鋼殼 水平、豎向傾斜度進(jìn)行的精確擬合計(jì)算，以及利用旋轉(zhuǎn)一定角度后再進(jìn)行面擬合的方法，準(zhǔn) 確地?cái)M合出沉管端鋼殼完整的形態(tài)，擬合出了測(cè)點(diǎn)不平整度、端面豎向偏角、端面水平向偏 角，準(zhǔn)確地反應(yīng)出管節(jié)端鋼殼的預(yù)制偏差情況，其結(jié)果作為評(píng)價(jià)端鋼殼預(yù)制質(zhì)量的重要指 標(biāo)和進(jìn)行沉管安裝管節(jié)線形調(diào)整的重要依據(jù)。本發(fā)明還公開了一種用于高精度沉管管節(jié)端 面擬合測(cè)量的裝置。
【附圖說明】
[0027] 通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0028] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中的一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法的 步驟流程圖；
[0029] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中的一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的裝置的 結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0031] 為了更好的理解與應(yīng)用本發(fā)明提出的一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的 方法與裝置，以如下附圖示例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法，包括 具體以下步驟：
[0033] 步驟Sl :在端鋼殼均與布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)。
[0034] 具體地，在沉管端鋼殼GINA止水帶理論壓接中心線上以反射片的形式均勻布設(shè) 96個(gè)測(cè)點(diǎn)。
[0035] 步驟S2 :對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合，生成整個(gè)端鋼殼的曲面。
[0036] 具體地，在預(yù)制廠坐標(biāo)系以及高程基準(zhǔn)下使用測(cè)量機(jī)器人對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè) 測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度三維坐標(biāo)測(cè)量，獲取每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)；根據(jù)管節(jié)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將每個(gè) 測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為管節(jié)獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（x，y，z);通過Matlab軟件，按照公式 A*x+B*y+C*z+D= 0,對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合處理，獲取多個(gè)特征參數(shù)。其中，多個(gè)特征參 數(shù)包括：多個(gè)測(cè)點(diǎn)中每個(gè)測(cè)點(diǎn)到擬合平面的最短距離、端面豎向偏角以及端面水平向偏角； 根據(jù)多個(gè)特征參數(shù)生成整個(gè)端鋼殼的曲面。
[0037]進(jìn)一步地，運(yùn)行Matlab軟件，在workspace中新建數(shù)組，定義數(shù)組名，例如，CWl，直 接拷貝excel實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，賦予變量x，y，z三者數(shù)值；執(zhí)行如下命令：
[0038] X=CWl(:，1) ;//水平面測(cè)點(diǎn)縱向坐標(biāo)（與隧道縱向一致）
[0039] y=CWl(:，2) ;//水平面測(cè)點(diǎn)橫向坐標(biāo)
[0040] z=CW1(:，3) ;//豎向坐標(biāo)（高程）
[0041] XY=[ones(50,I)xy] ;//50 是指數(shù)組X的大小size (X)
[0042]b=Vpa(regreSS(Z，XY)，10) ;//b為一維數(shù)組，為了確保精度，需采用10個(gè)有效 位數(shù)
[0043] [bb,bint,r,rint,stats] =regress(z,XY) ;//求解回歸時(shí)，得到擬合相關(guān)系數(shù) R2 =stats(1)
[0044] 其中，對(duì)于擬合相關(guān)系數(shù)R2 :如果R2接近1，說明本次擬合有效。此時(shí)A=b(2)， B=b(3)，C= -1，D=b(l);如果R2明顯小于1，則本次擬合無效，需要分析修正。
[0045] 由于R2明顯小于1，其原因可能是擬合平面太接近垂直面90°，其修正方法為：將 所有測(cè)點(diǎn)繞Y軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)巾角，優(yōu)選選取3° -45°，對(duì)新得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，檢查R2; 如果此時(shí)R2接近1，則得到新的擬合方程z=b'（l)+b'（2)*x+b'（3)*y;將新的擬合方程直 接逆時(shí)針轉(zhuǎn)回巾角，得到：A=b'（2)*cos<})-sin<})，B=b'（3)，C= _b'（2)*sin<})-cos<})， D=b' ⑴。
[0046] 進(jìn)一步地，通過下面的公式即可得到測(cè)點(diǎn)到擬合平面的最短距離，即為不平整度
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法，其特征在于，包括具體以下步驟： 51 :在端鋼殼均勻布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)； 52 :對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合，生成整個(gè)端鋼殼的曲面； 53 :計(jì)算出多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)到所述擬合曲面的距離和端鋼殼整體在水平方向和 豎直方向的偏轉(zhuǎn)角度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：在沉管端鋼殼GINA 止水帶理論壓接中心線上以反射片的形式均勻布設(shè)96個(gè)測(cè)點(diǎn)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2進(jìn)一步包括： 521 :對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度三維坐標(biāo)測(cè)量，獲取每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)； 522 :根據(jù)管節(jié)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為管節(jié)獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐 標(biāo)； 523 :通過Matlab軟件，按照公式A*x+B*y+C*z+D = 0,對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合處理， 獲取多個(gè)特征參數(shù)； 524 :根據(jù)所述多個(gè)特征參數(shù)生成整個(gè)端鋼殼的曲面。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)特征參數(shù)包括：多個(gè)測(cè)點(diǎn)中每個(gè)測(cè) 點(diǎn)到擬合平面的最短距離、端面豎向偏角以及端面水平向偏角。
5. -種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的裝置，其特征在于，包括： 測(cè)點(diǎn)布設(shè)模塊，用于在端鋼殼均勻布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)； 擬合模塊，用于對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合，生成整個(gè)端鋼殼的曲面； 計(jì)算模塊，用于計(jì)算出多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)到所述擬合曲面的距離和端鋼殼整體在 水平方向和豎直方向的偏轉(zhuǎn)角度。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述擬合模塊進(jìn)一步包括： 預(yù)制坐標(biāo)獲取單元，用于對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度三維坐標(biāo)測(cè)量，獲取每 個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)； 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)管節(jié)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的預(yù)制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為管節(jié)獨(dú)立坐 標(biāo)系下的坐標(biāo)； 擬合處理單元，用于通過Matlab軟件，按照公式A*x+B*y+C*z+D = 0,對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行 總體擬合處理，獲取多個(gè)特征參數(shù)； 端鋼殼曲面生成單元，，用于根據(jù)所述多個(gè)特征參數(shù)生成整個(gè)端鋼殼的曲面。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)特征參數(shù)包括：多個(gè)測(cè)點(diǎn)中每個(gè)測(cè) 點(diǎn)到擬合平面的最短距離、端面豎向偏角以及端面水平向偏角。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的方法，包括：在端鋼殼均勻布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)；對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行總體擬合，生成整個(gè)端鋼殼的曲面；計(jì)算出多個(gè)測(cè)點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)到所述擬合曲面的距離和端鋼殼整體在水平方向和豎直方向的偏轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明準(zhǔn)確地?cái)M合出沉管端鋼殼完整的形態(tài)，擬合出了測(cè)點(diǎn)不平整度、端面豎向偏角、端面水平向偏角，準(zhǔn)確地反應(yīng)出管節(jié)端鋼殼的預(yù)制偏差情況，其結(jié)果作為評(píng)價(jià)端鋼殼預(yù)制質(zhì)量的重要指標(biāo)和進(jìn)行沉管安裝管節(jié)線形調(diào)整的重要依據(jù)。本發(fā)明還公開了一種用于高精度沉管管節(jié)端面擬合測(cè)量的裝置。
【IPC分類】G01B21-16, G01B21-30, G01B21-22
【公開號(hào)】CN104655075
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510082871
【發(fā)明人】張秀振, 劉曉東, 劉兆權(quán), 陳正杰, 林巍, 季浩華, 趙坤, 鎖旭宏
【申請(qǐng)人】中交一航局第二工程有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日