一種應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法，以輸電塔架為中心建立分析坐標系，以光電全站儀為中心建立測量坐標系，計算測量坐標系到分析坐標系的旋轉變換矩陣和平移變換矩陣，在測量坐標系中測量各點坐標值，然后將各點坐標值轉換到分析坐標系中，對測量線型進行對比分析獲取變形的方向與量值。由于分析坐標系和測量坐標系是兩個獨立的坐標系，在測量過程中無需設置固定點，無需轉換測量坐標系，因此本發明的方法消除了轉換測量站點中固定點測量誤差，提高了測量精度和效率。
【專利說明】一種應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種結構測量方法，特別是一種應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法。
【背景技術】
[0002]隨著高壓輸電網電壓等級的不斷升級，對輸變電塔架高度和承載能力的要求也逐步提高。而這些輸變電塔架在冰雪、大風等自然環境中，其變形直接影響到設備的可靠性和安全性。輸變電塔架通常是由單角鋼用螺栓偏心連接構成的空間結構，具有尺寸大、變形大、測點多和三維變形等特點，應用全站儀對其進行精確變形測量是一個技術難題。
[0003]在使用全站儀進行測量過程中，由于激光束發射具有直線性的特點，對一些隱蔽性較強或被遮擋的目標點，必須通過轉換全站儀測量站點(簡稱換站)、對目標點直接測量的方法，再將不同方位(不同站點)下測量的目標點統一轉換到同一個坐標系中，進而確定所有目標點之間的相互位置關系。換站測量的誤差主要來源于三個方面:測距誤差、測角誤差和固定點誤差，其中測距誤差和測角誤差均與儀器瞄準精度相關，而固定點誤差是在坐標變換時，主要有固定點參與計算，確定坐標系換站前后改變的距離和角度，一旦固定點位置在兩次測量時發生變化，均會給換算引入誤差。
[0004]無棱鏡測量技術基于相位法原理，發出的激光束極為窄小，可以非常精確地打到目標上，確保高精度的距離測量。與有棱鏡測量相比較，其優點是只要測點的反射介質符合無棱鏡測量的條件，就不需要在測點上放置棱鏡，即可測量出該點的三維坐標。此項技術在全世界范圍內得到了廣泛的應用，它具有良好的技術規范:高精度、大范圍、具有可見的紅色激光斑以及很小的光束直徑。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技 術問題是，針對現有技術不足，提供一種應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法，通過建立兩個獨立坐標系，避免測量中設置固定點和換站造成的誤差，提高測量精度和效率。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法，該方法為:
O建立塔架分析坐標系:選取塔架可視范圍內最底部水平角鋼，設所述最底部水平角鋼兩個端點分別為A、B點，以塔架基礎平面中心為塔架分析坐標系的原點，塔架分析坐標系X軸方向為從A點指向B點，Y軸方向為豎直向上，Z軸方向由空間向量的右手定則確定；
2)建立全站儀測量坐標系:在可視上述A、B點的范圍內架設全站儀，以所述全站儀中心點為全站儀測量坐標系的坐標原點，以從原點指向A點或B點所在方向為全站儀測量坐標系X軸方向，且全站儀測量坐標系X軸與上述塔架分析坐標系X軸或X軸延長線的夾角δ小于90--,以豎直向上方向為全站儀測量坐標系Y軸方向，全站儀測量坐標系Z軸方向由空間向量的右手定則確定，且使所述全站儀測量坐標系X-Z平面與上述塔架分析坐標系的x-ζ平面平行；
3)計算全站儀測量坐標系到塔架分析坐標系轉換矩陣:在全站儀測量坐標系中測量A、B的坐標值分別為和，計算塔架分析坐標系與全站儀測量坐標
系的X軸火ill n ,),得到旋轉變換矩陣；在塔架分析坐標系中計算A點
的坐標值，W到平移變換矩陣；
4)測量輸電塔架梁或輸電塔架柱變形:選取輸電塔架梁或輸電塔架柱上5個以上分布均勻的測點，在全站儀測量坐標系中測量各測點的三維坐標值，將各測點的三維坐標值乘以旋轉變換矩陣，然后分別與平移變換矩陣相加，則得到各測點在塔架分析坐標系中的坐標值，將所得坐標值對應的坐標點的線型與輸變電塔架的初始線型比較即得到輸電塔架梁或輸電塔架柱變形方向及變形量值。
[0007]與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為:本發明提出了一種應用光電全站儀測量輸電塔架變形方法，建立了兩個獨立的坐標系——分析坐標系和測量坐標系，分析坐標系以輸電塔架自身構造設置，測量坐標系結合全站儀架設設置，計算測量坐標系到分析坐標系的旋轉和平移轉換矩陣，在測量坐標系中完成相應的測量，然后將所有坐標轉換到分析坐標系進行分析，通過線型比較獲取變形的方向和量值；本發明的方法解決了測量中設置固定點和轉換測量坐標點等問題，確保每次測量數據獨立性，消除了轉換測量站點中固定點的測量誤差，提高了測量精度和效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明方法流程圖；
圖2為本發明一實施例為輸電塔架分析坐標系示意圖；
圖3為本發明一實施例分析坐標系與測量坐標系設置關系圖。
【具體實施方式】
[0009]如圖1所示，本發明的方法包括以下步驟:
第I步，建立塔架分析坐標系。
[0010]選取塔架可視范圍內最底部水平角鋼，如圖2所示，設置角鋼兩個端點分別為A、B點。塔架坐標系的原點設置塔架腳部(基礎)平面中心，X軸方向為A點指向B點，Y軸方向為豎直向上，Z軸方向由空間向量的右手定則確定。
[0011]第2步，建立全站儀測量坐標系。
[0012]在可視A、B點范圍內任意架設全站儀,坐標原點為全站儀中心點,X軸為原點指向A (或B)點所在方向，與分析坐標系中X軸方向的夾角小于90--，Y軸方向豎直向上，Z軸方向由空間向量的右手定則確定，全站儀測量坐標系x-ζ平面與分析坐標系的X-Z平面平行，分析坐標與測量坐標的設置如圖3所示。
[0013]第3步，計算測量坐標系到分析坐標系轉換矩陣。
[0014]在測量坐標系中測量A、B的坐標值分別為(雙LiZA)羽IZB)，計算分析坐標系與測量坐標系的X軸夾角
【權利要求】
1.一種應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法，其特征在于，該方法為: 1)建立塔架分析坐標系:選取塔架可視范圍內最底部水平角鋼，設所述最底部水平角鋼兩個端點分別為A、B點，以塔架基礎平面中心為塔架分析坐標系的原點，塔架分析坐標系X軸方向為從A點指向B點，Y軸方向為豎直向上，Z軸方向由空間向量的右手定則確定； 2)建立全站儀測量坐標系:在可視上述A、B點的范圍內架設全站儀，以所述全站儀中心點為全站儀測量坐標系的坐標原點，以從原點指向A點或B點所在方向為全站儀測量坐標系X軸方向，且全站儀測量坐標系X軸與上述塔架分析坐標系X軸或X軸延長線的夾角β小于90--,以豎直向上方向為全站儀測量坐標系Y軸方向，全站儀測量坐標系Z軸方向由空間向量的右手定則確定，且使所述全站儀測量坐標系X-Z平面與上述塔架分析坐標系的X-Z平面平行； 3)計算全站儀測量坐標系到塔架分析坐標系轉換矩陣:在全站儀測量坐標系中測量Α、B的坐標值分別為(
2.根據權利要求1所述的應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法，其特征
在于，所述步驟3)中，旋轉變換矩陣為
3.根據權利要求1所述的應用無棱鏡光電全站儀測量輸變電塔架變形的方法，其特征 在于，所述步驟3)中，平移變換矩陣為-。
【文檔編號】G01B11/16GK103471519SQ201310449287
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】劉純, 唐遠富, 歐陽克儉, 陳紅冬 申請人:國家電網公司, 國網湖南省電力公司電力科學研究院, 湖南省湘電試研技術有限公司