建筑物傾斜角度的數據分析方法和系統技術方案

本發明專利技術公開了一種建筑物傾斜角度的數據分析方法和系統，其方法包括：讀取建筑物的地基沉降測量點的三維坐標(xi，yi，zi)，i＝0、1、2……n-1；根據地基平面方程一般表達式，建立建筑物的地基平面方程；采用最小二乘擬合的原理，使用三維坐標對地基平面方程進行擬合；根據擬合后的地基平面方程，計算建筑物地基非均勻沉降對建筑物傾斜角度的影響數值。其通過計算建筑物地基非均勻沉降對建筑物傾斜角度的影響數值，實現了定量區分建筑物自身因素對建筑物傾斜角度的影響與外界環境因素對建筑物傾斜角度的影響，有效地解決了現有的建筑物傾斜的數據分析方法不能保證數據分析結果的精確性，導致應對措施錯誤、建筑物倒塌后果的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及建筑物監測系統的數據分析領域，特別是涉及一種建筑物傾斜角度的 數據分析方法和系統。
技術介紹
近年來，隨著鐵路無線通信技術的快速發展，作為保障高速鐵路安全運營的 重要基礎設施--GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway 或 GSM-Railway，數字移動通信系統）通信鐵塔越來越多地被部署和應用。然而，由于一些惡 劣地質現象、鐵塔老化氧化、人為破壞等原因，造成鐵塔傾斜情況時有發生，嚴重時甚至導 致鐵塔倒塌。鐵塔的傾斜和倒塌不僅會造成通信網絡中斷和行車中斷，甚至會引發其他鐵 路事故，這對通信網正常工作和安全行車帶來安全隱患。類似的事故也經常發生在其他建 筑物上，同樣會對建筑物內部及其周邊的人員、財產和交通造成巨大的安全隱患。因此對建 筑物的傾斜狀態進行監測并對建筑物傾斜數據進行自動分析顯得尤為重要。 目前針對建筑物（如：鐵塔）傾斜的數據分析采用較多的是不定量計算出地基非 均勻沉降對傾斜角度造成的影響，直接使用數據進行對比分析的方法。該方法雖然實現起 來較為簡單，但是在建筑物發生傾斜時，不能準確的獲知其傾斜狀態與地基非均勻沉降的 關聯性，也無法推斷出建筑物傾斜主要原因是出于自身地基非均勻沉降還是外界環境因素 如：風向和風速等。即，上述方法不能將建筑物自身地基非均勻沉降對傾斜角度造成的影 響與外界風向、風速等環境因素的影響分離開，因此無法確定建筑物傾斜的準確原因。從 而不能在建筑物傾斜角度超過閾值之前，對建筑物傾斜狀態進行精確的數據分析和趨勢預 警。其不僅難以保證數據分析結果的精確性，也難以確定減小建筑物傾斜角度的可能方案， 使得相關應對措施不及時產生因為鐵塔傾倒造成巨大的經濟損失的現象。而依靠專門的監 控人員來進行人工分析判斷，不僅會急劇加大建筑物監測系統的人工成本，還會因為人工 判斷的主觀性和非精確性，造成計算偏差，同樣不能保證數據分析結果的精確性，有可能導 致應對措施錯誤、鐵塔等建筑物倒塌的后果。
技術實現思路
基于此，有必要針對現有的建筑物傾斜的數據分析方法不能保證數據分析結果的 精確性，可能導致應對措施錯誤、建筑物倒塌后果的問題，提供一種建筑物傾斜角度的數據 分析方法和系統。 為實現本專利技術目的提供的一種建筑物傾斜角度的數據分析方法，包括如下步驟： 讀取建筑物的地基沉降測量點的三維坐標（Xi, y;，Zi)，i = 0、1、2......n-1 ; 根據地基平面方程一般表達式Ax+By+Cz+D = 0,建立所述建筑物的地基平面方 程； 采用最小二乘擬合的原理，使用所述三維坐標對所述地基平面方程進行擬合； 根據擬合后的地基平面方程，計算所述建筑物地基非均勻沉降對所述建筑物傾斜 角度的影響數值； 其中，X1為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在水平方向X軸的位置； yi為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在水平方向y軸的位置； Z1為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在垂直方向z軸的位置； η為讀取的所述地基沉降測量點的個數。 在其中一個實施例中，讀取建筑物的地基沉降測量點的三維坐標（Xpy1^ 1)后，還 包括如下步驟： 判斷讀取到的所述三維坐標的個數η是否大于或等于3 ; 若是，則執行所述根據地基平面方程一般表達式Ax+By+Cz+D = 0,建立所述建筑 物的地基平面方程的步驟； 若否，則執行結束的步驟。 在其中一個實施例中，所述根據地基平面方程一般表達式Ax+By+Cz+D = 0,建立 所述建筑物的地基平面方程，包括如下步驟： 對所述地基平面方程一般表達式：Ax+By+Cz+D = 0變形得到 令： 將3。、31、32代入所述地基平面方程一般表達式41+1^+〇2+0 = 0，得到所述地基平 面方程：z = aoX+aj+ay 其中，a。、a!、a2均為系數。 在其中一個實施例中，所述采用最小二乘擬合的原理，使用所述三維坐標對所述 地基平面方程進行擬合，包括如下步驟： η-V 根據所述最小二乘擬合的原理，得到，k = 0, 1，2 ;其中，S=B?M+"i.v+?2-; ；=0 Qg 將&=()展開，得到： 將X1, yi，Z1, η作為系數，求解關于a。、&1、a2的方程，得到： 將求解得到的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；^擬合。 在其中一個實施例中，所述根據擬合后的地基平面方程，計算所述建筑物地基非 均勻沉降對所述建筑物傾斜角度的影響數值，包括如下步驟： 對擬合后的地基平面方程：z = 8(^+317+32變形得到AoX+aj-z = -a2; 根據所述aoX+aj-z = -a2，獲取所述建筑物的地基平面穿越原點的垂線方程： XVZ =- m αι 根據所述垂線方程，獲取所述建筑物的地基平面在水平方向X軸和垂直方向z軸 組成的平面上的投影與垂直方向z軸的第一夾角 根據所述垂線方程，獲取所述建筑物的地基平面在水平方向y軸和垂直方向z軸 組成的平面上的投影與垂直方向z軸的第二夾角I 其中，所述第一夾角 <和所述第二夾角 < 表征所述建筑物地基非均勻沉降對所 述建筑物傾斜角度的影響數值。 在其中一個實施例中，根據擬合后的地基平面方程，計算所述建筑物地基非均勻 沉降對所述建筑物傾斜角度的影響數值后，還包括如下步驟： 根據所述建筑物地基非均勻沉降對所述建筑物傾斜角度的影響數值以及所述建 筑物在水平方向上的初始傾斜角，獲取修正后的所述建筑物傾斜角。 相應的，基于同一專利技術構思，本專利技術還提供了一種建筑物傾斜角度的數據分析系 統，包括坐標讀取模塊、方程建立模塊、方程擬合模塊和數值計算模塊； 所述坐標讀取模塊，被配置為讀取建筑物的地基沉降測量點的三維坐標（Xl，yi， Zi)，i = 0、1、2......n-1 ； 所述方程建立模塊，被配置為根據地基平面方程一般表達式Ax+By+Cz+D = 0,建 立所述建筑物的地基平面方程； 所述方程擬合模塊，被配置為采用最小二乘擬合的原理，使用所述三維坐標對所 述地基平面方程進行擬合； 所述數值計算模塊，被配置為根據擬合后的地基平面方程，計算所述建筑物地基 非均勻沉降對所述建筑物傾斜角度的影響數值； 其中，X1為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在水平方向X軸的位置； yi為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在水平方向y軸的位置； Z1為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在垂直方向z軸的位置； η為讀取的所述地基沉降測量點的個數。 在其中一個實施例中，還包括坐標判斷模塊和結束模塊； 所述坐標判斷模塊，被配置為判斷所述坐標讀取模塊讀取到的所述三維坐標的個 數η是否大于或等于3 ;若是，則跳轉至所述方程建立模塊； 若否，則跳轉至所述結束模塊。 在其中一個實施例中，所述方程建立模塊包括第一變形單元、賦值單元和第一代 入單元； 所述第一變形單元，被配置為對所述地基平面方程一般表達式：Ax+By+Cz+D = 0 變形得到： 所述賦值單元，被配置為令 所述第一代入單元，被配置為將a。、ai、a2代入所述地基平面方程一般表達式： Ax+By+Cz+D = 0,本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種建筑物傾斜角度的數據分析方法，其特征在于，包括如下步驟：讀取建筑物的地基沉降測量點的三維坐標(xi，yi，zi)，i＝0、1、2……n?1；根據地基平面方程一般表達式Ax+By+Cz+D＝0，建立所述建筑物的地基平面方程；采用最小二乘擬合方法，使用所述三維坐標對所述地基平面方程進行擬合；根據擬合后的地基平面方程，計算所述建筑物地基非均勻沉降對所述建筑物傾斜角度的影響數值；其中，xi為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在水平方向x軸的位置；yi為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在水平方向y軸的位置；zi為讀取的第i個建筑物的地基沉降測量點在垂直方向z軸的位置；n為讀取的所述地基沉降測量點的個數。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉陽，楊光，袁振江，李洪研，王巍巍，
申請(專利權)人：通號通信信息集團有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11