一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法技术

本发明专利技术提供一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，步骤如下：待测木柱两个为一组，沿建筑物横纵轴方向选取，在工程现场架设全站仪，将全站仪站点一设置为观测原点；并利用反光片布设转点，转点数目2个；使用全站仪对待测木柱进行测量，测量分为两个截面高度，下水平截面靠近木柱底部，上水平截面靠近木柱顶部；依次进行两个水平截面的n个点空间坐标的测量；根据所测得的各站点的空间坐标依次计算各水平截面的圆心坐标；以两根木柱连线方向为Y方向，垂直于连线方向为X方向建立右手法则坐标系，依次计算两根木柱在X、Y方向的倾斜分量和倾斜率。本发明专利技术可以方便地计算出倾斜分量，提高了测量的准确性和可靠性。提高了测量的准确性和可靠性。提高了测量的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法


[0001]本专利技术涉及土木工程健康监测与工程测量
，具体涉及一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法。

技术介绍

[0002]古建筑因年久失修，地基沉降等因素发生倾斜。木结构中木柱倾斜测量问题，主要存在两个难点：第一是木材天然存在大小头，加之木材在加工过程中存在加工偏差，使得截面形心难以测量；第二是圆柱倾斜方向任意，而工程中往往以建筑物轴线进行定位，故在倾斜分量计算上比较复杂。对于圆形截面柱，目前常用的方法是使用方位角法或者全站仪测三点坐标来拟合圆，从而求出上下截面的圆心坐标来进行圆柱倾斜率的求解。
[0003]在上述现有的测量方法中，三点法拟合圆往往具有很大误差，而方位角法在实际工程中不易操作。
[0004]基于此，本专利技术提供了一种古建筑木结构圆柱倾斜的测量方法，提高了测量的可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，可以方便地计算出倾斜分量，提高了测量的准确性和可靠性。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，步骤如下：
[0008]步骤1、待测木柱两个为一组，沿建筑物横纵轴方向选取，在工程现场架设全站仪，将全站仪站点一设置为观测原点；并利用反光片布设转点，转点数目2个；
[0009]步骤2、使用全站仪对待测木柱进行测量，测量分为两个截面高度，下水平截面靠近木柱底部，上水平截面靠近木柱顶部；依次进行两个水平截面的n个点空间坐标的测量；
[0010]步骤3、根据所测得的各站点的空间坐标依次计算各水平截面的圆心坐标；
[0011]步骤4、以两根木柱连线方向为方向，垂直于连线方向为X方向建立右手法则坐标系，依次计算两根木柱在X、Y方向的倾斜分量和倾斜率。
[0012]进一步地，所述步骤2中，使用2个转点进行全站仪转站，在站点一依次观测转点，记录转点坐标；在站点二依次观测转点，记录转点坐标；计算出两个站点的竖向z坐标差值；
[0013]再在站点二依次测量同一水平高度下的余下圆周各点；若仍需转点，则按上述步骤进行转站即可。
[0014]进一步地，所述步骤2中，n个点所在的圆周所对的圆心角要尽可能大。
[0015]进一步地，根据建筑物纵横轴线建立全站仪坐标系，计算出沿建筑物轴线方向的倾斜分量。
[0016]进一步地，单个木柱中根据所测的上下两个水平截面的n个点，由于n个点位于同一水平截面上，故可以忽略z坐标，将其转换成平面坐标进行计算；将两个水平截面内n个点
的平面坐标分别用最小二乘法拟合成圆，并依次求得上水平截面圆心A1坐标(x1,y1)、下水平截面圆心A2坐标(x2,y2)；同理，求得另一根木柱上水平截面圆心B1坐标(x3,y3)、下水平截面圆心B2坐标(x4,y4)。
[0017]进一步地，根据以下公式计算待测木柱的倾斜率：具体计算如下：设木柱一两个水平截面的圆心坐标分别为A1、A2；木柱二两个水平截面的圆心坐标分别为B1、B2，
[0018]向量
[0019]向量
[0020]向量
[0021]在两根木柱的局部坐标系中，设定沿木柱连线方向为Y方向，垂直与木柱连线方向为X方向，符合右手坐标系原则，则Y的方向向量为X的方向向量为
[0022]木柱一在X方向上的倾斜分量为：
[0023][0024]倾斜率为：
[0025][0026]同理，得到木柱一在Y方向的倾斜分量为：
[0027][0028]倾斜率为：
[0029][0030]木柱二在X方向的倾斜分量为：
[0031][0032]倾斜率为：
[0033][0034]木柱二在Y方向的倾斜分量为：
[0035][0036]倾斜率为：
[0037][0038]其中，z1、z2分别为木柱一上下截面圆心的竖向坐标；z3、z4分别为木柱二上下截面圆心的竖向坐标。
[0039]本专利技术具有如下优点：
[0040]在本专利技术中的古建筑木结构圆柱倾斜测量方法中，使用全站仪分别对柱子上、下截面进行测量，再通过平面内最小二乘法拟合圆公式计算出圆心坐标，根据所得的圆心坐标建立柱子间局部坐标系，并将柱子倾斜方向投影到局部坐标系中，计算得到倾斜率。通过上述方法测量木结构圆柱倾斜，可以方便地计算出倾斜分量，提高了测量的准确性和可靠性。
【附图说明】
[0041]下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0042]图1为本专利技术实例中测量古建筑圆柱倾斜率方法的流程图。
[0043]图2为为本专利技术实例中测量古建筑圆柱倾斜率方法原理的示意图一。
[0044]图3为为本专利技术实例中测量古建筑圆柱倾斜率方法原理的示意图二。
[0045]图4为为本专利技术实例中测量古建筑圆柱倾斜率方法原理的示意图三。
【具体实施方式】
[0046]下面将结合附图1
‑
4和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0047]本专利技术涉及一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，包括如下步骤：
[0048]步骤1、将建筑物中的木柱沿轴线方向两两一组，选取2根木柱，架设全站仪1，使用全站仪1内置坐标系进行三维坐标测量，坐标系原点设置在站点上；在适当位置选取2个转点，并张贴反光片；
[0049]步骤2、使用全站仪1对待测木柱分别进行上、下水平截面的测量(下水平截面为靠近木柱底部的一截面，上水平截面为靠近木柱顶部的一截面)，设置转点围绕木柱圆周进行测量，分别得到上、下水平截面n个点的空间坐标；为使测量结果尽可能精确，则需要绕木柱一周测量，如实际条件不允许则测点应包含尽可能多的圆周；
[0050]步骤3、特别的，由于测量时限定在同一水平高度，所以上述n个点的空间坐标可以忽略高度坐标将空间坐标转化成平面坐标，根据所测得的各个水平截面的n个点平面坐标计算得到各个水平截面的圆心坐标；
[0051]步骤4、根据上述测量结果，使用两根木柱上下水平截面圆心坐标，建立坐标系；
[0052]步骤5、根据所计算的各个水平截面的圆心坐标，计算在局部坐标系下的各个圆柱的倾斜分量、倾斜率。
[0053]较优的，步骤3中，根据n个点的平面坐标计算得到水平截面圆心坐标可以包括：
[0054]根据圆公式，将n个点的平面坐标代入，根据最小二乘法计算得到圆心坐标。
[0055]最小二乘法拟合圆公式为：
[0056]设木柱一2上水平截面21圆心坐标为(x1,y1)，则在二维平面中圆方程可以表示为：
[0057](x
‑
x1)2+(y
‑
y1)2＝r2；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤1、待测木柱两个为一组，沿建筑物横纵轴方向选取，在工程现场架设全站仪，将全站仪站点一设置为观测原点；并利用反光片布设转点，转点数目2个；步骤2、使用全站仪对待测木柱进行测量，测量分为两个截面高度，下水平截面靠近木柱底部，上水平截面靠近木柱顶部；依次进行两个水平截面的n个点空间坐标的测量；步骤3、根据所测得的各站点的空间坐标依次计算各水平截面的圆心坐标；步骤4、以两根木柱连线方向为Y方向，垂直于连线方向为X方向建立右手法则坐标系，依次计算两根木柱在X、Y方向的倾斜分量和倾斜率。2.根据权利要求1所述的一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，其特征在于：所述步骤2中，使用2个转点进行全站仪转站，在站点一依次观测转点，记录转点坐标；在站点二依次观测转点，记录转点坐标；计算出两个站点的竖向z坐标差值；再在站点二依次测量同一水平高度下的余下圆周各点；若仍需转点，则按上述步骤进行转站即可。3.根据权利要求1所述的一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，其特征在于：所述步骤2中，n个点所在的圆周所对的圆心角要尽可能大。4.根据权利要求1所述的一种测量古建筑木结构大小头圆柱倾斜的方法，其特征在于：根据建筑物纵横轴线建立全站仪坐标系，计算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟，张禄滨，吴铭昊，张羽，吴晓静，庄后铭，
申请(专利权)人：福建省建筑工程质量检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：