[發明專利]基于球面六點的鋼結構網架中心定位方法

在審

• 申請號: 201510947879.5
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105509673A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 蘇宏明;蘇宏平;陳星昊;張世斌;賀磊
• 申請（專利權）人: 上海藍天房屋裝飾工程有限公司
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 林煒

技術領域

本發明涉及鋼結構施工的技術，特別是涉及一種基于球面六點的鋼結構網架中心 定位方法的技術。

背景技術

球節點鋼網架是由多根鋼桿件按照一定的網格形式通過球型節點連結而成的空 間結構。具有空間受力小、重量輕、剛度大、抗震性能好等優點；廣泛用作體育館、影劇院、 展覽廳、候車廳、體育場看臺雨篷、飛機庫、雙向大柱距車間等建筑的屋蓋。其缺點是匯交于 球型節點上的桿件數量較多，制作安裝結構復雜，特別是對球型節點的中心三維坐標定位 提出了很高的要求。

球節點通常是鋼制全封閉空心球，在安裝時按照設計三維坐標放置在空間正確的 位置。但由于球節點中心屬于隱藏點，無法直接進行測量，只能采用間接測量的方式進行定 位。

目前常用的球節點中心定位方法有兩種。一種是制作球型托盤，將球節點的中心 定位問題轉換成托盤中心測量問題，變不可見為可見，但每次測量都要使用托盤，沉重而不 便，成本高，效率低。第二種方法是采用球節點底部中心測量確定平面位置，標高通過半徑 計算的隱藏點測量方法完成，這種方法能較好的節約成本，但因底部中心測量準確性問題， 精度比第一種方法更低。上述兩種球節點中心定位方法的最大缺陷是無法在球表面隨意采 集點位，測量很不方便，且操作復雜。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種測量方 便，且操作簡單，定位精度高，能在球表面隨意采集點位的基于球面六點的鋼結構網架中心 定位方法。

為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種基于球面六點的鋼結構網架中心定 位方法，其特征在于，具體步驟如下：

1）從鋼結構的球節點表面任取6個測量點，并利用測量儀器測取該6個測量點的三維坐 標；

2）根據步驟1所測得的6個測量點的三維坐標，設定6個誤差方程為：

其中，為第i個測量點的修正值，為第i個測量點的X軸坐標，為第i個測量點的Y軸坐標，為第i個測量點的Z軸坐標，為鋼結構球節點的半徑，i的取值為1≤i≤6；

其中，為預先設定的鋼結構球節點的X軸坐標近似值，為預先設定的鋼結構球節點的Y軸坐標近似值，為預先設定的鋼結構球節點的Z軸坐標近似值，為預先設定的鋼結構球節點的X軸坐標近似值；

3）采用最小二乘法計算出鋼結構球節點的中心坐標，最小二乘法的方程式為：

其中，為的矩陣，為6個測量點的權矩陣。

本發明提供的基于球面六點的鋼結構網架中心定位方法，采用6點測量配合最小 二乘法解算出鋼結構球節點中心位置，能有效減少計算誤差，具有定位精度高的特點，而且 可以在球表面隨意采集點位，具有測量方便，操作簡單的特點。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細描述，但本實施例并不用 于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍，本 發明中的頓號均表示和的關系。

本發明實施例所提供的一種基于球面六點的鋼結構網架中心定位方法，其特征在 于，具體步驟如下：

1）從鋼結構的球節點表面任取6個測量點，并利用測量儀器測取該6個測量點的三維坐 標；

2）根據步驟1所測得的6個測量點的三維坐標，設定6個誤差方程為：

其中，為第i個測量點的修正值，為第i個測量點的X軸坐標，為第i個測量點的Y軸坐標，為第i個測量點的Z軸坐標，為鋼結構球節點的半徑，i的取值為1≤i≤6；

其中，為預先設定的鋼結構球節點的X軸坐標近似值，為預先設定的鋼結構球節點的Y軸坐標近似值，為預先設定的鋼結構球節點的Z軸坐標近似值，為預先設定的鋼結構球節點的X軸坐標近似值；

3）采用最小二乘法計算出鋼結構球節點的中心坐標，最小二乘法的方程式為：

其中，為的矩陣，為6個測量點的權矩陣。

本發明實施例的定位原理是：不在同一平面上的空間4點可以確定一個球，可以計 算出球心坐標及半徑，但是考慮到實際測量過程中由于測量環境或測量人員等諸多因素的 影響，不可避免會帶來測量誤差，因而需要增加測量點位，增強測量結果的可靠性，有效避 免因操作不當帶來的錯誤結果，實踐中當采用球面5點進行最小二乘解算時，往往會有解算 半徑自動收斂問題，而采用球面6點進行球節點中心坐標定位解算避免了解算半徑自動收 斂問題，而且可在球表面隨意采集點位，同時通過富裕觀測數據有效排查測量作業過程中 的誤差，測量靈活、操作簡便、精度高、可靠性強。