[發明專利]一種大型轉體橋梁空間位置高精度實時預測方法

在審

• 申請號: 202210538667.1
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114808754A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 劉鋒;朱克宏;劉亞帥;吳永煌;李厚榮;張繩忠;翟云鋒;徐作林;李江龍
• 申請（專利權）人: 中鐵二十四局集團有限公司
• 主分類號: E01D21/08
• 分類號: E01D21/08;G06F17/16
• 代理公司: 上海申蒙商標專利代理有限公司 31214
• 代理人: 黃明凱

1.一種大型轉體橋梁空間位置高精度實時預測方法，其特征在于，所述預測方法包括以下步驟：

（S1）在轉體橋梁上布置基準點并建立對應的三維空間坐標系，采集所述基準點的初始坐標A₀和轉體變化后的坐標A₁；

（S2）基于剛體空間位置變換基本理論以及所述基準點的初始坐標A₀和轉體變化后的坐標A₁，計算剛性變換矩陣H，確定結構運動特征；

（S3）獲取梁體的關鍵位置測點的初始坐標值B₀，根據結構運動特征，計算所述梁體的關鍵位置測點在轉體過程中任意時刻的坐標值B₁，實現所述轉體橋梁的空間位置的高精度實時預測。

2.如權利要求1所述的一種大型轉體橋梁空間位置高精度實時預測方法，其特征在于，在步驟S1中，在所述轉體橋梁的上轉盤上選取所述基準點的位置。

3.如權利要求2所述的一種大型轉體橋梁空間位置高精度實時預測方法，其特征在于，在步驟S2中，空間中一組點集P={p_i |p_i∈R,i=1,2,…n}通過空間變換為點集Q={q_i |q_i∈R,i=1,2,…n}，按下式（1）計算從P到Q的坐標變換：

q_i=Hp_i（1），

式中，q_i和p_i為空間點集P和Q中的四維列向量，表示P和Q中每個點的三個位置坐標，p_i=[x_i，y_i，z_i，1]^T、q_i=[x_i′，y_i′，z_i′，1]^T；H為空間物體坐標變換矩陣；

按下式（2）計算空間物體坐標變換矩陣H：

（2），

式中，R為旋轉變換矩陣，t為平移向量，v為透視變換向量，S為整體比例因子；

對于空間剛體，為保證其變換后形狀大小保持不變，在式（2）中，設v為0向量，S為1，按下式（3）和式（4）計算旋轉變換矩陣R和平移向量t：

（3），

（4），

式中，α、β、γ分別為物體繞x、y、z三軸的旋轉角度，t_x、t_y、t_z分別為物體沿三軸方向的位移；此時空間物體坐標變換矩陣H稱為剛性變換矩陣，當不考慮形狀大小變化時，由三個轉角和三個位移參數可形成該剛性變換矩陣；對于剛體位置變換，可結合坐標點的變化來識別空間物體坐標變換矩陣H；

按下式（5）和式（6）計算旋轉變換矩陣R：

（5），

（6），

式中，a_i=[x_i，y_i，z_i]^T，i=1~3為實體點集P中選取三個不共線的關鍵點，其運動后對應的點為b_i=[x_i′，y_i′，z_i′]^T，i=1~3；η_i和η_i′為對應向量間的向量方向；

按下式（7）計算平移向量t：

（7），

式中，[x_i，y_i，z_i]^T和[x_i′，y_i′，z_i′]^T分別為關鍵點變化前、變化后坐標，R為旋轉變換矩陣；

按下式（8）計算剛性變換矩陣H：

（8），

式中，R為旋轉變換矩陣，t為平移向量，O為0向量；

根據上述剛體空間位置變換基本理論及計算公式，由所述基準點的初始坐標A₀和轉體變化后的坐標A₁可得剛性變換矩陣H，作為結構運動特征。

4.如權利要求3所述的一種大型轉體橋梁空間位置高精度實時預測方法，其特征在于，在步驟S3中，按下式（9）計算關鍵位置測點在轉體過程中任意時刻的坐標值B₁：

B₁=HB₀ （9），

式中，B₀為梁體關鍵位置測點初始坐標值，H為剛性變換矩陣。