一种消除垂线坐标仪正交误差的校准方法及系统

1.本发明涉及垂线坐标仪校准领域，具体而言，涉及一种消除垂线坐标仪正交误差的校准方法及系统。


背景技术：

2.垂线坐标仪结合垂线测量装置广泛应用于大坝变形监测，垂线坐标仪具有多种测量原理，例如步进电机式、光电式、电容式，光电式垂线坐标仪具有抗干扰性强、测量精度高等特点，应用较广泛。
3.由于仪器机械结构的加工差异，垂线坐标仪在安装过程中没办法保证两个位移测量方向是刚好正交的，因此垂线沿其中一个轴平移时，会导致另一个轴的实时位移测量值发生变化，导致仪器产生误差。因此，急需一种能够对垂线坐标仪的正交误差进行校验的方法，用以提高垂线坐标仪的精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种消除垂线坐标仪正交误差的校准方法及系统，其能够快速有效的对垂线坐标仪进行正交误差校准，用以提高垂线坐标仪的精度。。
5.本发明的实施例是这样实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供一种消除垂线坐标仪正交误差的校准方法，包括以下步骤：
7.步骤s101：根据垂线坐标仪沿x轴和y轴的量程，将x轴和y轴的量程范围按预置规则划分为多个网格，得到网格图，并以网格图中的网格点建立对应的网格坐标，其中每一个网格点坐标值为(h
x
，hy)，其中h
x
和hy分别为网格点沿x轴和y轴的坐标值；
8.步骤s102：垂线保持不变，在同一水平面上逐一将垂线坐标仪移动到网格图上的每一个网格点所在的位置，并记录垂线坐标仪的x轴和y轴的测量垂线的初始测量值v
x
和vy；
9.步骤s103：基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和
10.在本发明的一些实施例中，上述基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和的步骤具体包括：
11.步骤s201：基于垂线坐标仪的x轴和y轴的初始测量值v
x
和vy，得到对应的v
x2
、v
y2
和v
x
×vy
中间测值；
12.步骡s202：基于公式h
x
＝c1 a1×vx
b1×vy
d1×vx2
e1×vy2
f1×vx
×vy
、hy＝c2 a2×vx
b2×vy
d2×vx2
e2×vy2
f2×vx
×vy
进行回归分析和拟合，得到校准参数c1、a1、b1、d1、e1、f1、c2、a2、b2、d2、e2和f2；
13.步骤s203：基于校准参数c1、a1、b1、d1、e1、f1、c2、a2、b2、d2、e2和f2，利用公式
得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和
14.在本发明的一些实施例中，还包括：
15.利用垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和对垂线坐标仪进行校准，并重复步骤s102、步骤s103预置阈值次数将校准处理后的垂线坐标仪进行多次校准。
16.在本发明的一些实施例中，上述将x轴和y轴的量程范围按预置规则划分为多个网格的步骤具体包括：将x轴和y轴的量程范围按照等间距进行划分为多个网格。
17.第二方面，本技术实施例提供一种消除垂线坐标仪正交误差的校准系统，其包括：
18.网格划分模块，用于根据垂线坐标仪沿x轴和y轴的量程，将x轴和y轴的量程范围按预置规则划分为多个网格，得到网格图，并以网格图中的网格点建立对应的网格坐标，其中每一个网格点坐标值为(h
x
，hy)，其中h
x
和hy分别为网格点沿x轴和y轴的坐标值；
19.测量模块，用于垂线保持不变，在同一水平面上逐一将垂线坐标仪移动到网格图上的每一个网格点所在的位置，并记录垂线坐标仪的x轴和y轴的测量垂线的初始测量值v
x
和vy；
20.校准模块，用于基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和
21.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，其包括存储器，用于存储一个或多个程序；处理器。当上述一个或多个程序被上述处理器执行时，实现如上述第一方面中任一项上述的方法。
22.第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项上述的方法。
23.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
24.本发明的实施例提出了一种消除垂线坐标仪正交误差的校准方法及系统，其根据垂线坐标仪沿x轴和y轴的量程，将x轴和y轴的量程范围按预置规则划分为多个网格，得到网格图，并以网格图中的网格点建立对应的网格坐标，其中每一个网格点坐标值为(h
x
，hy)，其中h
x
和hy分别为网格点沿x轴和y轴的坐标值；然后垂线保持不变，在同一水平面上逐一将垂线坐标仪移动到网格图上的每一个网格点所在的位置，并记录垂线坐标仪的x轴和y轴的测量垂线的初始测量值v
x
和vy；最后基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和整个方法步骤简单精妙，通过预先设定一个具有标准网格点坐标值的网格图，并且建立对应的网格坐标，然后再根据垂线坐标仪的初始测量值v
x
和vy以及每一个网格点的标准坐标值进行校准处理，从而将可以快速有效的对垂线坐标仪的正交误差进行校准处理，用以提高垂线坐标仪的精度。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本发明一种消除垂线坐标仪正交误差的校准方法一实施例的流程图；
27.图2为本发明实施例中基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和的步骤的具体流程图；
28.图3为本发明实施例中的网格图的示意图；
29.图4为本发明一种消除垂线坐标仪正交误差的校准系统一实施例的结构框图；
30.图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。
31.图标：1、网格划分模块；2、测量模块；3、校准模块；4、存储器；5、处理器；6、通信接口。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
36.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
38.实施例
39.请参阅图1和图3，该一种消除垂线坐标仪正交误差的校准方法包括以下步骤：
40.步骤s101：根据垂线坐标仪沿x轴和y轴的量程，将x轴和y轴的量程范围按预置规
则划分为多个网格，得到网格图，并以网格图中的网格点建立对应的网格坐标，其中每一个网格点坐标值为(h
x
，hy)，其中h
x
和hy分别为网格点沿x轴和y轴的坐标值。
41.垂线坐标仪是一种测量工程结构物水平位移的垂线测量装置中的测量仪器，普遍应用在大坝安全监测领域中，用于测量大坝坝体和坝基的水平位移随时间变化的规律。受安装精度的影响，垂线坐标仪的两个方向的位移测量值可能不能完全满足正交要求，导致垂线坐标仪的输出值会有一定的误差，因此，需要对其垂线坐标仪进行校准，以使其能够输出准确的位移测量值。上述步骤中，通过预先设定一个具有标准网格点坐标值的网格图(如图3所示)，并且建立对应的网格坐标，得到的每一个网格点坐标值为(h
x
，hy)，其中h
x
和hy分别为网格点沿x轴和y轴的坐标值，从而后期可以以这个标准的网格图对垂线坐标仪进行校准处理。需要说明的是，其中x轴和y轴是水平面上正交的两个方向轴。
42.具体地，上述将x轴和y轴的量程范围按预置规则划分为多个网格的步骤具体包括：将x轴和y轴的量程范围按照等间距进行划分为多个网格。通过将x轴和y轴的量程范围按照等间距进行划分为多个网格，如此建立的网格图中网格点将会成等间距阵列，后期将可以方便控制在同一水平面上逐一将垂线坐标仪移动到网格图上的每一个网格点所在的位置上，并且可以一定程度上简化后期进行回归分析和拟合处理的运算量。当然，也可以根据自身需要采用其他的不同的划分规则，例如，将x轴和y轴的量程范围按照等比数列或者等差数列进行划分为多个网格。
43.步骤s102：垂线保持不变，在同一水平面上逐一将垂线坐标仪移动到网格图上的每一个网格点所在的位置，并记录垂线坐标仪的x轴和y轴的测量垂线的初始测量值v
x
和vy。
44.上述步骤中，通过保持垂线始终不变，而在同一水平面上逐一将垂线坐标仪移动到网格图上的每一个网格点所在的位置上，并记录垂线坐标仪的x轴和y轴的初始测量值v
x
和vy，可以得到垂线坐标在与网格图对应的x轴和y轴上的真实位移量，也就是v
x
和vy。如此，将v
x
和vy与标准的网格图上的网格点坐标值(h
x
，hy)进行分析对比，将可以了解到初始测量值v
x
和vy的偏差情况，从而方便后期对垂线坐标仪进行校准处理。
45.步骤s103：基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和
46.上述步骤中，通过每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，也就是可以将初始测量值v
x
和vy校准为网格图中的标准值h
x
和hy，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和换句话说，就是可以通过校准计算找到初始测量值v
x
和vy与网格图中的标准值h
x
和hy的关系函数，然后将可以利用这个关系函数与初始测量值v
x
和vy进行计算得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和(垂线坐标仪校准后的输出值，此时将可以输出精准的x轴和y轴位移值，也就是实现了对垂线坐标仪的正交误差校准处理)。
47.具体地，请参阅图2，上述基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和的步骤具体包括：
48.步骡s201：基于垂线坐标仪的x轴和y轴的初始测量值v
x
和vy，得到对应的v
x2
、v
y2
和v
x
×vy
中间测值。
49.上述步骤中，通过得到对应的v
x2
、v
y2
和v
x
×vy
中间测值，可以为后续回归分析和拟合提供具体的原始数据支撑。
50.步骤s202：基于公式h
x
＝c1 a1×vx
b1×vy
d1×vx2
e1×vy2
f1×vx
×vy
、hy＝c2 a2×vx
b2×vy
d2×vx2
e2×vy2
f2×vx
×vy
进行回归分析和拟合，得到校准参数c1、a1、b1、d1、e1、f1、c2、a2、b2、d2、e2和f2。
51.上述步骤中，通过将网格图的每一个网格点坐标值(h
x
，hy)，以及将垂线坐标仪移动到对应网格点所在的重垂线上时记录的初始测量值v
x
和vy带入上述公式进行回归分析和拟合，将可以得到校准参数c1、a1、b1、d1、e1、f1、c2、a2、b2、d2、e2和f2，为后续进行校准处理提供原始数据支撑。
52.步骤s203：基于校准参数c1、a1、b1、d1、e1、f1、c2、a2、b2、d2、e2和f2，利用公式，利用公式得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和
53.上述步骤中，在得到校准参数c1、a1、b1、d1、e1、f1、c2、a2、b2、d2、e2和f2后，将可以带入上述公式，然后将垂线坐标仪的初始测量值v
x
和vy校准变换为对应的校准值和后续再使用垂线坐标仪的时候，垂线坐标仪将可以直接输出对应的和从而能够输出跟标准的网格图中的标准值h
x
和hy一致的值，完成对垂线坐标仪的校准，避免因为垂线坐标仪的两个方向的位移测量值不能完全满足正交要求，而导致垂线坐标仪的输出值会有一定的误差的现象发生。
54.在本发明的一些实施例中，还包括：利用垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和对垂线坐标仪进行校准，并重复步骤s102、步骤s103预置阈值次数将校准处理后的垂线坐标仪进行多次校准。
55.上述步骤中，重复步骤s102、步骤s103预置阈值次数将校准处理后的垂线坐标仪进行多次校准，将可以计算得到更加精准的初始测量值v
x
和vy与网格图中的标准值h
x
和hy的关系函数，从而使得垂线坐标仪的校准更加准确有效。
56.示例性地，预置阈值可以设置为2-3次，从而在不浪费太多计算量的情况下，实现对垂线坐标仪的精准校准。当然，也可以根据自身情况需要，进行选择不同的次数进行多次校准，以能满足其对垂线坐标仪的精度要求为准。
57.基于同样的发明构思，请参阅图4，本发明还提出一种消除垂线坐标仪正交误差的校准系统，包括：
58.网格划分模块1，用于根据垂线坐标仪沿x轴和y轴的量程，将x轴和y轴的量程范围按预置规则划分为多个网格，得到网格图，并以网格图中的网格点建立对应的网格坐标，其中每一个网格点坐标值为(h
x
，hy)，其中h
x
和hy分别为网格点沿x轴和y轴的坐标值；
59.测量模块2，用于垂线保持不变，在同一水平面上逐一将垂线坐标仪移动到网格图上的每一个网格点所在的位置，并记录垂线坐标仪的x轴和y轴的测量垂线的初始测量值v
x
和vy；
60.校准模块3，用于基于每一个网格点的坐标值(h
x
，hy)对初始测量值v
x
和vy进行校准计算，得到垂线坐标仪的x轴和y轴的校准值和
61.上述系统具体实现过程请参照本技术实施例提供的一种消除垂线坐标仪正交误
差的校准方法，在此不再赘述。
62.请参阅图5，图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。该电子设备包括存储器4、处理器5和通信接口6，该存储器4、处理器5和通信接口6相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器4可用于存储软件程序及模块，如本技术实施例所提供的一种消除垂线坐标仪正交误差的校准系统对应的程序指令/模块，处理器5通过执行存储在存储器4内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口6可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。
63.其中，存储器4可以是但不限于，随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，eeprom)等。
64.处理器5可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器5可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
65.可以理解，图5所示的结构仅为示意，电子设备还可包括比图5中所示更多或者更少的组件，或者具有与图5所示不同的配置。图5中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
66.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
67.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
68.上述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存
储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
69.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
70.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。