一种变截面超高墩竖直度测控方法与流程

1.本公开总体说来涉及桥梁工程技术领域，更具体地讲，涉及一种变截面超高墩竖直度测控方法。


背景技术：

2.随着山区高速公路快速发展，因山区地形条件的限制，百米以上的超高墩逐渐增多，而随着超高墩墩高的增加，施工中桥墩的竖直度误差也越来越大，再加上桥墩竖直度测控困难，容易导致墩顶竖直度偏差超出容许值，影响桥墩以及桥梁整体的安全性。
3.根据目前的技术水平，超高墩常采用液压爬模的施工方法，即桥墩施工采用分节段浇筑，而随着桥墩高度的增加，超高墩竖直度的误差值也随着节段数量逐渐增大，在这种情况下，超高墩竖直度的测控精度往往由液压爬模模板架设精度来控制，这取决于对施工模板的测量数据精度与数据处理，而目前常用的数据来源为全站仪数据。在相关技术中，一方面数据来源单一，另一方面数据无法得到合理有效的处理，导致测控结果极容易受到测量设备本身的影响，形成较大的误差，这往往使超高墩竖直度测控精度较低，无法满足日益增高的超高墩竖直度测控要求。


技术实现要素：

4.本公开提供一种变截面超高墩竖直度测控方法，基于多种数据来源进行综合平差，实现了变截面超高墩竖直度的精确测控。
5.在一个总的方面，提供一种变截面超高墩竖直度测控方法，包括：获取所述超高墩的施工模板上的多个待测点的第一坐标，其中，所述第一坐标至少包括所述超高墩的已浇筑墩节的墩顶处的第二坐标；基于所述第一坐标，对所述施工模板在参考竖直平面上的投影线进行第一拟合，得到第一线函数，其中，所述参考竖直平面与所述施工模板所在平面相垂直；获取所述施工模板的收坡角度，并基于所述收坡角度和所述第二坐标，对所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线进行第二拟合，得到第二线函数；获取所述施工模板上的第一点位与预设的第二点位之间的第一水平距离，并基于所述第一水平距离和所述第二坐标，对所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线进行第三拟合，得到第三线函数；对所述第一线函数、所述第二线函数、所述第三线函数进行加权处理，得到综合线函数；基于所述综合线函数，计算得到所述超高墩在目标高度处的竖直度偏差，并基于所述竖直度偏差，对所述施工模板进行调整。
6.可选地，所述基于所述收坡角度和所述第二坐标，对所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线进行第二拟合，包括：基于所述收坡角度，确定所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线的第一斜率；基于所述第一斜率和所述第二坐标，对所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线进行第二拟合。
7.可选地，所述基于所述第一水平距离和所述第二坐标，对所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线进行第三拟合，包括：基于所述第一水平距离、所述第二点位与所述
超高墩的墩底之间的预先确定的第二水平距离和所述第一点位与所述超高墩的墩底之间的预先确定的竖直距离，确定所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线的第二斜率；基于所述第二斜率和所述第二坐标，对所述施工模板在所述参考竖直平面上的投影线进行第三拟合。
8.可选地，所述对所述第一线函数、所述第二线函数、所述第三线函数进行加权处理，得到综合线函数，包括：基于预设权重，对所述第一线函数、所述第二线函数和所述第三线函数进行加权求和，并将所述加权求和的结果作为所述综合线函数，其中，所述预设权重包括所述第一线函数的第一权重、所述第二线函数的第二权重和所述第三线函数的第三权重。
9.可选地，所述第一权重基于测量所述第一坐标的第一设备的精确度来确定，所述第二权重基于测量所述收坡角度的第二设备的精确度来确定，所述第三权重基于测量所述第一水平距离的第三设备的精确度来确定。
10.可选地，在对所述第一线函数、所述第二线函数、所述第三线函数进行加权处理之前，还包括：计算所述第一设备、所述第二设备和所述第三设备的精确度的和值；将所述第一设备的精确度与所述和值的比值作为所述第一权重，将所述第二设备的精确度与所述和值的比值作为所述第二权重，将所述第三设备的精确度与所述和值的比值作为所述第三权重。
11.可选地，所述基于所述综合线函数，计算得到所述超高墩在目标高度处的竖直度偏差，包括：基于所述综合线函数，确定所述超高墩在目标高度处的第三点位与所述超高墩的墩底之间的第三水平距离；计算所述第三水平距离与预先确定的第四水平距离的差值，并将所述差值与所述目标高度的比值作为所述竖直度偏差，其中，所述第四水平距离为基于施工设计方案来确定的所述第三点位与所述超高墩的墩底之间的理论水平距离。
12.可选地，所述基于所述竖直度偏差，对所述施工模板进行调整，包括：基于所述竖直度偏差，确定所述施工模板的倾斜状态；将所述差值的绝对值作为模板调整值，并基于所述模板调整值和所述倾斜状态，对所述施工模板进行调整。
13.可选地，所述基于所述竖直度偏差，确定所述施工模板的倾斜状态，包括：在所述竖直度偏差大于0的情况下，确定所述倾斜状态为第一状态，其中，所述第一状态指示所述施工模板向所述超高墩的墩身内倾斜；在所述竖直度偏差小于0的情况下，确定所述倾斜状态为第二状态，其中，所述第二状态指示所述施工模板向所述超高墩的墩身外倾斜；在所述竖直度偏差等于0的情况下，确定所述倾斜状态为第三状态，其中，所述第三状态指示所述施工模板未倾斜。
14.在另一总的方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变截面超高墩竖直度测控方法。
15.根据本公开的实施例的变截面超高墩竖直度测控方法，能够基于多种数据来源进行综合平差，一方面避免了数据来源单一导致的测控结果极容易受到测量设备本身影响的问题，另一方面通过利用收坡角度和第一水平距离拟合第二线函数和第三线函数时直接使用事先获取的第二坐标，能够避免增加较多的测量工作，从而在不大幅提升工作量的情况下能够合理有效地对多种数据来源的数据进行处理，并且由于在拟合得到第一线函数、第二线函数和第三线函数时均使用了相同的第二坐标，还能够减少不同测量方式带来的测量
误差，从而在总体上进一步减小了施工测控中的误差，实现了变截面超高墩竖直度的精确测控，提高了施工质量和施工效率。
16.将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
17.通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：图1是示出根据本公开的实施例的变截面超高墩竖直度测控方法的流程图；图2是示出根据本公开的实施例的数字垂度仪的原理示意图；图3是示出根据本公开的实施例的激光垂准仪的原理示意图。
具体实施方式
18.提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本技术的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
19.在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本技术的公开之后将是清楚的。
20.除非另有定义，否则在此使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语（诸如，在通用词典中定义的术语）应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。
21.此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。
22.下面将参照图1至图3对根据本公开的实施例的变截面超高墩竖直度测控方法进行详细描述。
23.图1是示出根据本公开的实施例的变截面超高墩竖直度测控方法的流程图。
24.参照图1，在步骤s101中，可获取超高墩的施工模板上的多个待测点的第一坐标。这里，本公开的超高墩可采用液压爬模的施工方法，通过分节段浇筑的形式来进行桥墩施工，从而第一坐标可至少包括超高墩的已浇筑墩节的墩顶处的第二坐标。进一步地，可建立测量网，然后利用全站仪来对上述多个待测点的第一坐标进行测量。更进一步地，施工模板上的多个待测点的具体数量和位置可由本领域技术人员根据实际需求来确定，本公开对此不做限制。
25.接下来，在步骤s102中，可基于第一坐标，对施工模板在参考竖直平面上的投影线进行第一拟合，得到第一线函数。这里，参考竖直平面与施工模板所在平面相垂直。进一步地，基于第一坐标，可以但不限于通过最小二乘法来进行第一拟合，以确定第一线函数的拟
合参数。
26.接下来，在步骤s103中，可获取施工模板的收坡角度，并基于收坡角度和第二坐标，对施工模板在参考竖直平面上的投影线进行第二拟合，得到第二线函数。这里，可利用数字垂度仪来对施工模板的收坡角度进行测量。
27.图2是示出根据本公开的实施例的数字垂度仪的原理示意图，如图2所示，表示收坡角度，可通过在施工模板上安装数字垂度仪，来测量。根据本公开的实施例，在获取了收坡角度之后，可基于收坡角度，确定施工模板在参考竖直平面上的投影线的第一斜率；然后，基于第一斜率和第二坐标，对施工模板在参考竖直平面上的投影线进行第二拟合。这里，第一斜率，可作为第二线函数的斜率，从而在斜率一定的情况下，可以但不限于结合第二坐标通过最小二乘法来进行第二拟合，以确定第二线函数中的拟合参数。通过结合数字垂度仪测得的收坡角度和全站仪测得的第二坐标拟合第二线函数，能够减小测控结果受到单一测量设备本身的影响，从而减小了施工测控中的误差。
28.返回参照图1，在步骤s104中，可获取施工模板上的第一点位与预设的第二点位之间的第一水平距离，并基于第一水平距离和第二坐标，对施工模板在参考竖直平面上的投影线进行第三拟合，得到第三线函数。这里，可利用激光垂准仪来对施工模板上的第一点位与预设的第二点位之间的第一水平距离进行测量。
29.图3是示出根据本公开的实施例的激光垂准仪的原理示意图，如图3所示，可将第一点位作为标靶尺位置，将第二点位作为激光垂准仪位置，从而可利用标靶尺和激光垂准仪测量得到第一点位与第二点位之间的第一水平距离。根据本公开的实施例，在获取了第一水平距离之后，可基于第一水平距离、第二点位与超高墩的墩底之间的预先确定的第二水平距离和第一点位与超高墩的墩底之间的预先确定的竖直距离，确定施工模板在参考竖直平面上的投影线的第二斜率；然后，基于第二斜率和第二坐标，对施工模板在参考竖直平面上的投影线进行第三拟合。这里，第二斜率，可作为第三线函数的斜率，从而在斜率一定的情况下，可以但不限于结合第二坐标通过最小二乘法来进行第三拟合，以确定第三线函数中的拟合参数。通过结合激光垂准仪测得的第一水平距离和全站仪测得的第二坐标拟合第三线函数，能够减小测控结果受到单一测量设备本身的影响，从而减小了施工测控中的误差。
30.根据本公开的实施例，针对获取的n个第一坐标（或第二坐标）、
…
、，可以但不限于通过最小二乘法来进行线函数拟合（即上述第一拟合、第二拟合或者第三拟合）。作为示例，在线函数拟合的一种可能的实现中，可将线函数（即上述第一线函数、第二线函数或者第三线函数）通过下述式（1）来表示： （1）这里，表示实测值的估计值，，a和b为线函数的拟合参数，应理解，对
于第二线函数，可将上述第一斜率作为拟合参数b，或者对于第三线函数，可将上述第二斜率作为拟合参数b。一般情况下，实测值与估计值不同，记残差值为，可通过下述式（2）和式（3）使残差值平方和q最小，从而最终确定第一线函数中的拟合参数a和/或b： （2） （3）在线函数拟合的另一种可能的实现中，基于上述式（1），可进一步确定拟合参数a和/或b的估计值和，并且结合误差函数，换言之，可将线函数通过下述式（4）来表示： （4）这里，和可通过下述式（5）来表示，以及可通过下述式（6）来表示： （5） （6）进一步地，表示 、
…
、的算术平均值，即；表示 、
…
、的算术平均值，即；表示n个第一坐标中与乘积的算术平均值，即；表示 、
…
、的二阶中心矩，即；表示n个第一坐标中的标准差的无偏估计，即；表示样本服从t分布，置信度为，自由度为的上侧分位数，本领域技术人员可通过查表获得的具体数值。
31.在科学研究或高准确度测量中，可以在不同的测量条件下，用不同的设备，不同的测量方法，不同的测量次数以及不同的测量者进行测量与对比，这种测量称为不等精度测
量。由于不等精度测量的各个测量结果的不可靠程度不一样，因而不能简单地取各测量值的算术平均值作为最后测量结果，而应让可靠程度大的测量结果占的比重大一些，让可靠程度小的测量结果占的比重小一些。换言之，不同精度观测值的可靠性不同，其在计算时发挥的影响也应不同。这就需要选定一个比较各观测值之间可靠程度的量，这个量就是权重，可靠性较大的观测值应具有较大的权重。加权的目的是为了权衡不等精度测量数据对最终结果贡献的大小，权重的大小是相对的，而加权的对象是各个不等精度测量的数据，加权的原因是由于不等精度测量数据精度不同，因而不便利用算术平均去综合得到最终结果。
32.因此，返回参照图1，在步骤s105中，可对第一线函数、第二线函数、第三线函数进行加权处理，得到综合线函数。
33.根据本公开的实施例，可基于预设权重，对第一线函数、第二线函数和第三线函数进行加权求和，并将加权求和的结果作为综合线函数。进一步地，预设权重可包括第一线函数的第一权重、第二线函数的第二权重和第三线函数的第三权重，从而。
34.根据本公开的实施例，在一种可能的实现中，第一权重可基于测量第一坐标的第一设备的精确度来确定，第二权重可基于测量收坡角度的第二设备的精确度来确定，第三权重可基于测量第一水平距离的第三设备的精确度来确定。这里，在对第一线函数、第二线函数、第三线函数进行加权处理之前，可计算第一设备、第二设备和第三设备的精确度的和值；然后，将第一设备的精确度与和值的比值作为第一权重，将第二设备的精确度与和值的比值作为第二权重，将第三设备的精确度与和值的比值作为第三权重。作为示例，第一设备为全站仪，第二设备为数字垂度仪，第三设备为激光垂准仪，从而第一权重可基于全站仪的精确度来确定，第二权重可基于数字垂度仪的精确度来确定，第三权重可基于激光垂准仪的精确度来确定，具体而言，可得到，，以及。这里，各个设备的精确度可以通过各个设备的说明书内容来确定，本公开在此不再赘述。通过对利用不同设备拟合得到的线函数，按照设备精确度来分配权重，从而进行综合平差，使权重的分配具有合理性，并且易于理解和实施，解决了相关技术在超高墩竖直度测控平差过程中没有合理分配权重的问题，提高了超高墩竖直度的测控精度。
35.应理解，上述利用各个设备的精确度来确定各个线函数权重的描述仅为示例性说明，本公开对此不做限制，即本领域技术人员可根据实际情况来确定权重的具体分配方式。例如，在另一种可能的实现中，可采用单位权方差法，根据各个设备的测量方差来确定各个线函数的权重。
36.接下来，在步骤s106中，可基于综合线函数，计算得到超高墩在目标高度处的竖直度偏差，并基于竖直度偏差，对施工模板进行调整。
37.根据本公开的实施例，在基于综合线函数，计算得到超高墩在目标高度处的竖直度偏差时，可先基于综合线函数，确定超高墩在目标高度h处的第三点位与超高墩的墩底之
间的第三水平距离，然后计算第三水平距离与预先确定的第四水平距离的差值，并将差值与目标高度的比值作为竖直度偏差t，即。这里，第四水平距离为基于施工设计方案来确定的第三点位与超高墩的墩底之间的理论水平距离。通过结合利用综合线函数得到实测的第三水平距离与作为设计值的第四水平距离来确定超高墩的竖直度偏差，能够精确地反映超高墩的竖直度偏离情况，满足了日益严苛的超高墩测控精度要求。
38.根据本公开的实施例，在基于竖直度偏差，对施工模板进行调整时，可先基于竖直度偏差，确定施工模板的倾斜状态，然后将差值的绝对值作为模板调整值，并基于模板调整值和倾斜状态，对施工模板进行调整。这里，在竖直度偏差大于0的情况下，可确定倾斜状态为第一状态；在竖直度偏差小于0的情况下，可确定倾斜状态为第二状态；在竖直度偏差等于0的情况下，可确定倾斜状态为第三状态。进一步地，第一状态可指示施工模板向超高墩的墩身内倾斜，第二状态可指示施工模板向超高墩的墩身外倾斜，第三状态可指示施工模板未倾斜。通过在施工模板处于不同的倾斜状态下进行相应的调整，能够更好地满足变截面超高墩在施工质量和施工效率等方面的要求。
39.根据本公开的实施例的变截面超高墩竖直度测控方法，能够基于多种数据来源进行综合平差，一方面避免了数据来源单一导致的测控结果极容易受到测量设备本身影响的问题，另一方面通过利用收坡角度和第一水平距离拟合第二线函数和第三线函数时直接使用事先获取的第二坐标，能够避免增加较多的测量工作，从而在不大幅提升工作量的情况下能够合理有效地对多种数据来源的数据进行处理，并且由于在拟合得到第一线函数、第二线函数和第三线函数时均使用了相同的第二坐标，还能够减少不同测量方式带来的测量误差，从而在总体上进一步减小了施工测控中的误差，实现了变截面超高墩竖直度的精确测控，提高了施工质量和施工效率。
40.根据本公开的实施例的变截面超高墩竖直度测控方法可被编写为计算机程序并被存储在计算机可读存储介质上。当所述计算机程序被处理器执行时，可实现如上所述的变截面超高墩竖直度测控方法。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器（rom）、随机存取可编程只读存储器（prom）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom）、随机存取存储器（ram）、动态随机存取存储器（dram）、静态随机存取存储器（sram）、闪存、非易失性存储器、cd-rom、cd-r、cd r、cd-rw、cd rw、dvd-rom、dvd-r、dvd r、dvd-rw、dvd rw、dvd-ram、bd-rom、bd-r、bd-r lth、bd-re、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器（hdd）、固态硬盘（ssd）、卡式存储器（诸如，多媒体卡、安全数字（sd）卡或极速数字（xd）卡）、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
41.虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例
进行修改。