[发明专利]一种针对橡胶坝的位移和姿态的分析方法

摘要

本发明公开了一种针对橡胶坝的位移和姿态的分析方法，通过对橡胶坝的实时的加速度和角速度信息采集，将加速度值从三轴坐标转换为四元数；利用梯度下降法对四元数和三轴角速度进行姿态融合，确定最优四元数；利用最优四元数计算俯仰角和翻转角，确定俯仰角和翻转角的平均值和最大值；根据俯仰角的平均值确定橡胶坝的倾斜角度，根据俯仰角的最大值确定橡胶坝受到河浪拍打后倾斜的最大幅度，判断最大幅度是否超过阈值，如果超过阈值，进行预警。本发明可以有效反映河道的水位变化。当河道的水位上升，橡胶坝的倾斜角度会增大。可以有效监控是否发生泄洪。

主权项

1.一种针对橡胶坝的位移和姿态的分析方法，其特征是：包括以下步骤：(1)对橡胶坝的实时的加速度和角速度信息采集，将加速度值从三轴坐标转换为四元数；(2)利用梯度下降法对四元数和三轴角速度进行姿态融合，确定最优四元数；(3)利用最优四元数计算俯仰角和翻转角，确定俯仰角和翻转角的平均值和最大值；(4)根据俯仰角的平均值确定橡胶坝的倾斜角度，根据俯仰角的最大值确定橡胶坝受到河浪拍打后倾斜的最大幅度，判断最大幅度是否超过阈值，如果超过阈值，进行预警；所述步骤(2)中，利用梯度下降法通过三轴角速度对四元数进行递归循环修正，将四元数和三轴角速度进行姿态融合得出姿态数据；所述步骤(2)中，利用梯度下降法，通过循环迭代的方式使误差回归为0，定义误差函数为ef(x)，令ef(x)＝0，自变量x由三轴重力加速度ax、ay、az和四元数(q1、q2、q3、q4)组成，误差方程如下所示：上述误差公式就是重力加速度g在地理坐标系中的值通过四元数法旋转到载体坐标系中的值，然后减去当前加速度计测得的值作差，上述误差公式对变量(q1，q2，q3，q4)求导得到以下矩阵：然后梯度计算公式就表示为：对梯度公式计算的代入到以下递归公式中进行计算，递归公式如下所示：qt为t时刻的四元数[q0，q1，q2，q3]，qt‑1为t‑1时刻的四元数[q0，q1，q2，q3]，γ为收敛的步长；利用递归公式对初始的四元数进行迭代回归计算，使四元数收敛回归到稳定值，即最优解；递归收敛过程：t‑1时刻的四元数[q0，q1，q2，q3]由第一个步骤得到，通过递归公式可以得到t时刻的四元数[q0，q1，q2，q3]，再继续把t时刻的四元数[q0，q1，q2，q3]代入到递归公式中q_t‑1中计算新的q_t，循环上述步骤，直到为止，此时的四元数为稳定值，即最后的最优解。