本发明涉及弧形闸门安装技术及故障分析领域，具体涉及一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型。
背景技术：
1、弧形闸门是启闭时绕水平轴旋转，挡水面为圆柱面的闸门。通过支铰在旋转轴上的设计，防止了水体静力引起的力矩，显著降低了启闭装置的载荷；因此自19世纪80年代问世以来，广泛用于全世界的水利枢纽中，并发挥泄洪、蓄水等关键功能。液压泵站作为动力油源，以支承面为端点推拉活塞杆伸缩运动，驱动闸门沿侧轨以支铰轴中心连线为旋转轴运动，以此实现闸门的启闭。因此为保证启闭顺畅，需准确放样出弧形闸门的孔口中心线及底坎高程面，测量并分析出侧轨、底坎、弧门支铰和油缸支铰的里程值、高程值及其间的相对空间关系。
2、受限于复杂的测量对象和狭窄高落差的测量空间，保证毫米级的安装精度非常困难。以曲率半径的控制方法为例，在出厂检测中过左右活动铰的轴孔中心悬拉一条钢丝线，严格控制钢丝线的中心位置和水平度后，作为曲率半径测量的基准线；然后利用钢卷尺测量面板两侧至基准线的距离，作为弧形闸门的曲率半径；在大型弧门卧式拼装时(即正常工况下翻转90°)，由于铅垂状态的基准线更易控制，使曲率半径的测量基准更加准确，因此目前制造厂多以拉尺量距的方法测量曲率半径。在工程现场安装时，在左右边墙放样出支铰轴的中心，并在放样点间悬拉一条钢丝线，根据曲率半径的设计值和焊接收缩经验值，在侧导轮板上放样出每节面板的定位点，然后根据定位点完成每节面板的安装。
3、综合来看，目前弧形闸门曲率半径的测量方法多是基于钢卷(直)尺、弦线、水准仪或经纬仪，在控制弧形闸门的组装状态或空间姿态后，通过放样多类基准线或基准面，进行几何尺寸和空间相关位置的测量，具有以下缺点：(1)精度上，长距离悬空拉尺，钢卷尺伸缩误差和悬长的误差不易评价，测量精度有待提高。(2)效率上，每个检测参数都需要将基准多次投影及转化，效率低；(3)范围上，每个检测之间无法建立联系，缺乏对门体整体安装质量的分析；(4)时效上，门体安装完成后，部分参数无法进行检核。
4、基于弧形闸门几何控制方法的弊端，2000年，毋新房率先将双经纬仪测量系统引入到弧形闸门的几何测量中，并开始提出了一套系统的数据分析方法，极大推动了坐标测量技术在弧门曲率半径及几何尺寸的应用。
5、由于工程上缺少放样空间面的能力，行业内一般将孔口中心面称为孔口中心线，即与水流方向平行、左右等分门体及埋件的铅垂面。弧门安装前，一般依据控制点，在闸孔流道面上放样出孔口中心线后，依据里程值、偏移值(垂直水流方向的偏移值、也称桩号)、高程值安装左右对称的侧轨、止水板、弧门支铰和油缸支铰等埋件。
6、大量的工程现状表明，对弧门进行几何尺寸检测时，由于流道通水等原因，放样孔口中心线的控制点难以保存，导致弧门运维时存在安装基准无法复现的难题。更为严重的是，在弧门安装时期，随着流道底板的施工，控制点被破坏或掩盖的情况多有发生，直接影响后期埋件的安装质量。对此，工程实践中，如何准确复现孔口中心线，是弧形闸门安装、几何公差分析的关键。
7、依据安装工艺，孔口中心线确定后，各埋件根据其里程值、偏移值确定空间位置。实际工程中，若埋件安装完成，理论上可根据部分埋件安装位置，复现孔口中心线。然而，考虑到安装、测量误差，为更加准确地求解孔口中心线，一般对所有埋件全部观测，导致求解孔口中心线时出现了多余观测的问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，可准确复现孔口中心线，并直观、高效地分析各埋件的几何公差。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，通过以下步骤建立：
4、s1、综合平差法确定孔口中心线及埋件三维坐标的平差值；
5、s2、基于求解出孔口中心线及埋件三维坐标的平差值建立弧形闸门几何公差分析模型；具体的：
6、连接平差后的左右铰轴中心，与孔口中心线的交点为0点，以o点为坐标原点，沿孔口中心线指向下游为y轴，铅垂向上为z轴，利用右手系确定x轴的指向，以此建立弧形闸门几何公差分析坐标系，其中，x坐标绝对值表示距孔口中心线的距离，y坐标表示里程值，z坐标表示高程值。
7、进一步地，所述步骤s1包括如下步骤：
8、对支铰轴、侧轨和底坎进行观测，并将测点投影至流道面，其中，左右铰轴中心为zj1(x1z，y1z)和zj2(x2z，y2z)，连接zj1和zj2定义其中心为ozj(x0z，y0z)；在左右侧轨面上各测一点cg1(x1c，y1c)和cg2(x2c，y2c)，连接两点取中点为ocg(x0c，y0c)；在底坎中心线各测一点dk1(x1d，y1d)和dk2(x2d，y2d)；
9、如式(1)所示，以直线的任意式表示孔口中心线：
10、k(x-m)+(y-n)＝0 (1)
11、式中，x,y表示孔口中心线上的任意一点；m,n表示孔口中心线上的某一点，k表示孔口中心线斜率的相反数；
12、根据各埋件与孔口中心线的几何关系，依据附有未知参数的条件平差，求解孔口中心线；
13、求解如式(2)所示的观测方程：
14、
15、如式(3)所示，分别对埋件观测值和孔口中心线参数进行如下定义：
16、
17、式(3)中，l0和v表示埋件观测值的真值、初值和残差值，x0和表示孔口中心线参数的真值、初值和改正数；
18、对式(2)中的每一式进行一阶泰勒展开，列立附有未知参数的条件方程组，如式(4)所示
19、
20、式中，a、b、f如式(5)～(6)所示
21、
22、
23、
24、式中，a、b代表相应的系数阵；f为列矩阵，代表常数阵；q为观测值的权阵；
25、如式(8)所示，求解孔口中心线参数改正数和观测值的残差值v：
26、
27、式(8)中，q为观测值的协因数阵，根据观测条件确定；q为观测值的权阵；t表示矩阵的转置；将改正数和残差值v回代入式(3)，得孔口中心线及埋件三维坐标的平差值。
28、值得注意的是，当弧形闸门安装时，存在埋件未安装完成孔口中心线已被破坏、部分埋件无法观测等情况时，不具备综合平差法的应用条件，对此可对该模型进行简化，直接基于弧门支铰、侧轨确定孔口中心线；具体地：
29、基于弧门左右支铰中心确定孔口中心线时，首先需实测两铰轴端面的圆心a、b、c、d，通过端面中心计算左右铰轴中心为o1和o2，连接o1和o2定义其中心为oz，然后将oz投影于底坎所在水平面上，定义投影点为o点，将右支铰轴中心o1投影于底坎所在水平面上，定义投影点为ox点；此时，建立基于左右铰轴中心面的弧门几何公差分析模型，其中以o点为坐标原点，指向ox点为x轴，指向oz点为z轴，利用右手系确定y轴的指向，y轴指向即为孔口中心线方向。
30、基于左右侧轨确定孔口中心线时，首先需测算两铰轴端面的圆心a、b、c、d及中心o1和o2，经取中投影后获取o点，然后在左右侧轨面上各测一点cg1和cg2，连接两点取中点为cgy，将点cgy投影至底坎水平面上为点ocg；此时，以o点为坐标原点，连接ocg指向下游为y轴，指向oz点为z轴，利用右手系确定x轴的指向，以此，建立基于左右侧轨中心的弧门几何公差分析模型。
31、本发明综合各埋件与孔口中心线的几何关系，基于附有参数的条件平差理论，实现了孔口中心线的准确求解；并根据弧形闸门的空间结构，建立了具有特定含义的弧形闸门几何公差分析坐标系，为弧形闸门的几何公差分析提供了准确、高效、直观的分析模型。
1.一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，其特征在于：该弧形闸门几何公差分析模型以连接平差后的左右铰轴中心的连接线与孔口中心线的交点为坐标原点，沿孔口中心线指向下游为y轴，铅垂向上为z轴，利用右手系确定x轴的指向，以此建立弧形闸门几何公差分析坐标系，其中，x坐标绝对值表示距孔口中心线的距离，y坐标表示里程值，z坐标表示高程值。
2.如权利要求1所述的一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，其特征在于：该弧形闸门几何公差分析模型通过以下步骤建立：
3.如权利要求2所述的一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，其特征在于：所述步骤s1包括如下步骤：
4.如权利要求2所述的一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，其特征在于：当弧形闸门安装时，存在埋件未安装完成孔口中心线已被破坏、部分埋件无法观测情况时，直接基于弧门支铰、侧轨确定孔口中心线。
5.如权利要求4所述的一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，其特征在于：基于弧门左右支铰中心确定孔口中心线时，首先需实测两铰轴端面的圆心a、b、c、d，通过端面中心计算左右铰轴中心为o1和o2，连接o1和o2定义其中心为oz，然后将oz投影于底坎所在水平面上，定义投影点为o点，将右支铰轴中心o1投影于底坎所在水平面上，定义投影点为ox点；此时，建立基于左右铰轴中心面的弧门几何公差分析模型，其中以o点为坐标原点，指向ox点为x轴，指向oz点为z轴，利用右手系确定y轴的指向，y轴指向即为孔口中心线方向。
6.如权利要求4所述的一种基于综合平差的弧形闸门几何公差分析模型，其特征在于：基于左右侧轨确定孔口中心线时，首先需测算两铰轴端面的圆心a、b、c、d及中心o1和o2，经取中投影后获取o点，然后在左右侧轨面上各测一点cg1和cg2，连接两点取中点为cgy，将点cgy投影至底坎水平面上为点ocg；此时，以o点为坐标原点，连接ocg指向下游为y轴，指向oz点为z轴，利用右手系确定x轴的指向，以此，建立基于左右侧轨中心的弧门几何公差分析模型。
