一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统

摘要

本发明涉及一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，包括：车载端硬件系统，用于采集安全指标信息；所述车载端硬件系统采用无线通信的方式，将采集到的安全指标信息，传输给远端管理系统；远端管理系统，用于实时分析接收到的安全指标信息，完成在线监测；所述车载端硬件系统包括：传感器模组，供电模块，无线传输模块，控制单元；传感器模组连接至控制单元，控制单元连接至无线传输模块，与数据传输云平台通过无线网络通信；供电模块，与控制单元通过电缆连接。本发明，可以远程的、实时的对货物位移量进行监测，获取的位移数据可以用于核定货物在运输过程中的偏载情况，用于确定纵向偏载及横向偏载是否超过规定值，及时发出报警。

权利要求

1.一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，包括：车载端硬件系统，设于铁路货车上，用于采集安全指标信息；

所述车载端硬件系统采用无线通信的方式，将采集到的安全指标信息，传输给远端管理系统；

远端管理系统，用于实时分析接收到的安全指标信息，完成在线监测；

所述车载端硬件系统包括：传感器模组，供电模块，无线传输模块，控制单元；

传感器模组，包括：

位移传感器，设于货物外包装上，用于采集货物到铁路货车车体的货物位移信息作为安全指标信息，

GPS传感器，设于铁路货车的车厢内，用于采集货物的地理位置信息作为追踪货物所在地理位置的指标信息，用于确定货物位移指标出现报警时铁路货车所在位置；

传感器模组连接至控制单元，控制单元连接至无线传输模块；

供电模块，与控制单元通过电缆连接，用于给整个系统提供电力；

无线传输模块，用于与数据传输云平台通过无线网络通信；

在货物外包装的长度方向及宽度方向上，分别设置两个位移传感器，共计四个位移传感器，用于实时测量位移量，

第一位移传感器(1)和第二位移传感器(2)设于货物外包装的宽度方向，对应y轴向，第一位移传感器(1)和第二位移传感器(2)的y轴向坐标值通过监测前测量获取，第三位移传感器(3)和第四位移传感器(4)设于货物外包装的长度方向，对应x轴向，第三位移传感器(3)和第四位移传感器(4)的x轴向坐标值通过监测前测量获取；

当货物外包装产生位移，则四个位移传感器分别测得一个位移值，四个位移值和GPS传感器获取的GPS数据一同实时的传输至控制单元，再经过无线传输模块传输至远端管理系统，

作为接收终端的远端管理系统，通过货物平面姿态还原模型及算法计算出货物上任意点的位移值，通过GPS数据确定GPS位置信息；

所述货物平面姿态还原模型及算法包括：构建货物平面运动姿态模型，在货物平面运动姿态模型中进行以下货物运动姿态限制：

(1)货物上任意点的z轴坐标值都不发生变化；

(2)货物绕x轴不能产生转动；

(3)货物绕y轴不能产生转动；

货物平面运动姿态的还原，按以下步骤进行：(1)选定标记点：采用位移传感器在货物上的安装位置为标记点，位移传感器在铁路货车车体上的对应位置为铁路货车标记点；

(2)建立标记点位置还原模型：通过位移传感器数据的时间序列获得货物上的标记点位置的时间序列；

(3)建立货物平面运动姿态还原模型：通过货物上的标记点的位置时间序列获得货物上任意点的位置时间序列。

2.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，位移传感器具体为开放类型的超声波传感器，GPS传感器具体为车载类型的GPS传感器。

3.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，所述供电模块为恒压类型的直流供电模块，其规格为输出电压为5V。

4.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，所述无线网络为4G无线网络。

5.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，所述数据传输云平台，用于车载端硬件系统和远端管理系统之间的数据无线传输；

所述数据传输云平台，为PaaS物联网开放平台。

6.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，步骤(1)所述标记点共8个，P1，P2，P3，P4是货物上的标记点，Q1，Q2，Q3，Q4是铁路货车上的标记点；

在监测前，测量货物上的标记点在货物上的坐标系x’‑y’坐标系下的坐标，并通过坐标变换将x’‑y’坐标系下的坐标变换为铁路货车上的坐标系x‑y坐标系下的坐标；

在监测过程中，位移传感器采集Pi，Qi两点间距离li，任一时刻采集的一组距离构成距离向量L，表示为

L＝(l1 l2 l3 l4)     (2)在计算中，选择P1，P2，P3和Q1，Q2，Q3作为输入点，P4和Q4作为检验点；

货物本身可视为刚体，P1，P2，P3三点中任意两点之间的距离在监测过程中不会改变，设该距离为ki，则：

其中，

在监测过程中，货物与铁路货车发生相对运动，位移传感器以一定的采样频率采集Pi与QI之间的距离li；根据任一时刻的一组距离li及坐标Pi(xi，yi)和Qi(ai，bi)可得出一组方程，即标记点位置还原模型：

其中，

将三组位移传感器的数据带入方程组，可计算出货物上三个标记点的数值；

通过牛顿法求解出方程组的数值解。

7.如权利要求6所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，通过牛顿法求解出方程组的数值解的具体步骤如下：步骤1、将方程组变换为牛顿法标准形式；

步骤2、构造F向量的雅克比矩阵；

步骤3、构造迭代公式；

步骤4、设置出口条件；

步骤5、选择初始点。

说明书

一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及铁路货物运输安全监控技术领域，具体说是一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统。

背景技术

[0002] 在铁路货物运输的过程中，随着车速的提高，装载的货物如果重心不当，则存在安全事故的隐患越大。

[0003] 现有的“铁路货车装载货物位移监测”技术，虽然可以获取货物的位移情况，但无法实时的将位移数据上传到互联网实现异地远程监测。

[0004] 有的现有技术方案依赖于轨道下方安装的检测设备，在指定的地点才能实时监测，此种监测方式不具有全程监测的能力。

[0005] 有的现有技术方案可以全程监测，但采集的数据远传时依赖于RF收发器(射频收发器)，以及设于指定地点的地面固定设备，再由地面固定设备上传到上位机，此种车‑地通
信方式不具有实时上传的能力。

[0006] 有的现有技术方案虽然设置了无线传输模块，通过无线传输模块将位移信息传回到同一列车的驾驶室的接收装置，接收装置接收到的位移数据首先进行异常值剔除，再与
临界值对比，超过临界值即发生报警。但是选用的是zigbee无线传输模块，只能实现短距离
传输，不能将位移数据通过互联网传输给异地的监测者。

[0007] 本发明中涉及的技术术语含义如下：

[0008] 1、偏载：货物的重心没有与铁路货车的重心在水平上重合，包括沿车体长度方向的纵向偏载和沿车体宽度方向的横向偏载。

[0009] 2、RF收发器(射频收发器)：能短距离无线传输信号的一种装置，类似于公交卡和公交卡刷卡机。

[0010] 3、超声波传感器：利用超声波进行测距的装置，分为发射超声波与接收超声波装置，发射装置发射超声波，超声波遇到物体后反射产生“回声”，接收装置检测到“回声”并统
计发出超声波到接收回声的时间差，以此计算装置到物体的距离。

[0011] 4、zigbee无线传输技术：是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期
性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

[0012] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

[0013] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，可以远程的、实时的对货物位移量进行监测，获取的位移数据可
以用于核定货物在运输过程中的偏载情况，用于确定纵向偏载及横向偏载是否超过规定
值，及时发出报警。

[0014] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

[0015] 一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，包括：

[0016] 车载端硬件系统，设于铁路货车上，用于采集安全指标信息；

[0017] 所述车载端硬件系统采用无线通信的方式，将采集到的安全指标信息，传输给远端管理系统；

[0018] 远端管理系统，用于实时分析接收到的安全指标信息，完成在线监测；

[0019] 所述车载端硬件系统包括：传感器模组，供电模块，无线传输模块，控制单元；

[0020] 传感器模组，包括：

[0021] 位移传感器，设于货物外包装上，用于采集货物到铁路货车车体的货物位移信息作为安全指标信息，

[0022] GPS传感器，设于铁路货车的车厢内，用于采集货物的地理位置信息作为追踪货物所在地理位置的指标信息，用于确定货物位移指标出现报警时铁路货车所在位置；

[0023] 传感器模组连接至控制单元，控制单元连接至无线传输模块；

[0024] 供电模块，与控制单元通过电缆连接，用于给整个系统提供电力；

[0025] 无线传输模块，用于与数据传输云平台通过无线网络通信。

[0026] 在上述技术方案的基础上，位移传感器具体为开放类型的超声波传感器，

[0027] GPS传感器具体为车载类型的GPS传感器。

[0028] 在上述技术方案的基础上，所述供电模块为恒压类型的直流供电模块，其规格为输出电压为5V。

[0029] 在上述技术方案的基础上，所述无线网络为4G无线网络。

[0030] 在上述技术方案的基础上，所述数据传输云平台，用于车载端硬件系统和远端管理系统之间的数据无线传输；

[0031] 所述数据传输云平台，为PaaS物联网开放平台。

[0032] 在上述技术方案的基础上，在货物外包装的长度方向及宽度方向上，分别设置两个位移传感器，共计四个位移传感器，用于实时测量位移量，

[0033] 第一位移传感器1和第二位移传感器2设于货物外包装的宽度方向，对应y轴向，第一位移传感器1和第二位移传感器2的y轴向坐标值通过监测前测量获取，

[0034] 第三位移传感器3和第四位移传感器4设于货物外包装的长度方向，对应x轴向，第三位移传感器3和第四位移传感器4的x轴向坐标值通过监测前测量获取。

[0035] 在上述技术方案的基础上，当货物外包装产生位移，则四个位移传感器分别测得一个位移值，四个位移值和GPS传感器获取的GPS数据一同实时的传输至控制单元，再经过
无线传输模块传输至远端管理系统，

[0036] 作为接收终端的远端管理系统，通过货物平面姿态还原模型及算法计算出货物上任意点的位移值，通过GPS数据确定GPS位置信息。

[0037] 在上述技术方案的基础上，所述货物平面姿态还原模型及算法包括：

[0038] 构建货物平面运动姿态模型，在货物平面运动姿态模型中进行以下货物运动姿态限制：

[0039] (1)货物上任意点的z轴坐标值都不发生变化；

[0040] (2)货物绕x轴不能产生转动；

[0041] (3)货物绕y轴不能产生转动；

[0042] 货物平面运动姿态的还原，按以下步骤进行：

[0043] (1)选定标记点：采用位移传感器在货物上的安装位置为标记点，位移传感器在铁路货车车体上的对应位置为铁路货车标记点；

[0044] (2)建立标记点位置还原模型：通过位移传感器数据的时间序列获得货物上的标记点位置的时间序列；

[0045] (3)建立货物平面运动姿态还原模型：通过货物上的标记点的位置时间序列获得货物上任意点的位置时间序列。

[0046] 在上述技术方案的基础上，步骤(1)所述标记点共8个，

[0047] P1，P2，P3，P4是货物上的标记点，

[0048] Q1，Q2，Q3，Q4是铁路货车上的标记点；

[0049] 在监测前，测量货物上的标记点在货物上的坐标系x’‑y’坐标系下的坐标，并通过坐标变换将x’‑y’坐标系下的坐标变换为铁路货车上的坐标系x‑y坐标系下的坐标；

[0050] 在监测过程中，位移传感器采集Pi，Qi两点间距离li，任一时刻采集的一组距离构成距离向量L，表示为

[0051] L＝(l1 l2 l3 l4)  (2)

[0052] 在计算中，选择P1，P2，P3和Q1，Q2，Q3作为输入点，P4和Q4作为检验点；

[0053] 货物本身可视为刚体，P1，P2，P3三点中任意两点之间的距离在监测过程中不会改变，设该距离为ki，则：

[0054]

[0055]

[0056]

[0057] 其中，

[0058] 在监测过程中，货物与铁路货车发生相对运动，位移传感器以一定的采样频率采集Pi与Qi之间的距离li；根据任一时刻的一组距离li及坐标Pi(xi,yi)和Qi(ai,bi)可得出一
组方程，即标记点位置还原模型：

[0059]

[0060]

[0061]

[0062] 其中，

[0063] 将三组位移传感器的数据带入方程组，可计算出货物上三个标记点的数值；

[0064] 通过牛顿法求解出方程组的数值解。

[0065] 在上述技术方案的基础上，通过牛顿法求解出方程组的数值解的具体步骤如下：

[0066] 步骤1、将方程组变换为牛顿法标准形式；

[0067] 步骤2、构造F向量的雅克比矩阵；

[0068] 步骤3、构造迭代公式；

[0069] 步骤4、设置出口条件；

[0070] 步骤5、选择初始点。

[0071] 本发明所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，具有以下有益效果：

[0072] 可以远程的、实时的对货物位移量进行监测，获取的位移数据可以用于核定货物在运输过程中的偏载情况，用于确定纵向偏载及横向偏载是否超过规定值，及时发出报警。

[0073] 铁路货物运输过程中由于受到调车冲击、加速、制动等因素的影响，货物相对铁路货车可能出现水平位移和小范围的旋转。当货物位移量过大时，有可能影响铁路货车运行
安全性，或者造成货物与铁路货车侧墙和端墙接触，产生货损。采用本发明所述的铁路运输
途中货物位移量实时远程在线监测系统，可以有效的监测铁路货车在运行或调车冲击中产
生的货物位移量，可避免上述情况的发生。

附图说明

[0074] 本发明有如下附图：

[0075] 附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

[0076] 图1本发明所述铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统的系统架构图。

[0077] 图2货物在铁路货车内的装载情况示意图。

[0078] 图3货物在经过水平位移和水平旋转后的某时刻状态示意图。

[0079] 图4系统坐标系示意图。

[0080] 图5标记点位置示意图。

[0081] 图6货物位移量实时计算流程图。

具体实施方式

[0082] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅
仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变
和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对
公知功能和结构的描述。

[0083] 如图1所示，本发明所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，包括：

[0084] 车载端硬件系统，设于铁路货车上，用于采集安全指标信息；

[0085] 所述车载端硬件系统采用无线通信的方式，将采集到的安全指标信息，传输给远端管理系统；

[0086] 远端管理系统，用于实时分析接收到的安全指标信息，完成在线监测；

[0087] 所述车载端硬件系统包括：传感器模组，供电模块，无线传输模块，控制单元；其中：

[0088] 供电模块，无线传输模块，控制单元集成为一体，形成车载端装置，车载端装置安装于铁路货车上，

[0089] 传感器模组，包括：

[0090] 位移传感器，设于货物外包装上，用于采集货物到铁路货车车体的货物位移信息作为安全指标信息，

[0091] 位移传感器具体为开放类型的超声波传感器，例如HY‑SRF05型号的位移传感器；

[0092] GPS传感器，设于铁路货车的车厢内，用于采集货物的地理位置信息作为追踪货物所在地理位置的指标信息，用于确定货物位移指标出现报警时铁路货车所在位置，

[0093] GPS传感器具体为车载类型的GPS传感器，例如SMA接口的GPS传感器；

[0094] 传感器模组连接至控制单元，控制单元连接至无线传输模块；传感器模组通过采集到的数据信息需经控制单元处理并经无线传输模块将数据远程传输至数据云平台，继而
传输至远端管理系统；

[0095] 供电模块，与控制单元通过电缆连接，用于给整个系统提供电力，

[0096] 作为可选择的实施方案之一，所述供电模块为恒压类型的直流供电模块，其规格为输出电压为5V；

[0097] 作为可选择的实施方案之一，所述供电模块应具备大容量、防爆功能，以保证铁路运输中监测系统的正常运行；

[0098] 无线传输模块，用于与数据传输云平台通过无线网络通信，

[0099] 所述无线网络为4G无线网络；

[0100] 作为可选择的实施方案之一，所述无线传输模块为集成类型的4G无线传输模块，例如EC20 4G模块。

[0101] 在上述技术方案的基础上，所述数据传输云平台，用于车载端硬件系统和远端管理系统之间的数据无线传输；

[0102] 作为可选择的实施方案之一，所述数据传输云平台，为PaaS(Platform as a Service，平台即服务)物联网开放平台；

[0103] 例如：为中国移动物联网开放平台OneNET。

[0104] 在上述技术方案的基础上，如图2所示，在货物外包装的长度方向及宽度方向上，分别设置两个位移传感器，共计四个位移传感器，用于实时测量位移量，

[0105] 第一位移传感器1和第二位移传感器2设于货物外包装的宽度方向，对应y轴向，第一位移传感器1和第二位移传感器2的y轴向坐标值通过监测前测量获取，

[0106] 第三位移传感器3和第四位移传感器4设于货物外包装的长度方向，对应x轴向，第三位移传感器3和第四位移传感器4的x轴向坐标值通过监测前测量获取。

[0107] 在上述技术方案的基础上，如图3所示，当货物外包装产生位移，则四个位移传感器分别测得一个位移值，四个位移值和GPS传感器获取的GPS数据一同实时的传输至控制单
元，再经过无线传输模块传输至远端管理系统，

[0108] 作为接收终端的远端管理系统，通过货物平面姿态还原模型及算法计算出货物上任意点的位移值，通过GPS数据确定GPS位置信息。

[0109] 图3主要为示意在铁路货物运输过程中，当货物出现平移和旋转后的状态。实线为原始状态，虚线为货物相对铁路货车出现了平移和旋转后的状态。

[0110] 在上述技术方案的基础上，所述货物平面姿态还原模型及算法包括：

[0111] 1、构建货物平面运动姿态模型

[0112] 根据铁路运输中货物和铁路货车的实际受力情况，货物相对铁路货车只能出现平面运动，因此在货物平面运动姿态模型中进行以下货物运动姿态限制：

[0113] (1)货物上任意点的z轴坐标值都不发生变化；

[0114] (2)货物绕x轴不能产生转动；

[0115] (3)货物绕y轴不能产生转动。

[0116] 构建的货物平面运动姿态模型如图2所示。

[0117] 2、如图6所示，货物平面运动姿态的还原，按以下步骤进行：

[0118] (1)选定标记点：采用位移传感器在货物上的安装位置为标记点，位移传感器在铁路货车车体上的对应位置为铁路货车标记点；

[0119] 货物与铁路货车上四个标记点的选取需满足同一坐标系下的三个标记点不能共线；

[0120] (2)建立标记点位置还原模型：通过位移传感器数据的时间序列获得货物上的标记点位置的时间序列；

[0121] (3)建立货物平面运动姿态还原模型：通过货物上的标记点的位置时间序列获得货物上任意点的位置时间序列。

[0122] 2.1、标记点位置还原模型

[0123] 为描述货物在铁路货车内的位置和姿态，分别设置系统参考坐标系和连体坐标系。在铁路货车上设置系统参考坐标系、在货物上设置连体坐标系，如图4所示。

[0124] 其中，x‑y坐标系是铁路货车上的坐标系，坐标原点在铁路货车的顶角，x轴方向与车体纵向平行，根据右手定则规定绕z轴旋转的α沿逆时针方向为正向；

[0125] x’‑y’坐标系是货物上的坐标系，坐标原点在货物的顶角，x’轴方向与货物纵向平行；

[0126] x‑y坐标系和x’‑y’坐标系可以通过平移向量W进行平移变换，通过旋转矩阵S进行旋转变换；

[0127] 设P点在x‑y坐标系的坐标为(x,y),在x’‑y’坐标系的坐标为(x′,y′)，则P点在两个坐标系下坐标的变换关系为：

[0128] (x′,y′)T＝S(x,y)T+W  (1)。

[0129] 根据图2所示，步骤(1)所述标记点共8个，8个标记点的位置如图5所示：P1，P2，P3，P4是货物上的标记点，Q1，Q2，Q3，Q4是铁路货车上的标记点。

[0130] 铁路货车上标记点的坐标和货物上标记点的坐标均采用x‑y坐标系下的坐标。由于x’‑y’坐标系固定在货物上，所以货物上的点在x’‑y’坐标系下的坐标不会随时间改变。
在监测前，测量货物上的标记点在货物上的坐标系x’‑y’坐标系下的坐标，并通过坐标变换
将x’‑y’坐标系下的坐标变换为铁路货车上的坐标系x‑y坐标系下的坐标。

[0131] 在监测过程中，位移传感器采集Pi，Qi两点间距离li，任一时刻采集的一组距离构成距离向量L，表示为

[0132] L＝(l1 l2 l3 l4)  (2)

[0133] 在计算中，可任选三对标记点作为输入点，一对标记点作为检验点；应用输入点的数据计算检验点的数据，验证数据的可靠性；本模型选择P1，P2，P3和Q1，Q2，Q3作为输入点，P4
和Q4作为检验点。

[0134] 货物本身可视为刚体，P1，P2，P3三点中任意两点之间的距离在监测过程中不会改变，设该距离为ki，则：

[0135]

[0136]

[0137]

[0138] 其中，

[0139] 在监测过程中，货物与铁路货车发生相对运动，位移传感器以一定的例如500Hz采样频率采集Pi与Qi之间的距离li；根据任一时刻的一组距离li及坐标Pi(xi,yi)和Qi(ai,bi)
可得出一组方程，即标记点位置还原模型：

[0140]

[0141]

[0142]

[0143] 其中，

[0144] 将三组位移传感器的数据带入方程组，可计算出货物上三个标记点的数值。

[0145] 2.2、标记点位置还原模型求解

[0146] 货物上的标记点还原模型是一个六元二次方程组，需通过数值方法求出数值解。

[0147] 在监测过程中，货物只能在小范围内位移与旋转，因此货物上的标记点在任一时刻的位置在其初始位置附近。

[0148] 牛顿法在解决多元非线性方程组时是平方收敛，具有较快的收敛速度。可通过牛顿法求解出方程组的数值解，步骤为：

[0149] 步骤1、将方程组变换为牛顿法标准形式：

[0150]

[0151]

[0152]

[0153]

[0154] 并构造F向量：

[0155] F＝(f1,f2,f3,g1,g2,g3)T  (13)

[0156] 其中，X＝(x1,x2,x3)是位移传感器在货物上安装位置横坐标组成的向量；

[0157] Y＝(y1,y2,y3)是位移传感器在货物上安装位置纵坐标组成的向量；

[0158] X，Y与P1，P2，P3有如下对应关系：

[0159]

[0160] 步骤2、构造F向量的雅克比矩阵：

[0161]

[0162] 步骤3、构造迭代公式：

[0163]

[0164] 其中，第n步的雅克比矩阵Jn与Fn向量由Xn‑1和Yn‑1计算得出；

[0165] 根据迭代公式，由第n‑1步P1,P2,P3三点的坐标计算出第n步P1,P2,P3三点的坐标，* * T
逐渐逼近P1,P2,P3三点坐标的真实值(X ,Y) ；

[0166] 步骤4、设置出口条件：

[0167] ||(Xn,Yn)T‑(Xn‑1,Yn‑1)T||max

[0168] 其中，precision表示给定的精度，可根据实际问题选择不同的精度，例如精度为‑4
10 mm；

[0169] 步骤5、选择初始点：

[0170] 输入点间的距离构成距离向量L＝(l1,l2,l3)T，其在时间上构成一组时间序列

[0171] L(t)t＝0,1,2,…,T  (18)

[0172] 式中最大时刻T由采样频率和采样时间确定；

[0173] 任一时刻距离向量L应用上述计算方法可以求得一个确定的(X,Y):

[0174] L(t)→(X(t),Y(t))t＝0,1,2,…,T  (19)

[0175] t＝0时刻，通过现场测量初始位置获得一组P1,P2,P3三点坐标作为这一时刻迭代的初始点(X0(t),Y0(t))进行迭代计算；

[0176] t＝n时刻，已经计算出n‑1时刻对应的(X(n‑1),Y(n‑1))；由于运动的连续性，以及高采样频率，所以n时刻对应的(X(n),Y(n))应在(X(n‑1),Y(n‑1))的附近；

[0177] 由此，采用(X(n‑1),Y(n‑1))作为计算(X(n),Y(n))的初始点，进行迭代计算，可以尽快收敛到满足精度要求的点；

[0178] 2.3、货物平面运动姿态还原模型

[0179] 通过货物平面运动姿态还原模型获得货物上任意点坐标的时间序列，以此判断货物的最大动态位移是否满足要求。通过标记点位置还原模型可求得任一时刻货物上标记点
P1，P2，P3在x‑y坐标系下坐标的时间序列，应用该时间序列求解货物上任意点坐标的时间序
列。

[0180] 货物的平面运动可以分解为平动和转动，可分别应用平移矩阵和旋转矩阵描述。T T
为适应平移与旋转的矩阵表示，需要对标记点坐标进行变换，将(x,y) 替换为(x,y,1) 。

[0181] 设平移矩阵为M，其表达式为：

[0182]

[0183] 设旋转矩阵为R，其表达式为：

[0184]

[0185] 对于一个标记点P(x,y,1)T先经过旋转再经过平移可以获得标记点的新位置P′T
(x′,y′,1) 。这一过程表示为：

[0186] P′＝MRP  (22)

[0187] 通过平移矩阵M与旋转矩阵R相乘，可以获得平移旋转矩阵H，表达式为：

[0188]

[0189] 即，对于一个标记点P(x,y,1)T先经过旋转再经过平移获得标记点的新位置P′T
(x′,y′,1)的过程又可以表示为：

[0190] P′＝HP  (24)

[0191] H矩阵表示的是一个标记点运动前后位置关系的映射，同时也是对货物平面运动姿态的描述，通过H矩阵可以计算出货物上任意点运动后的位置。

[0192] 2.4、货物平面运动姿态还原模型求解

[0193] 货物平面运动姿态还原模型求解的关键是H矩阵，获得H矩阵后即可计算出货物上任意点运动后的位置。

[0194] 通过监测前测量，获得货物初始时刻标记点组在x‑y坐标系下的坐标P1，P2，P3，应用货物上的标记点还原模型，获得货物某一时刻标记点组x‑y坐标系下的坐标P1′，P2′，P3′。
由于货物本身的刚体属性，所以某一时刻的标记点组是由初始时刻标记点组经由旋转、平
移得到的，可以表示为：

[0195] (P1′,P2′,P3′)＝H(P1,P2,P3)  (25)

[0196] 计算前需验证矩阵(P1,P2,P3)是可逆的，即验证矩阵的行列式|(P1,P2,P3)|不为0。通过验证后可用如下公式计算H：

[0197] H＝(P1′,P2′,P3′)(P1,P2,P3)‑1  (26)

[0198] 即可获得某一时刻的平移旋转矩阵H。

[0199] 应用标记点位置还原模型求得的(X(t),Y(t))时间序列，即可求得H矩阵的时间序列，即：

[0200] (X(t),Y(t))→H(t)t＝0,1,2,…,T  (27)

[0201] 选定货物上的计算点。

[0202] 首先测量出计算点在x’‑y’坐标系下的坐标，再将计算点在x’‑y’坐标系下的坐标变换为x‑y坐标系下的坐标。计算点在x‑y坐标系初始位置为D，在某时刻的位置为D(t)，二
者的关系可以表示为：

[0203] D(t)＝H(t)Dt＝0,1,2,…,T  (28)

[0204] 进而可以获得计算点在x‑y坐标系下坐标的时间序列：

[0205] D(t)t＝0,1,2,…,T  (29)

[0206] 即得到计算点位移数据。

[0207] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

[0208] 以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要
求书中记载的保护范围内。