一种基线自校准测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基线自校准测量方法，包括如下步骤：S1、根据被监测点的位置设置校准基点；S2、将被监测点进行分组；S3、根据已有控制点，按照最小二乘原理计算测站起始方向；S4、确定校准基点的实时改正系数；S5、根据校准基点的实时改正系数，使用平面切分法，获取平面交点的实时过渡改正系数；S6、根据平面交点的实时过渡改正系数，使用空间距离法，获取被监测点的实时改正系数；S7、根据被监测点的实时改正系数，得到被监测点的实时改正之后的边长和高差；解决了现有技术存在的气象改正不完善、监测系统复杂、及时性差以及其他系统误差无法较彻底消除导致的监测成果准确性低的问题；真正实现了自动化的高精度三维变形监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基线自校准测量方法
本专利技术属于变形监测
，具体涉及一种基线自校准测量方法。
技术介绍
现有技术中，变形监测的日期和时间跨度是非常大的，用TCA测量机器人在自动测量时，必然会受到气象代表性误差、如大气旁折光、大气垂直折光、气温、气压、大气湿度，风力风向等因素的影响。而电子仪器本身的频率漂移、幅相误差、观测仪器的光学、机械的系统误差和其他未知的非线性误差的影响也是在精密测量中不可忽视的。上述诸多因素又是随仪器、时间、地点、地形、地貌和大气条件而随时变化着的。例如，温度每变化1℃，气压每变化3mba，相对湿度每变化20％就会带来每测距1公里1毫米的误差(1ppm)。在有相当精度要求的变形监测中不考虑上述因素的影响，则会给最终的监测结果带来明显的偏差。因此，需要消除这些误差特别是气象误差的影响，并且进行原始观测值的下一步处理和计算，最终的结果为了及时、准确地获得上述诸多参数，就需要一个庞大复杂的多种电子传感器所組成的采集系统，这不但增大了自动变形监测系统的运行成本，而且也降低了整个系统的稳定性和可靠性，并且在实际运用中，该系统的实用性也很低，利用TCA测量机器人全自动测量器所获取的数据，就是存在大量明显而不可忽略的系统误差的数据，无法用于有一定精度要求的变形监测中的。另一方面，现有高精度变形监测是分为平面变形监测和高程变形监测两个组成部分，他们分属不同的坐标系，使用完全不同的原理和仪器设备来进行测量，在平面变形监测中，现在有不少场合使用的是TCA测量机器人，虽然它可以获得平面变形监测的成果以及光电三角高程测量成果，但在自动化的观测中，一般只有单边(在测站上对被监测点进行监测)观测的条件，而单边光电三角高程测量成果主要由于大气垂直折光差的影响，这种三角高程成果的误差很大，在距离较远，俯仰角较大的情况下，可达分米级的误差，完全不适合用来进行高精度高程变形监测。因而目前国内的自动化变形监测只是针对平面变形监测而言，高程变形监测也只能用精密水准仪人工一站一站地手工操作来完成高程变形监测的数据获取。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基线自校准测量方法，用于解决现有技术存在的成本投入大、系统误差无法较彻底消除导致及时性、准确性差的问题；特别是在满足一定条件下，可以真正实现高精度三维变形监测的自动化。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基线自校准测量方法，包括如下步骤：S1：根据监测对象，设置被监测点，并根据其位置，使用校准基点设置方法，设置校准基点；S2：根据被监测点分组方法，将被监测点进行分组；S3：初始化测站，即确定测站起始方向；S4：根据测站和已经确定的起始方向，计算校准基点的实时改正系数；S5：根据实时改正系数，使用平面切分法，获取平面交点的实时过渡改正系数；S6：根据平面交点的实时过渡改正系数，使用空间距离法，获取被监测点的实时改正系数；S7：根据被监测点的实时改正系数，得到被监测点的改正之后的边长和高差。进一步地，步骤S1中，校准基点设置方法为：一点法：设置在若干被监测点的中心处；二点法：设置在若干被监测点的水平或垂直两翼中心处；三点法：其中两点设置在若干被监测点的水平两翼中心处，一点设置在若干被监测点上方或下方；四点法：设置在涵盖若干被监测点的区域的上下左右的边角处；本方案选择四点法，即在若干被监测点的四周设置四个校准基点。进一步地，步骤S2中，被监测点分组方法为：按照工程地质条件将同类型的若干被监测点分为一组；按照高程一致方法将若干高程阈值范围内的被监测点分为一组；按照缩短完成观测时段所需时长的方法，将若干被监测点分为一组；开始与结束时均对相应校准基点进行观测的若干被监测点分为一组。进一步地，步骤S3中，确定测站起始方向的定向值，包括如下步骤：S3-1：根据已有控制点的位置，选取若干后视点；S3-2：根据后视点，得到观测的实际水平方向值；S3-3：计算实际水平方向值和理论方向值之间的差值；S3-4：根据边长倒数定权方法和差值，使用最小二乘法，得到起始方向的定向值。进一步地，步骤S4中，校准基点的实时改正系数的通用计算公式表达为：式中，Ki为校准基点的通用实时改正系数；Xi'为测站S到第i个校准基点的实测值；Xi为测站S到第i个校准基点的理论值。进一步地，校准基点的通用实时改正系数包括实时边长改正系数和实时高差改正系数；实时边长改正系数的计算公式为：式中，Δi为测站S到第i个校准基点的实时边长改正系数；B'i为测站S到第i个校准基点的实测边长值；Bi为测站S到第i个校准基点的理论边长值；实时高差改正系数的计算公式为：式中，δi为测站S到第i个校准基点的实时高差改正系数；h'i为测站S到第i个校准基点的实测高差值；hi为测站S到第i个校准基点的理论高差值。进一步地，步骤S5中，平面交点的通用实时过渡改正系数的计算公式为：式中，Kd12,Kd24,Kd34,Kd13分别为校准基点JZ1,JZ2,JZ3,JZ4的两两连线与两个正交的水平面和铅垂面的相交点D12,D24,D34,D13的通用实时过渡改正系数，包括平面交点的实时边长改正系数和平面交点的实时高差改正系数；d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8分别为校准基点JZ1,JZ2,JZ3,JZ4与两个正交的水平面和铅垂面的相交点D12,D24,D34,D13之间的连线；k1、k2、k3、k4分别为校准基点JZ1,JZ2,JZ3,JZ4的通用实时改正系数，包括校准基点的实时边长改正系数和校准基点的实时高差改正系数。进一步，步骤S6中，被监测点的通用实时改正系数：式中，Kpn为被监测点的通用实时改正系数，包括被监测点的实时边长改正系数和被监测点的实时高差改正系数；l1、l2、l3、l4分别为被监测点与相交点D12,D24,D34,D13的连线。进一步地，步骤S7中，被监测点的通用实时改正系数包括被监测点的实时边长改正系数和被监测点的实时高差改正系数；改正之后的被监测点边长的计算公式为：Bn＝B'pn+BΔpn式中，Bn为被监测点改正之后的边长；BΔpn为根据被监测点实时边长改正系数求得的被监测点边长改正值；B'pn为被监测点实测边长值；改正之后的被监测点高差的计算公式为：Hn＝h'pn+Hδpn式中，Hn为被监测点改正之后的高差；Hδpn为根据被监测点实时高差改正系数求得的高差改正值；h'pn为被监测点实测高差值。进一步地，被监测点边长改正值的计算公式为：BΔpn＝Δpn*B'pn式中，BΔpn为被监测点边长改正值；Δpn为被监测点的实时边长改正系数；B'pn为被监测点实测边长值；被监测点高差改正值的计算公式为：Hδpn＝δpn*h'pn式中，Hδpn为被监测点高差改正值；δpn为被监测点的实时高差改正系数；h'pn为被监测点实测高差值。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供的一种基线自校准测量方法，节约了成本投入，基本消除了现有变形监测中气象改正不完善及其他诸多非线性系统误差给测量带来的系统误差的问题，简化了变形监测系统；(2)分别对测量机器人获取的方向值、边长值、高差值进行了有效的改正，大大提高了数据精度，提高了变形监测的及时性以及数据的准确性；(3)在满足校准基点三维分布的前提下，使用单边光电三角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基线自校准测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据监测对象，设置被监测点，并根据其位置，使用校准基点设置方法，设置校准基点；S2：根据被监测点分组方法，将被监测点进行分组；S3：初始化测站，即确定测站起始方向；S4：根据测站和已经确定的起始方向，计算校准基点的实时改正系数；S5：根据校准基点的实时改正系数，使用平面切分法，获取平面交点的实时过渡改正系数；S6：根据平面交点的实时过渡改正系数，使用空间距离法，获取被监测点的实时改正系数；S7：根据被监测点的实时改正系数，得到被监测点的改正之后的边长和高差。

【技术特征摘要】
1.一种基线自校准测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据监测对象，设置被监测点，并根据其位置，使用校准基点设置方法，设置校准基点；S2：根据被监测点分组方法，将被监测点进行分组；S3：初始化测站，即确定测站起始方向；S4：根据测站和已经确定的起始方向，计算校准基点的实时改正系数；S5：根据校准基点的实时改正系数，使用平面切分法，获取平面交点的实时过渡改正系数；S6：根据平面交点的实时过渡改正系数，使用空间距离法，获取被监测点的实时改正系数；S7：根据被监测点的实时改正系数，得到被监测点的改正之后的边长和高差。2.根据权利要求1所述的基线自校准测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，校准基点设置方法为：一点法：设置在若干被监测点的中心处；二点法：设置在若干被监测点的水平或垂直两翼中心处；三点法：其中两点设置在若干被监测点的水平两翼中心处，一点设置在若干被监测点上方或下方；四点法：设置在涵盖若干被监测点的区域的上下左右的边角处；本方案选择四点法，即在若干被监测点的四周设置四个校准基点。3.根据权利要求2所述的基线自校准测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，被监测点分组方法为：按照工程地质条件将同类型的若干被监测点分为一组；按照高程一致方法将若干高程阈值范围内的被监测点分为一组；按照缩短完成观测时段所需时长的方法，将若干被监测点分为一组；开始与结束时均对相应校准基点进行观测的若干被监测点分为一组。4.根据权利要求3所述的基线自校准测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，确定测站起始方向的定向值，包括如下步骤：S3-1：根据已有控制点的位置，选取若干后视点；S3-2：根据后视点，得到观测的实际水平方向值；S3-3：计算实际水平方向值和理论方向值之间的差值；S3-4：根据边长倒数定权方法和差值，使用最小二乘法，得到起始方向的定向值。5.根据权利要求4所述的基线自校准测量方法，其特征在于，所述步骤S4中，校准基点的实时改正系数的通用计算公式表达为：式中，Ki为校准基点的通用实时改正系数；Xi'为测站S到第i个校准基点的实测值；Xi为测站S到第i个校准基点的理论值。6.根据权利要求5所述的基线自校准测量方法，其特征在于，所述校准基点的通用实时改正系数包括实时边长改正系数和实时高差改正系数；实时边长改正系数的计算公式为：式中，Δi为测站S到第i个校准基点的实时边长改正系数；B'i为测站S到第i个校准基点的实测边长值；Bi为测站S到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈心一，
申请(专利权)人：成都经纬时空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51