三维控制网中控制点的观测数据处理方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及三维控制网中控制点的观测数据处理方法与装置，属于数据处理技术领域，方法包括获取三维控制网中各控制点的观测数据，包括方位角、天顶距和斜距；根据各控制点的观测数据，计算各控制点在相应测站坐标系下的坐标，相应测站为实际测量控制点的测站；选取其中一个控制点的测站坐标系为基准坐标系，根据剩下各控制点的测站与选中控制点的测站上法线之间的旋转关系，结合各控制点在相应测站坐标系下的坐标，计算各控制点在基准坐标系下的坐标。与现有技术相比，本发明专利技术通过考虑铅垂线不平行性的影响，对控制点的观测数据进行改化，改化后平差结果准确度高。

Observation data processing method and device of control points in 3D control network

【技术实现步骤摘要】
三维控制网中控制点的观测数据处理方法与装置
本专利技术属于数据处理
，具体涉及三维控制网中控制点的观测数据处理方法与装置。
技术介绍
现有技术的精密三角高程测量中，通过在两台全站仪上分别固定角锥棱镜，使在测量时通过对向观测角锥棱镜，确定相关测量信息(包括水平角、垂直角和斜距)，如图1所示。受到地球曲率和重力场不均匀性的影响，使各测站的铅垂线(是野外测量的基准线)方向不平行。一般而言，在小范围内，可忽略重力场非均匀性对测量结果的影响，此时测站铅垂线方向的差异只受到地球曲率的影响。通常的，全站仪的调平精度为1″-2″，而距离200m以上测站的铅垂线之间的差异可达6″，而现有技术中，三维控制网中控制点的观测数据处理方法没有顾及铅垂线不平行性的影响，导致观测值不准确，影响后续对三维控制网平差函数模型进行求解的精度，降低了求解得到三维控制网中控制点的位置计算精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维控制网中控制点的观测数据处理方法与装置，用于解决现有技术不考虑铅垂线不平行性的影响导致控制点的观测值不准确的问题。基于上述目的，一种三维控制网中控制点的观测数据处理方法的技术方案如下：获取三维控制网中各控制点的观测数据，包括方位角、天顶距和斜距；根据各控制点的观测数据，计算各控制点在相应测站坐标系下的坐标，相应测站为实际测量控制点的测站；选取其中一个控制点的测站坐标系为基准坐标系，根据剩下各控制点的测站与选中控制点的测站上法线之间的旋转关系，结合各控制点在相应测站坐标系下的坐标，计算各控制点在基准坐标系下的坐标；根据各控制点在基准坐标系下的坐标，计算对应控制点的观测数据的改化观测值；所述改化观测值的计算公式如下：或其中，α'为控制点的观测数据中方位角的改化观测值，V'为控制点的观测数据中天顶距的改化观测值，x'、y'、z'分别为控制点在基准坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标，x、y分别为控制点在相应测站坐标系下的X轴、Y轴坐标。基于上述目的，一种三维控制网中控制点的观测数据处理装置的技术方案包括：处理器，该处理器用于执行指令，以实现上述观测数据处理方法。上述两个技术方案的有益效果是：本专利技术用测站的法线之间的差异来代替铅垂线之间的差异，即利用两个测站上法线之间的角度关系，结合已知的控制点在相应测站坐标系下的坐标，计算控制点在基准测站坐标系下的坐标，进而计算得到对应控制点的观测数据的改化观测值。与现有技术相比，本专利技术通过考虑铅垂线不平行性的影响，对控制点的观测数据进行改化，改化后得到改化观测值准确度高。为了得到剩下各控制点的测站与选中控制点的测站上法线之间的旋转关系，采用以下计算公式：ω＝-dx/r式中，R为旋转关系矩阵；ω、分别为选中控制点的测站上法线绕Y轴顺时针旋转，再绕X轴逆时针旋转的角度，选中控制点的测站上的法线按照ω、旋转后为剩下各控制点的测站上的法线；dx、dy分别为被测点到测站点在测站坐标系X方向的坐标差和Y方向的坐标差，r为地球的半径。进一步，计算出旋转关系矩阵之后，通过以下计算式得到所述控制点在基准测站坐标系下的坐标：式中，x'、y'、z'分别为控制点在基准坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标；x、y、z分别为控制点在相应测站坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标。进一步，利用所述观测数据的改化观测值，对三维控制网平差函数模型进行求解，求解得到三维控制网中相应控制点的位置。与现有技术相比，利用改化观测值对三维控制网平差函数模型进行求解，得到控制点的位置精度更高。附图说明图1是现有技术的二联全站仪法中采用角锥棱镜进行观测的示意图；图2是本专利技术的两测站法线之间的空间关系示意图；图3是本专利技术的三维控制网的概略分布图；图4是本专利技术的标定全站仪仪器常数的方法示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。方法实施例：本实施例提供一种三维控制网中控制点的观测数据处理方法，步骤如下：获取三维控制网中各控制点的观测数据，包括方位角、天顶距和斜距；针对每个控制点的观测数据，采用以下步骤进行改化：根据控制点的观测数据，计算该控制点在相应测站坐标系下的坐标。具体的，设测站i对控制点的观测数据为(α,V,S)，由于斜距观测值旋转前后不发生变化，取S＝1，在单位球内进行分析。在测站i上，以北方向为X轴、以法线为Z轴构成的左手系中，观测值(α,V,1)对应的坐标：x＝cos(π/2-V)cosαy＝cos(π/2-V)sinαz＝sin(π/2-V)式中，x、y、z分别为控制点在测站i坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标，α为方位角，V为天顶距。选取其中一个控制点的测站k坐标系为基准坐标系，测站k为基准测站，获取测站i和测站k上法线之间的旋转关系(取第一测站i和第二测站k为相邻控制点上的测站)，旋转关系如下：式中，R为测站i和测站k上法线之间的旋转关系矩阵；ω、分别为测站k的法线绕Y轴(面向Y轴负方向)顺时针旋转，再绕X轴(面向X轴负方向)逆时针旋转的角度，测站k的法线按照ω、旋转后为测站i的法线，如图2所示，旋转角ω、的计算公式如下：ω＝-dx/r式中，dx、dy分别为被测点到测站点在测站坐标系X方向的坐标差和Y方向的坐标差，r为地球的半径。根据上述该旋转关系，结合控制点在测站i坐标系下的坐标(x,y,z)，计算控制点在测站k坐标系下的坐标(x',y',z')，计算式如下：式中，x'、y'、z'分别为控制点在测站k坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标。计算出控制点在测站k坐标系下的坐标后，根据控制点在测站i坐标系下及测站k坐标系下的坐标，计算对应控制点的观测数据的改化观测值；所述改化观测值的计算公式如下：或其中，α'为控制点的观测数据中方位角的改化观测值，V'为控制点的观测数据中天顶距的改化观测值，x'、y'、z'分别为控制点在基准坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标，x、y分别为控制点在相应测站坐标系下的X轴、Y轴坐标。利用上述观测数据的改化观测值，可以对三维控制网平差函数模型进行求解，得到控制点的位置精度更高。具体的，测站i(xi,yi,zi)照准测站k(xk,yk,zk)的观测值分别为方位角αik、天顶距Vik和斜距Sik，按照上述方法得到的改化观测值分别为αik'、Vik'和Sik。设测站i水平方向观测值的定向角(方向值度盘零线的坐标方位角)为ξi，则观测方程为：经概算，能够得到控制点i(本实施例中，测站和对应的控制点表示的符号相同)的概略坐标(xi0,yi0,zi0)和控制点k的概略坐标(xk0,yk0,zk0)，令Δx0＝xk0-xi0，Δy0＝yk0-yi0，Δz0＝zk0-zi0，代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维控制网中控制点的观测数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取三维控制网中各控制点的观测数据，包括方位角、天顶距和斜距；/n根据各控制点的观测数据，计算各控制点在相应测站坐标系下的坐标，相应测站为实际测量控制点的测站；/n选取其中一个控制点的测站坐标系为基准坐标系，根据剩下各控制点的测站与选中控制点的测站上法线之间的旋转关系，结合各控制点在相应测站坐标系下的坐标，计算各控制点在基准坐标系下的坐标；/n根据各控制点在基准坐标系下的坐标，计算对应控制点的观测数据的改化观测值；所述改化观测值的计算公式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种三维控制网中控制点的观测数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取三维控制网中各控制点的观测数据，包括方位角、天顶距和斜距；
根据各控制点的观测数据，计算各控制点在相应测站坐标系下的坐标，相应测站为实际测量控制点的测站；
选取其中一个控制点的测站坐标系为基准坐标系，根据剩下各控制点的测站与选中控制点的测站上法线之间的旋转关系，结合各控制点在相应测站坐标系下的坐标，计算各控制点在基准坐标系下的坐标；
根据各控制点在基准坐标系下的坐标，计算对应控制点的观测数据的改化观测值；所述改化观测值的计算公式如下：




或
其中，α'为控制点的观测数据中方位角的改化观测值，V'为控制点的观测数据中天顶距的改化观测值，x'、y'、z'分别为控制点在基准坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标，x、y分别为控制点在相应测站坐标系下的X轴、Y轴坐标。


2.根据权利要求1所述的三维控制网中控制点的观测数据处理方法，其特征在于，所述旋转关系的计算公式如下：



ω＝-dx/r



式中，R为旋转关系矩阵；ω、分别为选中控制点的测站上法线绕Y轴顺时针旋转，再绕X轴逆时针旋转的角度，选中控制点的测站上的法线按照ω、旋转后为剩下各控制点的测站上的法线；dx、dy分别为被测点到测站点在测站坐标系X方向的坐标差和Y方向的坐标差，r为地球的半径。


3.根据权利要求2所述的三维控制网中控制点的观测数据处理方法，其特征在于，控制点在基准坐标系下的坐标通过以下计算式得到：



式中，x'、y'、z'分别为控制点在基准坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标；x、y、z分别为控制点在相应测站坐标系下的X轴、Y轴、Z轴坐标。


4.根据权利要求1所述的三维控制网中控制点的观测数据处理方法，其特征在于，利用所述观测数据的改化观测值，对三维控制网平差函数模型进行求解，求解得到三维控制网中相应控制点的位置。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗春，郭迎钢，汤进九，何华，司奎，冯其强，邓磊，张冠宇，王志远，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，中国人民解放军六一三六五部队，
类型：发明
国别省市：河南;41