免固定設(shè)站點(diǎn)的全站儀三維變形監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種全站儀三維變形監(jiān)測(cè)方法，與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明不需要控制測(cè)量，用于監(jiān)測(cè)的點(diǎn)均不需要已知，不需要建立觀測(cè)墩。從而減少工序、降低工程造價(jià)，節(jié)約資源。全站儀不需要固定設(shè)站點(diǎn)、不需要設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)、不需要后視點(diǎn)、不需要儀器對(duì)中、不需要量取儀器高、不需要瞄準(zhǔn)零方向、不需要固定坐標(biāo)系或統(tǒng)一坐標(biāo)系。這些將使得外業(yè)工作簡(jiǎn)便、快捷、高效、省時(shí)省力。支導(dǎo)線法平均中誤差定理可以簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)精度評(píng)定工作，并得到一個(gè)簡(jiǎn)單明確的平面點(diǎn)位位移中誤差公式。本發(fā)明的平面點(diǎn)位位移中誤差公式可以指導(dǎo)和優(yōu)化變形監(jiān)測(cè)的外業(yè)布置工作以及提高監(jiān)測(cè)成果的可靠性。本發(fā)明容易避開(kāi)施工干擾，并且不影響施工。
【專利說(shuō)明】免固定設(shè)站點(diǎn)的全站儀三維變形監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程測(cè)量領(lǐng)域中使用全站儀或其它類型測(cè)繪儀器設(shè)備的三維變形監(jiān) 測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002] 變形監(jiān)測(cè)的方法很多，根據(jù)需要，對(duì)于工程變形的全站儀三維變形監(jiān)測(cè)，其方法之 一是，在變形體范圍內(nèi)布置若干個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而在變形體之外至少應(yīng)該建立三個(gè)以上已 知控制點(diǎn)，一個(gè)控制點(diǎn)用于架設(shè)全站儀，另外兩個(gè)控制點(diǎn)作為后視點(diǎn)和檢查點(diǎn)，利用控制點(diǎn) 的三維坐標(biāo)推算出變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)后次觀測(cè)得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與初始觀 測(cè)得到的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)即初始值進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況。
[0003] 對(duì)于上述這種三維變形監(jiān)測(cè)方法，用于監(jiān)測(cè)的設(shè)站點(diǎn)、后視點(diǎn)和檢查點(diǎn)以及監(jiān)測(cè) 點(diǎn)的初始值三維坐標(biāo)首先要通過(guò)控制測(cè)量工序確定為已知。對(duì)于高精度精密變形監(jiān)測(cè)工作 還需要首先建立固定觀測(cè)墩，作為設(shè)站點(diǎn)的控制點(diǎn)就建立在觀測(cè)墩上。若監(jiān)測(cè)精度要求不 高則可以不建立觀測(cè)墩，這種情況下，控制點(diǎn)建立在地面上，每次監(jiān)測(cè)都需要精確量取儀器 高。若監(jiān)測(cè)精度要求高而又不建立觀測(cè)墩，為了提高全站儀的儀器量高精度，則可以采用虛 擬觀測(cè)墩技術(shù)。對(duì)于這種變形監(jiān)測(cè)工作，全站儀需要嚴(yán)格對(duì)中，若平面監(jiān)測(cè)精度要求越高則 對(duì)中要求就越嚴(yán)格。
[0004] 監(jiān)測(cè)所用的坐標(biāo)系可以采用國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系，也可以建立獨(dú)立直角坐標(biāo)系，在監(jiān) 測(cè)工作開(kāi)始前坐標(biāo)系要唯一確定下來(lái)，并且在監(jiān)測(cè)期間坐標(biāo)系一般不能改變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 〈要解決的技術(shù)問(wèn)題〉
[0006] 對(duì)目前這種工程變形監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，使得這種變形監(jiān)測(cè)工作簡(jiǎn)便靈活、省時(shí) 省力、方便快捷、工序少、節(jié)約資源、降低工程造價(jià)。具體要解決下列技術(shù)問(wèn)題：
[0007] 1)設(shè)站點(diǎn)不需要固定，可以是任何方便的位置，甚至可以建立在變形體上。每次監(jiān) 測(cè)設(shè)站都允許與以前監(jiān)測(cè)時(shí)的設(shè)站位置不同。
[0008] 2)設(shè)站點(diǎn)不需要已知，即不需要設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0009] 3)不需要后視點(diǎn)，因此也就不需要對(duì)準(zhǔn)水平零方向，更不需要知道零方向的具體 位置。
[0010] 4)不需要建立固定觀測(cè)墩，因?yàn)槊看魏蟠伪O(jiān)測(cè)時(shí)的設(shè)站都可以是不同的位置。
[0011] 5)不需要做控制測(cè)量。即，不需要在監(jiān)測(cè)工作開(kāi)始前建立用于監(jiān)測(cè)的各類已知點(diǎn)， 如設(shè)站點(diǎn)、后視點(diǎn)、檢查點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始值等。
[0012] 6)不需要量取儀器高。
[0013] 7)不需要全站儀對(duì)中。
[0014] 8)容易避開(kāi)與施工的相互干擾。
[0015] 9)每次監(jiān)測(cè)都可以采用不同的坐標(biāo)系。
[0016] 10)支導(dǎo)線法平均中誤差定理，以解決本發(fā)明在相關(guān)公式推導(dǎo)上的復(fù)雜問(wèn)題。
[0017]〈技術(shù)方案〉
[0018] 本發(fā)明要求，在建立變形觀測(cè)場(chǎng)時(shí)，除了建立必要的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，還要在變形體 之外的穩(wěn)固地面上建立兩個(gè)以上的固定點(diǎn)，每次觀測(cè)時(shí)對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)和固定點(diǎn)統(tǒng)一進(jìn)行觀 測(cè)。變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以不全部觀測(cè)，但固定點(diǎn)必須至少觀測(cè)兩個(gè)。對(duì)于工程中的局部變形監(jiān) 測(cè)工作，例如滑坡、大壩、水電站、各種規(guī)格的船閘以及重要的工程部位等，對(duì)其變形體的監(jiān) 測(cè)可以某一水平面為基準(zhǔn)面。
[0019] 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)和固定點(diǎn)都作為照準(zhǔn)點(diǎn)，在照準(zhǔn)點(diǎn)上需要安放目標(biāo)棱鏡，或直接利用 反射片進(jìn)行觀測(cè)，或者用免棱鏡全站儀對(duì)照準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。但，目前使用反射片的測(cè)距精 度比使用棱鏡的測(cè)距精度要低，免棱鏡全站儀的測(cè)距精度同樣比直接觀測(cè)棱鏡的測(cè)距精度 也要低。棱鏡主要用來(lái)測(cè)量距離，也可以用來(lái)當(dāng)作方向觀測(cè)的目標(biāo)。有時(shí)，為了提高方向觀 測(cè)精度，瞄準(zhǔn)方向的目標(biāo)，例如小十字，可以單獨(dú)建立，方向觀測(cè)瞄準(zhǔn)其小十字中心，而棱鏡 只用來(lái)觀測(cè)距離。
[0020] 本發(fā)明將用支導(dǎo)線法確定照準(zhǔn)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，用三角高程確定照準(zhǔn)點(diǎn)的高程，以 獲得照準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)即平面坐標(biāo)和高程。文中所說(shuō)的坐標(biāo)一般指的就是三維坐標(biāo)，若提 到平面坐標(biāo)則指的是不包含高程的二維平面坐標(biāo)。
[0021] 本發(fā)明將給出一種利用后次觀測(cè)和初始觀測(cè)得到的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行比較 而發(fā)現(xiàn)位移是否發(fā)生的新方法。除初始觀測(cè)外，之后的定期或不定期監(jiān)測(cè)都稱為后次觀測(cè)。 對(duì)于某一次后次監(jiān)測(cè)，根據(jù)需要將說(shuō)成是后次第幾次觀測(cè)或后次第幾次監(jiān)測(cè)。
[0022] -、公知的基本測(cè)量方法
[0023] 下面是測(cè)量學(xué)中熟知的兩種基本測(cè)量方法：支導(dǎo)線法和三角高程。
[0024] 1、支導(dǎo)線法
[0025] ①未知點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式
[0026] 把全站儀架設(shè)在一個(gè)已知點(diǎn)A上，后視另一個(gè)已知點(diǎn)B，而推算出未知點(diǎn)i的坐標(biāo)。 A也稱為基準(zhǔn)點(diǎn)或設(shè)站點(diǎn)，B也稱為后視點(diǎn)。
[0027] 計(jì)算公式為
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 免固定設(shè)站點(diǎn)的全站儀三維變形監(jiān)測(cè)方法，是一種用全站儀進(jìn)行三維變形監(jiān)測(cè)的方 法，其特征是：在變形體上建立若干個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在變形體范圍之外的穩(wěn)定體上建立兩 個(gè)固定點(diǎn)A和B，監(jiān)測(cè)點(diǎn)和固定點(diǎn)統(tǒng)稱為照準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)照準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)其初始觀測(cè)坐標(biāo)系坐標(biāo)；監(jiān) 測(cè)時(shí)，對(duì)照準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)其后次觀測(cè)坐標(biāo)系坐標(biāo)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在三維坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)位移用下 式計(jì)算
(j=l、2、3、···、]! ;n為變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)） 式中， △cti為旋轉(zhuǎn)角，為AB方向后次第i次觀測(cè)方位角與初始觀測(cè)方位角之差； (jikcj慮慮z〗)T:為第j點(diǎn)第i次監(jiān)測(cè)的三維坐標(biāo)位移； (考^ 為第j點(diǎn)的后次第i次觀測(cè)坐標(biāo)系坐標(biāo)； (4yi4/:為A點(diǎn)的后次第i次觀測(cè)坐標(biāo)系坐標(biāo)； (xf yj5 zff為第j點(diǎn)的初始觀測(cè)坐標(biāo)系坐標(biāo)； (xj 4 )τ為A點(diǎn)的初始觀測(cè)坐標(biāo)系坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是：監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)位移的另一種計(jì)算公式 為 式中，
Δ#、Ayf、Azf為在初始觀測(cè)坐標(biāo)系中，照準(zhǔn)點(diǎn)j在以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)； 為在后次觀測(cè)坐標(biāo)系中，照準(zhǔn)點(diǎn)j在以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是：平面點(diǎn)位位移中誤差用下式計(jì)算
式中， 表示第·?點(diǎn)在后次第i次監(jiān)測(cè)得到的平面點(diǎn)位位移中誤差； 表示第j點(diǎn)在初始觀測(cè)時(shí)得到的平面點(diǎn)位中誤差；w4表示第j點(diǎn)在后次第i次觀測(cè)時(shí)得到的平面點(diǎn)位中誤差； 球表示第j點(diǎn)到固定點(diǎn)A的水平距離； Sle表示兩個(gè)固定點(diǎn)之間的水平距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是：初始觀測(cè)值為理論值的后次監(jiān)測(cè)平面點(diǎn)位 位務(wù)中誤差用
式計(jì)算。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是：兩個(gè)固定點(diǎn)A、B之間的距離越大，或者，照 準(zhǔn)點(diǎn)j與A點(diǎn)的距離越小，則平面位移的精度就越高，預(yù)報(bào)的就越準(zhǔn)確。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是：對(duì)于一個(gè)設(shè)站觀測(cè)不完的變形體，可以進(jìn)行 多設(shè)站觀測(cè)，站與站之間要有一定的重疊觀測(cè)，其重疊觀測(cè)的點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于2個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是：可以將平面和高程分開(kāi)進(jìn)行實(shí)施，以適應(yīng)只 做水平位移監(jiān)測(cè)或只做垂直位移監(jiān)測(cè)的工程變形監(jiān)測(cè)工作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是：采用統(tǒng)一坐標(biāo)系，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在三維坐標(biāo)系下的 三維坐標(biāo)位移用 式計(jì)算。
9. 支導(dǎo)線法平均中誤差定理是測(cè)繪學(xué)中的一條定理，其特征是：支導(dǎo)線法確定未知點(diǎn) 坐標(biāo)時(shí)，其未知點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的平均中誤差相等，且平均平面點(diǎn)位中誤差與平面點(diǎn) 位中誤差相等。
【文檔編號(hào)】G01B21/32GK104457684SQ201410848192
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】楊浩 申請(qǐng)人:楊浩