CN102506812A - 一种变形监测基准点稳定性判断的vt检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，包括如下步骤：数据采集；利用空间后方交会，计算出工作基点坐标近似值；采用经典平差方法和三维平差，计算出工作基点坐标；利用Helmert方差估计公式，分别计算出三类观测值的单位权中误差，依次记为m₀₁、m₀₂、m₀₃；计算所有观测值的改正数V；计算各个观测值的统计量t：各观测值的改正数v除以其相应的类观测值单位权中误差；选定一定的置信水平α，计算各个观测值的统计量t的限差值t₀；稳定性判断。与现有技术相比，本发明稳定性判断结果的可靠性较传统方法有较大提高；既适合于“自由网平差”模型，又适合于“经典平差”模型，提高了方法的适用性。

Description

一种变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法

技术领域

本发明涉及一种变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，本发明所属技术领域为属于测绘科学或测量数据处理技术领域，尤其适应于基于自由设站法的测量平差。

背景技术

变形观测与分析的重要步骤之一是点位稳定性分析。经过稳定性分析，可确定哪些点是稳定点，哪些点是移动点，从而确定点位的差异是真正的位移，还是观测误差引起的。对基准点的稳定性分析研究主要局限于周期性的监测网，其方法有很多，例如以方差分析进行整体检验为基础的Hannover法，即通常所用的“平均间隙法”；以B检验为基础的Delft法，即单点位移分量法；以方差分析和点的位移向量为基础的Karlsruhe法；考虑大地基准的Munich法；以唯一的不变函数分析为基础的Fredericton法等等。

工程应用中，传统的基准点稳定性检验方法主要采用限差检验法和t检验法两种。(1)限差检验法，通过计算平差后坐标与原有坐标之间的差值，判断其是否大于某个阈值来区分稳定点与不稳定点。(2)t检验法，是假设两期观测精度相同，通过判别显著性水平检验控制网中单点稳定性的一种方法。

以上传统方法存在两个问题：(1)这些方法稳定性判断结果的可靠性不高；(2)传统方法局限于基准点控制网采用“自由网平差”模型解算。目前，由于全站仪的普及，且全站仪的功能越来越强大，其“自由设站”测量模式已经被广泛采用，而“自由设站”测量模式常常采用“经典平差”模式，因此，传统的基准点稳定性判断方法不适用于“自由设站”测量模式。

发明内容

发明目的：本发明为提高基准点的稳定性、判断结果的可靠性，同时提高方法的适用性，提供一种既适合于“自由网平差”模型、又适合于“经典平差”模型的变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法。

技术方案：一种变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，包括如下步骤：

第一步，通过全站仪自由设站法观测采集数据，全站仪架设在工作基点上，观测基准点组，观测值包括三类：方向角、天顶距、斜距；基准点组由r个基准点组成，且r应满足：r≥5；

第二步，利用空间后方交会，计算出工作基点坐标近似值；

第三步，采用经典平差方法和三维平差，计算出工作基点坐标；

第四步，利用Helmert方差估计公式，分别计算出三类观测值的单位权中误差，依次记为m₀₁、m₀₂、m₀₃；所述三类观测值分别为方向角、天顶距、斜距；

第五步，计算所有观测值的改正数V；

第六步，计算各个观测值的统计量t：各观测值的改正数v除以其相应的类观测值单位权中误差；

第七步，选定一定的置信水平α，计算各个观测值的统计量t的限差值t₀；

第八步，稳定性判断，如果满足：|t_p|＞t₀(p＝i，j，k；i，j，k＝1，2，Λ，r)，则认为该观测值对应的基准点是不稳定的。如果有多个点出现这种情况，考虑到所有观测值是相互影响的，取绝对值最大的t_p为不稳定点，将该基准点删除后再重新平差，重新平差后再进行稳定性判断。

上述方法工作原理包括：空间后方交会原理；测量平差原理和数理统计原理。其工作过程如下：

①先根据空间后方交会计算出工作基点坐标的近似值；

②采用经典平差，以基准点为已知点，进行三维平差，求出所有参数最或然值，包括工作基点的坐标；

③计算出三类观测(方向角、天顶距、斜距)所有观测值的改正数；

④构建统计量t，最后选择一定的置信水平α进行稳定性判断。

稳定性判断结果的可靠性较传统方法有较大提高；本方法根据改正数V构建统计量t，对平差模型没有限制，既适合于“自由网平差”模型，又适合于“经典平差”模型，提高了方法的适用性。

第六步中所述方向角观测值的统计量计算方法为：设方向角改正数为v_i，则计算公式为： $t_i=\frac{v_i}{m_{01}};(i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},r).$

第六步中所述天顶距观测值的统计量计算方法为：设天顶距改正数为v_j，则计算公式为： $t_j=\frac{v_j}{m_{02}};(j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},r).$

第六步中所述斜距观测值的统计量计算方法为：设斜距改正数为v_k，则计算公式为： $t_k=\frac{v_k}{m_{03}};(k=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},r).$

第七步中所述置信水平α为99％。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法具有两方面的优点：一方面稳定性判断结果的可靠性较传统方法有较大提高；另一方面本方法既适合于“自由网平差”模型，又适合于“经典平差”模型，提高了方法的适用性。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

根据图1所示的方法流程，以“地铁保护区自动化监测”为应用实例，对本发明进一步阐明：

网中有工作基点(自由设站点)一个：FD_YSY2，基准点九个：YJY2-1、YJY2-2、YJY2-3、YJY2-4、YJY2-5、YJY2-6、YJY2-7、YJY2-8、YJY2-9。使用本文所述变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法作基准点稳定性判断。若存在不稳定基准点，将其剔除后再进行计算，直至剔除所有不稳定基准点。计算过程与结果如下：

(1)全站仪自由设站法观测，全站仪架设在工作基点上，观测基准点组，观测值包括三类：方向角、天顶距、斜距；基准点组由9个基准点组成，如下

(2)利用空间后方交会和经典平差方法，三维平差，计算出工作基点YSY2坐标X，Y，Z分别为498.7863m，5413.4245m，14.4778m；

(3)利用Helmert方差估计公式，分别计算出三类观测值(方向角、天顶距、斜距)的单位权中误差，依次记为m₀₁；m₀₂；m₀₃；计算得m₀₁＝350.7245；m₀₂＝3.7348；m₀₃＝9901.0781；

(4)计算所有观测值的改正数V；

改正数【V】

(5)选定置信水平α为99％，自由度为22时【注：观测值＝27，未知数＝5，自由度＝27-5＝22；说明，未知数＝5，分别为工作基点3个坐标，1个定向角，1个缩放系数】统计量t的限差值t₀＝2.8188；根据方法中所述公式，计算各个观测值的统计量t；计算观测点YJY2-5的天顶距统计量t＝3.4353＞t0；因此，认为观测点YJY2-5是不稳定的；将其删除，对剩余的点重新进行基准点稳定性判断；

(6)利用空间后方交会和经典平差方法，对剩余观测点进行三维平差，重新计算出工作基点YSY2坐标X，Y，Z分别为498.2668m，5389.6554m，14.4795m；

(7)利用Helmert方差估计公式，分别计算出三类观测值(方向角、天顶距、斜距)的单位权中误差，依次记为m₀₁；m₀₂；m₀₃；计算得m₀₁＝1.8301；m₀₂＝0.7071；m₀₃＝0.1698；

(8)计算所有观测值的改正数V；

改正数【V】

(9)选定置信水平α为99％，自由度为19时【注：观测值＝24，未知数＝5，自由度＝24-5＝19；说明，未知数＝5，分别为工作基点3个坐标，1个定向角，1个缩放系数】统计量t的限差值t₀＝2.8609；根据方法中所述公式，计算各个观测值的统计量t，发现网中剩余点均为稳定点，计算结束。

Claims (5)

1.一种变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，通过全站仪自由设站法观测采集数据，全站仪架设在工作基点上，观测基准点组，观测值包括三类：方向角、天顶距、斜距；基准点组由r个基准点组成，且r应满足：r≥5；

第二步，利用空间后方交会，计算出工作基点坐标近似值；

第三步，采用经典平差方法和三维平差，计算出工作基点坐标；

第四步，利用Helmert方差估计公式，分别计算出三类观测值的单位权中误差，依次记为m₀₁、m₀₂、m₀₃；所述三类观测值分别为方向角、天顶距、斜距；

第五步，计算所有观测值的改正数V；

第六步，计算各个观测值的统计量t：各观测值的改正数v除以其相应的类观测值单位权中误差；

第七步，选定一定的置信水平α，计算各个观测值的统计量t的限差值t₀；

第八步，稳定性判断，如果满足：|t_p|＞t₀(p＝i，j，k；i，j，k＝1，2，Λ，r)，则认为该观测值对应的基准点是不稳定的。如果有多个点出现这种情况，考虑到所有观测值是相互影响的，取绝对值最大的t_p为不稳定点，将该基准点删除后再重新平差，重新平差后再进行稳定性判断。

2.如权利要求1所述的变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，其特征在于：第六步中所述方向角观测值的统计量计算方法为：设方向角改正数为v_i，则计算公式为： $t_i=\frac{v_i}{m_{01}};(i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},r).$

3.如权利要求1所述的变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，其特征在于：第六步中所述天顶距观测值的统计量计算方法为：设天顶距改正数为v_j，则计算公式为： $t_j=\frac{v_j}{m_{02}};(j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},r).$

4.如权利要求1所述的变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，其特征在于：第六步中所述斜距观测值的统计量计算方法为：设斜距改正数为v_k，则计算公式为： $t_k=\frac{v_k}{m_{03}};(k=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},r).$

5.如权利要求1所述的变形监测基准点稳定性判断的VT检验方法，其特征在于：第七步中所述置信水平α为99％。

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