CN104729489B

CN104729489B - 一种多公共转点侧方交会导线测量方法

Info

Publication number: CN104729489B
Application number: CN201510188630.0A
Authority: CN
Inventors: 李学仕; 郭平
Original assignee: China Railway No 2 Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Building Co., Ltd of Zhong Tieerju group; China Railway No 2 Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2035-04-20
Also published as: CN104729489A

Abstract

本发明涉及工程测量技术领域中一种在狭窄地下洞室、通视距离短、导线延伸路径变化的多公共转点侧方交会导线测量方法。在导线延伸路径上，布设至少两个测站点，在测站点连线方向的另一侧均匀布设若干个公共测量转点，使用高精度全站仪自动观测；对测量的斜距施加改正后计算测站独立坐标；利用最小二乘间接平差和稳健估计方法，计算相邻测站间公共转点的独立坐标与整体坐标的转换三参数，并将独立坐标转换到整体坐标。本发明使得导线传递多余观测数足够、精度高、避免旁折光影响、消除传递过程中仪器与棱镜对中误差影响、减少观测粗差对平差结果的影响；适应地下洞室狭窄、弯曲路径、通视障碍等困难条件，提高了传递导线的精度和可靠性。

Description

一种多公共转点侧方交会导线测量方法

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，尤其是涉及一种在地下洞室狭窄、通视距离短、导线延伸路径变化的多公共转点侧方交会导线测量方法。

背景技术

工程测量中的导线测量，是在通视的导线点上设站置镜，测量相邻导线点间的角度距离，用角度计算出延伸导线边的方位，用距离和方位计算延伸导线点的坐标。在地下洞室与隧道工程中，目前还只能采用导线测量方法传递坐标方位，导线测量精度不足会影响隧道准确贯通，影响工程进度与质量，甚至给工程造成经济损失。

导线测量的精度取决于测量角度和距离的精度、仪器对中和外界条件如旁折光影响等因素，因为没有多余检核条件，单一形式的导线传递的可靠性较低；为了增加多余检核条件与提高精度，发展了双导线形式、导线环网与交叉导线等形式的导线测量方法，测量精度仍然受到仪器与棱镜对中(导线距离越短对中误差影响越大)以及旁折光等外界因素的影响，特别是短距离条件下，仪器与目标棱镜的对中误差对测量结果影响显著。

狭窄地下洞室工程中多有曲线，布设的导线通视距离较短，受到仪器与棱镜对中误差的影响，导线方位测量精度难以提高，影响隧道贯通精度。

在高速铁路工程测量中有一种自由测站边角交会测量方法，要求在铁路延伸方向两侧成对布设控制点，点对纵向距离大致60m，横向点间距离大致12m左右，采用强制对中设备安置目标棱镜，仪器在铁路中线上任意设站，站间距一般约为120m，观测前后2～3对控制点(左或右单侧为4～6个点，左右双侧为8～12个点)的角度距离，通过平差计算得出每个导线点的坐标。这种方法适合于直线及大半径曲线、通视距离较长的铁路工程，隧道施工期间的斜井或平导等辅助导坑断面尺寸较正洞窄，因宽度不够无法布设这种导线，更无法适应地下洞室延伸路径变化；如改造成本发明所述的导线形式则仅用单侧点，多余观测点数会不足(用于传递的点数仅2～3点)，可靠性不够，精度不高；同时该方法数据处理时先对观测数据进行质量检查，然后进行平差处理，没有对粗差进行识别与剔除，虽然有一定的多余观测数，但处理结果仍可能会受到粗差的影响，因此其应用仍受到一定限制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种使得导线传递多余观测数足够、避免旁折光影响、传递过程中避免仪器和棱镜对中误差影响、在狭窄地下洞室中以及导线延伸路径任意变化情况下也能实施的、精度与可靠性均能得到保证的多公共转点侧方交会导线测量方法。

本发明采用的技术方案为：

一种多公共转点侧方交会导线测量方法，采用多点构成网形整体传递坐标，公共转点上仪器与棱镜不需对中，对测量的距离值施加棱镜常数、测距仪常数及气象因素改正，用稳健估计方法识别与处理含有粗差的观测数据，用坐标转换方法计算得到所传递导线点的坐标，具体实施步骤为：

第一步，在导线起始边到结束边的延伸路径上，布设至少两个测站点；在相邻测站点之间，于测站点连线方向的左侧或右侧，按均匀间距布设若干个公共测量转点；

第二步，在起始导线边的一点上架设全站仪，在导线点和测量转点上架设棱镜，测量各点的方向值、斜距值与天顶距值；根据测站方向平差值与平距平差值，以及起始导线点的坐标方位,计算测量转点在导线坐标系中的整体坐标；

第三步，测站迁至下一测站；保持与上一测站间的公共转点的棱镜不动，仅旋转棱镜方向供全站仪照准测量，同时在与下一测站间的公共转点上架设棱镜；依次在布设的各测站点上架设全站仪，测量该测站与上一测站和与下一测站间的所有测量转点的方向值、斜距值与天顶距值；观测完成后迁至下一测站；

第四步，建立以测站点为原点的平面独立坐标系，将斜距化算为平距，把该测站测量的各点方向值作为方位值，计算在该测站中所有观测点的独立坐标；根据相邻测站间公共转点的两套坐标即测站独立坐标和在上一测站计算得到的整体坐标，用最小二乘间接平差方法和稳健估计方法，平差计算出独立坐标转换到整体坐标的平移、旋转坐标转换三参数；并用这三个坐标转换参数转换测站点和与下一测站间的公共转点的独立坐标为整体坐标；

第五步，按上述第三步、第四步的方法进行观测与计算，直到观测最后一个测站，观测与上一测站间的公共转点与两个导线结束点，计算转换参数，并转换得到导线结束边两点的整体坐标，完成导线延伸传递工作。

作为本发明的优选实施方式，所述第一步中，保证在相邻测站上均能重复观测到两测站之间相同的5～7个公共测量转点。

作为本发明的优选实施方式，所述第一步中，相邻测站间的公共转点按均匀间隔布设。

作为本发明的优选实施方式，所述第一步中，相邻测站间的公共转点布设在测站连线的左侧或右侧。

作为本发明的优选实施方式，所述第一步中，测站与测量转点通视，测站间不需要通视，公共转点间也不需要通视。

作为本发明的优选实施方式，所述第一步中，测站点与相邻测站观测的公共转点不埋设实际点位，公共转点仅作为导线坐标与方位的传递中介，观测时棱镜不需对中。

作为本发明的优选实施方式，所述第一步中，测站点与相邻测站观测的公共转点埋设实际点位，公共转点作为传递坐标点，观测时棱镜需对中。

作为本发明的优选实施方式，所述第二步、第三步和第五步中，采用高精度的智能型全站仪，进行自动观测。

作为本发明的优选实施方式，所述第二步、第三步和第五步中，采用在观测点上架设精密棱镜。

作为本发明的优选实施方式，所述第二步、第三步和第五步中，对观测的斜距值施加棱镜加常数、全站仪测距加常数、乘常数以及温度、气压气象因素改正。

作为本发明的优选实施方式，所述第四步中，计算出独立坐标转换到整体坐标的平移参数ΔX和ΔY以及旋转参数Δα三个坐标转换参数。

作为本发明的优选实施方式，所述第四步中，按最小二乘间接平差方法计算坐标转换参数。

作为本发明的优选实施方式，所述第四步中，采用稳健估计方法识别与处理测量粗差。

作为本发明的优选实施方式，所述第四步中，检查平差后没有粗差的点数不少于5个，粗差点不能出现在公共转点两端，且平差的验后中误差小于设计的限值。

作为本发明的优选实施方式，所述第四步中，用平差计算出的平移参数ΔX、ΔY以及旋转参数Δα三个坐标转换参数转换独立坐标为整体坐标。

下面再详述本发明的每个步骤：

1、在导线起始边到结束边延伸路径上布设至少两个测站点，测站点间无需通视；在相邻测站点连线方向的左侧或右侧，按均匀间距布设5～7个公共测量转点，保证在相邻测站上均能观测到这些公共转点；这些公共转点构成网，用以整体传递坐标；公共转点间不需要通视；如果需要利用测量转点的坐标，则埋设这些测量转点，否则不需埋设点位；隧道中测站点与公共转点间的视线偏离坑壁，避免隧道坑壁的旁折光影响；

2、测量的第一测站，在起始导线边两点的一个点上，对中整平高精度智能型全站仪进行置镜，在起始导线边另一点整平对中架设精密棱镜，在与下一测站之间的所有公共转点上整平架设精密棱镜；如果需要利用测量转点的坐标，则架设棱镜时需要对中，否则不需对中，避免传递过程中的对中误差；按全圆测回法自动测量各点的方向值、斜距值与天顶距值，且测量数个测回,自动测量和测量多测回保证测量精度；将各方向点各测回的方向值归算到相同零方向，取各测回方向值的平均值；对测量的斜距施加棱镜加常数、全站仪测距加常数、乘常数和温度、气压气象因素改正计算，提高测距精度；将斜距划算为平距，并取各测回平距的平均值；根据计算得到的方向值平均值与平距平均值，以及起始导线点的坐标方位，按极坐标法计算出第一测站与第二测站间的公共转点在导线坐标系中的整体坐标；

3、测站迁至下一测站置镜，如果需要利用测站点位的坐标，则需要仪器对中测量点位，否则不需要对中；保持与上一测站间的公共转点的棱镜不动，仅旋转棱镜方向供全站仪照准测量，削弱了棱镜对中误差；同时在与下一测站间的公共转点上架设棱镜；依次在布设的各测站点上置镜，按全圆测回法测量该测站与上一测站和与下一测站间的所有公共转点的方向值、斜距值与天顶距值，并测量数个测回；观测完成后迁至下一测站；

4、除第一测站外的各测站，建立以测站点为原点的平面独立坐标系，把该站测量的各点方向值作为方位值，根据计算的平距值，计算在该测站中所有观测点的独立坐标；根据相邻测站间公共转点的两套坐标即测站独立坐标和在上一测站计算得到的整体坐标，用最小二乘间接平差方法，平差计算出独立坐标转换到整体坐标的平移参数ΔX、ΔY以及旋转参数Δα三个坐标转换参数；用稳健估计方法识别观测数据粗差，并进行降权处理，减少观测误差对测量数据处理结果的影响；平差完成后，检查验后中误差，需要满足不超过设定的限值要求，保证测量精度；同时不含粗差的公共转点个数不少于5个，含有粗差的公共转点不能是相邻测站间距离最长的首尾两个转点，否则该段导线测量质量欠佳，需要重新测量,保证了测量多余观测数、测量精度与可靠性；用这三个坐标转换参数转换测站点和与下一测站间的公共转点的独立坐标为整体坐标，实现坐标传递；

5、按上述第3步、第4步的方法观测，直到观测最后一个测站，观测与上一测站间的公共转点与两个导线结束点，计算转换参数，并转换得到导线结束边两点的整体坐标，完成导线延伸传递工作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

1、利用连续多个公共转点构成网形，以整体传递坐标，多余观测数量多，可靠性提高；大致均匀间距布设公共转点，保证了网形强度；从而提高了导线传递的可靠性与精度；

2、导线传递的中间公共转点上目标棱镜与测站上仪器不需要对中，消除了棱镜与仪器的对中误差；

3、采用高精度智能型全站仪自动测量，避免人为观测误差；

4、测量的斜距值施加棱镜加常数、全站仪测距加常数、乘常数以及温度、气压气象因素改正，提高距离测量的精度；

5、采用稳健估计平差方法，对含有粗差或误差较大的测量数据予以相应处理，降低测量粗差对数据处理结果的影响，从而提高导线传递精度；检查限制粗差点发生的位置、无粗差公共点的数量和平差后验后中误差，保证了导线传递精度与可靠性；

6、隧道内公共转点与测站间的视线偏离隧道坑壁，避免隧道内坑壁旁折光对方向测量的影响；

7、相邻测站间的公共点，只需要与两端的测站点通视，公共转点间不需要通视，测站点间也不需要通视，因此点位布置灵活，特别能适应地下狭窄洞室内通视距离短、地下洞室弯折或通视障碍引起导线延伸路径任意变化等困难条件；

8、较传统导线测量方法具有更高精度、可靠性与灵活性。

附图说明

图1是本发明示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参照附图1，一种多公共转点侧方交会导线测量方法，具体步骤如下：

1、在导线起始边AB到结束边CD延伸路径上，根据现场通视条件布设测站点T₁、T₂...T_m,无需对中，在相邻测站点连线的另一侧大致按均匀间距布设公共转点5～7个(此实施例以7个为例)1、2、3...7、8、...n-5、n-4...n-1、n，一般测站点与测量公共转点分别布设在隧道两侧坑壁边；

2、在起始导线边AB的B点对中整平高精度智能型全站仪Leica TCA2003(标称精度0.5″、1mm+10^-6×D_km)进行置镜，在A点对中整平目标棱镜，在公共转点1、2、3...7设置目标棱镜，如果需要利用公共转点的坐标，则埋设实际点位且在设置棱镜时进行对中设置，否则不需埋设实际点位，仅整平棱镜即可；按全圆测回法测量A及公共转点1、2、3...7的方向值、斜距值以及天顶距4测回；

3、以A点为起始零方向，将各测回观测的方向值进行归零，即各方向点的方向值减去A的方向值、A的方向值为0；取4个测回的各方向点的方向值的平均值，作为方向观测的测站平差值；

4、对各测回测量的各点的斜距值分别施加棱镜加常数、全站仪测距加常数、乘常数以及温度、气压气象因素的改正计算：

式中S为改正计算后的斜距值(单位m)，

S₁为测量的斜距值(单位m)，

Δ_棱镜为棱镜加常数(单位m)，

Δ_全站仪为全站仪测距加常数(单位m)，

R_全站仪为全站仪测距乘常数，

K₁、K₂为全站仪测距气象改正参数，

P为测量时的气压(单位hpa)，

T为测量时的温度(单位℃)。

5、用改正计算后的斜距值与天顶距值，计算每测回测站到各点的平距：

D＝S′sinZ

式中D为计算的平距，

S为改正后的斜距值(单位m)，

Z为观测的天顶距(单位rad)。

取各点4测回的平距平均值作为该测站到该方向点的平距平差值；

6、根据测站的方向与平距平差值，以及起始导线点A、B的坐标，按极坐标法计算出公共转点1、2、3...7的整体坐标

Y

式中X_i ⁰、Y_i ⁰为i点的整体坐标(单位m)，

X_B、Y_B为测站点B的整体坐标(单位m)，

D_i为B到i点的平距值(单位m)，

α_BA为导线点BA的方位(单位rad)，

L_i为各方向点的方向平差值(单位rad)。

7、在T₁点设置仪器置镜，同时在公共转点8、9、10...13点上整平目标棱镜，将公共转点1、2、3...7的棱镜对准测站方向供照准，按全圆测回法测量公共转点1、2、3...7以及8、9、10...13的方向值、距离值与天顶距值；如果需要利用测站点或公共转点8...13的坐标，则在设置仪器与棱镜时进行对中设置，否则仅整平仪器与棱镜即可；

8、建立以T₁点为原点，以T₁→1点为X轴方向的测站平面独立坐标系，根据测量的各点方向值L_i与平距D_i，将L_i作为方位，计算公共转点1、2、3...7以及8、9、10...13的独立坐标

9、根据以及两套坐标，按最小二乘法原理与稳健估计方法，计算出转换到的平移、旋转三个坐标转换参数(ΔX、ΔY、Δα)。

设未知数为平移参数(ΔX、ΔY)以及kc、ks，即其中参数代换kc＝cos(Δα),ks＝sin(Δα),

列立误差方程：

或

以及条件式方程：

[0 0 2 2][Δx Δy kc ks]^T-[1-ks⁰×ks⁰-kc⁰×kc⁰]＝O或

式中k_s ⁰、k_c ⁰为近似值。

设各点等权观测，验前单位权中误差取为设计值(如1mm)，观测值的方差则为

按附有条件的间接平差方法，由基础方程：

建立法方程：令N＝B^TPB,W_t＝B^TPl，及

则有方程即N_YY+W_Y＝O

解算得与

将回代得到改正数

同时验后单位权中误差

稳健估计时，对改正数逐个检查并找出最大改正数，并按丹麦法取

C取为

修改观测值的方差，

D_ii、为修改前、后的方差。

重新进行迭代平差，直到没有粗差存在为止。

上述平差计算处理后，没有粗差的点的数量应大于等于5个；含有粗差的点不是1与7点；并且验后单位权中误差应小于设计值(如1mm)，否则观测数据的质量欠佳，需要重新测量该段导线。

10、用转换参数转换8、9、10...13的坐标得到8、9、10...13的整体坐标

11、按步骤2的方法依次在T₂、T₃...T_m设置仪器置镜，并测量公共转点7、8...13、14...n-1、n及导线结束边C、D点的方向值、斜距值与天顶距，按步骤3～10的方法逐站计算与转换得出公共转点的整体坐标以及导线点C、D的整体坐标完成导线延伸传递。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，具体实施步骤为：

第二步，在起始导线边的一点上架设全站仪，在起始导线边另一点和测量转点上架设棱镜，测量各点的方向值、斜距值与天顶距值；根据测站方向平差值与平距平差值，以及起始导线点的坐标方位,计算测量转点在导线坐标系中的整体坐标；

2.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第一步中，在相邻测站间布设均匀间距的5～7个公共转点，多点构成具有一定强度的网形,整体传递坐标。

3.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第一步中，相邻测站间的测量转点布设在测站点连线的左侧或右侧，隧道中测站与测量转点间的视线偏离隧道坑壁。

4.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第一步中，测量转点不埋设实际点位，测量时仅整平棱镜，不需对中，测量转点仅作为导线坐标与方位的传递中介。

5.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第二步、第三步和第五步中，在观测点上架设精密棱镜，测量采用高精度智能型的全站仪，自动观测各棱镜；对测量的斜距值施加棱镜的加常数、全站仪的测距加常数、乘常数以及温度、气压气象因素改正。

6.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第四步中，建立以测站点为原点的平面独立坐标系，计算测量点的独立坐标。

7.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第四步中，按最小二乘法间接平差，计算出独立坐标转换到整体坐标的两个平移参数ΔX、ΔY和一个旋转参数Δα等三个坐标转换参数，转换计算导线点的整体坐标。

8.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第四步中，按稳健估计方法识别与处理含有粗差的观测数据。

9.根据权利要求1所述的多公共转点侧方交会导线测量方法，其特征在于，所述第四步中，检查平差后的验后中误差应不超过设定的值，不含粗差的测量公共转点不少于5个，含有粗差的测量转点不应是两相邻测站间的第一个和最后一个，否则认为测量数据质量不佳，对该段导线测量进行重新观测。