CN107044852A - 不平整状态下全站仪测量方法 - Google Patents

不平整状态下全站仪测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不平整状态下全站仪测量方法，全站仪在不整平状态下对轨道线路上的已知点和未知点进行观测，得到已知点和未知点在全站仪不整平坐标系下的三维坐标；利用全站仪到各已知点的斜距观测值通过后方交会解算出全站仪自由设站点的三维坐标及其精度；利用各已知点在线路坐标系下的三维坐标和全站仪不整平坐标系下的三维坐标解算出这两个坐标系之间的空间三维坐标转换模型；再利用解算出的坐标转换模型将全站仪不整平状态下自由设站点三维坐标及其精度和各未知点的三维坐标转换到线路坐标系下的三维坐标。本发明无需对全站仪进行整平操作就能完成轨道检测工作，具有方便轨道静态检测作业，提高作业效率，降低工作成本等优点。

Description

不平整状态下全站仪测量方法
技术领域
本发明涉及高速铁路轨道静态检测技术领域，特别涉及一种不平整状态下全站仪测量方法。
背景技术
全站仪在对目标测量之前需要对其进行整平。而在某些实际工作中，整平并不是那么轻易能够实现的，甚至是没法实现的。比如，当观测目标点与测站点仰角或者俯角过大时，在整平情况下，全站仪无法照准，这时如若把仪器也倾斜一个角度，就能进行观测。
目前，智能型全站仪在整个高速铁路轨道检测过程中都需要进行整平后才能测量，由于整平的时间还不短，加上全站仪每次搬站进行自由设站的时候都需要再次对仪器进行整平，所以总的来说对智能型全站仪进行整平所花费的时间是很多的，并且在整个轨道静态精密检测过程中表现得不顺畅、不便捷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不平整状态下全站仪测量方法，使得全站仪在对整个高速铁路轨道检测过程中都无需对全站仪进行整平操作就能完成轨道检测工作，从而方便轨道静态检测作业，提高作业效率，降低工作成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种不平整状态下全站仪测量方法，包括以下步骤：
步骤1：在智能型全站仪自由设站不整平状态下对轨道线路上各已知点进行三维坐标测量，得到各已知点在全站仪不整平状态下的三维坐标；加上高速铁路轨道线路坐标系下的三维坐标，因此，这些已知点拥有两套三维坐标；
步骤2：利用这些已知点的两套三维坐标解算出空间三维坐标转换模型的七个转换参数；
步骤3：计算全站仪到各已知点的斜距观测值开列的误差方程，具体为：
斜距及其改正数与两端点坐标关系式为：
式中，Sij、分别为斜距观测值及其改正数，Xj、Yj、Zj为全站仪不整平状态下自由设站点的三维坐标，Xi、Yi、Zi为全站仪在不整平状态下测量的各已知点的三维坐标；将上式再按泰勒公式展开并略去dx、dy、dz的二次项以上的各项，得斜距误差方程式为：
式中，是由近似坐标计算的斜距近似值；
步骤4：根据全站仪不整平状态下测量的各已知点的三维坐标解算出全站仪在不整平状态下自由设站点的三维坐标及其设站精度；
步骤5：利用步骤2所述的七参数空间三维坐标转换模型将全站仪不整平状态下自由设站三维坐标及其设站精度转换为整平状态下自由设站三维坐标及其设站精度。
进一步的，所述步骤2具体为：
先将全站仪不整平状态下测量的三维坐标转换成整平状态下测量的三维坐标，再将整平状态下测量的三维坐标转换成高速铁路线路坐标系下的三维坐标；
其中，空间三维坐标转换模型采用基于罗德里格矩阵适用于任意旋转角的空间直角坐标转换方法，该方法以布尔沙模型中的平移参数ΔX、ΔY、ΔH，缩放系数μ，角度旋转参数a、b、c为七个转换参数，参数的改正数为Δx、Δy、Δh、dμ、da、db、dc，根据间接平差原理进行平差计算转换参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在全站仪测量的过程中都无需对其进行整平，从而极大地提高了工作效率，降低了工作成本。
附图说明
图1是本发明方法整个流程示意图。
图2是本发明智能型全站仪不整平自由设站测量方法网形图。
图3是本发明的智能型全站仪不整平状态下的坐标系与整平状态下的坐标系之间的旋转平移关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在智能型全站仪自由设站不整平状态下对轨道线路上各已知点进行三维坐标测量，得到各已知点在全站仪不整平状态下的三维坐标；因此，这些已知点就有两套三维坐标，另外一套三维坐标是高速铁路轨道线路坐标系下的三维坐标。那么可以利用这些已知点的两套三维坐标解算出空间三维坐标转换模型的七个转换参数。
在三维坐标转换过程中，其实是先将全站仪不整平状态下测量的三维坐标转换成整平状态下测量的三维坐标，然后再将整平状态下测量的三维坐标转换成高速铁路线路坐标系下的三维坐标。
其中，空间三维坐标转换模型采用基于罗德里格矩阵适用于任意旋转角的空间直角坐标转换方法，该方法以布尔沙模型中的平移参数ΔX、ΔY、ΔH，缩放系数μ，角度旋转参数a、b、c为七个转换参数，参数的改正数为Δx、Δy、Δh、dμ、da、db、dc，根据间接平差原理进行平差计算转换参数。
至于全站仪不整平状态下自由设站点三维坐标的计算则是通过全站仪到各已知点的斜距观测值开列误差方程解算出来。其中斜距及其改正数与两端点坐标关系式为：
式中，Sij、分别为斜距观测值及其改正数，Xj、Yj、Zj为全站仪不整平状态下自由设站点的三维坐标，Xi、Yi、Zi为全站仪在不整平状态下测量的各已知点的三维坐标。将(1)式再按泰勒公式展开并略去dx、dy、dz的二次项以上的各项，得斜距误差方程式为：
式中，是由近似坐标计算的斜距近似值。
从而根据全站仪不整平状态下测量的各已知点的三维坐标解算出全站仪在不整平状态下自由设站点的三维坐标及其设站精度，再利用上述的七参数空间三维坐标转换模型将全站仪不整平状态下自由设站三维坐标及其设站精度转换为整平状态下自由设站三维坐标及其设站精度。
全站仪设好站后接着就可以对轨道线路上的目标点进行三维坐标测量，得到每个目标点在全站仪不整平状态下测量的三维坐标，再利用三维坐标转换模型对这些目标点不整平状态下的三维坐标转换到整平状态下的三维坐标，进而可以转换为线路坐标系下的三维坐标，为后续的一系列轨道检测做好准备。然后全站仪进行搬站，由于全站仪自由设站相邻测站间都会有一定数量的搭接点，那么这些搭接点就有两套三维坐标，从而又回到了最开始的状态，按照这种方法依此类推全站仪在整个过程中无需整平就可以完成轨道检测工作。
由图2可知本发明的智能型全站仪不整平自由设站测量方法网形图，全站仪且在不整平状态下进行自由设站，然后同时对已知点和未知点进行三维坐标测量，得到所测量的已知点和未知点在全站仪不整平坐标系下的三维坐标以及全站仪到各点的斜距观测值。通过斜距观测值后方交汇点开列误差方程解算设站点空间三维坐标及其设站精度。
由图3可知，由于全站仪在不整平情况下测量时的坐标系相当于是将在整平条件下的坐标系进行了平移与旋转。因此，通过解算出不整平条件下的坐标系与整平条件下的坐标系之间的转化参数，就能够将全站仪在不整平状态下自由设站的三维坐标转化为整平状态下自由设站的三维坐标，那么就可以利用已知点的两套坐标求出空间三维坐标转换参数，进而求出设站点在线路坐标系下的三维空间坐标。以此类推，接着对其他未知点进行测量，然后求出未知点在线路坐标系下的三维坐标。

Claims (2)

1.一种不平整状态下全站仪测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在智能型全站仪自由设站不整平状态下对轨道线路上各已知点进行三维坐标测量，得到各已知点在全站仪不整平状态下的三维坐标；加上高速铁路轨道线路坐标系下的三维坐标，因此，这些已知点拥有两套三维坐标；
步骤2：利用这些已知点的两套三维坐标解算出空间三维坐标转换模型的七个转换参数；
步骤3：计算全站仪到各已知点的斜距观测值开列的误差方程，具体为：
斜距及其改正数与两端点坐标关系式为：
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式中，Sij、分别为斜距观测值及其改正数，Xj、Yj、Zj为全站仪不整平状态下自由设站点的三维坐标，Xi、Yi、Zi为全站仪在不整平状态下测量的各已知点的三维坐标；将上式再按泰勒公式展开并略去dx、dy、dz的二次项以上的各项，得斜距误差方程式为：
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式中，是由近似坐标计算的斜距近似值；
步骤4：根据全站仪不整平状态下测量的各已知点的三维坐标解算出全站仪在不整平状态下自由设站点的三维坐标及其设站精度；
步骤5：利用步骤2所述的七参数空间三维坐标转换模型将全站仪不整平状态下自由设站三维坐标及其设站精度转换为整平状态下自由设站三维坐标及其设站精度。
2.如权利要求1所述的不平整状态下全站仪测量方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
先将全站仪不整平状态下测量的三维坐标转换成整平状态下测量的三维坐标，再将整平状态下测量的三维坐标转换成高速铁路线路坐标系下的三维坐标；
其中，空间三维坐标转换模型采用基于罗德里格矩阵适用于任意旋转角的空间直角坐标转换方法，该方法以布尔沙模型中的平移参数ΔX、ΔY、ΔH，缩放系数μ，角度旋转参数a、b、c为七个转换参数，参数的改正数为Δx、Δy、Δh、dμ、da、db、dc，根据间接平差原理进行平差计算转换参数。
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