CN109282802B - 一种基于单盘位测量的自由设站方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于单盘位测量的自由设站方法，该方法包括选取全站仪进行预处理，获取后视点的观测数据，构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型，计算设站点坐标和竖盘指标差，进行自由设站。本发明通过将竖盘指标差作为附加参数，构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型，并利用多组后视点的观测数据通过平差计算设站点坐标和竖盘指标差，使得设站点的点位精度得到有效提高，并且降低了自由设站对全站仪的硬性要求。

Description

一种基于单盘位测量的自由设站方法
技术领域
本发明属于工程测绘技术领域，具体涉及一种基于单盘位测量的自由设站方法。
背景技术
目前，全站仪自由设站通常采用仪器自带程序进行设站。全站仪通过2个以上的已知点，计算出设站坐标点。《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)规定，当自由设站时点位中误差等超限时，需要人工进行超限点的剔除，然后重新计算直到所有的指标符合规范规定。然而现在仪器自带程序采用半盘位进行自由设站，在仪器含有竖盘指标差时，设站的计算高程与实际高程差异较大。
发明内容
本发明的发明目的是：为了解决现有技术中设站精度不高及自由设站对全站仪的要求过高等问题，本发明提出了一种基于单盘位测量的自由设站方法。
本发明的技术方案是：一种基于单盘位测量的自由设站方法，包括以下步骤：
A、选取进行设站的全站仪，并对全站仪进行预处理；
B、利用全站仪瞄准并测量两个后视点，获取设站点的近似坐标，并采用单盘位测量方式获取所需要观测的其余后视点的观测数据；
C、构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型；
D、根据步骤B中每一个后视点的观测数据和步骤C中基于竖盘指标差参数的三维平差模型计算设站点坐标、设站点定向角和竖盘指标差；
E、根据步骤D计算得到的设站点坐标和竖盘指标差进行自由设站。
作为上述基于单盘位测量的自由设站方法的进一步改进，所述步骤A选取进行设站的全站仪，并对全站仪进行预处理具体包括对棱镜的互换性进行检核，选择棱镜参数一致性满足要求的棱镜进行设站。
作为上述基于单盘位测量的自由设站方法的进一步改进，所述步骤A选取进行设站的全站仪，并对全站仪进行预处理还包括测定全站仪综合加常数，并将全站仪综合加常数作为棱镜常数进行设站。
作为上述基于单盘位测量的自由设站方法的进一步改进，所述步骤B中后视点的观测数据具体包括后视点的斜距、水平角、天顶距。
作为上述基于单盘位测量的自由设站方法的进一步改进，所述步骤C构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型具体表示为
其中，XC、YC、HC表示设站点的坐标；X、Y、H表示后视点的设计坐标；S表示后视点到设站点的斜距；TL表示设站点到后视点的天顶距；L表示设站点到后视点的水平角；A表示设站点的定向角；k表示大气折光系数；R表示地球曲率半径，i表示竖盘指标差。
作为上述基于单盘位测量的自由设站方法的进一步改进，所述方法还包括构建定权模型，根据后视点设计坐标与平差坐标之差进行定权迭代计算，直到权不再变化时得到设站点的三维平差，从而计算设站点的精度。
作为上述基于单盘位测量的自由设站方法的进一步改进，所述定权模型表示为
其中，Pi表示为权，vi表示后视点设计坐标与平差坐标之差，Ki表示后视点的设计坐标，表示后视点的平差坐标。
作为上述基于单盘位测量的自由设站方法的进一步改进，所述计算设站点的精度的公式为
其中，σ0表示设站点的精度，n表示后视点的个数，i表示后视点的序号。
本发明的有益效果是：本发明通过将竖盘指标差作为附加参数，构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型，并利用多组后视点的观测数据通过平差计算设站点坐标和竖盘指标差，使得设站点的点位精度得到有效提高，并且降低了自由设站对全站仪的硬性要求。
附图说明
图1为本发明的基于单盘位测量的自由设站方法的流程示意图。
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，对本发明进行进一步详细说明。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。
如图1所示，为本发明的基于单盘位测量的自由设站方法的流程示意图。一种基于单盘位测量的自由设站方法，包括以下步骤：
A、选取进行设站的全站仪，并对全站仪进行预处理；
B、利用全站仪瞄准并测量两个后视点，获取设站点的近似坐标，并采用单盘位测量方式获取所需要观测的其余后视点的观测数据；
C、构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型；
D、根据步骤B中每一个后视点的观测数据和步骤C中基于竖盘指标差参数的三维平差模型计算设站点坐标、设站点定向角和竖盘指标差；
E、根据步骤D计算得到的设站点坐标和竖盘指标差进行自由设站。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤A首先对棱镜的互换性进行检核，根据设定的棱镜参数要求，选择棱镜参数一致性较好的棱镜进行设站，从而减少棱镜常数不一致引起残差超限的现象，提高设站效率。
上述步骤A还包括测定全站仪综合加常数，并将全站仪综合加常数作为棱镜常数进行设站，具体为对于任意位置的两个棱镜点A和B，在棱镜A和B的中间位置自由设站假设全站仪C，在棱镜A和B的左边位置自由设站假设全站仪L，在棱镜A和B的右边位置自由设站假设全站仪R，构建基于自由设站的全站仪加常数测定模型，表示为
其中，a表示全站仪加常数，DABL表示根据全站仪测量的LA、LB的水平距离及其夹角计算得到的AB的水平距离，DABR表示根据全站仪测量的RA、RB的水平距离及其夹角计算得到的AB的水平距离，DAB表示根据全站仪测量的CA、CB的水平距离及其夹角计算得到的AB的水平距离。
本发明通过测定全站仪综合加常数，可以避免因个别仪器的全站仪综合加常数超过限定数值而影响全站的平面设站精度及平面残差超限，从而提高平面设站精度。
上述步骤A还包括获取测量环境中温度、大气压以及湿度等气象参数，并保存至全站仪中，提高测量数据的准确性。
上述步骤A中，本发明选择合适位置，架设全站仪，然后整平。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤B首先利用全站仪人工瞄准并测量两个后视点，获取设站点的近似坐标，然后采用单盘位测量方式获取所需要观测的后视点的观测数据；这里后视点的斜距、水平角、天顶距。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤C中，根据部分文献及轨检小车操作说明要求，配套全站仪竖盘指标差必须小于2秒，因此本发明通过附加竖盘指标差参数的方法削弱对全站仪竖盘指标差的影响，降低外业测量对全站仪的要求，构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型具体表示为
其中，XC、YC、HC表示设站点的坐标；X、Y、H表示后视点的设计坐标；S表示后视点到设站点的斜距；TL表示设站点到后视点的天顶距；L表示设站点到后视点的水平角；A表示设站点的定向角；k表示大气折光系数；R表示地球曲率半径，i表示竖盘指标差。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤D将步骤B中获取的后视点的观测数据中每一个后视点的观测数据代入步骤C中基于竖盘指标差参数的三维平差模型的中，通过多组数据计算设站点坐标和竖盘指标差。
为了进一步提高设站精度，本发明还包括构建定权模型，根据后视点设计坐标与平差坐标之差进行定权迭代计算，直到权不再变化时得到设站点的三维平差，从而计算设站点的精度；这里定权模型表示为
其中，Pi表示为权，vi表示后视点设计坐标与平差坐标之差，Ki表示后视点的设计坐标，表示后视点的平差坐标。
在第一次平差后，将后视点的设计坐标与平差后根据基于竖盘指标差参数的三维平差模型计算的平差坐标的差值根据定权模型进行重新定权。
本发明通过定权模型进行定权处理，能够实现自动化剔点，使所有的数据起到应有的作用，使误差越大的点贡献越小，从而使得设站点结果唯一。
本发明后视点的设计坐标与平差坐标的差值计算设站点的精度，计算公式表示为
其中，σ0表示设站点的精度，n表示后视点的个数，i表示后视点的序号。
为了减少观测精度对单次计算竖盘指标差造成的影响，本发明在多次计算竖盘指标差后取均值进行每天数据事后计算，以削弱竖盘指标差的波动，提高设站高程的准确性。
如表1所示，为某仪器测量8个已知点后视点观测值表。
表1、后视点观测值表
如表2所示，为某仪器测量8个后视点的设计成果表。
表2、后视点的设计成果表
如表3所示，为根据原始观测值未改化计算及附加参数计算设计不符值表。这里设计不符值即为后视点设计坐标与平差坐标之差。
表3、未改化计算及附加参数计算设计不符值表
设站结果分别为(3256989.3684,504458.2696,383.4816)、(3256989.3684,504458.2697,383.4784)。从设站结果及设计不符值可以看出：全站仪加常数后的设计不符值明显优于未改化的设计不符值结果，未改化不符值部分超过2mm；加常数后的设站坐标绝对值与未改化的设站坐标基本一致，影响较小；竖盘指标差对设站点高程影响较大，设计不符值部分超过2mm，同时改化前后设站点高程较差为3.2mm，超过了《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)关于站与站搭接的设站精度要求，影响了测量的正确性。根据精度计算公式计算两种设站精度分别为(0.10，0.59，0.64)，(0.08，0.27，0.24)。因此，通过附加参数对系统误差改化计算，设计不符值满足规范要求，设站点的点位精度有所提高，从而降低了自由设站对全站仪的硬性要求。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于单盘位测量的自由设站方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、选取进行设站的全站仪，并对全站仪进行预处理，包括测定全站仪综合加常数，并将全站仪综合加常数作为棱镜常数进行设站，具体为对于任意位置的两个棱镜点A和B，在棱镜A和B的中间位置自由设站假设全站仪C，在棱镜A和B的左边位置自由设站假设全站仪L，在棱镜A和B的右边位置自由设站假设全站仪R，构建基于自由设站的全站仪加常数测定模型，表示为
其中，a表示全站仪加常数，DABL表示根据全站仪测量的LA、LB的水平距离及其夹角计算得到的AB的水平距离，DABR表示根据全站仪测量的RA、RB的水平距离及其夹角计算得到的AB的水平距离，DAB表示根据全站仪测量的CA、CB的水平距离及其夹角计算得到的AB的水平距离；
B、利用全站仪瞄准并测量两个后视点，获取设站点的近似坐标，并采用单盘位测量方式获取所需要观测的其余后视点的观测数据；
C、构建基于竖盘指标差参数的三维平差模型，具体表示为
其中，XC、YC、HC表示设站点的坐标；X、Y、H表示后视点的设计坐标；S表示后视点到设站点的斜距；TL表示设站点到后视点的天顶距；L表示设站点到后视点的水平角；A表示设站点的定向角；k表示大气折光系数；R表示地球曲率半径，i表示竖盘指标差；
D、根据步骤B中每一个后视点的观测数据和步骤C中基于竖盘指标差参数的三维平差模型计算设站点坐标、设站点定向角和竖盘指标差；
E、根据步骤D计算得到的设站点坐标和竖盘指标差进行自由设站。
2.如权利要求1所述的基于单盘位测量的自由设站方法，其特征在于，所述步骤A选取进行设站的全站仪，并对全站仪进行预处理具体包括对棱镜的互换性进行检核，选择棱镜参数一致性满足要求的棱镜进行设站。
3.如权利要求1所述的基于单盘位测量的自由设站方法，其特征在于，所述步骤B中后视点的观测数据具体包括后视点的斜距、水平角、天顶距。
4.如权利要求1所述的基于单盘位测量的自由设站方法，其特征在于，还包括构建定权模型，根据后视点设计坐标与平差坐标之差进行定权迭代计算，直到权不再变化时得到设站点的三维平差，从而计算设站点的精度。
5.如权利要求4所述的基于单盘位测量的自由设站方法，其特征在于，所述定权模型表示为
其中，Pi表示为权，vi表示后视点设计坐标与平差坐标之差，Ki表示后视点的设计坐标，表示后视点的平差坐标。
6.如权利要求5所述的基于单盘位测量的自由设站方法，其特征在于，所述计算设站点的精度的公式为
其中，σ0表示设站点的精度，n表示后视点的个数，i表示后视点的序号。
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