CN111750826A - 动态二等跨江水准外业数据采集处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了动态二等跨江水准外业数据采集处理方法和系统，利用设置的所述全站仪和棱镜进行跨江水准对向观测，包括：利用两台全站仪同步测试各自近站点，完成一测回测量后，利用两台全站仪同步测试各自远站点；重复以上测量步骤直至完成预设本测组全部测量获得动态二等跨江水准大离散观测数据；分别依据中心极限定理剔除A点和D点全站仪获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据，获得合格数据。本发明方法操作简单，更能适应恶劣环境条件下动态二等跨江水准测量，依据中心极限定理对动态二等跨江水准大离散观测数据的净化方法，更能体现数据的随机性，减少了人为误差，保证了数据处理精度。

Description

动态二等跨江水准外业数据采集处理方法和系统

技术领域

本发明涉及桥梁施工测量领域，具体涉及一种动态二等跨江水准外业数据采集处理方法。

背景技术

近年来，随着施工技术的发展，在宽阔深水域中修建桥梁已经非常普遍，如港珠澳大桥、上海长江大桥等。宽阔深水域中修建桥梁，需在水域中建立二等水准网，其点位受水流力、风等外界条件的影响，水中建造的观测墩在水流力影响下，抖动明显，稳定性差，观测数据离散性大，二等跨江水准测量数据的规律性无法确定，尤其是动态二等跨江水准的观测。

目前通常动态二等跨江水准采用光学经纬仪人工观测，需要人工多时段重复观测，加之宽阔深水域中作业环境恶劣，导致有效作业时间短且工作效率低，而对于二等跨江水准测量数据中不良数据剔除和精度评定无现成的依据数据精度有待提高。

发明内容

本发明针对现有技术在动态环境下二等跨江水准外业数据采集需要人工多时段重复观测，二等跨江水准测量数据离散度大、不良数据剔除和精度评定无现成依据的问题的不足，发明了一种动态二等跨江水准外业数据采集处理方法和系统。

本发明采用以下技术方案。

一方面，本发明提供动态二等跨江水准外业数据采集处理方法，包括以下步骤：在水中布设的4个强制对中观测墩A、B、C和D，所述4个强制对中观测墩呈矩形观测网状；其中AB与DC为两岸近尺视线长度，AC与BD为跨河视线长度，其中A点和D点分别设置全站仪，B点和C点分别设置棱镜；

利用设置的所述全站仪和棱镜进行跨江水准对向观测，包括：利用两台全站仪同步测试各自近站点，完成一测回测量后，利用两台全站仪同步测试各自远站点；重复以上测量步骤直至完成预设本测组全部测量获得动态二等跨江水准大离散观测数据；

分别依据中心极限定理剔除A点和D点全站仪获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据，获得合格数据；将两台全站仪获得的合格数据按观测时间组成同步对向观测，然后进行各测回互差比较，其高差若满足规范要求则纳入整网平差计算。

进一步地，依据中心极限定理剔除A点和D点获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据的具体方法如下：

(1)分别将A点和D点全站仪采集到的所述动态二等跨江水准大离散观测数据平均分为i个组，确定每个组的平均值记为T_i；

(2)计算i个组的平均数之和除以组数i的平均数，记为记为x，

按照公式

分别计算ν_j,j＝1,…,i；

(3)根据[ν1,ν₂,…,ν_i]，计算中间变量m，

j＝1,…,i；根据m确定容许误差，ε＝km，k为容差系数；

判断若ν_j＞km则将对应的T_j删除，若其中一台全站仪采集的数据中某组数据需剔除，另外一台仪器站仪采集的对应时刻的相应组数据也剔除。

进一步地，利用设置的所述全站仪和棱镜进行跨江水准对向观测之前还包括采用解析法求出两台全站仪的仪高，并将仪高值输入对应的全站仪中。

第二方面，本发明提供动态二等跨江水准外业数据采集处理系统，包括：4个强制对中观测墩、两台全站仪、两个棱镜以及计算机处理器；

所述4个强制对中观测墩A、B、C和D布设水中，呈矩形观测网状；其中A点和D点分别设置全站仪，B点和C点分别设置棱镜；

所述全站仪和棱镜用于进行跨江水准对向观测，包括：利用两台全站仪同步测试各自近站点，完成一测回测量后，利用两台全站仪同步测试各自远站点；重复以上测量步骤直至完成预设本测组全部测量获得动态二等跨江水准大离散观测数据；

所述计算机处理器与两台全站仪通信，读取全站仪中测量获得数据，分别依据中心极限定理剔除A点和D点全站仪获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据，获得合格数据；将两台全站仪获得的合格数据按观测时间组成同步对向观测，然后进行各测回互差比较，其高差若满足规范要求则纳入整网平差计算。

进一步地，述计算机处理器用于具体执行以下方法：

依据中心极限定理剔除A点和D点获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据的具体方法如下：

(1)将分别将A点和D点全站仪采集到的所述动态二等跨江水准大离散观测数据，平均分为i个组，确定每个组的平均值记为T_i；

(2)计算i个组的平均数之和除以组数i的平均数，记为记为x，

按照公式

分别计算ν_j,j＝1,…,i；

(3)根据[ν₁,ν₂,…,ν_i]，计算中间变量m，

j＝1,…,i；根据m确定容许误差，ε＝km，k为容差系数；

判断若ν_j＞km则将对应的T_j删除，若其中一台全站仪采集的数据中某组数据需剔除，另外一台仪器站仪采集的对应时刻的相应组数据也剔除。

本发明所取得的有益技术效果：采用了强制对中观测墩并自动化观测，更能适应恶劣环境条件下动态二等跨江水准测量，本发明方法操作简单，自动化程度高，并且结合依据中心极限定理剔除不满足要求的数据，解决了自动化全站仪因内置自动补偿算法的敏感性而获大量无效数据，以及不良数据剔除和精度评定无现成依据的问题，实现对动态二等跨江水准大离散观测数据的净化，更能适应数据的随机性，减少了人为误差，保证了数据处理精度。

附图说明

图1为本发明方法二等跨江水准测量示意图；

图2为本发明具体实施例中仪器和棱镜架设示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明具体实施例进行进一步说明。

实施例一：动态二等跨江水准外业数据采集处理方法，包括以下步骤：该实例为某大桥二等跨江水准，仪器均架设于水中观测墩上。如图1所示，以某一测组为例：全站仪同时架设于1#水中观测墩的A点和2#水中观测墩的D点，则A点的近站点为B点，D点的近站点为C点。AC、BD的距离约为601m。观测时，测量墩受水流力影响仪器抖动明显，电子气泡显示最大抖动幅度超过15″。具体的实测步骤为：

一、数据自动化采集

(1)在水中建造2个水中观测墩，分别为1#、2#水中观测墩；布设矩形观测网，并建造4个强制对中观测墩A、B、C、D，AB与DC为两岸近尺视线长度(如图1所示矩形的短边)，AC与BD为跨河视线长度(如图1所示矩形的对角线)，其中A点和D点分别设置全站仪，B点和C点分别设置棱镜；；

(2)在强制对中观测墩上A、D上分别安置1台具有ATR功能的全站仪，在B、C上分别安置1个棱镜(棱镜高度固定)并测量棱镜高度，组成跨江水准对向观测；

(3)用解析法求出A、D观测墩上的仪高；

(4)启动数据自动采集系统，设置仪高、镜高、气象元素采样间隔(10min)、数据采样间隔(5s)，观测时段，数据记录格式为时间/斜距/垂直角/高程；观测顺序为：A点全站仪测量近站点B，D点全站仪同步测量近站点C；完成一测回测量后，A点全站仪测量远站点C，D点全站仪同步测量远站点B；重复上述过程，直至完成本测组全部测量内容；

(5)观测数据自动采集并存储；

表1中为部分近站点高程点数据，表2中所列数据为对应时段远站对向往返测观测数据，高程值均按照规范要求进行归化和计算后的数据。

表1部分近站点高程测量成果

表2部分远站对向往返测观测数据

二、数据处理

(6)下载A点全站仪的观测数据A_i，近站点B数据采用常规数据处理方法，对远站点C的高程观测数据H_ACi，依次选取5个数据为一组，并计算5个数据的平均值记为T_i；

(7)计算Ti系列数据的平均值，记为x，

此时均值为10.5904；

(8)按照公式

分别计算ν_j,j＝1,…,i；

根据[ν₁,ν₂,…,ν_i]，计算中间变量m，

j＝1,…,i；

A点全站仪观测数据m的计算结果为:m_A＝0.01669

(9)根据m确定容许误差，ε＝km，k为容差系数；

判断若ν_j＞km则将对应的T_j删除。本实施例中容差系统k取2。

取2倍的m作为容许误差，对v_j＞2m_A对应的T_i剔除；经计算，

A点全站仪无不良数据，无需剔除；

(10)按照6～9步骤处理D点全站仪的观测数据；经计算，均值为9.7492，m_D＝0.01092，D点数据中存在v＝0.0286>0.021846(2m_D)需剔除1组数据；按观测时间组成同步对向观测即按照时刻组成同步，若其中一台全站仪往测数据需剔除，另外一台仪器的对应时刻的返测数据也剔除。

(11)将A、D点两台全站仪的合格数据按观测时间组成同步对向观测，然后进行各测回互差比较，对保留的数据进行外业计算，往测高差为0.5634，返测高差为-0.5611，往返测高差不符值，其高差不符值为2.7mm(规范限差：

)，满足规范要求，可纳入整网平差计算。

按照上述方法对某大桥的二等跨江测量进行进一步的测量和计算，最终的偶然中误差和环线闭合差均满足二等水准测量的规范要求。

因此，本发明提出的方法通过设置特定的4个强制对中观测墩以及

利用设置的全站仪和棱镜进行自动能跨江水准对向观测，能够有效解决动态二等水准测量的外业数据计算，且测量精度满足规范要求。依据中心极限定理对动态二等跨江水准大离散观测数据的净化方法，更能体现数据的随机性，减少了人为误差，保证了数据处理精度。

实施例二、与上述实施例提供的动态二等跨江水准外业数据采集处理方法相对应的，本实施例提供动态二等跨江水准外业数据采集处理系统，包括：4个强制对中观测墩、两台全站仪、两个棱镜以及计算机处理器(所述计算机处理器说明书附图中没有示出)；所述4个强制对中观测墩A、B、C和D布设水中(观测墩如图2所示)，呈矩形观测网状；其中AB与DC为两岸近尺视线长度，AC与BD为跨河视线长度，其中A点和D点分别设置全站仪，B点和C点分别设置棱镜(如图1所示)；

所述全站仪和棱镜用于进行跨江水准对向观测，包括：利用两台全站仪同步测试各自近站点，完成一测回测量后，利用两台全站仪同步测试各自远站点；重复以上测量步骤直至完成预设本测组全部测量获得动态二等跨江水准大离散观测数据；

所述计算机处理器与两台全站仪通信，读取其中测量获得数据，分别依据中心极限定理剔除A点和D点全站仪获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据，获得合格数据；将两台全站仪获得的合格数据按观测时间组成同步对向观测，然后进行各测回互差比较，其高差若满足规范要求则纳入整网平差计算。

所述计算机处理器用于具体执行以下方法：

依据中心极限定理剔除A点和D点获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据的具体方法如下：

(1)将采集到的所述动态二等跨江水准大离散观测数据，平均分为i个组，确定每个组的平均值记为T_i；

(2)计算i个组的平均数之和除以组数i的平均数，记为记为x，

按照公式

分别计算ν_j,j＝1,…,i；

(3)根据[ν₁,ν₂,…,ν_i]，计算中间变量m，

j＝1,…,i；根据m确定容许误差，ε＝km，k为容差系数；

判断若ν_j＞km则将对应的T_j删除，若其中一台全站仪采集的数据中某组数据需剔除，另外一台仪器站仪采集的对应时刻的相应组数据也剔除。

采用本实施例提供的动态二等跨江水准外业数据采集处理系统实现动态二等跨江水准外业数据采集的方法如上述实施例所述，在该实施例不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.动态二等跨江水准外业数据采集处理方法，其特征在于，包括以下步骤：在水中布设的4个强制对中观测墩A、B、C和D，所述4个强制对中观测墩呈矩形观测网状；其中AB与DC为两岸近尺视线长度，AC与BD为跨河视线长度，其中A点和D点分别设置全站仪，B点和C点分别设置棱镜；

利用设置的所述全站仪和棱镜进行跨江水准对向观测，包括：利用两台全站仪同步测试各自近站点，完成一测回测量后，利用两台全站仪同步测试各自远站点；重复以上测量步骤直至完成预设本测组全部测量获得动态二等跨江水准大离散观测数据；

分别依据中心极限定理剔除A点和D点全站仪获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据，获得合格数据；将两台全站仪获得的合格数据按观测时间组成同步对向观测，然后进行各测回互差比较，其高差若满足规范要求则纳入整网平差计算。

2.根据权利要求1所述的动态二等跨江水准外业数据采集处理方法，其特征在于，所述全站仪为全自动全站仪。

3.根据权利要求1所述的动态二等跨江水准外业数据采集处理方法，其特征在于，依据中心极限定理剔除A点和D点获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据的具体方法如下：

(1)将分别将A点和D点全站仪采集到的所述动态二等跨江水准大离散观测数据，平均分为i个组，确定每个组的平均值记为T_i；

(2)计算i个组的平均数之和除以组数i的平均数，记为记为x，

按照公式

分别计算ν_j,j＝1,…,i；

(3)根据[ν₁,ν₂,…,ν_i]，计算中间变量m，

根据m确定容许误差，ε＝km，k为容差系数；

判断若ν_j＞km则将对应的T_j删除；

若其中一台全站仪采集的数据中某组数据需剔除，另外一台仪器站仪采集的对应时刻的相应组数据也剔除。

4.根据权利要求1所述的动态二等跨江水准外业数据采集处理方法，其特征在于，利用设置的所述全站仪和棱镜进行跨江水准对向观测之前还包括采用解析法求出两台全站仪的仪高，并将仪高值输入对应的全站仪中。

5.动态二等跨江水准外业数据采集处理系统，其特征在于，包括：4个强制对中观测墩、两台全站仪、两个棱镜以及计算机处理器；

所述4个强制对中观测墩A、B、C和D布设水中，呈矩形观测网状；

其中AB与DC为两岸近尺视线长度，AC与BD为跨河视线长度，其中A点和D点分别设置全站仪，B点和C点分别设置棱镜；

所述全站仪和棱镜用于进行跨江水准对向观测，具体执行的方法包括：利用两台全站仪同步测试各自近站点，完成一测回测量后，利用两台全站仪同步测试各自远站点；重复以上测量步骤直至完成预设本测组全部测量获得动态二等跨江水准大离散观测数据；

所述计算机处理器与两台全站仪通信，读取两台全站仪测量获得的数据，分别依据中心极限定理剔除A点和D点全站仪获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据，获得合格数据；将两台全站仪获得的合格数据按观测时间组成同步对向观测，然后进行各测回互差比较，其高差若满足规范要求则纳入整网平差计算。

6.根据权利要求4所述的动态二等跨江水准外业数据采集处理系统，其特征在于，所述计算机处理器用于具体执行以下方法：

依据中心极限定理剔除A点和D点获取的远站点的动态二等跨江水准大离散观测数据中精度不满足要求的数据的具体方法如下：

(1)将分别将A点和D点全站仪采集到的所述动态二等跨江水准大离散观测数据，平均分为i个组，

确定每个组的平均值记为T_i；

(2)计算i个组的平均数之和的平均数，记为记为x，

按照公式

分别计算ν_j,j＝1,…,i；

(3)根据[ν₁,ν₂,…,ν_i]，计算中间变量m，

根据m确定容许误差，ε＝km，k为容差系数；

判断若ν_j＞km则将对应的T_j删除；

若其中一台全站仪采集的数据中某组数据需剔除，另外一台仪器站仪采集的对应时刻的相应组数据也剔除。

Images