基于测量机器人的监测坐标改正方法探索

1、基于测量机器人的监测坐标改正方法探索 16 测绘第36 卷第1期2013年2月基于测量机器人的监测坐标改正方法探索郝长春(安徽省水利水电勘测设计院,安徽 蚌埠 233000) 摘要 基于测量机器人的极坐标方法是大坝、矿山、基坑等大型监测项目的主要监测手段之一,本文以极坐标的基本原理为基础,根据项目的特点和具体要求摸索一种免测仪器高、棱镜高、即装即用、灵活方便的监测方法,消除和减弱了部分误差的影响,提高了监测的精度,通过与同精度的普通方法进行对比突出了该方法的优势。 关键词 极坐标;差分改正;变形监测;三角高程;测量机器人 中图分类号 P258文献标识码 B文章编号 1674-5019(2013

2、)01-0016-03Coordinate Correction Method Exploration Based on the Monitoring of Measuring Robot HAO Chang-chun别为 A 点至C 点的竖直角和水平角,则 C 的坐标为: 1 引言 xS cos cos c变形监测多为环境复杂、任务量大、时间要求yS cos sin (1)紧、影响因素多,所以对监测设备的要求是速度快、 c zS sin 精度高。测量机器人的测角精度能达到 ±0.5 ,测边c精度为±+ 1mm 1ppm× D,理论上完全可以达到73 极坐标的差分

3、改正 监测的目的 。通常情况下,监测点与参考点同位于一个小的监测区域内,具有相同的监测环境,所以为了在复杂的环境中仍能充分发挥测量机器常通过监测参考点得到的差分值信息对变形监测点人的优势,降低环境对监测的影响,采用差分技术观测量进行差分改正。 对监测点的平面坐标和高差进行改正。每期测量基2 极坐标的基本原理 点到多个稳定参考点的垂直角、水平角、斜距等观测量,然后与对应的第一期的观测量进行比较,求用极坐标方法进行定位具有快速简便的特点,取差分值,昀后使用差分值对所有监测点的观测量特别是智能全站仪的出现,使得该方法在实际的测进行差分,以消弱各种误差的影响,主要从方位角、量中得到了更广泛的使用,随着

4、数据处理技术的提斜距、球气差三个方面对极坐标进行改正。 高,该方法逐渐被应用在精密工程的测量中,如边3.1 方位角的差分改正 1坡、大坝监测、设备安装等工程中 。 大气的水平折光和水平度盘的零方向变动是造成方位角误差的主要影响因素,具有系统性。设每i期基点至参考点的方位角为 A ,首期的为 A ,JZ JZiA 为差分量,以此对每期的各变形监测点的方位2角进行改正,昀终达到消弱误差的目的 。 iiA AA2i 、3?n(2) JZ JZi i令 A 表示变形点每期实测的方位角值, A 表bx bx图1 极坐标测量原理 示差分改正后的方位角值,则: 极坐标测量的基本原理如图 1 所示,ii iA

5、 AA ? (3) bx bxA x、 yz 为测站点,同时也是三维坐标的原00 0点,S为A点到C x、 yz 点的斜距, 和 分注:i表示监测的期次。 CC C测绘第36卷第1期2013年2月 17 ii3.2 斜距的差分改正x DA cos +xcc bx 0同方位角的情况类似,大气条件仍是主要的影iiy DA sin +y (10)cc bx 0响因素。传统方法是测定大气成分,然后再求出折izh+z射率,效率低,而距离差分速度快、效率高,能实?cJZ 03现实时差分 。 i 4 免测仪器高和棱镜高的新方法 设 d 为基点到参考点的已知距离, d 为第 iJZ JZi期的实测斜距, d

6、表示第i期的差分值,则: 根据甲方要求,把监测系统设计成即装即用型。JZ因此在每次监测时就要重新安置仪器和基准点上的iddiJZJZ i i d (4) 棱镜,重新量取仪器高 和棱镜高 ,由于每次量l kJZ idJZ取的数据都会存在一定的误差,致使不同周期监测i的沉降数据失去严格的可比性。为了消除由仪器高设 d 表示与参考点同时测得的变形点的实测bxi和棱镜高量取给沉降带来的影响,本文探索了免测距离, d 为差分改正值,则: bx仪器高和棱镜高的三角高程法。 ii i idd?d ?d (5) bx bx bx JZi为了使差分值 d 在整个测区具有代表性,昀JZ好每期观测多个参考点,然后取

7、所有参考点差分值的平均数对变形点进行改正。 3.3 球气差的改正 在监测中,全站仪主要通过三角高程的方法测量两点之间的高差。由于受到球气差的影响,图2 新三角高程测量法 仍达不到精密变形监测的要求,所以需对球气差3如图 2 所示,A 为基点,B 为监测点,C 为基准进行改正 。 0 点(后视点) ,S 和S 分别为 A 点到C 点和B 点的斜1 2设 h 是经过精密水准测量得到的两参考点之JZi距, 和 分别为 A 点到C点和 B 点的竖直角,v1 2 1间的高差, h 表示第i期通过三角高程法实测的单JZ和 v 为 C 点和B 点处的棱镜高,设仪器的高为i ,则向高差,则: 2?ii i i

8、由式(8)可得 A 点到C点和 B 点的高差 h 和 h 。AC ABhd?sin +l?k (6) JZ bxi i2?其中: 表示竖直角; l 表示仪器高; k 表示 hS sin+ c S cos i?v(11) AC 11 11 1 1棱镜高。 2?6hS sin+ c S cos i?v(12) AB 22 22 2 2由球气差的改正系数公式 : 0 ihhJZ JZc (7) 2(13)id cos bxi设 h 表示某变形监测点经差分改正后的高JZ由式(13)可以看出,C 点到 B 点的高差 h 与CB差,则: 4仪器高 i 没有关系 。根据工程的实际情况在 C 点和2各个变形监测点安装永久固定的标准棱镜,且均设ii i i ihd+ sin cd cos+l?k (8) JZ bx bx置相同的棱镜高(vv ? v ,n为棱镜个数)12 ni或者直接把棱镜中心作为变形体上的点则基点到某监测点之间的水平距离 D 为: (vv v 0,n为棱镜个数) ,则式