一种基于全站仪角距差分的定位变形监测技术

摘要

本发明公开了一种基于全站仪角距差分定位变形监测的技术。采用全站仪作为数据采集工具，利用角距差分方法，通过对固定点的已知距离和已知角度与实际观测得到的测量距离和测量角度距求得平均每单位距离误差率与平均每单位角度误差率，按对监测点的观测距离长短和角度大小进行误差分配，得到改正后监测点的实际距离和角度，再根据固定点的坐标求得监测点的精确坐标，将第一次观测得到的监测点坐标作为初始坐标，以后每次观测的监测点坐标与初始坐标进行比较，来判断监测点的变形情况，就可以得到可靠的变形程度，这种监测方法的精度水平得到了大大的提高。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种变形监测的方法，特别是一种基于全站仪角距差分的定位变形监测技术。

二、背景技术

到目前为止，变形监测方法主要泛指高精度地面监测技术、摄影测量方法及GPS监测系 统等手段。

①地面监测方法主要是指用高精度测量仪器(如经纬仪、测距仪、水准仪、全站仪 等)测量角度、边长和高程的变化来测定变形，它们是目前变形监测的主要手段。

②用地面摄影测量方法测定工程建筑物、构筑物、滑坡体等的变形，就是在变形体 周围选择稳定的点，在这些点上安置摄影机，并对变形体进行摄影，然后通过内业量测 和数据处理得到变形体上目标点的二维或三维坐标，比较不同时刻目标点的坐标得到它 们的位移。但摄影测量方法花费较高，测量结果不可靠，不适合精密变形监测。

③GPS和计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现从数 据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，达到远程在线网络实时监控的目的。 但GPS信号容易受到各种影响，数据处理比较麻烦，花费比较大，十分不利于野外作业 和比较快速的获取数据。

三、发明内容

为了克服GPS、RTK技术在变形监测中不可避免地带来的很多麻烦与不便，提高工作效率， 本发明的目的是提供一种基于全站仪角距差分定位变形监测技术，它克服了现有方法存在的 上述缺点。

本发明的目的是这样实现的：以全站仪为工具测量角度与距离，通过角距差分实现对变 形监测中监测点的精确定位，判断监测点的变形情况，具体步骤如下：

①根据现场条件设置三个稳定基准点O、A、B为已知点，其中O点为测站点，分 别能与监测点S₁、S₂、……S_n通视；

②在测站点O上安置全站仪，以A点为定向点，瞄准A点并将水平角置为0°00 ′00″，用全站仪分别测量测站点O与基准点A、B、监测点S_i(i＝1，2……，n)之 间的水平距离D_OA、D_OB、(i=1，2，……，n)，测量OA与OB、OS_i(i＝1，2……， n)之间的水平夹角

③根据已知点A(X_A，Y_A)、O(X_O，Y_O)、B(X_B，Y_B)可计算出OA的距离L₀、OB的距 离L′₀、OA与OB的水平夹角β₀，与实际测得的已知点的距离D_OA和D_OB进行差分 得到ΔD_OA＝L₀-D_OA和ΔD_OB＝L′₀-D_OB，依照公式$\mathrm{\Delta d}=\frac{1}{2}(\Delta D_{\mathrm{OA}}/D_{\mathrm{OA}}+\Delta D_{\mathrm{OB}}/D_{\mathrm{OB}})$求得距离的平均每单位距离误差率Δd，按照距离长短将误差率分配到各个监测点 的测量距离D_OSi (i＝1，2……，n)之中，计算各监测点距离改正数V_i＝D_OSi×Δd，最后 得到改正后的监测点的距离D′_OSi＝D_OSi+V_i(i＝1，2……，n)；

④将测得的OA与OB之间的水平夹角β_AOB与已知水平夹角β₀进行差分得到 Δβ＝β₀-β_AOB，求得角度每单位误差率Δβ′＝Δβ/β_AOB，按照角度大小将误差率分 配到各个测量水平夹角之中，计算各监测点角度改正数 得到的监测点的改正后角度${\beta }_{{\mathrm{AOS}}_i}^{\prime }={\beta }_{{\mathrm{AOS}}_i}+W_i,(i=\mathrm{1,2}······,n);$

⑤将改正后的距离D′_OSi和角-度与OA的方位角α_O-A代入公式便得到 S_i(i＝1，2……，n)点的坐标

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{Si}}=X_O+D_{\mathrm{OSi}}^{\prime }\cos ({\alpha }_{O-A}+{\beta }_{\mathrm{AOSi}}^{\prime })\\ Y_{\mathrm{Si}}=Y_O+D_{\mathrm{OSi}}^{\prime }\sin ({\alpha }_{O-A}+{\beta }_{\mathrm{AOSi}}^{\prime })\end{array}\right)$

⑥将第一次观测所得的各监测点坐标作为初始坐标，以后每次观测得到的改正后的 坐标与初始坐标进行比较，便可判断监测点S_i(i＝1，2……，n)的变形情况。

本项发明具有以下优点：

①能够提供变形体的变形状态，可以有效地监测确定变形体的变形范围和绝对位移量；

②灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件；

③采用极坐标差分法求的的变形点坐标值精度得到了很大提高。

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1角距差分定位变形监测示意图。

五、具体实施方式

根据现场条件设置三个稳定基准点O、A、B在远离变形区的地面或稳定的建筑物上，同时 要求能与监测点S₁、S₂、……S_n通视。三个基准点坐标A(X_A，Y_A)、O(X_O，Y_O)、B(X_B，Y_B) 为已知，由这三点计算出来的OA的距离L₀、OB的距离L′₀、OA与OB的水平夹角β₀，将全 站仪安置在O点上，对中整平后，对A点进行后视将水平角置为0°00′00″，确定方向之 后，用全站仪对固定点A、B、监测点S_i(i＝1，2……，n)直接测量其距离 D_OA，D_OB，(i＝1，2……，n)和OA与OB、OS_i(i=1，2……，n)之间的水平夹角

将测得的距离D_OA，D_OB与已知OA的距离L₀、OB的距离L′₀进行差分，

ΔD_OA＝L₀-D_OA，ΔD_OA为已知OA距离与测量值OA距离之差；

ΔD_OB＝L′₀-D_OB，ΔD_OB为已知OB距离与测量值OB距离之差；

$\mathrm{\Delta d}=\frac{1}{2}(\Delta D_{\mathrm{OA}}/D_{\mathrm{OA}}+\Delta D_{\mathrm{OB}}/D_{\mathrm{OB}}),$Δd为平均每单位距离误差率；

按照距离长短将误差率分配到各个监测点的测量距离D_OSi(i＝1，2……，n)之中，计算各监 测点距离改正数V_i＝D_OSi ×Δd，最后得到改正后的监测点的距离D′_OSi＝D_OSi+V_i(i＝1，2……，n)；

将测得的OA与OB之间的水平夹角β_AOB与已知水平夹角β₀进行差分得到 Δβ＝β₀-β_AOB，求得角度每单位误差率Δβ′＝Δβ/β_AOB，按照角度大小将以差率分配到各个测 量水平夹角之中，计算各监测点角度改正数得到的 监测点的改正后角度${\beta }_{{\mathrm{AOS}}_i}^{\prime }={\beta }_{{\mathrm{AOS}}_i}+W_i,(i=\mathrm{1,2}······,n);$

根据三个已知点A(X_A，Y_A)、O(X_O，Y_O)、B(X_B，Y_B)，可以得到OA的方位角α_O-A，将上 面得到的各监测点的距离D′_OSi和角度代入以下公式，便得到S_i(i＝1，2……，n)点的坐 标(X_Si，Y_Si)

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{Si}}=X_O+D_{\mathrm{OSi}}^{\prime }\cos ({\alpha }_{O-A}+{\beta }_{\mathrm{AOSi}}^{\prime })\\ Y_{\mathrm{Si}}=Y_O+D_{\mathrm{OSi}}^{\prime }\sin ({\alpha }_{O-A}+{\beta }_{\mathrm{AOSi}}^{\prime })\end{array}\right)$

将第一次观测所得的各监测点S_i坐标作为初始坐标，以后每次观测得到的改正后的坐标 与初始坐标进行比较，便可判断监测点S_i(i＝1，2……，n)的变形情况，当变形程度超过允许 范围时，可以提前做出预警，这种变形监测方法的精度水平得到了大大的提高，工作效率也 明显提升。