[发明专利]基于水准仪i角误差修正的高精度光束法沉降测量方法

权利要求书

1.一种基于水准仪i角误差修正的高精度光束法沉降测量方法，其特征在于所述沉降测量方法包括以下步骤：

（1）构建光束法沉降观测网型：在线型结构的线路上等间距间隔布设若干监测点；在所述线路上间隔布置若干水准仪测站；在所述水准仪测站上架设水准仪，在所述监测点上架设铟瓦尺，依次对各所述监测点的高程值进行观测；

（2）分析水准仪i角对相邻所述监测点间高差的影响，引入水准仪i角的修正模型；对每相邻的所述监测点间列立一个引入了水准仪i角修正的高差计算方程；

（3）列立所有误差计算方程组成误差方程矩阵并进行水准控制网间接平差，求得每个所述监测点的高程初始值的修正量以及所述水准仪的i角值，进行水准仪i角稳定性判断，基于所述水准仪i角稳定性的判断结论，获得相邻的所述监测点之间的差异沉降变形量，进而评估所述线型结构的沉降变形；

步骤（3）包括以下步骤：

3.1）列立相邻的所述监测点间的所有误差计算方程：

式中：

o为第o个监测点；

V_o+1,o为第o个监测点到第o+1个监测点的高差改正数，第o个监测点为后视监测点，第o+1个监测点为前视监测点；

S_n,o为第n个水准仪到第o个监测点的视距；

S_n,o+1为所述第n个水准仪到第o+1个监测点的视距；

δ_Ho为第o个监测点的高程近似值的改正量；

δ_Ho+1为第o+1个监测点的高程近似值的改正量；

δi为水准仪i角影响因子；

为第o个监测点的高程近似值；

为第o+1个监测点的高程近似值；

为所述第n个水准仪的视准轴与水准管轴重合时对第o个监测点的铟瓦尺读数；

为所述第n个水准仪的视准轴与水准管轴重合时对第o+1个监测点的铟瓦尺读数；

设置所述线路若干个起算点，起算高程为，其中s 为起算点个数；

列立所有相邻的所述监测点间的所述误差计算方程组成误差方程矩阵：

式中：为所有高差的改正数矩阵，矩阵大小为k*1；

为所有误差方程的系数矩阵，矩阵大小为k*(m+1)；

k为观测的所有相邻所述监测点间高差的个数，m为监测点的个数，m+1为监测点个数和水准仪i角影响因子个数之和；

δ_H1为所述线路上的第1个所述监测点的高程近似值改正量；

δ_H2为所述线路上的第2个所述监测点的高程近似值改正量；

δ_Hm为所述线路上的第m个所述监测点的高程近似值改正量；

L_k*1为所有误差计算方程的自由项矩阵，所述自由项矩阵大小为k*1；

当第o个监测点为起算点时，δ_Ho为0；

3.2）随机模型为、Q=P^-1，根据间接平差计算原理解算所述所有监测点高程近似值的改正量δ_Ho与水准仪i角影响因子δ_i；其中所述间接平差计算原理包括以下三个计算公式：

式中：

为单位权方差，Q为观测值协因数阵，P为观测值权；

δ_H,i为参数矩阵，所述参数矩阵大小为；

为法方程系数矩阵，矩阵大小为；

为B矩阵的转置；

为N矩阵求逆；

3.3）判断水准仪i角的稳定性：根据计算获取的水准仪i角影响因子δ_i和所述高差计算方程计算相邻所述监测点之间的高差，比较不同的所述水准仪测站上观测的同一对相邻所述监测点之间的高差是否相等，若相等，则判定水准仪i角稳定；

3.4）基于判定水准仪i角稳定的结论，计算每个所述监测点的高程值，以获取相邻所述监测点之间的差异沉降变形量，进而评估所述线型结构的沉降变形。

2.根据权利要求1所述的基于水准仪i角误差修正的高精度光束法沉降测量方法，其特征在于步骤（1）中，观测过程中所述水准仪应保持温度稳定；利用所述水准仪在每个所述水准仪测站观测完成后，沿所述线路向前推进进行下一个所述水准仪测站的观测，使相邻的所述水准仪测站对于所述监测点的重合观测点数不少于2个，直至在所述线路上的往返观测结束。

3.根据权利要求1所述的一种基于水准仪i角误差修正的高精度光束法沉降测量方法，其特征在于步骤（2）中，分析所述水准仪i角对相邻所述监测点间高差的影响的计算式为：

式中：

j和k分别为前视监测点和后视监测点；

h_jk为前视监测点和后视监测点之间的高差；

a为所述水准仪的视准轴与水准管轴重合时对后视监测点k的铟瓦尺读数；

b为所述水准仪的视准轴与水准管轴重合时对前视监测点j的铟瓦尺读数；

i为所述水准仪的i角，为未知参数；

ρ=

S_k为所述水准仪到后视监测点k的视距；

S_j为所述水准仪到前视监测点j的视距；

基于所述水准仪i角对相邻所述监测点间高差的影响的计算式，对每相邻的所述监测点间列立一个引入了水准仪i角修正的高差计算方程，所述高差计算方程为：

式中：

δ_i为水准仪i角影响因子，未知参数， δ_i=i/ρ。