[发明专利]基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置，包括数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块，所述的核心控制模块通过数据通讯模块与数据采集模块连接；将自动全站仪整平后，通过观测位于稳定区域的已知点圆棱镜和位于变形区域的转折参考点的360度棱镜，核心控制模块以已知点坐标作为基准坐标系，将各测站以及转折参考点的空间位置信息参数一并解算出来，更新测站定位参数后对待监测点进行三维坐标测量，进一步将各测站测量出的坐标进行坐标转换得到基准坐标系下的坐标，获取在基准坐标系下的各待监测目标点的绝对坐标。与现有技术相比，本发明具有极大地节约了人工成本，提高了数据可靠性，并能全天候实时对隧道进行监测等优点。

主权项

一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)判断是否首次运行工程，若为是，则新建工程，输入各测站需要监测的参数后执行步骤3)，否则执行步骤2)；2)打开已建工程，选择之前保存的数据库文件，同时也可对工程属性内的各参数重新输入调整，执行步骤3)；3)配置步骤1)或步骤2)中的各项工程属性参数，执行步骤4)；4)在数据线路连接并保证自动全站仪上电完毕后，依次连接各测站对应的串口，系统会自动保留针对各个测站的上次连接配置参数，并执行步骤5)；5)管理已知点三维坐标，并执行步骤6)；6)对各测站进行测站定向，即为各测站的整体平差定位解算提供初始方向，依次观测各测站所能测量到的定位点，存到数据库中，并执行步骤7)；7)学习各测站需要测量的监测点方向，并执行步骤8)；8)启动包含定位测量和监测点测量的自动测量线程；9)定位测量线程时，所有测站按照步骤6)中指示的定位点方向，依次获取当前测站下到各定位点的观测数据并更新到观测数据向量中；10)调用整体平差算法，通过测量得到的观测数据向量和输入的已知点坐标向量，解算出各测站在基准坐标系下的坐标、初始零方向方位角以及转折参考点的三维坐标；11)将平差解算的各测站参数更新到测站向量中；12)按照步骤7)中学习的监测点顺序和方向进行测量，获取各个测站坐标系下的三维坐标数据；13)在步骤11)和步骤12)的基础上进行坐标转换，解算出基准坐标系下的各监测点三维坐标；14)解算得到的三维坐标与首次测量数据和上次测量数据进行比较，获得三个方向的本次变形量和累积变形量，并以曲线图呈现；所述的整体平差算法解算出各测站在基准坐标系下的坐标、初始零方向方位角以及转折参考点的三维坐标具体为：21)根据原始观测向量得到不重复的定位点名向量和测站名向量，用于建立误差方程中所需的各种矩阵进行分配内存空间，同时判断读入的观测值是否满足解算所需的最小观测数；22)给所有待解算参数赋初值作为迭代解算的近似值；23)由步骤21)中确定的向量初始化参与平差解算的各矩阵大小；24)判断定位点为已知点还是转折参考点，若为已知点，按照公式(1)建立对应的误差方程系数阵和常数项，若为转折参考点，执行步骤25)；25)按照式(2)建立对应的误差方程系数阵和常数项；其中(δX δY δZ δθ)T为待解算的测站定位参数，为转折参考点的坐标参数，(X0 Y0 Z0 θ0)T为测站定位参数近似值，为转折参考点坐标近似值，(ΔX ΔY ΔZ)T为平移参数，θ为初始零方向方位角参数；26)按照公式(4)得到参数改正数向量；δT＝(AT×A)‑1×(AT×L)      (4)其中A为误差方程系数阵，δT为待解算参数向量，L为常数项；27)迭代前的参数近似值加上解算的改正数，作为下一次迭代解算的近似值；28)迭代次数累加，当超过预定的最大解算次数时跳出迭代；29)返回最终解算的参数近似值作为整体平差的解算结果。