[发明专利]一种暗挖施工中实时高精度变形监测的方法及解算算法

摘要

本发明涉及一种暗挖施工中实时高精度变形监测的方法及解算算法。实施步骤包括：A.在开挖的掌子面与洞口空间区域内，安装无线电射频伪卫星定位基站,并精确测定基站坐标；B.在各待监测点上安装一个代表其位置身份识别的无线定位数据接收终端，接收各个基站发出的射频无线电信号；C.软件系统实时接收各终端与基站之间的观测数据，解算终端的高精度位移信息，同时将位移监测信息播发给工程信息化管理平台；D.各监测点的实时位移变形量和累积位移变形量的可视化；E.监测点位移变形量的预警系统，通过设定阈值来进行风险预警，一旦超出阈值，系统可立即触发或自动警报系统，值班人员可即时采取相应的安全应急措施，保障施工安全。

主权项

1.一种测点位移数据信息解算算法，软件处理系统实时接收第k个测点位置终端与周围多个基站之间的观测数据，其特征在于，解算测点位置终端的位移信息步骤如下：步骤C1：采集第k个标签到第i个基站的观测数据，列立观测方程为：其中，c表示光速，下标k表示第k个标签，上标i表示第i个基站，表示第k个标签k到第i个基站的观测值；为第k个标签k到第i个基站之间的距离，表示第i个基站的天线相位偏差，dt_k为第k个标签的钟差，δt为同步控制装置的钟差，rⁱ为第i个基站到同步控制装置之间的时延量，为观测噪声；步骤C2：构造基站间的差分观测值；具体的，若第k个标签同时观测到第i个基站和第j个基站,则差分观测方程为：其中，差分算子可以看出，通过基站间观测值做差，标签和同步控制装置的钟差均被消掉，但此时还残留有天线相位偏差等系统误差以及观测噪声；步骤C3：读取基站天线型号对应的天线相位中心改正数据，对天线相位中心偏差进行改正；具体的，可结合现有的误差改正模型对天线相位偏差进行改正，改正后的观测方程为：步骤C4：采用同步控制器提供的基站时标数据改正观测值；具体的，可采用同步控制器提供的基站时标数据rij，对观测方程进一步改正，改正后的观测方程为：步骤C5：采用精确测定的基站坐标对观测方程线性化；具体的，已知基站i坐标xⁱ，和基站j坐标x^j；对距离变量进行线性化，线性化后的观测方程为：其中，为标签k到基站j的距离差，为标签k到基站i的距离差；为标签k到两个基站j和i的距离差；x_k,0为标签k的坐标初值；步骤C6：采用最小二乘平差方法计算标签的坐标设共有n个基站，以第1个基站为差分基准站，将(5)写成矩阵形式，则观测方程为：L＝Aδxk+∈             (6)其中，为系数矩阵，为误差向量；其法方程为：N＝ATPA,U＝ATPL             (7)步骤C7：根据工程变形监测频率需求，计算所需频率下的变形监测结果具体地，如基站设备频率为f0，工程实际需求位移变形量的频率为fR，则设定观测时长为m＝f0/fR个历元，则最终求得该控制点上的时延值为：其中，Nt和Ut表示第t个历元的法方程，按照(7)式计算；步骤C8：观测粗差探测与剔除根据定位结果，对观测值进行粗差检验，探测出粗差并剔除，从而消除粗差对结果的影响；按(9)式计算残差并按(10)式探测粗差，若vi>3δ，则认为第i个观测值中含有粗差，其中，s表示观测值个数(即向量v的维数)，vi一般选取为残差中的最大值；删掉含有粗差的观测值后重新进行计算，直到没有探测出粗差为止，即可得到标签的最终坐标值。