一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，包括基于全站儀開發(fā)的外業(yè)機(jī)載軟件和基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)，所述外業(yè)機(jī)載軟件包括測站準(zhǔn)備模塊、學(xué)習(xí)測量模塊、自動(dòng)測量模塊；所述內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)平差模塊、數(shù)據(jù)管理查詢模塊、輸出模塊。本發(fā)明功能完整、算法獨(dú)特，形成了大壩外觀三維前方交會(huì)測量的數(shù)據(jù)采集、處理、管理、分析、成圖、輸出的自動(dòng)化和一體化作業(yè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的自動(dòng)化程度與可靠性較傳統(tǒng)方法有極大提高；既提高了作業(yè)效率，又減少了作業(yè)強(qiáng)度，并且在國內(nèi)外同類大壩的外觀測量中具有適用性和推廣性。
【專利說明】一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，尤其適用于監(jiān)測點(diǎn)眾多的情況，涉及工程測量、大壩安全監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]大壩及其設(shè)備在運(yùn)營期間會(huì)產(chǎn)生變形，這種變形如果在一定響度之內(nèi)，都被認(rèn)為是正?，F(xiàn)象。但是，如果形變超過了規(guī)定的限度，就會(huì)影響大壩的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及大壩的安全。因此，在大壩運(yùn)營期間，必須定期對其進(jìn)行變形監(jiān)測，及時(shí)掌握其變形狀況。
[0003]目前，大壩變形測量普遍采用人工方法測量，即測量人員手工記錄斜距、水平角、垂直角以及大氣要素等外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)，記錄者現(xiàn)場算出2C等差值并檢查限差，對觀測者和記錄者的能力要求高，出現(xiàn)錯(cuò)誤也很難發(fā)現(xiàn)。此種作業(yè)方法不僅工作量大、工作強(qiáng)度高、受外界環(huán)境干擾大，而且手工照準(zhǔn)的精度偏低、信息反饋慢，同時(shí)也不利于對測量數(shù)據(jù)的整理、平差、分析和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大壩外觀三維前方交會(huì)測量的數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)平差計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)管理預(yù)查詢和數(shù)據(jù)輸出等一體化作業(yè)。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，包括全站儀、計(jì)算機(jī)、外業(yè)機(jī)載系統(tǒng)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)，所述外業(yè)機(jī)載系統(tǒng)設(shè)置于全站儀內(nèi)，包括測站準(zhǔn)備模塊、學(xué)習(xí)測量模塊、自動(dòng)測量模塊；所述內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)設(shè)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)，包括數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)平差模塊、數(shù)據(jù)管理查詢模塊、輸出模塊；其中，
[0007]測站準(zhǔn)備模塊用以實(shí)現(xiàn)測站相關(guān)參數(shù)輸入；
[0008]學(xué)習(xí)測量模塊用以測量測點(diǎn)近似坐標(biāo)和高程；
[0009]自動(dòng)測量模塊用以測量水平角、天頂距和斜距，同時(shí)檢查和驗(yàn)算測站準(zhǔn)備模塊設(shè)置中輸入的參數(shù)是否符合系統(tǒng)限差的要求；
[0010]數(shù)據(jù)傳輸模塊用以實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的連接、計(jì)算機(jī)與程序后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的連接，并將外業(yè)觀測數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)；
[0011]數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用以整理外業(yè)觀測數(shù)據(jù)；
[0012]數(shù)據(jù)平差模塊根據(jù)整理后的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算平面坐標(biāo)的平差和高程的平差；
[0013]數(shù)據(jù)管理查詢模塊用以保存及查詢系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息；
[0014]數(shù)據(jù)輸出模塊用以輸出系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息。
[0015]進(jìn)一步的，所述測站準(zhǔn)備模塊中輸入的相關(guān)參數(shù)包括:測站點(diǎn)名、照準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)名、測回?cái)?shù)、方向數(shù)、2C差、指標(biāo)差、測回差。
[0016]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊整理的外業(yè)原始數(shù)據(jù)以Excel電子觀測手簿的形式保存。
[0017]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)管理查詢模塊保存及查詢的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息包括:觀測日期、平差后成果、屬性信息。
[0018]進(jìn)一步的，所述輸出模塊輸出的系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括:電子手簿、平差表格、統(tǒng)計(jì)分析表格、平面位移矢量圖、垂直位移矢量圖、過程線圖。
[0019]所述平面坐標(biāo)的平差和高程的平差，計(jì)算具體方法如下:
[0020]步驟1:對待測點(diǎn)的斜距值進(jìn)行加常數(shù)改正、乘常數(shù)改正、氣象改正、投影改正、周期改正、傾斜改正，獲取改正后的平距值；
[0021]步驟2:利用步驟I獲得的改正后的平距值計(jì)算待測點(diǎn)的球氣差改正值；
[0022]利用步驟I獲得的改正后的平距值計(jì)算待測點(diǎn)的平面坐標(biāo)改正值；
[0023]步驟3:根據(jù)觀測站垂直角、觀測站基準(zhǔn)點(diǎn)高程，結(jié)合待測點(diǎn)的氣球差改正值，計(jì)算待測點(diǎn)的高程；
[0024]根據(jù)待測點(diǎn)平面坐標(biāo)改正值，計(jì)算平面坐標(biāo)單位權(quán)中誤差；
[0025]步驟4:計(jì)算待測點(diǎn)高程的往返差，設(shè)定往返差的閾值，若待測點(diǎn)高程的往返差小于設(shè)定的閾值，結(jié)束待測點(diǎn)的平差計(jì)算，若待測點(diǎn)高程的往返差大于設(shè)定的閾值，則重新測量待測點(diǎn)；
[0026]設(shè)定平面坐標(biāo)單位權(quán)中誤差閾值，若待測點(diǎn)的平面坐標(biāo)單位權(quán)中誤差值小于設(shè)定的閾值，結(jié)束待測點(diǎn)的平差計(jì)算；若待測點(diǎn)的單位權(quán)中誤差大于設(shè)定的閾值，則重新測量待測點(diǎn)。
[0027]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明所公開的一種基于大壩外觀三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)功能完整、流程清晰、算法獨(dú)特，形成了數(shù)據(jù)資料的自動(dòng)采集、預(yù)處理、平差、分析、管理、成圖、輸出的數(shù)字化和一體化作業(yè)，并且通過矢量圖與過程線圖形象地再現(xiàn)了測點(diǎn)的變形趨勢。該系統(tǒng)改變了現(xiàn)行的外觀三維前方交會(huì)測量的手工外業(yè)測量和手工內(nèi)業(yè)處理方式，一方面提高了測量成果的質(zhì)量和作業(yè)速度，大大減輕了作業(yè)強(qiáng)度，減少了勞動(dòng)力的支出，另一方面提高了測量成果的完整性、準(zhǔn)確性和自動(dòng)化、可視化水平，適用于測點(diǎn)多，分布不規(guī)則的國內(nèi)外同類大壩的變形監(jiān)測中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明中平面坐標(biāo)測量和高程測量原理示意圖，
[0029]其中:A、B代表測量架站點(diǎn)LS1、LS2，為已知點(diǎn)，P為待測點(diǎn)，P’為P在水平面上的投影；α力f與:1l在水平面上的夾角，β為f與 在水平面上的夾角，Hi與 在水平面上的夾角4為已知點(diǎn)A和已知點(diǎn)B在水平面上的距離J1和S2分別為和
的長度辦和D2分別為 和好的水平長度J1和Z2分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)到待測點(diǎn)P的
垂直角。
[0030]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)作業(yè)流程示意圖。
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)位置示意圖。
[0032]圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0034]圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。所述基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，包括全站儀、計(jì)算機(jī)、外業(yè)機(jī)載系統(tǒng)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)，所述外業(yè)機(jī)載系統(tǒng)設(shè)置于全站儀內(nèi)，包括測站準(zhǔn)備模塊、學(xué)習(xí)測量模塊、自動(dòng)測量模塊；所述內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)設(shè)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)，包括數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)平差模塊、數(shù)據(jù)管理查詢模塊、輸出模塊；其中，
[0035]測站準(zhǔn)備模塊用以實(shí)現(xiàn)測站相關(guān)參數(shù)輸入；
[0036]學(xué)習(xí)測量模塊用以測量測點(diǎn)近似坐標(biāo)和高程；
[0037]自動(dòng)測量模塊用以測量水平角、天頂距和斜距，同時(shí)檢查和驗(yàn)算測站準(zhǔn)備模塊設(shè)置中輸入的參數(shù)是否符合系統(tǒng)限差的要求；
[0038]數(shù)據(jù)傳輸模塊用以實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的連接、計(jì)算機(jī)與程序后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的連接，并將外業(yè)觀測數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)；
[0039]數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用以整理外業(yè)觀測數(shù)據(jù)；
[0040]數(shù)據(jù)平差模塊根據(jù)整理后的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算平面坐標(biāo)的平差和高程的平差；
[0041]數(shù)據(jù)管理查詢模塊用以保存及查詢系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息；
[0042]數(shù)據(jù)輸出模塊用以輸出系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息。
[0043]如圖3所示，LSl和LS2為三維前方交會(huì)測量架站點(diǎn)，其余點(diǎn)為監(jiān)測點(diǎn)(圖中以三角形形式表示)，所有監(jiān)測點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)均為強(qiáng)制觀測墩。本發(fā)明所公開的基于大壩外觀三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，其作業(yè)流程示意圖如圖2所示，具體包括如下步驟:
[0044](一)首先在架站點(diǎn)LS2上架設(shè)附有機(jī)載軟件的全站儀，打開儀器進(jìn)入電子氣泡，對其進(jìn)行精確整平，按前述步驟操作儀器進(jìn)行自動(dòng)化測量，直至測完所有監(jiān)測點(diǎn)，當(dāng)測點(diǎn)較多時(shí)，可以根據(jù)棱鏡數(shù)量對測點(diǎn)進(jìn)行分組，按組進(jìn)行測量，以提高測量速度；
[0045](二)將儀器搬至LSl站，重復(fù)步驟(一)，直至測完所有測點(diǎn)，儀器自動(dòng)保存測量數(shù)據(jù)，關(guān)閉全站儀；
[0046](三)利用所述內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的串口及參數(shù)，將全站儀內(nèi)自動(dòng)保存的外業(yè)數(shù)據(jù)傳輸出至計(jì)算機(jī)；
[0047](四)利用所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對外業(yè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、并以Excel電子觀測手簿的形式保存。
[0048](五)利用所述數(shù)據(jù)平差模塊平差計(jì)算所有測點(diǎn)本期平面坐標(biāo)和高程。
[0049]圖1是本發(fā)明中平面坐標(biāo)測量和高程測量原理示意圖，
[0050]其中:A、R為已知點(diǎn)，代表測量架站點(diǎn)LS1、LS2，P為待測點(diǎn)，P’為P在水平面上的投影；α為P與I在水平面上的夾角，β為;P與瓦5在水平面上的夾角，Y為72與
?在水平面上的夾角，即α、β、Y為三角形ΑΒΡ’的三個(gè)內(nèi)角4為已知點(diǎn)A和已知點(diǎn)B
在水平面上的距離，為已知值，根據(jù)Α、Β兩點(diǎn)的平面坐標(biāo)計(jì)算得到&和S2分別為和
的長度，為測量值辦和D2分別為和5的水平長度，由測量值S1和S2轉(zhuǎn)化而來(Lx和Z2分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)到待測點(diǎn)P的垂直角，為測量值。[0051]平面坐標(biāo)的平差計(jì)算具體步驟為:
[0052]步驟1:對所測斜距進(jìn)行加常數(shù)改正、乘常數(shù)改正、氣象改正、投影改正、周期改正、傾斜改正，獲取改正后平距值；
[0053]步驟2:計(jì)算待測點(diǎn)坐標(biāo)初值；
[0054]步驟3:計(jì)算待測點(diǎn)坐標(biāo)及所有觀測值的改正數(shù)；
[0055]步驟4:根據(jù)所有觀測值的改正數(shù)計(jì)算單位權(quán)中誤差；
[0056]步驟5:選定一定的單位權(quán)中誤差閾值，若單位權(quán)中誤差小于閾值，則平差結(jié)束；若單位權(quán)中誤差大于閾值，則重復(fù)步驟2-步驟5，直至小于該閾值為止，若不合格，則重測該測點(diǎn)。
[0057]高程的平差計(jì)算具體步驟為:
[0058]步驟1:與平面坐標(biāo)平差計(jì)算步驟I 一致；
[0059]步驟2:利用步驟I獲得的改正后平距計(jì)算LS2、LSl測站各個(gè)測點(diǎn)的球氣差改正值；
[0060]步驟3:利用LS2站所測垂直角成果以及基準(zhǔn)點(diǎn)(LS2)高程計(jì)算各個(gè)測點(diǎn)的高程；
[0061]步驟4:利用LSl站所測垂直角成果及基準(zhǔn)點(diǎn)(LSI)高程計(jì)算各個(gè)測點(diǎn)的高程；
[0062]步驟5:計(jì)算由LS2、LSl兩點(diǎn)所得待測點(diǎn)高程的往返差，選定一定的閾值，若往返差小于閾值，則取平均作為最后待測點(diǎn)的高程；若往返差大于閾值，則重測該測點(diǎn)。
[0063](六)利用所述數(shù)據(jù)管理查詢模塊查詢測期、觀測日期、平差后成果、屬性信息。
[0064](七)利用所述數(shù)據(jù)輸出模塊輸出電子手簿、平差表格、統(tǒng)計(jì)分析表格、平面位移矢量圖、垂直位移矢量圖、過程線圖，生成固定格式的Excel報(bào)告并利用數(shù)據(jù)管理查詢模塊保存。
[0065]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，其特征在于，包括全站儀、計(jì)算機(jī)、外業(yè)機(jī)載系統(tǒng)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)，所述外業(yè)機(jī)載系統(tǒng)設(shè)置于全站儀內(nèi)，包括測站準(zhǔn)備模塊、學(xué)習(xí)測量模塊、自動(dòng)測量模塊；所述內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)設(shè)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)，包括數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)平差模塊、數(shù)據(jù)管理查詢模塊、輸出模塊；其中， 測站準(zhǔn)備模塊用以實(shí)現(xiàn)測站相關(guān)參數(shù)輸入； 學(xué)習(xí)測量模塊用以測量測點(diǎn)近似坐標(biāo)和高程； 自動(dòng)測量模塊用以測量水平角、天頂距和斜距，同時(shí)檢查和驗(yàn)算測站準(zhǔn)備模塊設(shè)置中輸入的參數(shù)是否符合系統(tǒng)限差的要求； 數(shù)據(jù)傳輸模塊用以實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的連接、計(jì)算機(jī)與程序后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的連接，并將外業(yè)觀測數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)； 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用以整理外業(yè)觀測數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)平差模塊根據(jù)整理后的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算平面坐標(biāo)的平差和高程的平差； 數(shù)據(jù)管理查詢模塊用以保存及查詢系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息； 數(shù)據(jù)輸出模塊用以輸出系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，其特征在于，所述測站準(zhǔn)備模塊中輸入的相關(guān)參數(shù)包括:測站點(diǎn)名、照準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)名、測回?cái)?shù)、方向數(shù)、2C差、指標(biāo)差、測回差。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊整理的外業(yè)原始數(shù)據(jù)以Excel電子觀測手簿的形式保存。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)管理查詢模塊保存及查詢的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息包括:觀測日期、平差后成果、屬性信息。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊輸出的系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括:電子手簿、平差表格、統(tǒng)計(jì)分析表格、平面位移矢量圖、垂直位移矢量圖、過程線圖。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于大壩三維前方交會(huì)測量的內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，其特征在于，所述平面坐標(biāo)的平差和高程的平差，計(jì)算具體方法如下: 步驟1:對待測點(diǎn)的斜距值進(jìn)行加常數(shù)改正、乘常數(shù)改正、氣象改正、投影改正、周期改正、傾斜改正，獲取改正后的平距值； 步驟2:利用步驟I獲得的改正后的平距值計(jì)算待測點(diǎn)的球氣差改正值； 利用步驟I獲得的改正后的平距值計(jì)算待測點(diǎn)的平面坐標(biāo)改正值； 步驟3:根據(jù)觀測站垂直角、觀測站基準(zhǔn)點(diǎn)高程，結(jié)合待測點(diǎn)的氣球差改正值，計(jì)算待測點(diǎn)的聞程； 根據(jù)待測點(diǎn)平面坐標(biāo)改正值，計(jì)算平面坐標(biāo)單位權(quán)中誤差； 步驟4:計(jì)算待測點(diǎn)高程的往返差，設(shè)定往返差的閾值，若待測點(diǎn)高程的往返差小于設(shè)定的閾值，結(jié)束待測點(diǎn)的平差計(jì)算，若待測點(diǎn)高程的往返差大于設(shè)定的閾值，則重新測量待測點(diǎn)； 設(shè)定平面坐標(biāo)單位權(quán)中誤差閾值，若待測點(diǎn)的平面坐標(biāo)單位權(quán)中誤差值小于設(shè)定的閾值，結(jié)束待測點(diǎn)的平差計(jì)算；若待測點(diǎn)的單位權(quán)中誤差大于設(shè)定的閾值，則重新測量待測 點(diǎn)。
【文檔編號】G01C5/00GK103438872SQ201310352036
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】沈月千, 黃昱旻, 楊晨, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:河海大學(xué)