[发明专利]基于全站仪和倾斜仪的联合严密解算定姿信息处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市地铁隧道盾构姿态定位多传感器自动导向测量相关技术，尤其是涉及一种基于全站仪和倾斜仪的联合严密解算定姿信息处理方法。

背景技术

目前在地铁隧道建设中，主要采用盾构挖掘法进行施工。在盾构施工过程中，测量工作非常重要，是保证隧道顺利竣工的关键环节。盾构姿态测量在施工中起到眼睛一般的作用，决定了盾构掘进的方向，及时地获取盾构机的姿态对于指导施工非常重要，通常是根据全站仪获取盾构上的特征点的坐标来计算盾构的姿态的。

人工测量常用的方法有解方程组法与前后标尺法。前者是通过解方程组而解出盾首、盾尾的三维坐标，该解法数学模型简单，但只能从多个固定参考点中选取三个，没有多余观测，不能作有效的检核。后者分析的是应用广泛的前后标尺法，前后标尺法根据相似三角形原理，通过前尺、后尺坐标推求盾首、盾尾的平面坐标。但是在曲线段，由于设计轴线不与相似三角形辅助线重合从而产生了一定的计算误差。传统的人工测量方法效率低，受环境影响大，与国际先进技术有巨大的差距。

自动测量方法基本上采用的是三维直角坐标转换理论，该方法需要在盾构机上固定三个控制点，并且每次测量过程中必须全部测出三个控制点，因为盾构上方狭小的空间不易同时测出三个控制点，影响到了测量系统稳定性与适用性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量精度高、测量方便的基于全站仪和倾斜仪的联合严密解算定姿信息处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于全站仪和倾斜仪的联合严密解算定姿信息处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量系统新建一个数据库文件，然后执行步骤2)；

2)将配置数据输入已有的数据库文件，然后执行步骤3)；

3)手工设置自动全站仪和电子双轴倾斜仪的连接参数与测量参数，然后执行步骤4)；

4)判断测量系统连接全站仪是否成功，如果成功，执行步骤5)；如果不成功，则返回步骤3)，对自动全站仪的设置进行检核；

5)判断测量系统连接电子双轴倾斜仪是否成功，如果成功，执行步骤6)；如果不成功，则返回步骤3)，对电子双轴倾斜仪设置进行检核；

6)测量系统对全站仪进行设站定向，然后执行步骤7)；

7)测量系统利用自动全站仪依次测量两个目标棱镜，然后执行步骤8)；

8)测量系统根据设定的测量间隔自动对两个目标棱镜进行测量；然后执行步骤9)；

9)测量系统判断两个目标棱镜是否全都测到，若为否，返回步骤8)；若为是，执行步骤10)；

10)测量系统从电子双轴倾斜仪读取最新的角度数据，然后执行步骤11)；

11)测量系统利用两个目标棱镜的坐标数据与电子双轴倾斜仪读取的角度数据计算出盾构机首尾的三维坐标和姿态偏差，显示在测量系统界面上，并执行步骤12)；

12)测量系统将两个目标棱镜的坐标与方位角数据、角度数据、盾构首尾坐标与姿态偏差保存至数据库中；返回步骤8)。

所述的步骤1)中的数据库文件包括各种数据表及字段。

所述的步骤2)中的配置数据包括工程属性、控制点信息、标定数据信息、设计线路信息。

所述的步骤11)中的测量系统利用两个目标棱镜的坐标数据与电子双轴倾斜仪读取的角度数据计算出盾构机首尾的三维坐标和姿态偏差具体步骤如下：

(1)三维直角坐标转换的七个参数进行初始化，然后执行步骤(2)；

(2)根据全站仪测到的两个目标棱镜，对三维直角坐标转换公式进行线性化，列出误差方程，然后执行步骤(3)；

(3)将从电子双轴倾斜仪读取的俯仰角与扭转角，结合三维直角坐标转换，列出误差方程式，然后执行步骤(4)；

(4)对两类误差方程式进行定权，根据最小二乘准则联合平差解算出参数改正数，然后执行步骤(5)；

(5)根据参数改正数大小，判断迭代计算是否收敛，若为是，执行步骤(6)中；若为否，则返回步骤(2)中，继续进行解算；

(6)根据解算出的坐标转换参数，解算出盾构机首尾的三维坐标与姿态偏差。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：