[发明专利]隧道变形自动化监测系统和方法

权利要求书

1.一种隧道变形自动化监测系统，其特征在于，包括：

第一测站点、第二测站点、第一基准点、第二基准点、连接点和服务器，所述服务器分别与第一测站点和第二测站点通信连接；

所述第一测站点和第二测站点相隔预设距离设置于隧道中；

所述第一基准点设置于所述第一测站点的有效观测范围内；所述第二基准点设置于所述第二测站点的有效观测范围内；

所述连接点设置于第一测站点和第二测站点之间的隧道变形区域中；

所述第一测站点分别监测获取第一基准点、连接点的第一观测数据并发送至服务器；所述第二测站点分别监测获取第二基准点和连接点的第二观测数据并发送至服务器；

所述服务器根据自由网拟稳平差模型联合接收的所述第一观测数据和第二观测数据建立误差方程，得到各个观测值对应的未知数改正数向量的解为：

（1）

（2）

其中，V为观测值改正数向量，B为误差方程系数阵，为未知数改正数向量，l为误差方程常数项向量，L为原始观测值向量，G为附加重心基准阵，为第k-1次迭代结算的未知数向量，k为迭代次数，且k为正整数；

设置权函数为等价权函数：

（3）

其中，；

其中，，且；

；

，；E为单位矩阵；

上述各个公式中，为第k+1次迭代的等价权，i、j表示观测值排序，N为总观测个数，M为必要观测个数，为第i个观测值与第j个观测值的相关观测初始权，为第j个观测值的初始权，为第j个观测值第k次迭代的改正数，为第j个观测值的多余观测分量，为第k次迭代的中误差，为第j个观测值第k次迭代的标准化残差，k为迭代次数，且k为正整数，为分位参数，为淘汰点参数，B为误差方程系数阵，P为观测值的初始权阵，为第k次迭代解算的等价权；

根据式（1）、（2）、（3）以及服务器中预存的所述第一基准点和第二基准点的三维坐标进行迭代计算，直至前后两次迭代计算的参数估值之差 满足迭代收敛精度所需的数值时，停止迭代，确定各个观测值对应的未知数改正数向量的解，并根据所述各个观测值对应的未知数改正数向量的解确定第一测站点和第二测站点的三维坐标以及定向角，以及连接点的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的隧道变形自动化监测系统，其特征在于，还包括：第一变形点和第二变形点；

所述第一变形点设置于所述第一测站点的有效观测范围内，所述第二变形点设置于所述第二测站点的有效观测范围内，且所述第一变形点和第二变形点设置于隧道变形区域中；

所述第一测站点分别监测获取第一变形点的第一变形点观测数据并发送至服务器；所述第二测站点分别监测获取第二变形点的第二变形点观测数据并发送至服务器；

所述服务器根据解算获取的第一测站点和第二测站点的三维坐标以及定向角，以及接收的第一变形点观测数据和第二变形点观测数据，计算第一变形点的三维坐标和第二变形点的三维坐标；

所述服务器根据解算获取的第一变形点的三维坐标和第二变形点的三维坐标，以及预存的所述第一变形点的初始三维坐标和第二变形点的初始三维坐标，确定所述第一变形点的变形量和第二变形点的变形量。

3.根据权利要求1所述的隧道变形自动化监测系统，其特征在于，所述第一基准点设置于所述第一测站点远离隧道变形区域一侧的稳定隧道结构上；所述第二基准点设置于所述第二测站点远离隧道变形区域一侧的稳定隧道结构上。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的隧道变形自动化监测系统，其特征在于，所述第一测站点和第二测站点均为全站仪；所述第一基准点和第二基准点均为单面棱镜，所述连接点为双面棱镜。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的隧道变形自动化监测系统，其特征在于，所述第一测站点与第二测站点相隔150米距离设置；第一测站点与第二测站点之间布设有三对连接点且三对连接点在50米范围内均匀分布。