[发明专利]一种控制网测量方法

权利要求书

1.一种控制网测量方法，其特征在于，包括：

在已有的控制网中增加布设n个基准点，这些基准点呈直线排列；

为待测量控制网预设一条基准线；

在基准点处放置相应的准直目标，分别测量n个基准点与基准线在水平面上的偏距；

在所述控制网的m个控制点处和所述基准线的n个基准点处放置测量目标；

在q个预设站点处架设测量设备并利用所述测量设备测量获取各个预设站点处其预设观测范围内的控制点观测值和基准点观测值；

求解控制点坐标：基于测量得到的n个基准点与基准线在水平面上的偏距、q个预设站点分别对应的控制点观测值和q个预设站点分别对应的基准点观测值，采用平差求解的算法解算出m个控制点的坐标；

直线控制网全局坐标系为空间直角坐标系，水平面为XY平面，竖直方向为Z轴方向，各控制点的坐标均为全局坐标系下的坐标，X轴与Y轴垂直；

测量设备的仪器坐标系以测量设备中心点T为原点，以竖直方向为Z_T轴，以测量设备的零方向为X_T轴，在水平面上与X_T轴垂直的方向为Y_T轴；所述测量设备为激光跟踪仪，所述零方向是指激光跟踪仪水平方向观测值为零的方向；测量设备T对控制点P进行观测，可获得仪器中心至控制点测量目标在仪器坐标系下的控制点观测值，包括水平方向观测值α即控制点P在X_TY_T水平面投影点与T点的连线同X_T轴的夹角，垂直角观测值β即控制点P与T点的连线同Z_T轴的夹角，斜距S即控制点P与T点的连线长度；

测量设备T对基准点L进行观测，可获得仪器中心至基准点测量目标在仪器坐标系下的基准点观测值，包括水平方向观测值α即基准点L在X_TY_T水平面投影点与T点的连线同X_T轴的夹角，垂直角观测值β即基准点L与T点的连线同Z_T轴的夹角，斜距S即基准点L与T点的连线长度；

直线控制网布设的m个控制点分别为P₁…P_m，在全局坐标系下每个控制点的坐标为n个基准点分别为L₁…L_n，在全局坐标系下每个基准点的坐标为测量设备经历了q个预设站点，各站仪器的中心分别为T₁…T_q，在全局坐标系下坐标为

所述基于测量得到的n个基准点与基准线在水平面上的偏距、q个预设站点分别对应的控制点观测值和q个预设站点分别对应的基准点观测值，采用平差求解的算法解算出m个控制点的坐标的过程如下：

测量设备水平方向函数模型与误差方程：

对于预设站点T_k处测量的控制点P_i，测量设备的水平方向观测值可以由仪器及各点的坐标得到如下相应的观测方程，

对于预设站点T_k处测量的基准点L_j，测量设备的水平方向观测值可以由仪器及各点的坐标得到如下相应的观测方程，

其中，为第k站时测量设备T_k的定向角，即仪器水平码盘置零时，零方向在全局坐标系下的方位角；

将上式进行泰勒级数展开，得到如下平差方程；

以及，

其中，

令

以及，

则水平方向的误差方程如下，

其中，ρ″表示将弧度转换成角度秒，其值为180*3600/π；

测量设备垂直角函数模型与误差方程：

对于预设站点T_k处测量的控制点P_i，测量设备的垂直角观测值以及对于预设站点T_k处测量的基准点L_j，测量设备的垂直角观测值可以由仪器及各点的坐标得到相应的观测方程如下，

将上式进行泰勒级数展开，得到平差方程为如下，

其中，

令则垂直角的误差方程如下，

测量设备斜距测量函数模型与误差方程：

对于预设站点T_k处测量的控制点P_i，测量设备的斜距观测值以及对于预设站点T_k处测量的基准点L_j，测量设备的斜距观测值可以由仪器及各点的坐标得到相应的观测方程如下，

将上式进行泰勒级数展开，得到平差方程如下，

令则斜距的误差方程如下，

准直设备测量获得的基准点与基准线的偏距测量函数模型与误差方程：

对于准直设备的偏距观测值可以由各基准点的坐标及基准线的直线方程建立相应的观测方程如下，

将上式进行泰勒级数展开，得到平差方程为如下，

令则偏距的误差方程如下，

其中R为全局坐标系原点到直线的垂直距离，r表示R的微小量，Φ为法线与X轴正方向的夹角，表示Φ的微小量；

间接平差的函数模型及误差方程的矩阵形式：

联合式(4)-(13)，可得到误差方程的矩阵形式如下，

其中，V的矩阵形式为[3(m+n)q+n]×1，B的矩阵形式为[3(m+n)q+n]×[3(m+n)+4q+2]，的矩阵形式为[3(m+n)+4q+2]×1，l的矩阵形式为[3(m+n)q+n]×1；

公式(15)中，

待求未知参数的近似值如下，

待求未知参数的平差值如下，

随机模型：

随机模型即观测量的方差阵如下，

式中，Q为观测量的协因数阵，P为观测量的权阵，P与Q互为逆阵，为单位权方差；

测量设备水平方向测角精度为σ_α，垂直方向测角精度为σ_β，测距精度为σ_S；准直设备的偏距测量精度为σ_O，权阵如下式所示；根据仪器的标称精度来定权，单位权方差可以是任意选定的某一个常数；

平差解算及精度：

采用最小二乘原理进行平差求解，并对不同的观测值赋予不同的权重，则

将上式得到的与待求未知参数的近似值X⁰相加即可得到各控制点和基准点在全局坐标系下的坐标；

X为解算出的包含各个控制点的坐标的矩阵；

其中，上述公式中以0作为上标的参量表示这个参量的近似值；

其中，上述公式中对于任意一个参量，带上标^的表示该参量的真值，不带上标^的表示该参量的观测量，该观测量是实际测得的；

其中，任意一个待求的参数等于该参数的近似值加上该参数的微小量，其中，W为待求参数，W⁰为W的近似值，w为微小量。