专利名称：一种连续线形测量系统的静态校正方法
技术领域：
本发明涉及道路交通领域中各类公路、桥梁和隧道的结构线形检测系统的校正方法。
背景技术：
公路路基的变形监测桥梁和隧道的变形监测对于保证交通工程的结构安全至关重要。公路中软土地路基很容易发生沉降、错差等变形问题。普通的检测手段无法满足高精度的长距离引测。桥梁结构在外力作用下会产生变形，而各种病害如裂缝、预应力损失等最终也导致桥梁线形发生变化，线形位移是判断桥梁安全的最重要而且直观的参考指标。隧道在长期的运营及使用过程中，最关心的安全问题就是防止隧道坍塌，及时快速把握隧道沿程走向及围岩条件较差区域的环向变形是确保隧道运营安全的重要工作。道路交通领域的变形监测对精度要求必须符合相应的国家评定标准。例如对于目前常见的斜拉索桥中，如果主跨分别为钢箱架加劲梁，预应力混凝土梁和钢桁架加劲梁，跨中挠度最大允许变形为跨径的1/400，1/500和1/800。如果跨径为500m，则上述桥梁跨中挠度最大允许值分别为I. 25m, Im和O. 625m。然而每年观测数据显示，对于有下挠变形趋势的大型桥梁主跨跨中下挠每年只有2-3毫米，中小型桥梁跨中下挠甚至只有1-2毫米。据此，对线形测量系统的精度要求在毫米量级。公路、桥梁和隧道线形检测常规方法主要采用光学仪器通过建立水准控制网进行测量，长期监测主要采用连通管测试系统、激光测量系统、光电图像式测量系统以及GPS法等新型测试方法。水准控制网的建立工程复杂，耗时长，受环境影响较大。连通管测试系统通过测量各测点与基准点的液面压力差来得到各测点的挠度值。不仅需要预铺水管，而且在使用过程中存在着响应时间慢，施工及维护成本高等缺点。激光测量系统和光电图像式测量系统主要是通过光学系统捕捉光斑或成像的位置变化得出光源的相对位置变化。这两种测量系统都必须在桥上安装固定设备作为参考点，当设备移动后无法获得最初的测量基准状态，无法满足长期测量要求，而且不同气候条件对测量有影响。GPS技术接收导航卫星的载波相位差分数据实时测定站点的三维坐标，是一种新型的实时测量技术。GPS受外界大气影响小，可以在暴风雨中进行监测，可以实现三维坐标的自动监测。然而该技术存在着垂直高程精度较差、无法达到毫米精度的缺点，且成本高，无法大规模开展应用。此外进行多点精确测量方式时，要求每点静止测试时间较长，测试慢。上述技术除了存在各自不同的应用局限外，还由于通过为数不多的测点来拟合检测对象的挠度线形，因此均存在线形不连续的问题。采用角速度传感器可进行连续角度测量，通过换算连续角速度值得到连续线形坐标数据，有效克服以上各技术的缺陷。该方法具有快速方便、操作简单、连续性好，以及实时性高等优点。可在不妨碍交通的情况下进行定期或非定期的各种路面、隧道的线形快速检测。目前角速度传感器一般采用精度较高的光纤陀螺仪。光纤陀螺仪具有高可靠，长寿命，启动快，质量轻体积小精度高的优点，在惯性导航和工程测量领域应用广泛。光纤陀螺的基本参数决定其稳定性和准确性，这些基本参数包括零偏、零偏稳定性，随机游走系数，标度因数，标度因数非线性，不对称性及重复性。然而由于光纤陀螺各部件的稳定性和光源的漂移等等因素，光纤陀螺的输出不可避免的出现误差。光纤陀螺输出误差包括零偏相关误差和标度因数误差。零偏(重复性)随机漂移，环境敏感性漂移和输出量化噪声造成零偏值的误差，标度因数的不对称性非线性重复性和温度灵敏度等等影响标度因数的精确性。随着时间漂移和温度变化，陀螺误差将随之增加。在桥梁线形测量过程中，光纤陀螺由载体牵引在桥面和路面前进，通过对角速度和里程仪信号的积分运算得到线形曲线坐标的增量，进一步积分得到全部测量采样点相对于起点的坐标。由于积分计算固有的误差形成机理，造成坐标计算值的误差将随着测量时间的增加而增大。因此采用这种连续测量技术进行测量时，随着测量进程的进行，误差呈逐渐发散扩大的趋势。因此有必要采用标定方法对测量数据进行标定，减小线形测量过程中 的系统误差。既有专利(申请号201010574097· 9和200910073154. 2)，针对光纤陀螺系统本身提出一种结合GPS数据的姿态解算和滤波方法，上述两份专利只针对光纤陀螺捷联惯导系统提出根据GPS数据进行实时校正的算法，不涉及到轨迹测量误差的及时校正。既有专利(申请号CN201210116750. 6)中，提出了采用光纤陀螺线形测量系统测量桥梁的线形和刚性曲线的方法，并且提到了多种减小误差的方法，但是该专利仅采用对数据的分析达到减小误差的目的，并没有外在的标定校正方法。
发明内容
本发明涉及一种对基于角速度传感器的连续线形测量进行校正的方法。连续线形测量系统包括距离传感器和角速度测量单元，其计算原理如下
mη
「00141= Σ乙· cos^S■ f—)
(I)
mηYm
M=II=I式中Xm，Ym分别为横坐标和纵坐标，L为两个采样点之间的距离，COi为角速度测量单元测得的瞬时角速度。\为两采样点之间的时间间隔。由于该线形坐标的计算基于双重积分运算，因此任何中间数据的误差均会累加到最终结果。从式中可见，距离传感器，角速度传感器和时间测量值均有可能出现误差。因此需要采取有效的方法对线形曲线的计算结果进行校准。本发明提出一种连续线形测量系统的静态校正方法，本发明的技术方案是在被测路段放置静态标定桥，利用长度测量工具测得桥高。采用连续线形测量系统对含有标定桥的路段进行检测，通过线形计算得到含有标定桥的线形曲线。从线形曲线中可得到标定桥的计算桥高，将此计算桥高与实际测得的桥高对比，得到纵轴坐标修正系数，利用该系数修正整体测量线形曲线。
具体方法步骤
I)、采用连续线形测量系统量测被测路段的线形；2)、将静态标定桥放置于被测路段上，测量实际桥高；3)、对含有标定桥的被测路段进行线形量测，通过线形计算得到含有标定桥的线形曲线，从线形曲线中得到标定桥的计算桥高；4)、将利用线形数据得到的计算桥高与实测桥高进行对比，利用实测桥高校正测量桥高，进而对所有被测路段的线形数据进行校正。本发明的静态校正方法中，所述的标定桥放于被测路段的任意位置。本发明的静态校正方法中，所述的标定桥的桥高实测精度为O. 01毫米。
图I是本发明的连续线形测量系统的静态校正方法流程图；图2测量静态标定桥高的示意图；图3是本发明的为无静态标定桥的被测路段线形示意图；图4是本发明的有静态标定桥I的被测路段线形示意图；图中I为静态标定桥，2为无静态标定桥的被测路段线形，3为有静态标定桥I的被测路段线形。
具体实施例方式本发明的一种连续线形测量系统的静态校正方法流程如图I所示，其典型过程为I.测量标定桥高Iv实测精度为O. 01毫米，如图2所示；2.测量不含标定桥的被测路段线形，如图3所示；3.测量放有标定桥的被测路段线形，如图4所示；4.分析比较两种测量结果，经过解算线形曲线得到计算桥高h。，计算匕和!!。的比值得到纵轴坐标修正系数λ，利用该系数修正整体线形曲线的纵坐标。线形曲线的解算方法参照说明书式(I)。可以预见，对于本领域的技术人员而言，可以基于本发明精神开发多种应用实例，凡是不脱离本发明精神或范围的修改，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种连续线形测量系统的静态校正方法，其特征在于，该方法是 在被测路段放置静态标定桥，利用长度测量工具测得桥高；采用连续线形测量系统对含有标定桥的路段进行检测，通过线形计算得到含有标定桥的线形曲线；从线形曲线中得到标定桥的计算桥高，将此计算桥高与实际测得的桥高对比，得到纵轴坐标修正系数，利用该系数修正整体测量线形曲线。
2.根据权利要求I所述的一种连续线形测量系统的静态校正方法，其特征在于，方法步骤为 1)、采用连续线形测量系统量测被测路段的线形； 2)、将静态标定桥放置于被测路段上，测量实际桥高； 3)、对含有标定桥的被测路段进行线形量测，通过线形计算得到含有标定桥的线形曲线，从线形曲线中得到标定桥的计算桥高； 4)、将利用线形数据得到的计算桥高与实测桥高进行对比，利用实测桥高校正测量桥高，进而对所有被测路段的线形数据进行校正。
3.根据权利要求I或2所述的一种连续线形测量系统的静态校正方法，其特征在于，所述的标定桥放于被测路段的任意位置。
4.根据权利要求I或2所述的一种连续线形测量系统的静态校正方法，其特征在于，所述的标定桥的桥闻实测精度为O. Ol晕米。
全文摘要
本发明提出了一种连续线形测量系统的静态校正方法。该方法在被测路段放置静态标定桥，利用长度测量工具测得桥高；采用连续线形测量系统对含有标定桥的路段进行检测，通过线形计算得到含有标定桥的线形曲线，从线形曲线中得到标定桥的计算桥高，将此计算桥高与实际测得的桥高对比，得到纵轴坐标修正系数，利用该系数修正整体测量线形曲线，进而提高线形测量精度。本发明适用于道路交通领域中各类公路、桥梁和隧道的连续线形检测。
文档编号G01B21/20GK102944205SQ201210455270
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者胡文彬, 刘芳, 甘维兵, 杨燕, 李盛, 南秋明, 王立新, 姜德生 申请人:武汉理工大学