专利名称：一种顶管自动测量导向系统棱镜误差修正方法
一种顶管自动测量导向系统棱镜误差修正方法本发明涉及用于在地下隧道、顶管工程施工自动测量导向系统的技术领域，具体的说是修正安装在全站仪上的棱镜误差的方法，提高顶管自动测量导向系统的精度。在长距离地下顶管工程中，及时准确测量前端顶管机的位置和姿态，是确保管道按设计轴线顶进非常关键的技术手段。顶管测量一般在洞内设置导线，从外向内人工逐站传递测量，由于人工测量劳动强度大，作业效率低，容易出差错，且测量作业时顶管必须处于静止状态，严重影响顶进作业。因此，逐渐使用顶管自动测量导向系统进行自动测量，避免了人工测量系统容易出现的误差，该导向系统是由安装在管道内的多个自动测站组成，自动测站按照计算机控制指令自动逐站进行导线测量。而每个测站主要包括一台自动全站仪，全站仪是一种利用安装全站仪上的棱镜，并配合激光及顶管机上安装的激光靶，在控制计算机软件的指令下，全站仪自动照准并测量相邻全站仪上的棱镜，同时进行角度测量(水平角、竖直角)和距离测量(斜距、平距、高差)。由于全站仪安装在正顶进的管道内，由于管片一直处于运动状态，即施工中管道会产生旋转或倾斜运动，使得全站仪自身不稳定，使得棱镜会偏离全站仪中心，形成测量误差，每一站的误差在导线测量过程中逐站积累，严重影响最终测量结果的准确性。本发明的目的 在于克服现有技术的缺陷，提供一种关于顶管自动测量导向系统的棱镜误差修正方法，实现测量结果的准确性。为实现上述目的，设计一种顶管自动测量导向系统棱镜误差修正方法，包括顶管自动测量导向系统，所述的系统由安装在管道内的多个自动测站组成，每个测站主要包括一台自动全站仪，全站仪上安装有棱镜，在控制计算机及应用工具的指令下，全站仪自动照准并测量相邻全站仪上的棱镜，全站仪安装在顶管机正顶进的管道内，施工中管道会产生
误差，其特征在于该修正误差方法步骤如下:I).棱镜安装固定后，直接测定每一台全站仪中心至棱镜中心的距离h，该值在使用过程中固定不变。2).自动全站仪内置高精度双轴倾角传感器，倾角传感器能够测量全站仪的纵向和横向倾斜角，每次测量完成后，计算机读取测距测角数值时，也直接读取被测量的目标全站仪倾角传感器的即时纵向倾斜角α和横向倾斜角β，3).计算机根据测距测角数值计算出目标全站仪的坐标(X，y)和方位角Y，4).计算误差，修正坐标(x，y)，修正后的坐标为(X’，y’)横向误差:H= hX sin ( β )
纵向误差:Z= hXsin(a )则有，χ’ = x+Hcos ( Y ) -Zsin ( Y ) = x+hX sin ( β ) X cos ( Y ) -hX sin ( a ) X sin ( y )y' = y+Hsin ( y ) +Zcos ( y ) = y+hX sin ( β ) X sin ( Y ) +hX sin ( a ) X cos ( y )本发明关于顶管自动测量导向系统的棱镜误差修正方法，根据实际测算到的全站仪中心至棱镜中心的距离h以及计算机读取到的即时纵向倾斜角a和即时横向倾斜角β，初步运算出目标全站仪的坐标(X，y)和方位角Y，再根据数学公式进行修正后的坐标(X’，y’)的计算，该套修正方法运算严谨，符合计算逻辑，由于得出的是纯数学计算公式，因此具备通用性，计算结果具备准确性、精度也高。
图1 (a)全站仪不水平引起的横向和纵向误差；图1 (b)全站仪不水平引起的横向和纵向误差；图2为棱镜安装固定后的结构示意图；图3 (a)即时纵向倾斜角α示意图；图3 (b)即时横向倾斜角β示意图。现结合附图及具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，相信对于本领域技术人员来说是清楚的。首先，本发明提供的方案解决的是由于全站仪安装不水平，从而产生的棱镜与全站仪中心的误差，该误差分为横向误差和纵向误差，如图1 (a)和图1 (b)所示。而针对上述横向误差和纵向误差，我们提供的修正思路是利用站仪中心至棱镜中心的距离h的恒定性，以及测量到的纵向倾斜角α和横向倾斜角β进行修正，其中纵向倾斜角α和横向倾斜角β的测算是依靠自动全站仪内置高精度双轴倾角传感器获得的。其具体的施行步骤如下:1.进行设备安装。如图1所示棱镜安装固定后，直接测定每一台全站仪中心至棱镜中心的距离h，该值在使用过程中固定不变；2.自动全站仪内置高精度双轴倾角传感器，倾角传感器能够测量全站仪的纵向和横向倾斜角。每次测量完成后，计算机读取测距测角数值时，也直接读取被测量的目标全站仪倾角传感器的即时纵向倾斜角α和横向倾斜角β。3.计算机根据测距测角数值计算出目标全站仪的坐标(X，y)和方位角Y。4.计算误差的公式如下，修正坐标(x，y)，修正后的坐标为(χ’，y’)横向误差:H= hX sin ( β )纵向误差:Z= hXsin(a ) 则有，χ’ = x+Hcos ( Y ) -Zsin ( Y ) = x+hX sin ( β ) X cos ( Y ) -hX sin ( a ) X sin ( y )y' = y+Hsin ( y ) +Zcos ( y ) = y+h Xsin (β) Xsin (Y)+h Xsin (a) X cos ( Y )。
权利要求
1.一种顶管自动测量导向系统棱镜误差修正方法包括顶管自动测量导向系统，所述的系统由安装在管道内的多个自动测站组成，每个测站主要包括一台自动全站仪，全站仪上安装有棱镜，在控制计算机及应用工具的指令下，全站仪自动照准并测量相邻全站仪上的棱镜，全站仪安装在顶管机正顶进的管道内，施工中管道会产生误差， 其特征在于该修正误差方法如下: 1).棱镜安装固定后，直接测定每一台全站仪中心至棱镜中心的距离h，该值在使用过程中固定不变， 2).自动全站仪内置高精度双轴倾角传感器，倾角传感器能够测量全站仪的纵向和横向倾斜角，每次测量完成后，计算机读取测距测角数值时，也直接读取被测量的目标全站仪倾角传感器的即时纵向倾斜角α和横向倾斜角β， 3).计算机根据测距测角数值计算出目标全站仪的坐标(x，y)和方位角Y， 4).计算误差，修正坐标(x，y)，修正后的坐标为(X’，y’) 横向误差:H = hXsin(3 ) 纵向误差:Z = hX sin( α ) 则有， χ’ = x+Hcos ( y ) -Zsin ( y ) = x+hX sin ( β ) X cos ( y ) -hX sin ( a ) X sin ( y )y' = y+Hsin ( y ) +Zcos ( y ) = y+h Xsin (β) Xsin (Y)+h Xsin (a) X cos ( Y )。
全文摘要
本发明涉及用于在地下隧道、顶管工程施工自动测量导向系统的技术领域，具体的说是一种顶管自动测量导向系统棱镜误差修正方法，其特征在于该修正方法步骤如下1)棱镜安装固定后，直接测定每一台全站仪中心至棱镜中心的距离h，该值在使用过程中固定不变。2)倾角传感器测量全站仪的纵向和横向倾斜角。每次测量完成后，计算机读取测距测角数值时，也直接读取被测量的目标全站仪倾角传感器的即时纵向倾斜角α和横向倾斜角β。3)计算机计算出目标全站仪的坐标和方位角。4)计算误差，修正坐标。本发明修正方法运算严谨，符合计算逻辑，由于得出的是纯数学计算公式，因此具备通用性，计算结果具备准确性、精度也高。
文档编号G01C25/00GK103245362SQ20131017755
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者孙焕斌, 张海涛, 张立新, 文运强, 吴小燕, 赵梦超, 王靖, 孙东晓 申请人:中铁上海工程局有限公司, 上海米度测量技术有限公司