[发明专利]全站仪不整平测量的未知点三维坐标计算方法

说明书

本发明涉及一种全站仪不整平测量的未知点三维坐标计算方法，将全站仪的三个位置参数和三个姿态角作为待估值，并利用全站仪原始观测数据等价转化后的坐标增量数据来开列空间三维约束平差的误差方程，首先计算出设站点的三维坐标和全站仪的姿态角，进行计算出各未知点的三维坐标。本发明提出将全站仪不整平测量采集的原始观测数据等价转换为坐标增量数据，并以坐标增量数据为观测值开列空间三维约束平差的误差方程，该误差方程较直接利用原始观测数据所开列的误差方程，形式简单、易于编程实现；提出了利用所求出的设站点坐标、全站仪姿态角及坐标增量计算未知点三维坐标的计算公式，该公式简单易懂、便于实施。

技术领域

本发明涉及全站仪不整平测量数据处理技术领域，具体涉及一种全站仪不整平测量的未知点三维坐标计算方法。

背景技术

传统的全站仪测量需要首先打开全站仪的补偿器并精确整平，然后才能进行测量。但在一些特殊场景下，全站仪难以做到精确整平，因此，需要全站仪在不整平状态下进行测量。

此外，在高速铁路轨道测量中，经常受到作业天窗时间短的限制，因此，如何提高轨道测量效率得到了广泛关注。为提高轨道测量效率，可将全站仪安置在能够快速移动的轨道小车上，从而实现了全站仪的快速迁站。尽管，全站仪快速迁站一定程度的提高了轨道测量效率，但每一次迁站后的精确整平仍需较多时间，这导致轨道测量效率难以进一步提高。若能实现全站仪不整平测量，则可进一步节省全站仪精确整平所需的时间，从而进一步提高轨道测量效率。而全站仪不整平测量的核心技术是，如何利用全站仪不整平测量采集的原始观测数据计算出全站仪设站点和所观测未知点的三维坐标。

发明内容

本发明的目的是提供一种全站仪不整平测量的未知点三维坐标计算方法，解决了全站仪不整平测量时的未知点的三维坐标计算问题。

本发明所采用的技术方案为：

全站仪不整平测量的未知点三维坐标计算方法，其特征在于：

将全站仪的三个位置参数和三个姿态角作为待估值，并利用全站仪原始观测数据等价转化后的坐标增量数据来开列空间三维约束平差的误差方程，首先计算出设站点的三维坐标和全站仪的姿态角，进而利用未知点所对应的坐标增量数据，计算出未知点的三维坐标。

所述的全站仪不整平测量的未知点三维坐标计算方法，其特征在于：

包括以下步骤：

第一步：解算全站仪在工程坐标系中的六个状态参数，包括三个位置参数，即全站仪测量中心点的三维坐标(X_i、Y_i、Z_i)和三个角度参数，即全站仪的三个姿态角

第二步：计算全站仪所观测未知点的三维坐标。

第一步中，解算步骤包括：

首先，将全站仪测站到各个目标点的原始观测数据，包括斜距S_ij、天顶距Z_ij、方向值L_ij，等价转换为坐标增量(ΔX_ij,ΔY_ij,ΔZ_ij)形式，转换公式如下：

其次，将已知控制点的三维坐标(X_j、Y_j、Z_j)作为固定值，全站仪的测量中心点的三维坐标的改正数(δX_i、δY_i、δZ_i)和全站仪姿态角的改正数作为待估值，利用间接平差方法进行解算，其中，误差方程以坐标增量(ΔX_ij,ΔY_ij,ΔZ_ij)为观测值进行开列，如下：

式中：