專利名稱：一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及道路交通領(lǐng)域中各類公路、橋梁和隧道的結(jié)構(gòu)線形檢測系統(tǒng)的校正方法。
背景技術(shù)：
公路路基的變形監(jiān)測橋梁和隧道的變形監(jiān)測對于保證交通工程的結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。公路中軟土地路基很容易發(fā)生沉降、錯差等變形問題。普通的檢測手段無法滿足高精度的長距離引測。橋梁結(jié)構(gòu)在外力作用下會產(chǎn)生變形，而各種病害如裂縫、預應力損失等最終也導致橋梁線形發(fā)生變化，線形位移是判斷橋梁安全的最重要而且直觀的參考指標。隧道在長期的運營及使用過程中，最關(guān)心的安全問題就是防止隧道坍塌，及時快速把握隧道沿程走向及圍巖條件較差區(qū)域的環(huán)向變形是確保隧道運營安全的重要工作。道路交通領(lǐng)域的變形監(jiān)測對精度要求必須符合相應的國家評定標準。例如對于目前常見的斜拉索橋中，如果主跨分別為鋼箱架加勁梁，預應力混凝土梁和鋼桁架加勁梁，跨中撓度最大允許變形為跨徑的1/400，1/500和1/800。如果跨徑為500m，則上述橋梁跨中撓度最大允許值分別為I. 25m, Im和O. 625m。然而每年觀測數(shù)據(jù)顯示，對于有下?lián)献冃乌厔莸拇笮蜆蛄褐骺缈缰邢聯(lián)厦磕曛挥?-3毫米，中小型橋梁跨中下?lián)仙踔林挥?-2毫米。據(jù)此，對線形測量系統(tǒng)的精度要求在毫米量級。公路、橋梁和隧道線形檢測常規(guī)方法主要采用光學儀器通過建立水準控制網(wǎng)進行測量，長期監(jiān)測主要采用連通管測試系統(tǒng)、激光測量系統(tǒng)、光電圖像式測量系統(tǒng)以及GPS法等新型測試方法。水準控制網(wǎng)的建立工程復雜，耗時長，受環(huán)境影響較大。連通管測試系統(tǒng)通過測量各測點與基準點的液面壓力差來得到各測點的撓度值。不僅需要預鋪水管，而且在使用過程中存在著響應時間慢，施工及維護成本高等缺點。激光測量系統(tǒng)和光電圖像式測量系統(tǒng)主要是通過光學系統(tǒng)捕捉光斑或成像的位置變化得出光源的相對位置變化。這兩種測量系統(tǒng)都必須在橋上安裝固定設備作為參考點，當設備移動后無法獲得最初的測量基準狀態(tài)，無法滿足長期測量要求，而且不同氣候條件對測量有影響。GPS技術(shù)接收導航衛(wèi)星的載波相位差分數(shù)據(jù)實時測定站點的三維坐標，是一種新型的實時測量技術(shù)。GPS受外界大氣影響小，可以在暴風雨中進行監(jiān)測，可以實現(xiàn)三維坐標的自動監(jiān)測。然而該技術(shù)存在著垂直高程精度較差、無法達到毫米精度的缺點，且成本高，無法大規(guī)模開展應用。此外進行多點精確測量方式時，要求每點靜止測試時間較長，測試慢。上述技術(shù)除了存在各自不同的應用局限外，還由于通過為數(shù)不多的測點來擬合檢測對象的撓度線形，因此均存在線形不連續(xù)的問題。采用角速度傳感器可進行連續(xù)角度測量，通過換算連續(xù)角速度值得到連續(xù)線形坐標數(shù)據(jù)，有效克服以上各技術(shù)的缺陷。該方法具有快速方便、操作簡單、連續(xù)性好，以及實時性高等優(yōu)點?？稍诓环恋K交通的情況下進行定期或非定期的各種路面、隧道的線形快速檢測。目前角速度傳感器一般采用精度較高的光纖陀螺儀。光纖陀螺儀具有高可靠，長壽命，啟動快，質(zhì)量輕體積小精度高的優(yōu)點，在慣性導航和工程測量領(lǐng)域應用廣泛。光纖陀螺的基本參數(shù)決定其穩(wěn)定性和準確性，這些基本參數(shù)包括零偏、零偏穩(wěn)定性，隨機游走系數(shù)，標度因數(shù)，標度因數(shù)非線性，不對稱性及重復性。然而由于光纖陀螺各部件的穩(wěn)定性和光源的漂移等等因素，光纖陀螺的輸出不可避免的出現(xiàn)誤差。光纖陀螺輸出誤差包括零偏相關(guān)誤差和標度因數(shù)誤差。零偏(重復性)隨機漂移，環(huán)境敏感性漂移和輸出量化噪聲造成零偏值的誤差，標度因數(shù)的不對稱性非線性重復性和溫度靈敏度等等影響標度因數(shù)的精確性。隨著時間漂移和溫度變化，陀螺誤差將隨之增加。在橋梁線形測量過程中，光纖陀螺由載體牽引在橋面和路面前進，通過對角速度和里程儀信號的積分運算得到線形曲線坐標的增量，進一步積分得到全部測量采樣點相對于起點的坐標。由于積分計算固有的誤差形成機理，造成坐標計算值的誤差將隨著測量時間的增加而增大。因此采用這種連續(xù)測量技術(shù)進行測量時，隨著測量進程的進行，誤差呈逐漸發(fā)散擴大的趨勢。因此有必要采用標定方法對測量數(shù)據(jù)進行標定，減小線形測量過程中 的系統(tǒng)誤差。既有專利(申請?zhí)?01010574097· 9和200910073154. 2)，針對光纖陀螺系統(tǒng)本身提出一種結(jié)合GPS數(shù)據(jù)的姿態(tài)解算和濾波方法，上述兩份專利只針對光纖陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)提出根據(jù)GPS數(shù)據(jù)進行實時校正的算法，不涉及到軌跡測量誤差的及時校正。既有專利(申請?zhí)朇N201210116750. 6)中，提出了采用光纖陀螺線形測量系統(tǒng)測量橋梁的線形和剛性曲線的方法，并且提到了多種減小誤差的方法，但是該專利僅采用對數(shù)據(jù)的分析達到減小誤差的目的，并沒有外在的標定校正方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種對基于角速度傳感器的連續(xù)線形測量進行校正的方法。連續(xù)線形測量系統(tǒng)包括距離傳感器和角速度測量單元，其計算原理如下
mη
「00141= Σ乙· cos^S■ f—)
(I)
mηYm
M=II=I式中Xm，Ym分別為橫坐標和縱坐標，L為兩個采樣點之間的距離，COi為角速度測量單元測得的瞬時角速度。\為兩采樣點之間的時間間隔。由于該線形坐標的計算基于雙重積分運算，因此任何中間數(shù)據(jù)的誤差均會累加到最終結(jié)果。從式中可見，距離傳感器，角速度傳感器和時間測量值均有可能出現(xiàn)誤差。因此需要采取有效的方法對線形曲線的計算結(jié)果進行校準。本發(fā)明提出一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法，本發(fā)明的技術(shù)方案是在被測路段放置靜態(tài)標定橋，利用長度測量工具測得橋高。采用連續(xù)線形測量系統(tǒng)對含有標定橋的路段進行檢測，通過線形計算得到含有標定橋的線形曲線。從線形曲線中可得到標定橋的計算橋高，將此計算橋高與實際測得的橋高對比，得到縱軸坐標修正系數(shù)，利用該系數(shù)修正整體測量線形曲線。
具體方法步驟
I)、采用連續(xù)線形測量系統(tǒng)量測被測路段的線形；2)、將靜態(tài)標定橋放置于被測路段上，測量實際橋高；3)、對含有標定橋的被測路段進行線形量測，通過線形計算得到含有標定橋的線形曲線，從線形曲線中得到標定橋的計算橋高；4)、將利用線形數(shù)據(jù)得到的計算橋高與實測橋高進行對比，利用實測橋高校正測量橋高，進而對所有被測路段的線形數(shù)據(jù)進行校正。本發(fā)明的靜態(tài)校正方法中，所述的標定橋放于被測路段的任意位置。本發(fā)明的靜態(tài)校正方法中，所述的標定橋的橋高實測精度為O. 01毫米。


圖I是本發(fā)明的連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法流程圖；圖2測量靜態(tài)標定橋高的示意圖；圖3是本發(fā)明的為無靜態(tài)標定橋的被測路段線形示意圖；圖4是本發(fā)明的有靜態(tài)標定橋I的被測路段線形示意圖；圖中I為靜態(tài)標定橋，2為無靜態(tài)標定橋的被測路段線形，3為有靜態(tài)標定橋I的被測路段線形。
具體實施例方式本發(fā)明的一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法流程如圖I所示，其典型過程為I.測量標定橋高Iv實測精度為O. 01毫米，如圖2所示；2.測量不含標定橋的被測路段線形，如圖3所示；3.測量放有標定橋的被測路段線形，如圖4所示；4.分析比較兩種測量結(jié)果，經(jīng)過解算線形曲線得到計算橋高h。，計算匕和!!。的比值得到縱軸坐標修正系數(shù)λ，利用該系數(shù)修正整體線形曲線的縱坐標。線形曲線的解算方法參照說明書式(I)?？梢灶A見，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以基于本發(fā)明精神開發(fā)多種應用實例，凡是不脫離本發(fā)明精神或范圍的修改，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法，其特征在于，該方法是 在被測路段放置靜態(tài)標定橋，利用長度測量工具測得橋高；采用連續(xù)線形測量系統(tǒng)對含有標定橋的路段進行檢測，通過線形計算得到含有標定橋的線形曲線；從線形曲線中得到標定橋的計算橋高，將此計算橋高與實際測得的橋高對比，得到縱軸坐標修正系數(shù)，利用該系數(shù)修正整體測量線形曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法，其特征在于，方法步驟為 1)、采用連續(xù)線形測量系統(tǒng)量測被測路段的線形； 2)、將靜態(tài)標定橋放置于被測路段上，測量實際橋高； 3)、對含有標定橋的被測路段進行線形量測，通過線形計算得到含有標定橋的線形曲線，從線形曲線中得到標定橋的計算橋高； 4)、將利用線形數(shù)據(jù)得到的計算橋高與實測橋高進行對比，利用實測橋高校正測量橋高，進而對所有被測路段的線形數(shù)據(jù)進行校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法，其特征在于，所述的標定橋放于被測路段的任意位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法，其特征在于，所述的標定橋的橋聞實測精度為O. Ol暈米。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種連續(xù)線形測量系統(tǒng)的靜態(tài)校正方法。該方法在被測路段放置靜態(tài)標定橋，利用長度測量工具測得橋高；采用連續(xù)線形測量系統(tǒng)對含有標定橋的路段進行檢測，通過線形計算得到含有標定橋的線形曲線，從線形曲線中得到標定橋的計算橋高，將此計算橋高與實際測得的橋高對比，得到縱軸坐標修正系數(shù)，利用該系數(shù)修正整體測量線形曲線，進而提高線形測量精度。本發(fā)明適用于道路交通領(lǐng)域中各類公路、橋梁和隧道的連續(xù)線形檢測。
文檔編號G01B21/20GK102944205SQ201210455270
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者胡文彬, 劉芳, 甘維兵, 楊燕, 李盛, 南秋明, 王立新, 姜德生 申請人:武漢理工大學