[發明專利]一種暗挖施工中實時高精度變形監測的方法及解算算法

在審

• 申請號: 201811286501.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109164470A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 李銀博;穆朝偉;任新濤;宋程輝;楊少博
• 申請（專利權）人: 西安思彼斯信息科技有限公司
• 主分類號: G01S19/14
• 分類號: G01S19/14
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種測點位移數據信息解算算法，軟件處理系統實時接收第k個測點位置終端與周圍多個基站之間的觀測數據，其特征在于，解算測點位置終端的位移信息步驟如下：

步驟C1：采集第k個標簽到第i個基站的觀測數據，列立觀測方程為：

其中，c表示光速，下標k表示第k個標簽，上標i表示第i個基站，表示第k個標簽k到第i個基站的觀測值；為第k個標簽k到第i個基站之間的距離，表示第i個基站的天線相位偏差，dt_k為第k個標簽的鐘差，δt為同步控制裝置的鐘差，rⁱ為第i個基站到同步控制裝置之間的時延量，為觀測噪聲；

步驟C2：構造基站間的差分觀測值；

具體的，若第k個標簽同時觀測到第i個基站和第j個基站,則差分觀測方程為：

其中，差分算子可以看出，通過基站間觀測值做差，標簽和同步控制裝置的鐘差均被消掉，但此時還殘留有天線相位偏差等系統誤差以及觀測噪聲；

步驟C3：讀取基站天線型號對應的天線相位中心改正數據，對天線相位中心偏差進行改正；

具體的，可結合現有的誤差改正模型對天線相位偏差進行改正，改正后的觀測方程為：

步驟C4：采用同步控制器提供的基站時標數據改正觀測值；

具體的，可采用同步控制器提供的基站時標數據r^ij，對觀測方程進一步改正，改正后的觀測方程為：

步驟C5：采用精確測定的基站坐標對觀測方程線性化；

具體的，已知基站i坐標xⁱ，和基站j坐標x^j；對距離變量進行線性化，線性化后的觀測方程為：

其中，為標簽k到基站j的距離差，為標簽k到基站i的距離差；為標簽k到兩個基站j和i的距離差；x_k,0為標簽k的坐標初值；

步驟C6：采用最小二乘平差方法計算標簽的坐標

設共有n個基站，以第1個基站為差分基準站，將(5)寫成矩陣形式，則觀測方程為：

L＝Aδx_k+∈ (6)

其中，為系數矩陣，為誤差向量；其法方程為：

N＝A^TPA,U＝A^TPL (7)

步驟C7：根據工程變形監測頻率需求，計算所需頻率下的變形監測結果

具體地，如基站設備頻率為f₀，工程實際需求位移變形量的頻率為f_R，則設定觀測時長為m＝f₀/f_R個歷元，則最終求得該控制點上的時延值為：

其中，N_t和U_t表示第t個歷元的法方程，按照(7)式計算；

步驟C8：觀測粗差探測與剔除

根據定位結果，對觀測值進行粗差檢驗，探測出粗差并剔除，從而消除粗差對結果的影響；按(9)式計算殘差

并按(10)式探測粗差，

若v_i>3δ，

則認為第i個觀測值中含有粗差，其中，s表示觀測值個數(即向量v的維數)，v_i一般選取為殘差中的最大值；刪掉含有粗差的觀測值后重新進行計算，直到沒有探測出粗差為止，即可得到標簽的最終坐標值。

2.一種暗挖施工中實時高精度變形監測的方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.在開挖的掌子面與洞口空間區域內，安裝無線超寬帶偽衛星定位基站，并精確測定基站坐標；

B.在各待監測點上安裝一個代表其位置身份識別的無線定位數據接收終端，接收各個基站發出的射頻無線電信號；

C.軟件系統實時接收各終端與基站之間的觀測數據，解算終端的高精度位移信息，同時將位移監測信息播發給工程信息化管理平臺；

D.各監測點的實時位移變形量和累積位移變形量的可視化；

E.監測點位移變形量的預警系統，通過設定閾值來進行風險預警，一旦超出閾值，系統可立即觸發或自動警報系統，值班人員可即時采取相應的安全應急措施，保障施工安全。