基于條件平差的變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理及分析

曹元志 黃長(zhǎng)軍

摘要：在某幾何模型中，總的實(shí)際觀測(cè)次數(shù)為n，必要觀測(cè)次數(shù)t，則多余觀測(cè)次數(shù)r=n－t，那么可列立r=n－t個(gè)獨(dú)立條件方程，這種以條件方程為函數(shù)模型的平差方法，稱為條件平差法。在變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中，通常可以采用條件平差法對(duì)網(wǎng)中的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差和點(diǎn)位精度分析，求出最弱點(diǎn)中誤差、最弱邊中誤差、繪制誤差橢圓。其中處理的關(guān)鍵是條件方程式的列立、非線性條件方程式線性化、誤差方程式的求解及未知點(diǎn)精度評(píng)定。本文以在益陽(yáng)市資江三橋布設(shè)的橋梁控制網(wǎng)為例，推導(dǎo)了全部的橋梁控制網(wǎng)解算過(guò)程，并得出了結(jié)論。

關(guān)鍵詞：條件平差；法方程；測(cè)量平差；線性方程組

DataProcessingandAnalysisofDeformationMonitoring

andControlNetworkBasedonConditionAdjustment

CaoYuanzhiHuangChangjun

HunanCityUniversityInstituteofMunicipalandMappingEngineeringHunanYiyang413000

Abstract：Inacertaingeometricmodel，thetotalactualnumberofobservationsisn，andthenecessarynumberofobservationsist，sothenumberofobservationsrisredundant.Thenanindependentconditionalequationr=ntcanbelisted.Thisadjustmentmethodbasedonconditionalequationasafunctionmodeliscalledconditionaladjustmentmethod.Inthedataprocessingofdeformationmonitoringandcontrolnetwork，itisusuallypossibletousetheconditionadjustmentmethodtoanalyzetheadjustmentandpointpositionaccuracyoftheobserveddatainthenetwork，tofindouttheerroroftheweakestpoint，theerroroftheweakestedge，anddrawtheerrorellipse.Thekeytodealwiththeseproblemsaretheformulationofconditionalequations，linearizationofnonlinearconditionalequations，solvingoferrorequationsandevaluatingtheaccuracyofunknownpoints.TakingthebridgecontrolnetworkinZijiangBridgeNo.3ofYiyangCityasanexample，thispaperdeducesalltheprocessofsolvingthebridgecontrolnetworkanddrawsaconclusion.

Keywords：Adjustmentofconditions；Normalequation；Adjustmentofmeasurement；Systemoflinearequations

在現(xiàn)代橋梁控制網(wǎng)布設(shè)中，通常布設(shè)成GPS網(wǎng)或邊角網(wǎng)［1］。布設(shè)為GPS網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是不受地形和通視條件的限制，布設(shè)為邊角網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是既觀測(cè)角度又觀測(cè)距離，精度相對(duì)較高［2］。本課題結(jié)合邊角網(wǎng)的布設(shè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)益陽(yáng)市資江三橋進(jìn)行控制測(cè)量。2021年以來(lái)，益陽(yáng)市資江三橋由于車流量較大，投入使用時(shí)間較長(zhǎng)，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了橋墩傾斜下沉、橋面平整度發(fā)生變化的情況。為了了解資江三橋的真實(shí)變形速率及沉降規(guī)律，筆者布置了一測(cè)角測(cè)距的邊角控制網(wǎng)。所用儀器為徠卡TC702型全站儀，測(cè)角中誤差為±2″，測(cè)距精度為1mm+2ppm×D（公里）。如圖1所示，A，B，C是已知點(diǎn)，P1，P2為待定點(diǎn)，網(wǎng)中觀測(cè)了12個(gè)角度，2條邊長(zhǎng)（在條件平差中，不用觀測(cè)邊長(zhǎng)；在間接平差中，用16，17作為觀測(cè)邊長(zhǎng)），觀測(cè)4個(gè)測(cè)回。控制網(wǎng)圖見(jiàn)圖1。

圖1控制網(wǎng)圖

已知點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)如下：

1條件平差解算

1.1條件方程的列立

觀測(cè)值n=12，必要觀測(cè)t=4，多余觀測(cè)r=8，可知要列8個(gè)條件方程，如下：

圖形條件：

V1+V2+V3+W1=0V4+V5+V6+W2=0

V7+V8+V9+W3=0V10+V11+V12+W4=0

圓周條件：

V1+V5+V8+V11+W5=0

已知方位角條件：

V2+V4+W6=0

極條件（已線性化）：

cotL12V12+cotL5V5+cotL9V9-cotL10V10-cotL6V6-cotL2V2-cotL7V7+ρ×1-sinL2sinL6sinL7sinL10sinL3sinL5sinL9sinL12=0

已知邊條件：

cotL1V1+cotL6V6-cotL3V3-cotL5V5+ρ×1-sinL3sinL5sinL1sinL6=0

其中：

W1=L1+L2+L3-180°W2=L4+L5+L6-180°

W3=L7+L8+L9-180°W4=L10+L11+L12-180°

W5=L1+L8+L11+L5-360°W6=L2+L4-（BA-BC）

代入數(shù)據(jù)，得：

V1+V2+V3-2.8=0V4+V5+V6+1.2=0

V7+V8+V9-0.9=0V10+V11+V12-3.8=0

V1+V5+V8+V11-1.2=0V2+V4+1.1=0

0.1V1-0.62V3+0.73V5+2.62V6-1.92=0

-1.29V2+0.62V3+1.54V4-2.62V6-0.28V7+1.86V9-0.69V10+0.77V12=0

得到基礎(chǔ)方程系數(shù)陣：

Naa300011-0.6-0.5030011-1.13.30030102.100003100.1011114000.81100020.20-0.7-1.12.10.0800.215.8-7.2-0.53.4000.80-7.27.7

由法方程式可以解出：

2條件平差精度評(píng)定

未知點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系式為：

XP1=cos（AB+L＾3）+XAYP1=sin（AB+L＾3）+YA

XP2=cos（360°-P2P1+L＾9）+XAYP2=sin（360°-P2P1+L＾9）+YA

對(duì)其進(jìn)行全微分，得其系數(shù)陣：

表8平差值函數(shù)全微分系數(shù)陣

L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12X（P1）00-0.95000000000Y（P1）000.31000000000X（P2）00000000-0.56000Y（P2）000000000.83000

按照協(xié)因數(shù)傳播律，未知點(diǎn)坐標(biāo)的協(xié)因數(shù)為：

Qσ＾σ＾=fTQf-（AQf）TN-1aaAQf

得平差值函數(shù)的協(xié)因數(shù)陣：

根據(jù)點(diǎn)位誤差橢圓公式，可以得到P1，P2點(diǎn)的誤差橢圓參數(shù)：

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)條件平差條件對(duì)益陽(yáng)市紫江三橋控制網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和精度評(píng)定，可以看出條件平差和間接平差的不同點(diǎn)。條件平差和間接平差都是具有無(wú)窮多組解的相容方程組［7］。條件平差與間接平差都是在最小二乘準(zhǔn)則的約束下求得最優(yōu)解［8］。對(duì)于同一平差問(wèn)題，無(wú)論采用何種平差方法，所得到的平差結(jié)果和精度（包括點(diǎn)位中誤差，點(diǎn)位誤差橢圓）都是相同的。條件平差與間接平差是整個(gè)測(cè)量平差的基礎(chǔ)，其他諸多平差方法都是在這兩種平差方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。對(duì)于任一問(wèn)題，既可采用條件平差又可采用間接平差進(jìn)行計(jì)算，不同平差方法所產(chǎn)生的條件系數(shù)陣A與間接平差系數(shù)陣B的積為0，即A*B=0。

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基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目（2022JJ50261）；湖南省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2021JJ30076）

作者簡(jiǎn)介：曹元志（1977—），男，漢族，河南信陽(yáng)人，碩士，副教授，注冊(cè)測(cè)繪師，主要從事工程測(cè)量及數(shù)據(jù)處理的教學(xué)和科研。