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摘要：全站仪自由设站法因为能够在任意点设站，可以在复杂的环境下进行常规的观测的特点，可以应用在环境复杂的施工现场。自由设站法位移观测所获得的数据处理更是直接关乎测量成果的好坏，本文简要使用间接平差的方法对其观测数据进行平差处理，进行了精度评定的方法。
关键词：间接平差；数据处理；自由设站
利用全站仪进行测量的方法一般有两种，即定点设站法和自由设站法，其中定点设站法对操作环境要求比较严格，而自由设站法因为不需要知道设站点的坐标，自由设站法在外业上具有更高的效率，因此可以用于地形环境比较复杂的条件下。但是在内业上，因为其坐标为站心坐标系，因此需要将坐标转换到施工坐标系中才能进一步使用。内业中还需要对观测的数据进行平差处理已经精度评定，以此来提高其计算结果的可靠性和稳定性，因此有必要研究全站仪自由设站位移观测数据处理的方法。而现代社会计算机发展迅速，其具有强大的计算能力，因此借助编程实现全站仪自由设站点点位位移观测数据的处理，不但能够减少人工对数据处理可能产生的错误，而且能够节省不少人力，从而更加精确的评定测量的成果。本文主要介绍全站仪自由设站位移监测数据处理的流程及其在MATLAB上实现的过程。
一、自由设站位移观测的原理
xOy是施工坐标系，N是控制点，P是自由设站点，以仪器度盘零方向为x’轴确定x’Py’的以P为坐标原点的坐标系，α0是x和x’方向间的夹角，当P点观测P点到N点的水平距离SN和水平方向αN后，就可以在x’py’坐标系中求出N点的局部坐标，然后根据坐标转换公式将独立坐标系转换到施工坐标系之中。
二、自由设站位移观测数据处理方法
全站仪自由设站法位移监测的数据处理主要有四个步骤：求解全站仪设站点在施工坐标系中的概略坐标；采用间接平差的方法列出误差方程组；依据水平方向及距离观测值确定权之比和各自的权；按照间接平差的方法对数据进行精度评定和平差处理。
（一）施工坐标系中坐标的求解。由于使用全站仪自由设站法进行位移监测时，全站仪并没有架设在已知点上，因此需要与两个以上已知点进行联测，采用后方交会的方法，求解出设站点的粗略坐标，而要列出观测值误差方程，就必须要指导观测点的粗略坐标，因此就要解决监测点粗略坐标的推算，错了坐标推算如下：
假设设站点为S1，其坐标为（0,0），以全站仪观测的第一个未知点的方位角为0，确定站心坐标系；在前一步的基础上，按照极坐标的计算方法，依次推算出其余各点的坐标增量，计算出这些监测点在站心坐标系中的坐标值。
采用自由设站法，当全站仪搬站重新架设时，两个相邻的测站之间会有重复观测的点，假设A和B两个监测点为上一个测站已经观测出粗略坐标的两个监测点，SAB是根据所观测出的概略坐标计算的AB之间的距离，γ是在测站点S2处观测出的AB之间的夹角，DA和DB是设站点S2到AB两点之间的距离，可以运用前方交会的方法求出下一个测站点S2点在站心坐标系下的粗略坐标。
待求出S2点坐标后，按照上述步骤操作即可求解出在设站点S2处所测得的所有监测点的粗略坐标。在所有计算的点坐标中，由于都是在站心坐标系下进行的观测，因此所观测点点位坐标都是站心坐标系下的坐标，而这些观测点中包含了两个或者两个以上的已知点坐标，这些点的坐标在两种坐标系中可以分别表示出来，因此可以采用四参数坐标转换的方法，将站心坐标系转换到建筑施工坐标系中。
（二）列误差方程。因为在自由设站法位移观测中只有方向观测值和距离观测值，要对数据进行精度评定就需要对这两类观测值需要进行误差分析。因此需要求出误差方向误差方程和距离误差方程。方向误差方程如式1所示，距离误差方程如式2所示
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在进行上述平差完成后，对观测数据进行了精度评定及平差处理，当其观测精度符合规范及工程要求时，需要将相邻时间段内同一监测点的观测坐标进行求差处理，得到该时间段内位移量，然后求出累计位移量，与相应的安全规范进行比较，看是否符合要求，最后绘出变化曲线。
三、程序实现
由于现在计算机技术的飞速发展，借助其强大的计算能力可以帮助我们快速的进行数据的处理，因此，我们有必要借助计算机技术来实现数据处理的自动化。借助MATLAB可以方便的进行数据的处理。
由于全站仪自由设站位移观测目标点的坐标是站心坐标系，进行观测后，其测量数据保存在一个数据文件中，数据文件中的已知点分别采用工程坐标系和测站坐标系，但是不同坐标系下的已知点在一定测量误差范围内是一致的，因此，任意不在同一直线上的三个已知点所组成的三角形是近似全等的，利用已知点空间位置关系的相似性，能够建立两套坐标系中的转换关系，将同一测站所观测的目标点坐标转换到工程坐标系，其中坐标转换采用四参数法。其中包括坐标增量模块、四参数坐标转换模块、后方交会坐标计算模块、位移量计算及变化曲线绘制模块。
四、结论
全站仪自由设站法位移观测相对于传统的三角网测量法、GPS测量法、摄影测量法等监测方法具有无可比拟的优点，其具有外业作业步骤少，效率高；对已知点通视条件不限制；在外也测量中组织安排上更加灵活，一人即可快速完成外业。另外，对其数据的处理也尤为重要，通过运用MATLAB来进行测量数据的自动处理，可以有效的解决自由设站法所带来的内业处理繁杂的缺点，可以快速的进内业处理，而且其由于少了人工干预，因此能够减少人工计算所带来的精度损失，以及人为造成的失误。本文对对全站仪数据处理的方法没有进行改进，下一步的研究目标就是对测量数据的处理方法进行改进，以求更好的对测量数据的精度和稳定性进行评价。
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作者简介：冉中鑫（1993.09-），男，河南南阳人，硕士研究生在读，研究方向：摄影测量与遥感。
论文作者:冉中鑫
论文发表刊物:《科技新时代》2018年7期
论文发表时间:2018/9/21
标签：坐标系论文; 坐标论文; 自由论文; 位移论文; 数据处理论文; 误差论文; 测量论文; 《科技新时代》2018年7期论文;