天宝一体化作业方案在地下轨道测量中的应用

2017-05-11吴吉贤

测绘通报 2017年4期

关键词：天宝外业全站仪

王杰，郭伟，吴吉贤

(沧州水利勘测设计院，河北沧州 061000)

天宝测绘解决方案专栏

天宝一体化作业方案在地下轨道测量中的应用

王杰，郭伟，吴吉贤

(沧州水利勘测设计院，河北沧州 061000)

贯通测量在交通、铁路、矿山、电力、通信等工程建设中起着不可或缺的作用。与一般工程相比，贯通测量所在地往往地势更加复杂，条件更加苛刻，传统的控制测量难以施展，面临着控制点难以布设、工期较长、精度差等诸多问题。贯通测量的主要任务为指导隧道沿正确的方向开挖和施工，确保隧道可以成功贯通；而且贯通测量还可通过指导联系测量以开挖竖井、斜井的方式来增加工作面，进行分段掘进，大大提高施工效率。贯通测量包括平面贯通测量和高程贯通测量两类，本文将地面控制测量作为研究目标，以乌鲁木齐市地下轨道工程某标段作为案例，采用天宝一体化作业与传统测量两种模式分别进行作业。结果显示，天宝一体化作业模式便捷、高效、经济，精度不低于传统测量模式。

1 传统测量模式

目前平面贯通测量常用的模式为GPS/全站仪模式，过程如下：首先，使用GPS静态测量建立控制网，尤其是在进出洞口附近布设一定数量的控制点；其次，GPS作业完成后，使用全站仪以导线测量的形式分别在地下工程和地面建立两套控制测量网，地面导线用于确定竖井开挖位置及地下控制点坐标值的传递，地下部分用于指导隧道施工方向。图1为GPS控制网布设方案，图2为地面导线布设图，图3为传统测量作业流程。

图1 GPS控制网布设方案

GPS控制网外业观测采取静态测量，连接方式为大地多边形，采用10台套Trimble R10接收机进行观测，拟布设待定点37个，联测C级GPS点5个。基线解算采用Trimble公司随机配备的软件Trimble Business Center。

图2 地面导线测量分布

导线测量使用Trimble全站仪S9(测角精度0.5″，测距精度1 mm+1×10-6D)，导线点布设大致沿中线方向，平均边长为350 m，数据使用平差软件进行全网整体平差。

图3 传统测量模式流程

2 天宝一体化测量方案

天宝一体化测量是集GPS和全站仪测量模式于一体的全新测量模式，它充分挖掘两种作业模式的优点，借助自己研发的软件平台，使测绘工作更加便捷、高效、经济和人性化。其主要硬件组成部分为GPS接收机、全站仪和CU控制器，具体组合可根据工程实际需要任意搭配。本文所用的一体化测量系统配备如图4所示，软件为天宝外业测量平台Trimble Access(简称TA)。

图4 天宝一体化测量系统组成

天宝一体化测量系统使用单一用户界面，GPS和全站仪测量数据存储在单一数据中，减少了不同数据格式转换的繁琐；借助TA平台的模块化功能，现场进行测量数据的检核或工程应用计算，节省了内业时间，使测量工作更加便捷、高效。本文案例中，首先使用GPS测定任意待定点坐标，然后利用后方交会原理，使用全站仪的自由设站功能进行测量，从而求得全站仪处点坐标。外业观测如图5所示。

图5 天宝一体化测量模式

外业作业时，根据工程需要，在地下工程出入口附近选择视野开阔点位安置全站仪，全站仪采用自由设站模式；在全站仪可视范围内，保证通视条件下，任意选择流动站控制点位3个以上，利用GPS快速静态定位模型，测定已定控制点坐标，并存储到TA控制器中，将棱镜安放在已定点位上进行全站仪测量并保存数据在TA控制器上；利用软件自带后方结算软件反算全站仪架设点位坐标值；为增加计算检核条件和提高测量精度，可增加流动站点位数量，为检验控制点精度，可在出入洞附近增加通视控制点数量。

一体化作业模式的核心是角度后方交会(如图6所示)，后方交会作业精度直接影响控制点坐标精度。作业时，使用架设于P点的全站仪观测角值α、β，使用RTK求解A、B、C3点处坐标，通过三角函数关系和余切公式可解算出P点坐标(xp,yp)。当P点位于A、B、C3点组成的外接圆上时，P点任意变换，α、β角值始终不变，因此，P点无解。此外接圆称为后方交会危险圆。实际工程作业中，危险圆出现的情况很偶然，但当P点在危险圆附近时，解算精度较低或无解。因此，应尽量避免此种情况发生，尽量不要使α、β及∠ABC三者之和置于区间(160°，180°)内，否则应重新进行控制点点位选择。天宝外业测量平台实现了数据共享，外业观测完成后，通过软件快速检核A、B、C、P4点是否共圆，为测量作业节省了时间，提高了控制点测量精度。