天寶一體化作業(yè)方案在地下軌道測(cè)量中的應(yīng)用

王 杰，郭 偉，吳吉賢

(滄州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河北 滄州 061000)

天寶測(cè)繪解決方案專欄

天寶一體化作業(yè)方案在地下軌道測(cè)量中的應(yīng)用

王 杰，郭 偉，吳吉賢

(滄州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河北 滄州 061000)

貫通測(cè)量在交通、鐵路、礦山、電力、通信等工程建設(shè)中起著不可或缺的作用。與一般工程相比，貫通測(cè)量所在地往往地勢(shì)更加復(fù)雜，條件更加苛刻，傳統(tǒng)的控制測(cè)量難以施展，面臨著控制點(diǎn)難以布設(shè)、工期較長(zhǎng)、精度差等諸多問(wèn)題。貫通測(cè)量的主要任務(wù)為指導(dǎo)隧道沿正確的方向開挖和施工，確保隧道可以成功貫通；而且貫通測(cè)量還可通過(guò)指導(dǎo)聯(lián)系測(cè)量以開挖豎井、斜井的方式來(lái)增加工作面，進(jìn)行分段掘進(jìn)，大大提高施工效率。貫通測(cè)量包括平面貫通測(cè)量和高程貫通測(cè)量?jī)深悾疚膶⒌孛婵刂茰y(cè)量作為研究目標(biāo)，以烏魯木齊市地下軌道工程某標(biāo)段作為案例，采用天寶一體化作業(yè)與傳統(tǒng)測(cè)量?jī)煞N模式分別進(jìn)行作業(yè)。結(jié)果顯示，天寶一體化作業(yè)模式便捷、高效、經(jīng)濟(jì)，精度不低于傳統(tǒng)測(cè)量模式。

1 傳統(tǒng)測(cè)量模式

目前平面貫通測(cè)量常用的模式為GPS/全站儀模式，過(guò)程如下：首先，使用GPS靜態(tài)測(cè)量建立控制網(wǎng)，尤其是在進(jìn)出洞口附近布設(shè)一定數(shù)量的控制點(diǎn)；其次，GPS作業(yè)完成后，使用全站儀以導(dǎo)線測(cè)量的形式分別在地下工程和地面建立兩套控制測(cè)量網(wǎng)，地面導(dǎo)線用于確定豎井開挖位置及地下控制點(diǎn)坐標(biāo)值的傳遞，地下部分用于指導(dǎo)隧道施工方向。圖1為GPS控制網(wǎng)布設(shè)方案，圖2為地面導(dǎo)線布設(shè)圖，圖3為傳統(tǒng)測(cè)量作業(yè)流程。

圖1 GPS控制網(wǎng)布設(shè)方案

GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)采取靜態(tài)測(cè)量，連接方式為大地多邊形，采用10臺(tái)套Trimble R10接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，擬布設(shè)待定點(diǎn)37個(gè)，聯(lián)測(cè)C級(jí)GPS點(diǎn)5個(gè)。基線解算采用Trimble公司隨機(jī)配備的軟件Trimble Business Center。

圖2 地面導(dǎo)線測(cè)量分布

導(dǎo)線測(cè)量使用Trimble全站儀S9(測(cè)角精度0.5″，測(cè)距精度1 mm+1×10-6D)，導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)大致沿中線方向，平均邊長(zhǎng)為350 m，數(shù)據(jù)使用平差軟件進(jìn)行全網(wǎng)整體平差。

圖3 傳統(tǒng)測(cè)量模式流程

2 天寶一體化測(cè)量方案

天寶一體化測(cè)量是集GPS和全站儀測(cè)量模式于一體的全新測(cè)量模式，它充分挖掘兩種作業(yè)模式的優(yōu)點(diǎn)，借助自己研發(fā)的軟件平臺(tái)，使測(cè)繪工作更加便捷、高效、經(jīng)濟(jì)和人性化。其主要硬件組成部分為GPS接收機(jī)、全站儀和CU控制器，具體組合可根據(jù)工程實(shí)際需要任意搭配。本文所用的一體化測(cè)量系統(tǒng)配備如圖4所示，軟件為天寶外業(yè)測(cè)量平臺(tái)Trimble Access(簡(jiǎn)稱TA)。

圖4 天寶一體化測(cè)量系統(tǒng)組成

天寶一體化測(cè)量系統(tǒng)使用單一用戶界面，GPS和全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單一數(shù)據(jù)中，減少了不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的繁瑣；借助TA平臺(tái)的模塊化功能，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的檢核或工程應(yīng)用計(jì)算，節(jié)省了內(nèi)業(yè)時(shí)間，使測(cè)量工作更加便捷、高效。本文案例中，首先使用GPS測(cè)定任意待定點(diǎn)坐標(biāo)，然后利用后方交會(huì)原理，使用全站儀的自由設(shè)站功能進(jìn)行測(cè)量，從而求得全站儀處點(diǎn)坐標(biāo)。外業(yè)觀測(cè)如圖5所示。

圖5 天寶一體化測(cè)量模式

外業(yè)作業(yè)時(shí)，根據(jù)工程需要，在地下工程出入口附近選擇視野開闊點(diǎn)位安置全站儀，全站儀采用自由設(shè)站模式； 在全站儀可視范圍內(nèi)， 保證通視條件下，任意選擇流動(dòng)站控制點(diǎn)位3個(gè)以上，利用GPS快速靜態(tài)定位模型，測(cè)定已定控制點(diǎn)坐標(biāo)，并存儲(chǔ)到TA控制器中，將棱鏡安放在已定點(diǎn)位上進(jìn)行全站儀測(cè)量并保存數(shù)據(jù)在TA控制器上；利用軟件自帶后方結(jié)算軟件反算全站儀架設(shè)點(diǎn)位坐標(biāo)值；為增加計(jì)算檢核條件和提高測(cè)量精度，可增加流動(dòng)站點(diǎn)位數(shù)量，為檢驗(yàn)控制點(diǎn)精度，可在出入洞附近增加通視控制點(diǎn)數(shù)量。

一體化作業(yè)模式的核心是角度后方交會(huì)(如圖6所示)，后方交會(huì)作業(yè)精度直接影響控制點(diǎn)坐標(biāo)精度。作業(yè)時(shí)，使用架設(shè)于P點(diǎn)的全站儀觀測(cè)角值α、β，使用RTK求解A、B、C3點(diǎn)處坐標(biāo)，通過(guò)三角函數(shù)關(guān)系和余切公式可解算出P點(diǎn)坐標(biāo)(xp,yp)。當(dāng)P點(diǎn)位于A、B、C3點(diǎn)組成的外接圓上時(shí)，P點(diǎn)任意變換，α、β角值始終不變，因此，P點(diǎn)無(wú)解。此外接圓稱為后方交會(huì)危險(xiǎn)圓。實(shí)際工程作業(yè)中，危險(xiǎn)圓出現(xiàn)的情況很偶然，但當(dāng)P點(diǎn)在危險(xiǎn)圓附近時(shí)，解算精度較低或無(wú)解。因此，應(yīng)盡量避免此種情況發(fā)生，盡量不要使α、β及∠ABC三者之和置于區(qū)間(160°，180°)內(nèi)，否則應(yīng)重新進(jìn)行控制點(diǎn)點(diǎn)位選擇。天寶外業(yè)測(cè)量平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，外業(yè)觀測(cè)完成后，通過(guò)軟件快速檢核A、B、C、P4點(diǎn)是否共圓，為測(cè)量作業(yè)節(jié)省了時(shí)間，提高了控制點(diǎn)測(cè)量精度。

圖6 后方交會(huì)

3 結(jié) 論

本文以實(shí)際地下工程案例為出發(fā)點(diǎn)，嘗試性地采用天寶一體化解決方案進(jìn)行地面控制測(cè)量作業(yè)，作為傳統(tǒng)作業(yè)模式的補(bǔ)充，為今后地下工程/隧道地面控制測(cè)量的改進(jìn)奠定一定基礎(chǔ)。通過(guò)比較以上兩種作業(yè)模式，主要有如下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1) 普遍性。天寶一體化作業(yè)模式使用范圍廣泛，可應(yīng)用于工程各個(gè)領(lǐng)域和各種測(cè)量工種。

(2) 經(jīng)濟(jì)性。天寶一體化作業(yè)在時(shí)間上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)作業(yè)模式，摒棄傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量模式，可實(shí)現(xiàn)無(wú)導(dǎo)線作業(yè)，為工程節(jié)約時(shí)間；在資金投入上，因減除了部分野外測(cè)量工作，可為工程有效降低成本。

(3) 靈活性。天寶一體化作業(yè)靈活、快速，若遇控制點(diǎn)損壞，可快速完成控制點(diǎn)的新建工作，有效降低對(duì)工程進(jìn)度的影響。傳統(tǒng)測(cè)量模式則難以完成。

(4) 精確性。天寶一體化作業(yè)精度主要取決于GPS流動(dòng)站測(cè)量精度，相較于傳統(tǒng)模式有所降低，但是可以通過(guò)提高觀測(cè)時(shí)間、增加多余觀測(cè)量和數(shù)據(jù)后處理等手段來(lái)提高精度，以達(dá)到工程測(cè)量精度的要求。