隧道貫通測(cè)量仿真技術(shù)及軟件開發(fā)

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710600）

1 隧道貫通測(cè)量誤差模擬系統(tǒng)流程

圖1 貫通誤差模擬系統(tǒng)流程圖

1.1 模擬仿真軟件基本功能

本隧道貫通誤差模擬系統(tǒng)大量運(yùn)用于隧道貫通測(cè)量的模擬誤差計(jì)算，與測(cè)量控制網(wǎng)平差和圖形仿真模擬處理。

1 隧道貫通計(jì)算與誤差模擬處理

貫通誤差模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理分為方位角觀測(cè)值預(yù)處理，地下導(dǎo)線網(wǎng)平差計(jì)算，模擬貫通測(cè)量的動(dòng)態(tài)計(jì)算，并根據(jù)模擬動(dòng)態(tài)觀測(cè)條件變化，設(shè)計(jì)預(yù)算結(jié)果。繪制控制網(wǎng)的圖形圖像與誤差橢圓。以直觀的圖像方式將模擬貫通誤差結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)。

2、控制網(wǎng)模擬仿真

本模擬仿真軟件旨在平面控制網(wǎng)的平差解算以及誤差的動(dòng)態(tài)模擬仿真。其中，平面控制網(wǎng)的平差解算包括：方向觀測(cè)數(shù)據(jù)與距離觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理，與其平差計(jì)算。數(shù)據(jù)處理結(jié)果將以平面控制網(wǎng)文件、誤差橢圓、平差結(jié)果文件等形式展示出。誤差的動(dòng)態(tài)模擬仿真可以在圖形顯示的模式下面進(jìn)行動(dòng)態(tài)增減觀測(cè)值，或者改變觀測(cè)值的條件，模擬平面控制網(wǎng)動(dòng)態(tài)結(jié)果。

隧道貫通誤差仿真系統(tǒng)主要由菜單、工作區(qū)、狀態(tài)欄、工具欄等組成。其中，菜單欄主要包括項(xiàng)目的新建、打開，數(shù)據(jù)保存、另存、打印等功能。工作區(qū)主要是進(jìn)行模擬結(jié)果顯示，包括原始數(shù)據(jù)、平差結(jié)果、誤差橢圓等顯示。狀態(tài)欄主要顯示比例尺、點(diǎn)位坐標(biāo)等信息。工具欄主要包含常用功能項(xiàng)。

2 控制網(wǎng)平差程序設(shè)計(jì)

2.1 控制網(wǎng)平差流程

軟件各模塊運(yùn)行關(guān)系如圖2所示。

（1）數(shù)據(jù)錄入、計(jì)算點(diǎn)位坐標(biāo)

該部分主要功能為起算坐標(biāo)輸入，基本觀測(cè)數(shù)據(jù)、網(wǎng)型信息等輸入，通過(guò)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，解算待定點(diǎn)概略坐標(biāo)，供其它模塊使用。

（2）方向、邊長(zhǎng)改正，條件檢驗(yàn)

該部分主要通過(guò)對(duì)輸入觀測(cè)值進(jìn)行歸算，對(duì)存在的粗差進(jìn)行檢測(cè)，查看數(shù)據(jù)是否具備平差基本條件，檢驗(yàn)合格后可進(jìn)行下一步計(jì)算。

圖2 平面控制網(wǎng)平差基本流程

（3）平差模塊

該部分主要通過(guò)最小二乘原理[1]，對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行處理。最終給出平差值，以及控制網(wǎng)的精度。

2.2 貫通測(cè)量模擬系統(tǒng)檸條塔煤礦S1210 巷道的應(yīng)用

貫通測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，在檸條塔超長(zhǎng)巷道貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)及陀螺定向測(cè)量數(shù)據(jù)處理中進(jìn)行了應(yīng)用。首先，在貫通誤差預(yù)計(jì)方面，可以使用該系統(tǒng)直觀的顯示出導(dǎo)線測(cè)量各個(gè)點(diǎn)位的誤差橢圓情況，反映出導(dǎo)線點(diǎn)的精度情況，為貫通測(cè)量方案選擇優(yōu)化提供便利，同時(shí)可以加入陀螺定向數(shù)據(jù)進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)，并顯示加測(cè)陀螺邊后導(dǎo)線精度情況。其次，在陀螺定向數(shù)據(jù)計(jì)算方面，使用該軟件可以方便的計(jì)算陀螺定向數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。

2.2.1 貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)程序應(yīng)用

該系統(tǒng)的使用步驟如下：

1、數(shù)據(jù)錄入。可以采用系統(tǒng)引導(dǎo)，逐步輸入方式，也可以采用直接編輯數(shù)據(jù)文件輸入方式。

2、網(wǎng)平差、網(wǎng)圖顯示、誤差橢圓繪制。通過(guò)依次點(diǎn)擊快捷圖標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)平差、網(wǎng)圖顯示、誤差橢圓繪制，并輸出處理結(jié)果文件。同時(shí)輸入結(jié)束后可在導(dǎo)線上右擊，進(jìn)行增刪觀測(cè)值等操作。

3、加測(cè)陀螺定向數(shù)據(jù)。加測(cè)陀螺定向數(shù)據(jù)后的貫通誤差預(yù)計(jì)模擬[2]，只需要在數(shù)據(jù)文件中加入固定觀測(cè)即可，加入后操作過(guò)程同過(guò)程1、2。

以下圖3、圖4分別為加測(cè)2 條陀螺邊貫通誤差模擬和加測(cè)6 條陀螺邊貫通誤差模擬的處理情況，通過(guò)處理結(jié)果可以直觀的看出，加測(cè)陀螺定向邊后誤差橢圓明顯減小，提高了點(diǎn)位精度。

圖3 加測(cè)2 條陀螺邊貫通誤差模擬

圖4 加測(cè)6 條陀螺邊貫通誤差模擬

2.2.2 陀螺定向測(cè)量程序應(yīng)用

通過(guò)該系統(tǒng)內(nèi)置的陀螺定向測(cè)量計(jì)算模塊，可以方便的計(jì)算陀螺定向成果，主要操作步驟如下:

1、數(shù)據(jù)錄入?？梢圆捎梦募斎敕绞捷斎霐?shù)據(jù)。

2、陀螺定向測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算。選擇工程數(shù)據(jù)計(jì)算選項(xiàng)后可自動(dòng)進(jìn)行陀螺定向成果計(jì)算。同時(shí)，可以使用輔助計(jì)算工具進(jìn)行子午線收斂角計(jì)算及坐標(biāo)反算。

3、成果輸出。計(jì)算結(jié)束后測(cè)量成果顯示在主顯示區(qū)，同時(shí)輸出數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果文件，如圖5所示。

圖5 成果輸出

通過(guò)以上應(yīng)用可見，貫通測(cè)量模擬系統(tǒng)可完成控制網(wǎng)平差計(jì)算與貫通測(cè)量動(dòng)態(tài)模擬仿真計(jì)算?？刂凭W(wǎng)平差計(jì)算可以處理方向觀測(cè)值、距離觀測(cè)值、以及方位角觀測(cè)值的平差問(wèn)題，輸出結(jié)果包括控制網(wǎng)圖形文件（可選誤差橢圓）、平差結(jié)果文件等。系統(tǒng)中的陀螺定向測(cè)量計(jì)算模塊可以方便的進(jìn)行陀螺定向測(cè)量計(jì)算，輸出計(jì)算結(jié)果文件。