天寶一體化作業方案在地下軌道測量中的應用

王 杰，郭 偉，吳吉賢

(滄州水利勘測設計院，河北 滄州 061000)

天寶測繪解決方案專欄

天寶一體化作業方案在地下軌道測量中的應用

王 杰，郭 偉，吳吉賢

(滄州水利勘測設計院，河北 滄州 061000)

貫通測量在交通、鐵路、礦山、電力、通信等工程建設中起著不可或缺的作用。與一般工程相比，貫通測量所在地往往地勢更加復雜，條件更加苛刻，傳統的控制測量難以施展，面臨著控制點難以布設、工期較長、精度差等諸多問題。貫通測量的主要任務為指導隧道沿正確的方向開挖和施工，確保隧道可以成功貫通；而且貫通測量還可通過指導聯系測量以開挖豎井、斜井的方式來增加工作面，進行分段掘進，大大提高施工效率。貫通測量包括平面貫通測量和高程貫通測量兩類，本文將地面控制測量作為研究目標，以烏魯木齊市地下軌道工程某標段作為案例，采用天寶一體化作業與傳統測量兩種模式分別進行作業。結果顯示，天寶一體化作業模式便捷、高效、經濟，精度不低于傳統測量模式。

1 傳統測量模式

目前平面貫通測量常用的模式為GPS/全站儀模式，過程如下：首先，使用GPS靜態測量建立控制網，尤其是在進出洞口附近布設一定數量的控制點；其次，GPS作業完成后，使用全站儀以導線測量的形式分別在地下工程和地面建立兩套控制測量網，地面導線用于確定豎井開挖位置及地下控制點坐標值的傳遞，地下部分用于指導隧道施工方向。圖1為GPS控制網布設方案，圖2為地面導線布設圖，圖3為傳統測量作業流程。

圖1 GPS控制網布設方案

GPS控制網外業觀測采取靜態測量，連接方式為大地多邊形，采用10臺套Trimble R10接收機進行觀測，擬布設待定點37個，聯測C級GPS點5個。基線解算采用Trimble公司隨機配備的軟件Trimble Business Center。

圖2 地面導線測量分布

導線測量使用Trimble全站儀S9(測角精度0.5″，測距精度1 mm+1×10-6D)，導線點布設大致沿中線方向，平均邊長為350 m，數據使用平差軟件進行全網整體平差。

圖3 傳統測量模式流程

2 天寶一體化測量方案

天寶一體化測量是集GPS和全站儀測量模式于一體的全新測量模式，它充分挖掘兩種作業模式的優點，借助自己研發的軟件平臺，使測繪工作更加便捷、高效、經濟和人性化。其主要硬件組成部分為GPS接收機、全站儀和CU控制器，具體組合可根據工程實際需要任意搭配。本文所用的一體化測量系統配備如圖4所示，軟件為天寶外業測量平臺Trimble Access(簡稱TA)。

圖4 天寶一體化測量系統組成

天寶一體化測量系統使用單一用戶界面，GPS和全站儀測量數據存儲在單一數據中，減少了不同數據格式轉換的繁瑣；借助TA平臺的模塊化功能，現場進行測量數據的檢核或工程應用計算，節省了內業時間，使測量工作更加便捷、高效。本文案例中，首先使用GPS測定任意待定點坐標，然后利用后方交會原理，使用全站儀的自由設站功能進行測量，從而求得全站儀處點坐標。外業觀測如圖5所示。

圖5 天寶一體化測量模式

外業作業時，根據工程需要，在地下工程出入口附近選擇視野開闊點位安置全站儀，全站儀采用自由設站模式； 在全站儀可視范圍內， 保證通視條件下，任意選擇流動站控制點位3個以上，利用GPS快速靜態定位模型，測定已定控制點坐標，并存儲到TA控制器中，將棱鏡安放在已定點位上進行全站儀測量并保存數據在TA控制器上；利用軟件自帶后方結算軟件反算全站儀架設點位坐標值；為增加計算檢核條件和提高測量精度，可增加流動站點位數量，為檢驗控制點精度，可在出入洞附近增加通視控制點數量。

一體化作業模式的核心是角度后方交會(如圖6所示)，后方交會作業精度直接影響控制點坐標精度。作業時，使用架設于P點的全站儀觀測角值α、β，使用RTK求解A、B、C3點處坐標，通過三角函數關系和余切公式可解算出P點坐標(xp,yp)。當P點位于A、B、C3點組成的外接圓上時，P點任意變換，α、β角值始終不變，因此，P點無解。此外接圓稱為后方交會危險圓。實際工程作業中，危險圓出現的情況很偶然，但當P點在危險圓附近時，解算精度較低或無解。因此，應盡量避免此種情況發生，盡量不要使α、β及∠ABC三者之和置于區間(160°，180°)內，否則應重新進行控制點點位選擇。天寶外業測量平臺實現了數據共享，外業觀測完成后，通過軟件快速檢核A、B、C、P4點是否共圓，為測量作業節省了時間，提高了控制點測量精度。

圖6 后方交會

3 結 論

本文以實際地下工程案例為出發點，嘗試性地采用天寶一體化解決方案進行地面控制測量作業，作為傳統作業模式的補充，為今后地下工程/隧道地面控制測量的改進奠定一定基礎。通過比較以上兩種作業模式，主要有如下幾點結論：

(1) 普遍性。天寶一體化作業模式使用范圍廣泛，可應用于工程各個領域和各種測量工種。

(2) 經濟性。天寶一體化作業在時間上明顯優于傳統作業模式，摒棄傳統導線測量模式，可實現無導線作業，為工程節約時間；在資金投入上，因減除了部分野外測量工作，可為工程有效降低成本。

(3) 靈活性。天寶一體化作業靈活、快速，若遇控制點損壞，可快速完成控制點的新建工作，有效降低對工程進度的影響。傳統測量模式則難以完成。

(4) 精確性。天寶一體化作業精度主要取決于GPS流動站測量精度，相較于傳統模式有所降低，但是可以通過提高觀測時間、增加多余觀測量和數據后處理等手段來提高精度，以達到工程測量精度的要求。