測量機器人測邊多點后方交會法定向精度分析

李汪陽 吳偉

摘 要 本文結合寧波軌道交通工程項目，簡單介紹基于測量機器人測邊多點后方交會法，并對其交會圖形進行了模擬法精度分析。

關鍵詞 測量機器人；測邊后方交會；模擬法

Abstract In this paper， Nningbo Rail Transit Project，introduces the multi-point linear-resection based on measurement robot，and analyze the precision of the multi-point linear-resection figure by simulation method.

Keywords Measurement robot； Linear-resection； Simulation method

前言

隨著地下工程建設的不斷發展，地鐵隧道豎井定向測量作為隧道工程控制測量非常重要的環節，其方法也在不斷改進，從早期的幾何定向方法如一井定向（聯系三角形定向）、兩井定向到后來的慣性測量方法如陀螺經緯儀定向，直到新近出現的全站儀測邊多點后方交會法定向。隨著測量儀器的進步、數據處理手段的發展，定向的方法正在向自動化，高精度方向發展。

Leica TCA2003全站儀測角精度0.5″，測距精度 1mm+1ppm，具有自動照準、鎖定跟蹤、聯機控制等功能。它應用ATR模式自動目標識別，當全站儀發送的紅外光被反射棱鏡返回并經全站儀內置的CCD相機判別接受后，馬達就驅動全站儀自動轉向棱鏡，并自動精確測定，所以又稱為“測量機器人”[1]。測量機器人雙軸補償功能的完善使得俯仰角較大時水平角觀測精度能夠保證，全站儀自動觀測技術能夠大大減輕人的勞動強度并提高觀測效率。隧道定向測量時測量機器人架設在豎井底部，利用機載的自動觀測程序對豎井口的數個坐標為已知的反射棱鏡進行觀測，從而得到測站的坐標和定向角。該方法曾經成功地應用于寧波軌道交通1號線的定向測量，本文首先介紹該方法的原理，并采用模擬法對該方法的定向精度進行估算。

1 測邊多點后方交會

1.1 測邊多點后方交會原理

基于測量機器人測邊多點后方交會的原理如圖1所示，A、B兩點為地面控制網中的控制點，R1、R2、R3、R4為設于豎井井口的過渡點，J、K為井下控制點，J-K為井下的待定向邊。

地面測量時，在A點處設站，觀測測站到RI、R2、R3、R4各點的水平方向和平距，井下測量時，全站儀在J點設站分別觀測R1、R2、R3、R4各點的水平方向和平距，通過平差計算，就可以得到測站點J的坐標及J到K的坐標方位角。為了提高各點坐標的測量精度，應盡量增加多余觀測。另外，從理論上說，有兩個井口過渡點就可以完成定向，同樣為了提高定向精度，應多設置幾個過渡點。實際作業時往往設置4～5個過渡點。

1.2 數據處理

全站儀測邊多點后方交會法的數據處理按邊角網進行最小二乘平差，使用清華山維測量平差軟件NASEW進行平差計算。

1.3 定向精度分析

全站儀測邊多點后方交會的定向精度與井口的各過渡點點位精度有關，也與井下控制點J上的交會圖形有關。為了簡化問題，將過度點假設為沒有誤差。不考慮過度點的誤差通過模擬法進行精度的估算。

由上述模擬法精度估算結果可知，當設置3個井口過渡點以上且均勻分布時，被定向邊的方位角精度<±8″[5]。該作業方法受施工現場測量條件限制較小，能夠進行自動跟蹤測量，作業靈活性大，顛覆了傳統測量方式必須通過人進行觀測的方式，改進了測量方法，提高了測量效率。

2 結束語

以上的模擬計算說明，布設3個過渡點及以上網型，使用目前測量儀器進行觀測，可以滿足地鐵隧道工程定向測量的精度要求。

參考文獻

[1] 張正祿.測量機器人[J].測繪通報，2001，（05）：17.

[2] 武漢測繪科技大學測量平差教研室.測量平差基礎[M].3版.北京：測繪出版社，1996：92-95.

[3] 覃輝.測邊后方交會的計算公式與精度分析[J].鐵路航測，2001年，（2）：18-21.

[4] 周西振，尹任祥.測邊后方交會精度研究及其應用[N].西南交通大學學報，2006，41（3）：344-348.

[5] GB50308-2008.城市軌道交通工程測量規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.