隧道貫通測量仿真技術及軟件開發

（西安鐵路職業技術學院，西安 710600）

1 隧道貫通測量誤差模擬系統流程

圖1 貫通誤差模擬系統流程圖

1.1 模擬仿真軟件基本功能

本隧道貫通誤差模擬系統大量運用于隧道貫通測量的模擬誤差計算，與測量控制網平差和圖形仿真模擬處理。

1 隧道貫通計算與誤差模擬處理

貫通誤差模擬系統數據處理分為方位角觀測值預處理，地下導線網平差計算，模擬貫通測量的動態計算，并根據模擬動態觀測條件變化，設計預算結果。繪制控制網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果呈現出來。

2、控制網模擬仿真

本模擬仿真軟件旨在平面控制網的平差解算以及誤差的動態模擬仿真。其中，平面控制網的平差解算包括：方向觀測數據與距離觀測數據的處理，與其平差計算。數據處理結果將以平面控制網文件、誤差橢圓、平差結果文件等形式展示出。誤差的動態模擬仿真可以在圖形顯示的模式下面進行動態增減觀測值，或者改變觀測值的條件，模擬平面控制網動態結果。

隧道貫通誤差仿真系統主要由菜單、工作區、狀態欄、工具欄等組成。其中，菜單欄主要包括項目的新建、打開，數據保存、另存、打印等功能。工作區主要是進行模擬結果顯示，包括原始數據、平差結果、誤差橢圓等顯示。狀態欄主要顯示比例尺、點位坐標等信息。工具欄主要包含常用功能項。

2 控制網平差程序設計

2.1 控制網平差流程

軟件各模塊運行關系如圖2所示。

（1）數據錄入、計算點位坐標

該部分主要功能為起算坐標輸入，基本觀測數據、網型信息等輸入，通過對輸入數據進行處理，解算待定點概略坐標，供其它模塊使用。

（2）方向、邊長改正，條件檢驗

該部分主要通過對輸入觀測值進行歸算，對存在的粗差進行檢測，查看數據是否具備平差基本條件，檢驗合格后可進行下一步計算。

圖2 平面控制網平差基本流程

（3）平差模塊

該部分主要通過最小二乘原理[1]，對觀測值進行處理。最終給出平差值，以及控制網的精度。

2.2 貫通測量模擬系統檸條塔煤礦S1210 巷道的應用

貫通測量系統設計完成后，在檸條塔超長巷道貫通測量誤差預計及陀螺定向測量數據處理中進行了應用。首先，在貫通誤差預計方面，可以使用該系統直觀的顯示出導線測量各個點位的誤差橢圓情況，反映出導線點的精度情況，為貫通測量方案選擇優化提供便利，同時可以加入陀螺定向數據進行貫通誤差預計，并顯示加測陀螺邊后導線精度情況。其次，在陀螺定向數據計算方面，使用該軟件可以方便的計算陀螺定向數據，實現數據處理的自動化。

2.2.1 貫通測量誤差預計程序應用

該系統的使用步驟如下：

1、數據錄入。可以采用系統引導，逐步輸入方式，也可以采用直接編輯數據文件輸入方式。

2、網平差、網圖顯示、誤差橢圓繪制。通過依次點擊快捷圖標，可以實現網平差、網圖顯示、誤差橢圓繪制，并輸出處理結果文件。同時輸入結束后可在導線上右擊，進行增刪觀測值等操作。

3、加測陀螺定向數據。加測陀螺定向數據后的貫通誤差預計模擬[2]，只需要在數據文件中加入固定觀測即可，加入后操作過程同過程1、2。

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

圖3 加測2 條陀螺邊貫通誤差模擬

圖4 加測6 條陀螺邊貫通誤差模擬

2.2.2 陀螺定向測量程序應用

通過該系統內置的陀螺定向測量計算模塊，可以方便的計算陀螺定向成果，主要操作步驟如下:

1、數據錄入。可以采用文件輸入方式輸入數據。

2、陀螺定向測量數據計算。選擇工程數據計算選項后可自動進行陀螺定向成果計算。同時，可以使用輔助計算工具進行子午線收斂角計算及坐標反算。

3、成果輸出。計算結束后測量成果顯示在主顯示區，同時輸出數據計算結果文件，如圖5所示。

圖5 成果輸出

通過以上應用可見，貫通測量模擬系統可完成控制網平差計算與貫通測量動態模擬仿真計算。控制網平差計算可以處理方向觀測值、距離觀測值、以及方位角觀測值的平差問題，輸出結果包括控制網圖形文件（可選誤差橢圓）、平差結果文件等。系統中的陀螺定向測量計算模塊可以方便的進行陀螺定向測量計算，輸出計算結果文件。