豎井平面聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳晨曦，劉靜，王凱

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038)

1 引 言

軌道交通工程往往涉及地下施工，因此在軌道交通工程的施工過程中，將統(tǒng)一坐標(biāo)系系統(tǒng)下的地面控制點(diǎn)和地下控制點(diǎn)進(jìn)行觀測就需要采用聯(lián)系測量[1]，聯(lián)系測量的成果直接影響著隧道能否成功貫通。目前，豎井平面聯(lián)系測量定向的方法有一井定向、兩井定向和陀螺經(jīng)緯儀定向等[2]。常用的一井定向、兩井定向，融合了外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)平差等處理流程，綜合度高[3]，因此，對數(shù)據(jù)采集過程進(jìn)行信息化，對數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理標(biāo)準(zhǔn)化，可以有效地加快工程進(jìn)程，提高工程的開展效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

豎井平面聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)系統(tǒng)由Android App外業(yè)采集端和C/S內(nèi)業(yè)處理端組成，Android App外業(yè)采集端確保聯(lián)系測量數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，C/S內(nèi)業(yè)處理端將一井定向測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行電子化處理，有效地提高了數(shù)據(jù)獲取的效率，確保數(shù)據(jù)處理的正確性，對聯(lián)系測量的實(shí)際工作具有一定意義。

2 豎井平面聯(lián)系測量

豎井平面聯(lián)系測量包含使用一井定向測量和兩井定向測量的方式。豎井平面聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了一井定向測量的處理方法。

一井定向測量是將兩根鋼絲懸掛于對應(yīng)的豎井上方，使鋼絲能夠與地面近井的控制點(diǎn)形成一個(gè)聯(lián)系三角形▲ABC(如圖1)。對三角形中相關(guān)的距離和角度進(jìn)行測量，以此作為條件計(jì)算出鋼絲所在的相對位置信息和地面近井控制點(diǎn)的相關(guān)方位角度[4]。同樣，在地下，地下近井點(diǎn)與這兩條鋼絲形成一個(gè)三角形▲DEF(如圖1所示)，對其距離和角度進(jìn)行測量，作為計(jì)算條件計(jì)算出鋼絲所在的相對位置信息和地下近井控制點(diǎn)的相關(guān)方位角度[4，5]。通過鋼絲上下的三角形，就把地面和地下導(dǎo)線聯(lián)系起來，豎井中懸掛鋼絲間的距離應(yīng)盡可能長。

圖1 一井定向測量

城市軌道交通工程測量規(guī)范規(guī)定“每次聯(lián)系測量應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行3次，取3次平均值作為定向成果”。當(dāng)?shù)孛嫫矫娼c(diǎn)與精密導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)構(gòu)成附合或閉合導(dǎo)線，近井導(dǎo)線邊數(shù)不超過5條時(shí)，地面近井點(diǎn)可利用精密導(dǎo)線點(diǎn)測設(shè)，且其最短邊長應(yīng)大于 50 m，近井點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不應(yīng)超過 ±10 mm[6，7]。

豎井平面聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)系統(tǒng)外業(yè)采集端依據(jù)測量要求獲取并記錄數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，進(jìn)行超限提示。內(nèi)業(yè)處理端直接將外業(yè)采集端的文件進(jìn)行解析，獲取地面地下兩個(gè)三角形的邊長角度值，對三角形邊長和角度的平差與改正。計(jì)算時(shí)應(yīng)選擇最佳的傳遞路線，一般采取小角傳遞方式[8]。

3 開發(fā)環(huán)境

3.1 外業(yè)采集端

外業(yè)采集端基于Android移動端平臺，采用Android Studio編譯器進(jìn)行開發(fā)。

外業(yè)采集端數(shù)據(jù)管理主要采用SQLite數(shù)據(jù)庫。SQLite數(shù)據(jù)庫引擎模塊作為系統(tǒng)架構(gòu)中的數(shù)據(jù)庫，只需調(diào)用幾個(gè)框架層提供的數(shù)據(jù)庫操作API函數(shù)，就可以完成數(shù)據(jù)庫的各種操作。除了SQLite存儲架構(gòu)，對于少量數(shù)據(jù)存儲，一般采用XML結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲。此外，外業(yè)采集端版本及更新信息存儲在云服務(wù)器的SQL Server數(shù)據(jù)庫，其與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理端數(shù)據(jù)交互采用阿里云服務(wù)器的SQL Server數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)文件信息進(jìn)行存儲。

3.2 內(nèi)業(yè)處理端

內(nèi)業(yè)處理端采用三層C/S軟件體系結(jié)構(gòu)，分別為表示層、功能層、數(shù)據(jù)層。表示層主要完成應(yīng)用的交互層，負(fù)責(zé)顯示信息和用戶操作，并調(diào)用功能層實(shí)現(xiàn)的功能。功能層利用服務(wù)器完成系統(tǒng)的功能，負(fù)責(zé)處理表示層用戶交互過程中對應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯。數(shù)據(jù)層應(yīng)功能層請求獨(dú)立地進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，并將結(jié)果返回功能層。

4 聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)

4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)主要包括SQLite數(shù)據(jù)庫和SQL Server數(shù)據(jù)庫。SQLite數(shù)據(jù)庫主要存儲測量數(shù)據(jù)，SQL Server數(shù)據(jù)庫主要存儲外業(yè)采集端版本信息和文件存儲信息。

SQLite數(shù)據(jù)庫包含4個(gè)主要數(shù)據(jù)相關(guān)表(如圖2所示)，分別是測量數(shù)據(jù)表、工程數(shù)據(jù)表、測站數(shù)據(jù)表、點(diǎn)號數(shù)據(jù)表。

圖2 數(shù)據(jù)相關(guān)表設(shè)計(jì)

4.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

豎井平面聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)系統(tǒng)分為外業(yè)采集端和內(nèi)業(yè)處理端，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集全過程及內(nèi)業(yè)平差處理功能。系統(tǒng)的主要功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

(1)外業(yè)采集端

①工程管理

外業(yè)采集端以工程為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，可設(shè)置工程的基本信息。數(shù)據(jù)采集過程中，點(diǎn)號管理實(shí)現(xiàn)所有測量點(diǎn)號的集中管理，測站管理可設(shè)置測回?cái)?shù)，標(biāo)識近井點(diǎn)，將每個(gè)工程的數(shù)據(jù)以單測站的方式進(jìn)行測站數(shù)據(jù)的管理。

②數(shù)據(jù)錄入

外業(yè)采集端數(shù)據(jù)錄入的方式分為兩個(gè)方式，包括手動輸入和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸。

手動輸入主要輸入每一測站的測角和測邊數(shù)據(jù)(如圖4所示)。

圖4 手動輸入

藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸需要進(jìn)行藍(lán)牙數(shù)據(jù)連接，將每次的觀測數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙自動傳輸?shù)酵鈽I(yè)采集端(如圖5所示)。

圖5 藍(lán)牙輸入

③數(shù)據(jù)檢核

根據(jù)規(guī)范，在外業(yè)采集端對數(shù)據(jù)采集過程中，用半測回歸零差、一測回內(nèi)2C較差、同一方向值各測回較差對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，根據(jù)全站儀不同等級的方向觀測法水平角觀測技術(shù)要求如表1所示。在數(shù)據(jù)采集過程中，如數(shù)據(jù)超限，則程序進(jìn)行超限提示。

方向觀測法水平角觀測技術(shù)要求 表1

④數(shù)據(jù)導(dǎo)出及同步

首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性檢核，檢核合格后，可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為txt(數(shù)據(jù)歸檔格式和清華山維格式)；亦可將數(shù)據(jù)同步至云端，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)傳輸。

(2)內(nèi)業(yè)處理端

內(nèi)業(yè)處理端包括云端數(shù)據(jù)下載和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)平差兩大功能模塊，界面如圖6所示。

圖6 內(nèi)業(yè)處理端界面

①云端數(shù)據(jù)下載

外業(yè)采集端將文件上傳至云平臺之后，可通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理端以列表形式訪問云平臺中的文件。選中列表的文件單擊下載，可將文件同步到本地。

②內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)平差

云端下載或數(shù)據(jù)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，通過解析數(shù)據(jù)，即可獲取聯(lián)系測量地上地下文件中各個(gè)測站各個(gè)測回的點(diǎn)號。選擇外業(yè)采集的原始數(shù)據(jù)文件和測回?cái)?shù)據(jù)后，即可完成數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

內(nèi)業(yè)處理端可輸入清華山維標(biāo)準(zhǔn)格式原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理。選擇預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊確定按鈕，系統(tǒng)會自動進(jìn)行清華山維格式原始數(shù)據(jù)的輸出。此外，內(nèi)業(yè)處理端還會輸出平差過程數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)檢核。

5 關(guān)鍵技術(shù)研究

5.1 內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)銜接

內(nèi)外業(yè)一體化構(gòu)建是一大難點(diǎn)，如何將外業(yè)工作和內(nèi)業(yè)處理實(shí)現(xiàn)銜接，銜接的數(shù)據(jù)傳輸方式以及數(shù)據(jù)格式都應(yīng)著重考量。針對存在的技術(shù)難點(diǎn)，主要采用移動互聯(lián)作為傳輸技術(shù)，阿里云作為傳輸載體，外業(yè)采集數(shù)據(jù)通過無線傳輸至云平臺，內(nèi)業(yè)端再與云平臺同步下載，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)銜接。

5.2 井上井下導(dǎo)線自動連接平差

聯(lián)系測量數(shù)據(jù)處理時(shí)，如何自動連接井上井下導(dǎo)線也是一大難點(diǎn)。為解決聯(lián)系測量井上井下導(dǎo)線自動連接，采用對地面近井點(diǎn)距離判斷的方法，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線連接點(diǎn)的自動判斷和導(dǎo)線的自動連接。內(nèi)業(yè)處理端可自動識別近井點(diǎn)點(diǎn)號，進(jìn)行嚴(yán)密地平差計(jì)算，自動實(shí)現(xiàn)地面導(dǎo)線的連接和數(shù)據(jù)提取，有效地提高內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的效率，減少人工干預(yù)，確保了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。

5.3 軟件版權(quán)保護(hù)設(shè)計(jì)

為保護(hù)軟件版權(quán)，外業(yè)采集端采用驗(yàn)證碼驗(yàn)證的方式。驗(yàn)證碼采用MD5加密方式針對移動端設(shè)備唯一識別碼和版權(quán)有效日期進(jìn)行加密，可有效地起到版權(quán)保護(hù)作用。

6 結(jié) 語

豎井平面聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)系統(tǒng)采用外業(yè)采集端和內(nèi)業(yè)處理端結(jié)合的方式，有效地解決了一井聯(lián)系測量數(shù)據(jù)由采集到處理的標(biāo)準(zhǔn)化，提高了數(shù)據(jù)處理效率和正確率。此外，本系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了在北京軌道交通8號線和19號線多個(gè)軌道交通線路標(biāo)段工程中的成功應(yīng)用。