全站儀免棱鏡測量技術(shù)在鐵路隧道監(jiān)控量測中精度分析

摘要：在施工過程中，測量是不可缺少的一部分。傳統(tǒng)的測量用的是棱鏡作為配合使用，不僅要架設(shè)全站儀，同時也要選點架設(shè)棱鏡，通過全站儀與棱鏡之間的反射測量距離及角度，這樣會花費了大量時間。免棱鏡測量技術(shù)則不然，對反射物不做嚴格要求，目標位置的石頭、墻體、金屬體就可以反射信號，在鐵路隧道監(jiān)控量測中，由施工隊打下鋼筋并放置反光片作為目標，儀器架設(shè)好直接就能測量，節(jié)省了大量時間。

關(guān)鍵詞：全站儀棱鏡測量技術(shù)隧道量測精度分析

中圖分類號：U456.3

AccuracyAnalysisofNon-PrismTotalStationMeasurementTechnologyintheMonitoringandMeasurementofRailwayTunnels

LUShi'an1ZHOUJie2

105GeologicalBrigade，GuizhouGeologicalandMineralExplorationandDevelopmentBureau，Guiyang，GuizhouProvince，550018China

Abstract：Intheconstructionprocess，measurementisanindispensablepart.Traditionalmeasurementusesaprismcooperatively，itnotonlysetsupatotalstation，butalsoselectsapointtosetuptheprism，andit measuresthedistanceandtheanglethroughthereflectionbetweenthetotalstationandtheprism，whichtakesalotoftime.Non-prismmeasurementtechnologyisnotthesame，whichdoesnothavestrictrequirementsforreflectors，andstones，wallsandmetalbodiesatthetargetlocationcanreflectsignals.Inthemonitoringandmeasurementofrailwaytunnels，theconstructionteamlayssteelbarsandplacesreflectorsastargets，andinstrumentscanbedirectlyusedformeasurmentaftertheyaresetup，savingalotoftime.

KeyWords：Totalstation;Prism;Measurementtechnique;Tunnelmeasurement;Accuracyanalysis

全站儀是一種高精度的測量儀器，廣泛應(yīng)用于鐵路隧道的監(jiān)控量測中。全站儀免棱鏡測量技術(shù)是一種無須使用棱鏡即可直接測量目標點坐標的方法，具有操作簡便、測量速度快等優(yōu)點。全站儀免棱鏡測量技術(shù)主要利用數(shù)字影像處理技術(shù)，通過攝像機獲取目標圖像，經(jīng)過圖像處理算法識別目標點，再結(jié)合全站儀的光學(xué)和電子測量系統(tǒng)，計算出目標點的坐標。在鐵路隧道監(jiān)控量測中，全站儀免棱鏡測量技術(shù)可以用于監(jiān)測隧道圍巖和襯砌的變形、裂縫等狀況。通過對多個監(jiān)測點的連續(xù)觀測，可以及時發(fā)現(xiàn)異常變化，為隧道的安全運營提供依據(jù)。為了分析全站儀免棱鏡測量技術(shù)在鐵路隧道監(jiān)控量測中的精度，可以通過現(xiàn)場試驗進行驗證。試驗中，選取一定數(shù)量的監(jiān)測點，采用傳統(tǒng)的棱鏡測量方法和免棱鏡測量方法分別進行觀測，比較兩種方法的測量結(jié)果，計算相對誤差。通過多次試驗，得出全站儀免棱鏡測量技術(shù)在鐵路隧道監(jiān)控量測中的精度水平。全站儀免棱鏡測量技術(shù)在鐵路隧道監(jiān)控量測中具有一定的應(yīng)用價值。通過合理選擇目標點、提高攝像機分辨率和質(zhì)量、優(yōu)化圖像處理算法等措施，可以提高免棱鏡測量技術(shù)的精度，滿足鐵路隧道監(jiān)控量測的要求。

1研究背景及意義

鐵路隧道監(jiān)控量測要求每天都對目標點進行測量，得出每日的數(shù)據(jù)，因此，工作人員需要在施工的同時開始自己的測量工作，大型機器的使用伴隨著地面的震動，從而大大影響了監(jiān)控量測的精度。此外，人為架設(shè)棱鏡時也有不可避免的失誤。免棱鏡技術(shù)則可以有效減少這方面帶來的影響，從而大大提高了準確度[1]。

2研究內(nèi)容

用免棱鏡全站儀測量出的點位坐標高程等是在極坐標系下進行處理的，但是根據(jù)要求，隧道里的每一個點都應(yīng)該有獨立的解析坐標。在測量過程中，人們往往更關(guān)心其能否得到更高的精度、過程中是否可以將線路流程準確無誤地表示出來。本文主要對免棱鏡精度進行研究。

3地表沉降監(jiān)測

在施工場地布設(shè)有兩個基準點，參照標準水準點埋設(shè)，其基準點與附近水準點聯(lián)測得出基準點原始高程。進行地表下沉測量時，首先對兩個基準點觀測校正，量出目標基準點高程，再測得地表觀測點高程，再由地表點與基準點的相對高差作為初始值。根據(jù)監(jiān)測頻率算得該觀測點的日變化量與累積變化量，各個點均由此算出，最后總結(jié)成表[2]。

4拱頂沉降及周邊收斂情況監(jiān)測

根據(jù)挖掘跨度，拱頂結(jié)算的每個部分都設(shè)置1～3個測量點。根據(jù)挖掘方法，對于周圍位移的觀測的每個部分設(shè)置1～3條水平測量線。全斷面開挖時應(yīng)布設(shè)一條水平測線，周邊收斂按臺階法開挖，一階布設(shè)一條水平測線。同一里程拱頂沉降觀測與周邊收斂觀測點應(yīng)當(dāng)要位于同一個斷面，觀測的數(shù)據(jù)應(yīng)具有及時性，所以測點最新應(yīng)在開挖的處2m范圍以內(nèi)，再根據(jù)圍巖情況每5～50m，設(shè)立一個斷面。

拱頂沉降觀測與地表沉降監(jiān)測類似，使用高精度的測量儀器先測量基準點高程，再測量被觀測點高程為，計算出相對于基點的高程初始值。在一個監(jiān)測周期后，再次測量得到第二次的基準點高程，觀測點高程，得出相對高程。兩次所得高程相減得到沉降量，長期監(jiān)測可以獲得日沉降量以及累積沉降量，沉降速率大于5mm/d時超過每日變化最大限度，需要馬上報警，并停工檢查[3]。

5回歸分析

時間線曲線（或散點圖）和空間關(guān)系曲線應(yīng)在觀測完時用實測數(shù)據(jù)及時繪制，散點圖以及回歸曲線如圖1所示。

當(dāng)u-t曲線趨于平滑時，應(yīng)該對該數(shù)據(jù)進行處理并作回歸分析，畫出回歸曲線后根據(jù)變化規(guī)律預(yù)測出極值。由以上規(guī)律與極值判斷出圍巖的穩(wěn)定情況，判斷依據(jù)如下。

（1）當(dāng)時，說明了變形的速率表現(xiàn)為下降趨勢，位移變化會變小至穩(wěn)定。

（2）當(dāng)時，說明了變形的速率表現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢，位移變化速度隨著時間增加而變大，所以應(yīng)該考慮采取措施加強防護。

（3）當(dāng)時，說明了變形速率不斷增大，位移變化速率不斷變大，圍巖狀況不穩(wěn)定甚至?xí)霈F(xiàn)危險狀況，應(yīng)立即停止施工并做出應(yīng)對措施。

回歸分析的方法與步驟：

（1）在以時間為橫坐標、位移為縱坐標的坐標系中，標出由量測值確定的各對應(yīng)的實測點，即得所謂散點圖。

（2）根據(jù)監(jiān)控測量得到的實測數(shù)據(jù)畫出盡量接近所有點的平滑曲線。它一般不可能通過所有實測點，但應(yīng)注意使曲線盡量接近所有實測點，并使實測點分布在試驗曲線的兩邊。

（3）描繪出合適的平滑曲線后，經(jīng)過回歸分析選擇出合適的函數(shù)。一般來說，位移時態(tài)曲線都是非線性的。在位移隨時間漸趨穩(wěn)定的情況下，可選擇常用的對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)或雙曲線函數(shù)。

由于偶然誤差具有離散性，所以對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析應(yīng)該要從統(tǒng)計學(xué)方面出發(fā)，歸納總結(jié)后使用合適的數(shù)學(xué)公式來將其描述，采用回歸分析對量測數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到位移u和時間t兩個變量之間的函數(shù)關(guān)系，繪制函數(shù)的曲線，從曲線上能夠顯示各個離散點的分布及回歸值并且預(yù)測出該函數(shù)的極限值與平曲變化[4]。

6誤差分析

在鐵路隧道監(jiān)控量測中，隧道中沿軸線垂直方向的拱頂沉降變形是影響鐵路隧道施工安全最大的因素，因此在這里將對隧道的拱頂沉降監(jiān)測做出誤差分析。

在拱頂沉降的誤差主要來源于儀器誤差、人為誤差、施工影響等，減少誤差帶來的影響是提升觀測精度的最為直接的方法。

在測量學(xué)中，由于受到測量儀器、地形等諸多條件限制，不能直接測量出需要測量的數(shù)值，需要由測得的一個或若干個其他值來進行函數(shù)關(guān)系計算得到所需要的數(shù)值，這種測量的方法叫作間接測量法。由于間接得到的測量值是由直接測量值所計算得到的，所以間接測量值誤差受到直接測量值誤差影響。這種計算方式叫作誤差傳遞，是由直接測量值誤差計算得到間接測量值誤差[5]。

在等精度的觀測條件下，測得的所有獨立的偶然誤差的算術(shù)平均值被稱為平均誤差。用來表示平均誤差的估值，但是仍然簡稱平均誤差。由于觀測值的個數(shù)n總是一個有限的值，單獨一組偶然誤差不足以衡量一次測量的精度，因此在實用上多用平均誤差的估值來衡量精度[6]。

7結(jié)語

使用全站儀免棱鏡測量技術(shù)對拱頂下沉、周邊收斂及地表下沉位移等項目進行監(jiān)控量測，結(jié)果中出現(xiàn)變化趨勢基本一致，在出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)情況下，排除誤差情況，對比各個監(jiān)測數(shù)據(jù)互相驗證出現(xiàn)異常的時間及位移量變化是必須的，更便于將數(shù)據(jù)綜合分析，不易出現(xiàn)失誤。

參考文獻

[1]張嘉樹.深基坑開挖對下臥地鐵車站的影響及支護參數(shù)優(yōu)化[D].大連：大連交通大學(xué)，2023.

[2]許俊偉，劉永勝，吳達，等.隧道與地下工程監(jiān)控量測技術(shù)的發(fā)展與展望[J].測繪地理信息，2023，48（3）：7-13.

[3]蔡林東.隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)分析[J].運輸經(jīng)理世界，2023（15）：73-75.

[4]路明遠.免棱鏡全站儀測量技術(shù)在建筑工程施工測量中的應(yīng)用效果分析[J].建筑機械，2023（10）：126-131，6.

[5]韋向高.全站儀免棱鏡測距技術(shù)在隧道施工測量中的應(yīng)用分析[J].運輸經(jīng)理世界，2022（15）：101-103.

[6]凡建林，姚輝，林建濤.TS60全站儀在特長隧洞貫通測量中的應(yīng)用[J].經(jīng)緯天地，2020（4）：4-7.