測(cè)量機(jī)器人測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)法定向精度分析

李汪陽(yáng) 吳偉

摘 要 本文結(jié)合寧波軌道交通工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)單介紹基于測(cè)量機(jī)器人測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)法，并對(duì)其交會(huì)圖形進(jìn)行了模擬法精度分析。

關(guān)鍵詞 測(cè)量機(jī)器人；測(cè)邊后方交會(huì)；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(shè)的不斷發(fā)展，地鐵隧道豎井定向測(cè)量作為隧道工程控制測(cè)量非常重要的環(huán)節(jié)，其方法也在不斷改進(jìn)，從早期的幾何定向方法如一井定向（聯(lián)系三角形定向）、兩井定向到后來(lái)的慣性測(cè)量方法如陀螺經(jīng)緯儀定向，直到新近出現(xiàn)的全站儀測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)法定向。隨著測(cè)量?jī)x器的進(jìn)步、數(shù)據(jù)處理手段的發(fā)展，定向的方法正在向自動(dòng)化，高精度方向發(fā)展。

Leica TCA2003全站儀測(cè)角精度0.5″，測(cè)距精度 1mm+1ppm，具有自動(dòng)照準(zhǔn)、鎖定跟蹤、聯(lián)機(jī)控制等功能。它應(yīng)用ATR模式自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，當(dāng)全站儀發(fā)送的紅外光被反射棱鏡返回并經(jīng)全站儀內(nèi)置的CCD相機(jī)判別接受后，馬達(dá)就驅(qū)動(dòng)全站儀自動(dòng)轉(zhuǎn)向棱鏡，并自動(dòng)精確測(cè)定，所以又稱為“測(cè)量機(jī)器人”[1]。測(cè)量機(jī)器人雙軸補(bǔ)償功能的完善使得俯仰角較大時(shí)水平角觀測(cè)精度能夠保證，全站儀自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)能夠大大減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度并提高觀測(cè)效率。隧道定向測(cè)量時(shí)測(cè)量機(jī)器人架設(shè)在豎井底部，利用機(jī)載的自動(dòng)觀測(cè)程序?qū)ωQ井口的數(shù)個(gè)坐標(biāo)為已知的反射棱鏡進(jìn)行觀測(cè)，從而得到測(cè)站的坐標(biāo)和定向角。該方法曾經(jīng)成功地應(yīng)用于寧波軌道交通1號(hào)線的定向測(cè)量，本文首先介紹該方法的原理，并采用模擬法對(duì)該方法的定向精度進(jìn)行估算。

1 測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)

1.1 測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)原理

基于測(cè)量機(jī)器人測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)的原理如圖1所示，A、B兩點(diǎn)為地面控制網(wǎng)中的控制點(diǎn)，R1、R2、R3、R4為設(shè)于豎井井口的過(guò)渡點(diǎn)，J、K為井下控制點(diǎn)，J-K為井下的待定向邊。

地面測(cè)量時(shí)，在A點(diǎn)處設(shè)站，觀測(cè)測(cè)站到RI、R2、R3、R4各點(diǎn)的水平方向和平距，井下測(cè)量時(shí)，全站儀在J點(diǎn)設(shè)站分別觀測(cè)R1、R2、R3、R4各點(diǎn)的水平方向和平距，通過(guò)平差計(jì)算，就可以得到測(cè)站點(diǎn)J的坐標(biāo)及J到K的坐標(biāo)方位角。為了提高各點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量精度，應(yīng)盡量增加多余觀測(cè)。另外，從理論上說(shuō)，有兩個(gè)井口過(guò)渡點(diǎn)就可以完成定向，同樣為了提高定向精度，應(yīng)多設(shè)置幾個(gè)過(guò)渡點(diǎn)。實(shí)際作業(yè)時(shí)往往設(shè)置4～5個(gè)過(guò)渡點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

全站儀測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)法的數(shù)據(jù)處理按邊角網(wǎng)進(jìn)行最小二乘平差，使用清華山維測(cè)量平差軟件NASEW進(jìn)行平差計(jì)算。

1.3 定向精度分析

全站儀測(cè)邊多點(diǎn)后方交會(huì)的定向精度與井口的各過(guò)渡點(diǎn)點(diǎn)位精度有關(guān)，也與井下控制點(diǎn)J上的交會(huì)圖形有關(guān)。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，將過(guò)度點(diǎn)假設(shè)為沒有誤差。不考慮過(guò)度點(diǎn)的誤差通過(guò)模擬法進(jìn)行精度的估算。

由上述模擬法精度估算結(jié)果可知，當(dāng)設(shè)置3個(gè)井口過(guò)渡點(diǎn)以上且均勻分布時(shí)，被定向邊的方位角精度<±8″[5]。該作業(yè)方法受施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件限制較小，能夠進(jìn)行自動(dòng)跟蹤測(cè)量，作業(yè)靈活性大，顛覆了傳統(tǒng)測(cè)量方式必須通過(guò)人進(jìn)行觀測(cè)的方式，改進(jìn)了測(cè)量方法，提高了測(cè)量效率。

2 結(jié)束語(yǔ)

以上的模擬計(jì)算說(shuō)明，布設(shè)3個(gè)過(guò)渡點(diǎn)及以上網(wǎng)型，使用目前測(cè)量?jī)x器進(jìn)行觀測(cè)，可以滿足地鐵隧道工程定向測(cè)量的精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 張正祿.測(cè)量機(jī)器人[J].測(cè)繪通報(bào)，2001，（05）：17.

[2] 武漢測(cè)繪科技大學(xué)測(cè)量平差教研室.測(cè)量平差基礎(chǔ)[M].3版.北京：測(cè)繪出版社，1996：92-95.

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

[4] 周西振，尹任祥.測(cè)邊后方交會(huì)精度研究及其應(yīng)用[N].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，41（3）：344-348.

[5] GB50308-2008.城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.