TS60測量機器人在豎井聯(lián)系測量中的自動化應用

王葳嶺

摘要：本文主要簡述一種提高地鐵豎井聯(lián)系測量效率的基于TS60測量機器人的自動化應用方法。

Abstract： This article mainly outlines an automated application method based on TS60 measurement robot to improve the efficiency of metro shaft contact measurement.

關鍵詞：TS60測量機器人;豎井聯(lián)系測量;自動化應用

0? 引言

隨著近年來城市交通壓力的不斷增大，地鐵作為一種城市高效便捷的交通手段，正在城市成為居民首要出行手段，受到越來越多的關注。地鐵出行大大提高了城市居民的出行效率，還有效減小地面機動車的出勤率，間接緩解城市擁堵。一個城市軌道建設的成熟度一定程度成為其發(fā)展程度的標志。我國主要城市同國外發(fā)達城市在地鐵密度方面還存在較大差距，可以預見從現(xiàn)在開始至未來很長一段時間我國主要城市都將是地鐵大發(fā)展大建設時期。近幾年我國各大城市的也確實都處在地鐵項目施工的熱潮中。本文主要是通過介紹一種運用TS60測量機器人及內(nèi)置多測回測角軟件的施測方法來探究豎井聯(lián)系測量作業(yè)的自動化應用及數(shù)據(jù)處理。

1? 聯(lián)系測量自動化應用的意義

豎井聯(lián)系測量是地鐵測量工作中一個尤為重要的又需要付出很大時間和精力的關鍵環(huán)節(jié)。為了控制地鐵盾構區(qū)間施工精度，基本每掘進一定距離就要進行一次控制網(wǎng)聯(lián)測，地鐵控制網(wǎng)的聯(lián)測包含地面控制測量、聯(lián)系測量以及地下控制測量三部分。相較而言地面控制測量以及地下控制測量屬于傳統(tǒng)導線測量，自動化技術比較成熟，施做效率相對高效，而聯(lián)系測量方面自動化技術一直存在不足，雖然激光垂準儀應用相對傳統(tǒng)吊絲法效率也有較大提升，但是不適用于許多埋深較深的地鐵項目，一些埋深較深的地鐵項目仍然依賴傳統(tǒng)的吊鋼絲法豎井聯(lián)系測量。吊鋼絲法對測量環(huán)境要求較高，項目不停工基本無法進行，現(xiàn)場往往要停工施測并且耗費時間也較長，同時現(xiàn)場涉及大量手算記錄資料，后期處理也比較繁瑣，費時費力，施測人員整個流程下來也很辛苦。本文介紹的方法相比較傳統(tǒng)測量方法，無需手算記錄，同平差后處理軟件無縫銜接，施測速度效率大大提高。

2? 聯(lián)系測量形式及傳統(tǒng)測量方法

豎井聯(lián)系測量的形式主要有一井定向和兩井定向。一井定向主要是施工環(huán)境只有一個豎井的條件下通過雙絲法或三絲法將近井點及井下控制點與鋼絲之間形成單聯(lián)系三角或雙聯(lián)系三角，從而進行坐標和方向的傳遞。兩井定向通過兩個豎井里懸吊的兩根鋼絲與鋼絲之間的地下導線點形成的無定向?qū)Ь€傳遞坐標和方向。（圖1-圖3）

豎井聯(lián)系測量施測時要求同時在近井點和井下控制點架設全站儀，用方向觀測法觀測地面后視導線點（GP01）與鋼絲（GS01、GS02），及遠豎井段的導線點（D0X）與鋼絲（GS01、GS02）的角度距離。傳統(tǒng)方法測量時通常采用人工讀數(shù)、手簿記錄的方式進行，需要人工外業(yè)手算檢核，效率比較低。隨著帶自動馬達全站儀的越來越普遍，在測量后視導線點棱鏡時，可以采用ATR自動搜索技術自動追蹤對準棱鏡測量距離和角度，只需要粗瞄鏡頭即可，免去了人工瞄準，一定程度上也減少了照準誤差。但是這種方法仍然需要現(xiàn)場手簿記錄和人工外業(yè)檢核計算，現(xiàn)場施測的數(shù)據(jù)同后期平差軟件處理仍然無法連貫進行，還需要人工整合數(shù)據(jù)形成平差文件數(shù)據(jù)，不僅費時，中間環(huán)節(jié)還可能出差錯。

3? 聯(lián)系測量自動化應用方法的介紹

基于測量機器人的導線自動施測在傳統(tǒng)導線測量中應用較普遍，內(nèi)置、外置的導線量測軟件都已經(jīng)很成熟。豎井聯(lián)測測量不同于傳統(tǒng)導線量測的地方在于豎井中傳遞作用的的鋼絲不是傳統(tǒng)的棱鏡，而自動施測軟件通過測量機器人無法追蹤鋼絲上的反光貼。由于沒有聯(lián)測反光貼的設計需求，當利用自動施測軟件進行測量時，碰到反光貼因追蹤不到目標無法記錄數(shù)據(jù)發(fā)生宕機，有些軟件設計則使用中無法更換目標鏡頭類型。經(jīng)過長時間的反復試驗各種儀器、軟件，實踐出一種基于TS60測量機器人及內(nèi)置多測回測角測距軟件的自動施測方法。該方法流程同傳統(tǒng)導線量測方法相似，首先需要機器預先學習各觀測目標，在學習鋼絲反光貼時儀器會自動默認有棱鏡模式自動搜索，自動化搜索失敗后，TS60儀器可以手動切換目標鏡頭為反光片模式，測量并記錄鋼絲反光貼的角度距離。在學習地面后視點（GP01、GP02）或遠豎井端導線點棱鏡（D0X）時常規(guī)學習即可。學習完成，儀器會自動化施測，當儀器自動追蹤鋼絲反光片時，需要人為遮擋鏡頭避免追蹤記錄到其它目標鏡頭。待搜索停止后手動切換目標類型為反光片模式，人工瞄準反光片儀器測量并記錄，儀器自動追蹤下一個目標，依次進行。儀器施測棱鏡目標時不需人工干預，測到反光片時人工提前遮擋切換人工讀數(shù)記錄即可。施測過程中不必人員現(xiàn)場檢核計算，軟件自動檢測半測回歸零差、一測回2C較差、方向值各測回較差等檢核值，施測效率大大提高。施測完成后儀器導出的觀測數(shù)據(jù)文件（SUC）可以通過平差軟件直接處理計算，不需要人工整合數(shù)據(jù)。

該方法施測前需要認真校核儀器的軸系差和ATR，確保ATR鎖定精度和人工瞄準相符。施測時各方向順時針依次學習，保證儀器測量時上、下半測回可以一個方向轉(zhuǎn)動減少轉(zhuǎn)動隙差;在測量鋼絲時務必確保始終測量一個反光片，傳統(tǒng)施測時可以中途更換反光片目標手簿記錄平距即可，而軟件記錄時會默認用一個目標點計算，如果中途更換反光片目標會導致觀測的豎直角超限，影響距離計算;有些平差軟件在處理軟件記錄的混合反光貼數(shù)據(jù)和棱鏡數(shù)據(jù)的觀測數(shù)據(jù)文件（SUC），無法正確算出導線點到反光貼的實際距離，經(jīng)實際測試鐵四院平差軟件可以正確歸算，鐵二院平差軟件計算時會出錯，選用平差軟件時應注意反光片平距歸算是否正確，現(xiàn)場施測時可在常規(guī)測量模式下測量記錄幾個設站點到鋼絲的平距供后期檢核。

4? 應用實例

本次應用實例為廣州地鐵18號線的南村萬博站～番南2#盾構井間的一個暗挖豎井聯(lián)系測量，該暗挖豎井到大里程南村萬博站為278m的礦山法暗挖段，小里程是至番南2#盾構井的2400m盾構區(qū)間段，本豎井井深40m左右。豎井的近井點與地面后視方向點均設置為強制對中裝置，可以有效減小對中差。本次豎井聯(lián)系測量采用雙絲法施測，用0.3mm鋼絲分別懸掛10kg重錘，置于豎井相對角位置，阻尼液采用的廢機油。通過變換鋼絲進行三次獨立測量，每次變換鋼絲施測4個測回數(shù)據(jù)，每次變換鋼絲位置待鋼絲穩(wěn)定后，均對井上下鋼絲進行對邊觀測，已檢核井上下鋼絲間距，確保滿足鋼絲間距較差小于1mm才進行施測。儀器設備采用角度精度0.5″距離精度0.6mm+1ppm的TS60，結(jié)合儀器內(nèi)置多測回測角測距軟件進行施測。本次所測成果數(shù)據(jù)如表1-表3。

本次實測成果表中主基線邊定向邊最大方位角差值9.6″，輔助基線邊定向邊最大方位角差值9.7″均小于規(guī)范要求的12″，各組定向點坐標分量差值最大為1.9mm滿足施工精度要求。

5? 結(jié)論

本文討論的基于TS60測量機器人的自動化應用方法在廣州地鐵豎井項目中的實際應用表明，該方法能夠滿足規(guī)范施工精度要求。雖然在程序進行到鋼絲時也需要人工去瞄準，但人工瞄準已經(jīng)附屬于自動化程序中，不需要人工記錄，不需要人工計算檢核。相比傳統(tǒng)施測方法，能大大縮短現(xiàn)場聯(lián)系測量施測時間，數(shù)據(jù)處理方面也不需要人工整合干預，簡便高效。

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