隧道貫通測量仿真技術(shù)及軟件開發(fā)

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院，西安 710600）

1 隧道貫通測量誤差模擬系統(tǒng)流程

圖1 貫通誤差模擬系統(tǒng)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(tǒng)大量運用于隧道貫通測量的模擬誤差計算，與測量控制網(wǎng)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(tǒng)數(shù)據(jù)處理分為方位角觀測值預處理，地下導線網(wǎng)平差計算，模擬貫通測量的動態(tài)計算，并根據(jù)模擬動態(tài)觀測條件變化，設(shè)計預算結(jié)果。繪制控制網(wǎng)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(jié)果呈現(xiàn)出來。

2、控制網(wǎng)模擬仿真

本模擬仿真軟件旨在平面控制網(wǎng)的平差解算以及誤差的動態(tài)模擬仿真。其中，平面控制網(wǎng)的平差解算包括：方向觀測數(shù)據(jù)與距離觀測數(shù)據(jù)的處理，與其平差計算。數(shù)據(jù)處理結(jié)果將以平面控制網(wǎng)文件、誤差橢圓、平差結(jié)果文件等形式展示出。誤差的動態(tài)模擬仿真可以在圖形顯示的模式下面進行動態(tài)增減觀測值，或者改變觀測值的條件，模擬平面控制網(wǎng)動態(tài)結(jié)果。

隧道貫通誤差仿真系統(tǒng)主要由菜單、工作區(qū)、狀態(tài)欄、工具欄等組成。其中，菜單欄主要包括項目的新建、打開，數(shù)據(jù)保存、另存、打印等功能。工作區(qū)主要是進行模擬結(jié)果顯示，包括原始數(shù)據(jù)、平差結(jié)果、誤差橢圓等顯示。狀態(tài)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(wǎng)平差程序設(shè)計

2.1 控制網(wǎng)平差流程

軟件各模塊運行關(guān)系如圖2所示。

（1）數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、網(wǎng)型信息等輸入，通過對輸入數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)的精度。

2.2 貫通測量模擬系統(tǒng)檸條塔煤礦S1210 巷道的應用

貫通測量系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(yōu)化提供便利，同時可以加入陀螺定向數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)計算方面，使用該軟件可以方便的計算陀螺定向數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的自動化。

2.2.1 貫通測量誤差預計程序應用

該系統(tǒng)的使用步驟如下：

1、數(shù)據(jù)錄入?？梢圆捎孟到y(tǒng)引導，逐步輸入方式，也可以采用直接編輯數(shù)據(jù)文件輸入方式。

2、網(wǎng)平差、網(wǎng)圖顯示、誤差橢圓繪制。通過依次點擊快捷圖標，可以實現(xiàn)網(wǎng)平差、網(wǎng)圖顯示、誤差橢圓繪制，并輸出處理結(jié)果文件。同時輸入結(jié)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(shù)據(jù)。加測陀螺定向數(shù)據(jù)后的貫通誤差預計模擬[2]，只需要在數(shù)據(jù)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(jié)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(tǒng)內(nèi)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(shù)據(jù)錄入?？梢圆捎梦募斎敕绞捷斎霐?shù)據(jù)。

2、陀螺定向測量數(shù)據(jù)計算。選擇工程數(shù)據(jù)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(jié)束后測量成果顯示在主顯示區(qū)，同時輸出數(shù)據(jù)計算結(jié)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(tǒng)可完成控制網(wǎng)平差計算與貫通測量動態(tài)模擬仿真計算?？刂凭W(wǎng)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(jié)果包括控制網(wǎng)圖形文件（可選誤差橢圓）、平差結(jié)果文件等。系統(tǒng)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(jié)果文件。