豎井平面聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

吳晨曦，劉靜，王凱

(北京市勘察設計研究院有限公司，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)一坐標系系統(tǒng)下的地面控制點和地下控制點進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、基礎平差等處理流程，綜合度高[3]，因此，對數(shù)據(jù)采集過程進行信息化，對數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理標準化，可以有效地加快工程進程，提高工程的開展效率，保證數(shù)據(jù)的準確性。

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的豎井上方，使鋼絲能夠與地面近井的控制點形成一個聯(lián)系三角形▲ABC(如圖1)。對三角形中相關的距離和角度進行測量，以此作為條件計算出鋼絲所在的相對位置信息和地面近井控制點的相關方位角度[4]。同樣，在地下，地下近井點與這兩條鋼絲形成一個三角形▲DEF(如圖1所示)，對其距離和角度進行測量，作為計算條件計算出鋼絲所在的相對位置信息和地下近井控制點的相關方位角度[4，5]。通過鋼絲上下的三角形，就把地面和地下導線聯(lián)系起來，豎井中懸掛鋼絲間的距離應盡可能長。

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)系測量應獨立進行3次，取3次平均值作為定向成果”。當?shù)孛嫫矫娼c與精密導線點應構成附合或閉合導線，近井導線邊數(shù)不超過5條時，地面近井點可利用精密導線點測設，且其最短邊長應大于 50 m，近井點的點位中誤差不應超過 ±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)進行檢核，進行超限提示。內(nèi)業(yè)處理端直接將外業(yè)采集端的文件進行解析，獲取地面地下兩個三角形的邊長角度值，對三角形邊長和角度的平差與改正。計算時應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)架構中的數(shù)據(jù)庫，只需調(diào)用幾個框架層提供的數(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，對于少量數(shù)據(jù)存儲，一般采用XML結構進行存儲。此外，外業(yè)采集端版本及更新信息存儲在云服務器的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器的SQL Server數(shù)據(jù)庫進行相關文件信息進行存儲。

3.2 內(nèi)業(yè)處理端

內(nèi)業(yè)處理端采用三層C/S軟件體系結構，分別為表示層、功能層、數(shù)據(jù)層。表示層主要完成應用的交互層，負責顯示信息和用戶操作，并調(diào)用功能層實現(xiàn)的功能。功能層利用服務器完成系統(tǒng)的功能，負責處理表示層用戶交互過程中對應的業(yè)務邏輯。數(shù)據(jù)層應功能層請求獨立地進行各種數(shù)據(jù)處理，并將結果返回功能層。

4 聯(lián)系測量內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)

4.1 數(shù)據(jù)庫設計

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)管理的關鍵，數(shù)據(jù)庫的設計主要包括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個主要數(shù)據(jù)相關表(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、點號數(shù)據(jù)表。

圖2 數(shù)據(jù)相關表設計

4.2 系統(tǒng)功能設計

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)的主要功能結構如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能設計

4.3 系統(tǒng)實現(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行數(shù)據(jù)管理，可設置工程的基本信息。數(shù)據(jù)采集過程中，點號管理實現(xiàn)所有測量點號的集中管理，測站管理可設置測回數(shù)，標識近井點，將每個工程的數(shù)據(jù)以單測站的方式進行測站數(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方式，包括手動輸入和藍牙數(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

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

圖5 藍牙輸入

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，則程序進行超限提示。

方向觀測法水平角觀測技術要求 表1

④數(shù)據(jù)導出及同步

首先對數(shù)據(jù)進行完整性檢核，檢核合格后，可將數(shù)據(jù)導出為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測站各個測回的點號。選擇外業(yè)采集的原始數(shù)據(jù)文件和測回數(shù)據(jù)后，即可完成數(shù)據(jù)的預處理。

內(nèi)業(yè)處理端可輸入清華山維標準格式原始數(shù)據(jù)進行平差處理。選擇預處理后的數(shù)據(jù)，點擊確定按鈕，系統(tǒng)會自動進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 關鍵技術研究

5.1 內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)銜接

內(nèi)外業(yè)一體化構建是一大難點，如何將外業(yè)工作和內(nèi)業(yè)處理實現(xiàn)銜接，銜接的數(shù)據(jù)傳輸方式以及數(shù)據(jù)格式都應著重考量。針對存在的技術難點，主要采用移動互聯(lián)作為傳輸技術，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，從而實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)銜接。

5.2 井上井下導線自動連接平差

聯(lián)系測量數(shù)據(jù)處理時，如何自動連接井上井下導線也是一大難點。為解決聯(lián)系測量井上井下導線自動連接，采用對地面近井點距離判斷的方法，實現(xiàn)導線連接點的自動判斷和導線的自動連接。內(nèi)業(yè)處理端可自動識別近井點點號，進行嚴密地平差計算，自動實現(xiàn)地面導線的連接和數(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，確保了數(shù)據(jù)處理的準確性。

5.3 軟件版權保護設計

為保護軟件版權，外業(yè)采集端采用驗證碼驗證的方式。驗證碼采用MD5加密方式針對移動端設備唯一識別碼和版權有效日期進行加密，可有效地起到版權保護作用。

6 結 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)由采集到處理的標準化，提高了數(shù)據(jù)處理效率和正確率。此外，本系統(tǒng)已實現(xiàn)了在北京軌道交通8號線和19號線多個軌道交通線路標段工程中的成功應用。