高益健,高俊強,趙亞萍

(南京工業(yè)大學 測繪學院，江蘇 南京 210009)

利用徠卡全站儀機載程序進行隧道斷面測量

高益健,高俊強,趙亞萍

(南京工業(yè)大學 測繪學院，江蘇 南京 210009)

徠卡生產(chǎn)的TP系列全站儀通過向用戶提供特定機載程序，來實現(xiàn)各領(lǐng)域自動化測量的目的，對應(yīng)桌面端程序，輸出通用格式文件方便用戶進行處理、分析。文中介紹利用智能全站儀機載程序進行隧道斷面測量的操作方法，分析全站儀機載斷面程序的工作原理，并結(jié)合無錫地鐵一號線某區(qū)間斷面測量工程實例，通過AutoLisp編程語言對其桌面端程序輸出的圖形文件進行自動化處理，獲得了能夠滿足用戶需求的測量成果。

斷面測量；全站儀；機載程序；AutoLisp語言

隧道因施工誤差、后期沉降變形等諸多因素的影響，導致實際平、縱斷面與設(shè)計圖紙存在一定誤差[1]。為避免貿(mào)然施工造成返工以及對后期運營造成諸多的問題，有必要在鋪軌前對實際施工隧道進行斷面測量，以便根據(jù)實際情況調(diào)整設(shè)計方案，確定最優(yōu)化的鋪軌方案[2]。傳統(tǒng)斷面測量方法操作繁瑣，效率低，不能滿足工程需求；智能全站儀因其高自動化、高精度等特點，近幾年在工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1 利用全站儀斷面程序測量方法概述

根據(jù)線路設(shè)計圖紙，將線型要素輸入斷面測量桌面端程序，利用程序功能自動生成隧道的設(shè)計平曲線、豎曲線以及斷面信息。程序界面如圖1所示。

圖1 桌面端程序界面

將隧道設(shè)計信息導入全站儀，在現(xiàn)場通視條件良好的位置利用后方交匯對全站儀進行設(shè)站定向，打開全站儀機載斷面測量程序，輸入里程、采樣間距等參數(shù)，儀器將自動采集斷面數(shù)據(jù)。機載程序界面如圖2所示，具體操作步驟可見本文工程實例部分。

圖2 機載程序操作界面

外業(yè)采集完畢后，通過桌面端后處理軟件導出相應(yīng)的斷面數(shù)據(jù)，利用AutoCAD等軟件對其進行分析處理，便可獲得所需求的測量成果。

2 全站儀斷面測量程序原理

通過設(shè)計圖紙的特征點坐標，可以計算出線路中心線上任意點的里程i以及三維坐標(Xi,Yi,Hi)。通過該點的隧道斷面理論上是個整圓，但由于隧道襯砌環(huán)拼裝誤差以及沉降等原因，實際斷面為一個近似圓的不規(guī)則圖形[3]，通過適當間隔的采樣數(shù)據(jù)，便可擬合出這個不規(guī)則圖形。

圖3 坐標系相互關(guān)系示意圖

在隧道內(nèi)通過控制點設(shè)站定向，利用全站儀免棱鏡測距和測角功能，可以采集該斷面表面的點位三維坐標(Xij,Yij,Hij)，但三維坐標并不能直接反應(yīng)該斷面的超欠挖值，因此可以通過該點位三維坐標轉(zhuǎn)換得到相對于隧道中心的坐標(xij,yij)。如圖3所示，點A在真實坐標系中坐標為(Xij,Yij,Hij)，而在以線路在斷面里程i處隧道中心設(shè)計標高點為原點，以線路中線前進方向右側(cè)法線為x軸，以原點天頂方向為y軸的相對坐標系中，坐標為(xij,yij)。

實際操作中，由于免棱鏡測距的精度限制及施工誤差等因素影響，采集到的斷面點可能會有一定的里程偏差，在程序中輸入里程限差，全站儀斷面程序可以通過斷面表面的點位三維坐標(Xij,Yij,Hij)來反算里程，程序?qū)鶕?jù)用戶設(shè)置的里程限差，來自動調(diào)整采樣里程重新采集該點，從而達到具有合格精度的(xij,yij)。

最后外業(yè)得到的斷面數(shù)據(jù)是每個里程處斷面若干個采樣點的相對坐標及三維坐標，格式如表1所示。

表1 輸出文件格式

表1中i為里程，j為每個斷面采樣點個數(shù)。

同時徠卡隧道斷面測量分析軟件可以輸出坐標為(xij,yij)的若干單點組成的多段線斷面圖形并輸出DXF文件。

3 利用AutoCAD軟件處理斷面數(shù)據(jù)方法

通過AutoCAD提供的AutoLisp編程二次開發(fā)功能，首先擬合實測斷面，再實現(xiàn)對斷面上特定點位坐標的提取、輸出，最后生成所需要的斷面測量成果。

3.1 擬合斷面

AutoCAD自帶命令中有多段線編輯命令pedit，輸入此命令后選擇要編輯的多段線，選定后，輸入選項“擬合(F)”后便完成擬合工作，得出擬合后斷面。

3.2 讀取特定點點位坐標

根據(jù)斷面測量技術(shù)要求，讀取斷面上特定若干點位坐標，AutoLisp語言中可通過讀取圖元信息來獲取指定點坐標。在實際工程應(yīng)用中，完成整條隧道的斷面測量，數(shù)據(jù)量將會非常龐大，因此可以通過程序自動化處理方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速處理。

程序流程如圖4所示。

圖4 程序流程

主程序代碼如下，可保存為LSP文件在AutoCAD中調(diào)用：

(defun C:dm(/ j_ent1 j_ent2 jdj)

(vl-load-com)

(setq ent1 (entsel " 請選擇斷面圖形："))

(command "pedit" ent1 "f" "x");;;此處實現(xiàn)對斷面的擬合

(setq os(getvar"osmode"))

(setvar "osmode" 0)

(setq lastent (entlast))

(command "pline" "3,1.8" "-3,1.8" "-3,0" "3,0" "3,-1" "-3,-1" "-3,-1.8" "3,-1.8" "3,-3" "0,-3" "0,3" "");;;此處可按照實際要求自行修改

(while(setq lastent (entnext lastent))

(setq lst (cons lastent lst))

)

(setvar "osmode" os)

(setq j_ent1 (car ent1))

(setq j_ent2 (car lst))

(setq jdj (j_intersw j_ent1 j_ent2));;;此處調(diào)用子程序

(setq ff (open (getfiled "文件保存為" "c:" "txt" 1) "w"))

(princ" 特定點坐標: ")

(setq j 0)

(repeat (length jdj)

(setq j_jd1 (nth j jdj))

(setq sx (rtos (nth 1 j_jd1)))

(setq sy (rtos (nth 0 j_jd1)))

(setq sxy (strcat sx " " sy))

(write-line sxy ff)

(princ sxy)

(princ" ")

(setq j (+ 1 j))

)

)

其中獲取指定點坐標的子程序代碼如下：

(defun j_intersw(j_ent1 j_ent2 / j_obj1 j_obj2 jdj jdj1 i)

(setq j_obj1 (vlax-ename->vla-object j_ent1))

(setq j_obj2 (vlax-ename->vla-object j_ent2))

(setq jdj1 (vla-intersectwith j_obj1 j_obj2 acExtendnone))

(setq jdj1 (vlax-safearray->list (vlax-variant-value jdj1)))

(setq i 0)

(repeat (/ (length jdj1) 3)

(setq j_jd (list (nth i jdj1) (nth (+ 1 i) jdj1) (nth (+ 2 i) jdj1)))

(setq jdj (cons j_jd jdj))

(setq i (+ 3 i))

)

(vla-delete j_obj2)

(setq jdj jdj)

)

4 工程實例

現(xiàn)以無錫地鐵一號線金城路至新光路區(qū)間的斷面測量為例，介紹此方法的實際操作流程。

4.1 完成隧道內(nèi)控制點的布設(shè)及聯(lián)測

考慮通視條件、控制網(wǎng)精度等因素，結(jié)合實際條件在隧道內(nèi)布置間距約為150 m的控制點，并聯(lián)測控制網(wǎng)獲得坐標，供儀器設(shè)站定向使用。

4.2 編輯設(shè)計數(shù)據(jù)

根據(jù)設(shè)計單位提供的該隧道最終設(shè)計圖紙(平、縱斷面圖)，利用桌面端程序分別完成平曲線、豎曲線及橫斷面的數(shù)據(jù)編輯。

平曲線要素數(shù)據(jù)包括：

1)曲線特征點里程及對應(yīng)坐標；

2)以該里程起點的線型，包括直線、圓曲線、緩和曲線、終點；

3)圓曲線或緩和曲線的半徑值(線路左轉(zhuǎn)為“-”，線路右轉(zhuǎn)為“+”，如為直線則選擇“∞”)。

豎曲線要素數(shù)據(jù)包括：

1)豎曲線變坡點處里程；

2)當前里程處高程值；

3)豎曲線半徑值(凸曲線為“+”，凹曲線為“-”)；4)該豎曲線的切線長(終點和直坡段的半徑與切線長為“0”，依次輸入各特征點的高程數(shù)據(jù)參數(shù)，不得遺漏)。

橫斷面曲線要素的輸入需要建立一個坐標系，坐標系以線路在斷面里程處設(shè)計標高點為原點，以線路中線前進方向右側(cè)法線為X軸，以原點天頂方向為Y軸。橫斷面曲線要素數(shù)據(jù)包括：

1)曲線要素線段/弧段起點在坐標系中的坐標值；

2)曲線要素線段/弧段終點在坐標系中的坐標值；

3)線型為曲線要素類型，根據(jù)斷面形狀選取對應(yīng)線型；

4)弧段半徑值；

5)弧段對應(yīng)的圓心角度值，如12°34′56″的輸入方法為12.3456(ddd.mmss)，在橫斷面數(shù)據(jù)文件中角度以弧度形式顯示。

4.3 利用全站儀斷面程序測量

1)選擇通視狀況良好的位置自由設(shè)站，啟動斷面程序；

2)進入“測站設(shè)置”界面，通過后方交會完成設(shè)站定向；

3)進入“線路設(shè)計”界面，選擇設(shè)計數(shù)據(jù)(線路設(shè)計.HLN，線路設(shè)計.VLN，斷面設(shè)計.TLN)，選擇完畢后進行檢核；

4)進入“斷面測量”界面，輸入“斷面里程”、“搜索范圍”、“測量限差”、“測點間距”等信息，程序?qū)詣舆M行測量并記錄斷面測量結(jié)果。

根據(jù)斷面測量技術(shù)要求，通過上述Lisp程序?qū)崿F(xiàn)便可獲得指定點位處的橫距、高程等信息，計算出與設(shè)計值的偏差值，生成報表。

5 結(jié)束語

利用TP系列全站儀機載程序進行斷面測量精度高、速度快、操作簡便，其可開發(fā)性及良好的拓展性使其在各種情況的斷面測量中均能發(fā)揮巨大功效[4]。通過AutoCAD常用輔助軟件便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速處理，對實際需求的適應(yīng)力較強，適合在地鐵隧道等大型工程項目推廣應(yīng)用。其配套后處理軟件可以在未來推出的更新版本中整合更多功能，例如斷面自動擬合、報表批量輸出等，便可極大地提升工作效率。

[1]石峰.有砟客運專線CPⅢ控制網(wǎng)測量方法與實踐[J].交通科技與經(jīng)濟,2014，16(2):118-120.

[2]王思鍇.城市軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面測量技術(shù)方法的實踐與探索[J].城市勘測，2011(1):130-131.

[3]高俊強,陶建岳.利用免棱鏡全站儀進行地鐵隧道斷面測量與計算[J].測繪通報，2005(10):41-42.

[4]程飛，張麗娜，張曉亮.全站儀和GPS一體化測量方法探討與精度分析[J].測繪工程，2014，23(4)：69-71..

[責任編輯：劉文霞]

Profile survey methods using Leica total station onboard program

GAO Yi-jian，GAO Jun-qiang，ZHAO Ya-ping

(School of Surveying and Mapping,Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China)

The TP series total station produced by Leica provides specific onboard program to the user in order to realize the automatic measurement in various fields.The desktop program export general format file makes it easier for the user to carry on the processing and analysis.A new method of profile survey by using total station onboard program is proposed to analyze the working principle of total station onboard program.AutoLisp programming language has been used to achieve the automatic data processing in the Wuxi Metro Line 1 tunnel profile survey engineering.The measurement results have proved to meet the needs.

profile survey;total station;onboard program;AutoLisp language

2013-10-20；補充更新日期：2014-07-07

高益健(1989-)，男，碩士研究生.

TU198

：A

：1006-7949(2014)11-0071-03