利用徕卡全站仪机载程序进行隧道断面测量

高益健,高俊强,赵亚萍

(南京工业大学 测绘学院，江苏 南京 210009)

利用徕卡全站仪机载程序进行隧道断面测量

高益健,高俊强,赵亚萍

(南京工业大学 测绘学院，江苏 南京 210009)

徕卡生产的TP系列全站仪通过向用户提供特定机载程序，来实现各领域自动化测量的目的，对应桌面端程序，输出通用格式文件方便用户进行处理、分析。文中介绍利用智能全站仪机载程序进行隧道断面测量的操作方法，分析全站仪机载断面程序的工作原理，并结合无锡地铁一号线某区间断面测量工程实例，通过AutoLisp编程语言对其桌面端程序输出的图形文件进行自动化处理，获得了能够满足用户需求的测量成果。

断面测量；全站仪；机载程序；AutoLisp语言

隧道因施工误差、后期沉降变形等诸多因素的影响，导致实际平、纵断面与设计图纸存在一定误差[1]。为避免贸然施工造成返工以及对后期运营造成诸多的问题，有必要在铺轨前对实际施工隧道进行断面测量，以便根据实际情况调整设计方案，确定最优化的铺轨方案[2]。传统断面测量方法操作繁琐，效率低，不能满足工程需求；智能全站仪因其高自动化、高精度等特点，近几年在工程领域得到广泛的应用。

1 利用全站仪断面程序测量方法概述

根据线路设计图纸，将线型要素输入断面测量桌面端程序，利用程序功能自动生成隧道的设计平曲线、竖曲线以及断面信息。程序界面如图1所示。

图1 桌面端程序界面

将隧道设计信息导入全站仪，在现场通视条件良好的位置利用后方交汇对全站仪进行设站定向，打开全站仪机载断面测量程序，输入里程、采样间距等参数，仪器将自动采集断面数据。机载程序界面如图2所示，具体操作步骤可见本文工程实例部分。

图2 机载程序操作界面

外业采集完毕后，通过桌面端后处理软件导出相应的断面数据，利用AutoCAD等软件对其进行分析处理，便可获得所需求的测量成果。

2 全站仪断面测量程序原理

通过设计图纸的特征点坐标，可以计算出线路中心线上任意点的里程i以及三维坐标(Xi,Yi,Hi)。通过该点的隧道断面理论上是个整圆，但由于隧道衬砌环拼装误差以及沉降等原因，实际断面为一个近似圆的不规则图形[3]，通过适当间隔的采样数据，便可拟合出这个不规则图形。

图3 坐标系相互关系示意图

在隧道内通过控制点设站定向，利用全站仪免棱镜测距和测角功能，可以采集该断面表面的点位三维坐标(Xij,Yij,Hij)，但三维坐标并不能直接反应该断面的超欠挖值，因此可以通过该点位三维坐标转换得到相对于隧道中心的坐标(xij,yij)。如图3所示，点A在真实坐标系中坐标为(Xij,Yij,Hij)，而在以线路在断面里程i处隧道中心设计标高点为原点，以线路中线前进方向右侧法线为x轴，以原点天顶方向为y轴的相对坐标系中，坐标为(xij,yij)。

实际操作中，由于免棱镜测距的精度限制及施工误差等因素影响，采集到的断面点可能会有一定的里程偏差，在程序中输入里程限差，全站仪断面程序可以通过断面表面的点位三维坐标(Xij,Yij,Hij)来反算里程，程序将会根据用户设置的里程限差，来自动调整采样里程重新采集该点，从而达到具有合格精度的(xij,yij)。

最后外业得到的断面数据是每个里程处断面若干个采样点的相对坐标及三维坐标，格式如表1所示。

表1 输出文件格式

表1中i为里程，j为每个断面采样点个数。

同时徕卡隧道断面测量分析软件可以输出坐标为(xij,yij)的若干单点组成的多段线断面图形并输出DXF文件。

3 利用AutoCAD软件处理断面数据方法

通过AutoCAD提供的AutoLisp编程二次开发功能，首先拟合实测断面，再实现对断面上特定点位坐标的提取、输出，最后生成所需要的断面测量成果。

3.1 拟合断面

AutoCAD自带命令中有多段线编辑命令pedit，输入此命令后选择要编辑的多段线，选定后，输入选项“拟合(F)”后便完成拟合工作，得出拟合后断面。

3.2 读取特定点点位坐标

根据断面测量技术要求，读取断面上特定若干点位坐标，AutoLisp语言中可通过读取图元信息来获取指定点坐标。在实际工程应用中，完成整条隧道的断面测量，数据量将会非常庞大，因此可以通过程序自动化处理方法来实现数据快速处理。

程序流程如图4所示。

图4 程序流程

主程序代码如下，可保存为LSP文件在AutoCAD中调用：

(defun C:dm(/ j_ent1 j_ent2 jdj)

(vl-load-com)

(setq ent1 (entsel " 请选择断面图形："))

(command "pedit" ent1 "f" "x");;;此处实现对断面的拟合

(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" "");;;此处可按照实际要求自行修改

(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));;;此处调用子程序

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

(princ" 特定点坐标: ")

(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))

)

)

其中获取指定点坐标的子程序代码如下：

(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 工程实例

现以无锡地铁一号线金城路至新光路区间的断面测量为例，介绍此方法的实际操作流程。

4.1 完成隧道内控制点的布设及联测

考虑通视条件、控制网精度等因素，结合实际条件在隧道内布置间距约为150 m的控制点，并联测控制网获得坐标，供仪器设站定向使用。

4.2 编辑设计数据

根据设计单位提供的该隧道最终设计图纸(平、纵断面图)，利用桌面端程序分别完成平曲线、竖曲线及横断面的数据编辑。

平曲线要素数据包括：

1)曲线特征点里程及对应坐标；

2)以该里程起点的线型，包括直线、圆曲线、缓和曲线、终点；

3)圆曲线或缓和曲线的半径值(线路左转为“-”，线路右转为“+”，如为直线则选择“∞”)。

竖曲线要素数据包括：

1)竖曲线变坡点处里程；

2)当前里程处高程值；

3)竖曲线半径值(凸曲线为“+”，凹曲线为“-”)；4)该竖曲线的切线长(终点和直坡段的半径与切线长为“0”，依次输入各特征点的高程数据参数，不得遗漏)。

横断面曲线要素的输入需要建立一个坐标系，坐标系以线路在断面里程处设计标高点为原点，以线路中线前进方向右侧法线为X轴，以原点天顶方向为Y轴。横断面曲线要素数据包括：

1)曲线要素线段/弧段起点在坐标系中的坐标值；

2)曲线要素线段/弧段终点在坐标系中的坐标值；

3)线型为曲线要素类型，根据断面形状选取对应线型；

4)弧段半径值；

5)弧段对应的圆心角度值，如12°34′56″的输入方法为12.3456(ddd.mmss)，在横断面数据文件中角度以弧度形式显示。

4.3 利用全站仪断面程序测量

1)选择通视状况良好的位置自由设站，启动断面程序；

2)进入“测站设置”界面，通过后方交会完成设站定向；

3)进入“线路设计”界面，选择设计数据(线路设计.HLN，线路设计.VLN，断面设计.TLN)，选择完毕后进行检核；

4)进入“断面测量”界面，输入“断面里程”、“搜索范围”、“测量限差”、“测点间距”等信息，程序将会自动进行测量并记录断面测量结果。

根据断面测量技术要求，通过上述Lisp程序实现便可获得指定点位处的横距、高程等信息，计算出与设计值的偏差值，生成报表。

5 结束语

利用TP系列全站仪机载程序进行断面测量精度高、速度快、操作简便，其可开发性及良好的拓展性使其在各种情况的断面测量中均能发挥巨大功效[4]。通过AutoCAD常用辅助软件便可实现数据快速处理，对实际需求的适应力较强，适合在地铁隧道等大型工程项目推广应用。其配套后处理软件可以在未来推出的更新版本中整合更多功能，例如断面自动拟合、报表批量输出等，便可极大地提升工作效率。

[1]石峰.有砟客运专线CPⅢ控制网测量方法与实践[J].交通科技与经济,2014，16(2):118-120.

[2]王思锴.城市轨道交通工程隧道结构断面测量技术方法的实践与探索[J].城市勘测，2011(1):130-131.

[3]高俊强,陶建岳.利用免棱镜全站仪进行地铁隧道断面测量与计算[J].测绘通报，2005(10):41-42.

[4]程飞，张丽娜，张晓亮.全站仪和GPS一体化测量方法探讨与精度分析[J].测绘工程，2014，23(4)：69-71..

[责任编辑：刘文霞]

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；补充更新日期：2014-07-07

高益健(1989-)，男，硕士研究生.

TU198

：A

：1006-7949(2014)11-0071-03