竖井平面联系测量内外业系统设计与实现

吴晨曦，刘静，王凯

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

1 引 言

轨道交通工程往往涉及地下施工，因此在轨道交通工程的施工过程中，将统一坐标系系统下的地面控制点和地下控制点进行观测就需要采用联系测量[1]，联系测量的成果直接影响着隧道能否成功贯通。目前，竖井平面联系测量定向的方法有一井定向、两井定向和陀螺经纬仪定向等[2]。常用的一井定向、两井定向，融合了外业采集、内业数据处理、基础平差等处理流程，综合度高[3]，因此，对数据采集过程进行信息化，对数据内业处理标准化，可以有效地加快工程进程，提高工程的开展效率，保证数据的准确性。

竖井平面联系测量内外业系统由Android App外业采集端和C/S内业处理端组成，Android App外业采集端确保联系测量数据采集质量，C/S内业处理端将一井定向测量的数据进行电子化处理，有效地提高了数据获取的效率，确保数据处理的正确性，对联系测量的实际工作具有一定意义。

2 竖井平面联系测量

竖井平面联系测量包含使用一井定向测量和两井定向测量的方式。竖井平面联系测量内外业系统主要实现了一井定向测量的处理方法。

一井定向测量是将两根钢丝悬挂于对应的竖井上方，使钢丝能够与地面近井的控制点形成一个联系三角形▲ABC(如图1)。对三角形中相关的距离和角度进行测量，以此作为条件计算出钢丝所在的相对位置信息和地面近井控制点的相关方位角度[4]。同样，在地下，地下近井点与这两条钢丝形成一个三角形▲DEF(如图1所示)，对其距离和角度进行测量，作为计算条件计算出钢丝所在的相对位置信息和地下近井控制点的相关方位角度[4，5]。通过钢丝上下的三角形，就把地面和地下导线联系起来，竖井中悬挂钢丝间的距离应尽可能长。

图1 一井定向测量

城市轨道交通工程测量规范规定“每次联系测量应独立进行3次，取3次平均值作为定向成果”。当地面平面近井点与精密导线点应构成附合或闭合导线，近井导线边数不超过5条时，地面近井点可利用精密导线点测设，且其最短边长应大于 50 m，近井点的点位中误差不应超过 ±10 mm[6，7]。

竖井平面联系测量内外业系统外业采集端依据测量要求获取并记录数据，对数据进行检核，进行超限提示。内业处理端直接将外业采集端的文件进行解析，获取地面地下两个三角形的边长角度值，对三角形边长和角度的平差与改正。计算时应选择最佳的传递路线，一般采取小角传递方式[8]。

3 开发环境

3.1 外业采集端

外业采集端基于Android移动端平台，采用Android Studio编译器进行开发。

外业采集端数据管理主要采用SQLite数据库。SQLite数据库引擎模块作为系统架构中的数据库，只需调用几个框架层提供的数据库操作API函数，就可以完成数据库的各种操作。除了SQLite存储架构，对于少量数据存储，一般采用XML结构进行存储。此外，外业采集端版本及更新信息存储在云服务器的SQL Server数据库，其与内业数据处理端数据交互采用阿里云服务器的SQL Server数据库进行相关文件信息进行存储。

3.2 内业处理端

内业处理端采用三层C/S软件体系结构，分别为表示层、功能层、数据层。表示层主要完成应用的交互层，负责显示信息和用户操作，并调用功能层实现的功能。功能层利用服务器完成系统的功能，负责处理表示层用户交互过程中对应的业务逻辑。数据层应功能层请求独立地进行各种数据处理，并将结果返回功能层。

4 联系测量内外业一体化系统

4.1 数据库设计

数据库是联系测量内外业一体化系统数据管理的关键，数据库的设计主要包括SQLite数据库和SQL Server数据库。SQLite数据库主要存储测量数据，SQL Server数据库主要存储外业采集端版本信息和文件存储信息。

SQLite数据库包含4个主要数据相关表(如图2所示)，分别是测量数据表、工程数据表、测站数据表、点号数据表。

图2 数据相关表设计

4.2 系统功能设计

竖井平面联系测量内外业系统分为外业采集端和内业处理端，实现从数据采集全过程及内业平差处理功能。系统的主要功能结构如图3所示。

图3 系统功能设计

4.3 系统实现

(1)外业采集端

①工程管理

外业采集端以工程为单位进行数据管理，可设置工程的基本信息。数据采集过程中，点号管理实现所有测量点号的集中管理，测站管理可设置测回数，标识近井点，将每个工程的数据以单测站的方式进行测站数据的管理。

②数据录入

外业采集端数据录入的方式分为两个方式，包括手动输入和蓝牙数据传输。

手动输入主要输入每一测站的测角和测边数据(如图4所示)。

图4 手动输入

蓝牙数据传输需要进行蓝牙数据连接，将每次的观测数据通过蓝牙自动传输到外业采集端(如图5所示)。

图5 蓝牙输入

③数据检核

根据规范，在外业采集端对数据采集过程中，用半测回归零差、一测回内2C较差、同一方向值各测回较差对数据进行检核，根据全站仪不同等级的方向观测法水平角观测技术要求如表1所示。在数据采集过程中，如数据超限，则程序进行超限提示。

方向观测法水平角观测技术要求 表1

④数据导出及同步

首先对数据进行完整性检核，检核合格后，可将数据导出为txt(数据归档格式和清华山维格式)；亦可将数据同步至云端，实现内外业数据传输。

(2)内业处理端

内业处理端包括云端数据下载和内业数据平差两大功能模块，界面如图6所示。

图6 内业处理端界面

①云端数据下载

外业采集端将文件上传至云平台之后，可通过内业数据处理端以列表形式访问云平台中的文件。选中列表的文件单击下载，可将文件同步到本地。

②内业数据平差

云端下载或数据导入的数据，通过解析数据，即可获取联系测量地上地下文件中各个测站各个测回的点号。选择外业采集的原始数据文件和测回数据后，即可完成数据的预处理。

内业处理端可输入清华山维标准格式原始数据进行平差处理。选择预处理后的数据，点击确定按钮，系统会自动进行清华山维格式原始数据的输出。此外，内业处理端还会输出平差过程数据，供数据检核。

5 关键技术研究

5.1 内外业一体化数据衔接

内外业一体化构建是一大难点，如何将外业工作和内业处理实现衔接，衔接的数据传输方式以及数据格式都应着重考量。针对存在的技术难点，主要采用移动互联作为传输技术，阿里云作为传输载体，外业采集数据通过无线传输至云平台，内业端再与云平台同步下载，从而实现内外业一体化数据衔接。

5.2 井上井下导线自动连接平差

联系测量数据处理时，如何自动连接井上井下导线也是一大难点。为解决联系测量井上井下导线自动连接，采用对地面近井点距离判断的方法，实现导线连接点的自动判断和导线的自动连接。内业处理端可自动识别近井点点号，进行严密地平差计算，自动实现地面导线的连接和数据提取，有效地提高内业数据处理的效率，减少人工干预，确保了数据处理的准确性。

5.3 软件版权保护设计

为保护软件版权，外业采集端采用验证码验证的方式。验证码采用MD5加密方式针对移动端设备唯一识别码和版权有效日期进行加密，可有效地起到版权保护作用。

6 结 语

竖井平面联系测量内外业系统采用外业采集端和内业处理端结合的方式，有效地解决了一井联系测量数据由采集到处理的标准化，提高了数据处理效率和正确率。此外，本系统已实现了在北京轨道交通8号线和19号线多个轨道交通线路标段工程中的成功应用。