城市轨道交通工程测量数据处理系统的设计与实现

２０１５年８月　第４期　文章编号：１６７２—８２６２（２０１５）０４－１４１—０４　城市勘测　Ａｕｇ．２０１５　Ｎｏ．４　Ｕｒｂａｎ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ＆Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　中图分类号：Ｐ２０９　文献标识码：Ｂ　城市轨道交通工程测量数据处理系统的设计与实现　梁爽　，王玉福　，李鹏　，马全明　，高俊　（１．北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京摘１００１０１；２．东莞市轨道交通有限公司，广东东莞５２３０００）　要：针对城市轨道交通工程测量的特点，采用面向对象的系统开发技术，以Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋６．０为可视化开发平台，从　底层进行类的定义以及代码编写，将整个城市轨道交通ｘ－程测量涉及的数据处理基本涵盖，相比于行业内较为分散　的基于Ｅｘｃｅｌ表格开发的简易程序具有明显的适用性和易操作性。　关键词：城市轨道交通工程测量；数据处理；Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋６．０　１　引　言　目前轨道交通行业内大部分针对轨道交通线路工　程测量的内业数据处理计算的方法，一是采用计算器　人工计算，二是通过ＣＡＤ图上拟合量取，三是采用诸　读人数据格式。具体的读人数据格式如表１所示。　数据读入格式　表１　行数　点号　１３９４　２Ｏ３１　２０３２　￥　｛　５９．８７５　１　￥５７．９３１　９　｝　２８．６６０　５　２８．１８７　３　—９．１７９　－９．１８３　如Ｅｘｃｅｌ等进行二次开发的简易程序进行计算等其他　一些方法。这些计算方法在实际运用中均可操作，但　是缺乏统一的操作标准，比较分散且操作步骤复杂，对　于原始数据的读人格式也各种各样，容易导致计算结　果出现错误等问题。针对存在的问题，本文结合整个　轨道交通工程测量的特点，以Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋６．０为可视　２．２流程设计　城市轨道交通工程测量数据处理系统设计的流程　包括系统的功能模块、数据处理的关键算法以及系统　的界面设计。将测量仪器中的原始数据按照设计读人　格式排列好，选择相应的数据处理模块，读人数据，完　化开发平台，从底层进行类的定义以及代码编写，开发　出工程测量数据处理８大模块，不仅统一了数据读人　格式，简化了数据处理的操作程序，而且在重大测量数　据处理模块中提供了多种复核计算程序，从而达到了　成数据的处理过程并生成平差报告，根据报告中的精　数据处理速度快，数据处理结果可信度高的效果，希望　对国内同行在轨道交通工程测量数据处理方面提供一　些借鉴和参考。　度结果，如果满足精度要求，保存平差报告并按要求输　出成果，否则检查读人数据，重新输入并处理。在这里　需要强调的是，部分重大测量数据处理模块提供了多　种算法进行数据处理，用户可以选择不同算法进行验　２总体设计思路　２．１数据格式设计　证，确保数据成果的可靠，具体的系统流程设计如图１　所示。　２．３功能划分　城市轨道交通工程测量数据处理系统关于数据格　式的设计，主要是针对海量三维坐标数据，一是要尽量　符合目前主流的测量仪器的输出格式，主要是全站仪　针对城市轨道交通工程测量的实际特点，将涉及　的测量数据处理主要划分为盾构管片姿态测量、盾构　的内存海量坐标点位数据，包括点号，ｙ，　，日数值；二　是要统一定义整个系统的输入数据格式，数据的排列　要规范易操作，尽量按照测量仪器输出后简易修改或　者不修改便可以进行数据的读人；三是读人数据的文　件大小要控制在合理范围内，不影响数据的读入速度。　机姿态测量、联系测量、线路（隧道）中心线计算、多点　拟合圆（球）心、坐标系转换、断面测量数据处理、坐标　正反算，选择相应的模块以后，会弹出子模块，分别对　应着不同的算法，用户可根据选择相应的模块进行处　理验算。另外，系统界面上还有用户注册、使用说明、　退出等附加功能供选择使用。　基于以上三点，作者选择文本格式（．ｔｘｔ）作为最终的　收稿１３期：２０１５—０１—３ｏ　作者简介：梁爽（１９８５一），男，工程师，主要从事城市轨道交通工程测量工作。　第４期　梁爽等．城市轨道交通工程测量数据处理系统的设计与实现　盾构机人工姿态平差表　１４３　表３　位置关系不变，则待求点在每个坐标系中到各公共点　的长度相等，假设ｎ个公共点在已知坐标系中的坐标　为（ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），在待求坐标系中的坐标为（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）其　中１１，＝１，２，…，几，待求点在已知坐标系中的坐标为（ＸＯ，　ｙｏ，ＺＯ），在待求坐标系中的坐标为（　，Ｙ，　），则有下式：　（ｘｉ－ｘ）　＋（ｙｉ—Ｙ）　＋（ｚｉ—ｚ）　＝（　—ＸＯ）　＋（ｙ　—ｙｏ）　平移参数　水平偏差／ｍｍ　￥￥￥２２．９９９　４　竖向偏差／ｒａｍ　里程／ｍ　６２　２８８　３　－６．７２０　２　平移参数改正数　比例参数　公共点盾构局域　坐标系中的坐标　公共点施工坐标　系中的坐标　公用点坐标　改正数　０．００１　２５２　０．９９９　７　２．０．０００　６８６　一Ｏ．０００　８２２　比例参数改正数　一０．００Ｏ　４５　３９０　７　－３．４４９　２　０．６２１　９　＋（Ｚｉ一　）　（２）　￥￥　２１３４０５　．５８　４２０　４　－６．２０６　１　—０．０００　９　０．０００　８　分别将各公共点坐标代入上式中，利用参数平差的　方法直接求得待求点在待求坐标系中的坐标（　，Ｙ，ｚ）。　０．０００　７　４工程应用实例　本数据处理系统在东莞城市快速轨道交通Ｒ２线　工程测量中进行了实际应用，笔者选择某区间标段工　我们可以根据改正数的大小，来判断在现场采集　数据的精度。同时可以进行粗差剔除，对于改正数较　大的点剔除后重新计算，计算出更为可靠的结果。由　程测量为实例，以关键节点的测量数据为依托，对系统　的数据处理能力进行验证。例如某区问盾构掘进过程　中，在盾构停机维护期间，外业对盾构机的参考点进行　实际测量，选择系统的盾构机姿态计算模块，进行数据　处理，输出成果报告及平差结果如表２、表３所示。　盾构机人工姿态测量成果表　表２　于篇幅有限，上述表格中只提供了部分数据。经过多　种方法的计算、并与现场盾构机操控室电脑数据进行　对比，盾构机姿态测量的数据处理完全满足施工要求。　本系统对海量断面测量的数据处理也取得了良好　的应用效果。同样以东莞Ｒ２线工程某盾构区间为　例，在完成隧道贯通后，按照设计单位断面测量技术要　求，每个断面测量ｌＯ个点位的三维坐标数据，存储于　全站仪中。内业对海量的断面点位数据进行统一编　辑，以文本格式存储，选择系统的断面测量模块中的圆　形断面程序，进行快速批量处理，几分钟之内便可完成　数据处理，并生成断面数据成果表，如表４所示。　表４　刊　算：ＸＸ　水平偏差／ｍｍ　首尾计算　盾首　坐标　盾尾　竖向偏差／ｒａｍ　￥６０．１６３　里程／ｍ　－６．８４９　｝　２３．００ｏ　｛　２３．００９　｛　１９．６２０　６２．２８９　－６．７２３　｝６２．２７５　｝６０．１５２　－６．７０８　－６．８０４　｝｝｝　１９．６２３　首尾设计　盾首　坐标　盾尾　计算偏差　盾首　盾尾　一１６　－７　—１５　－４５　９２６．０５７　９３０．０４８　盾构圆形隧道断面数据成果表　工点（站、区间）：）０（区随　左线　隧道类型：圆形　测点　左　断面偏距　右　底板高程　顶板高程　断面里程ＺＤＫ　位置　实测值　／．／￣ｍ　Ｈｉｍ　设计值　差值　，ｍ　实测值　Ｈ／ｍ　设计值　差值　实测值　设计值　差值　实测值　设计值　差值　／ｍ　／ｍｍ　，ｍ　，ｍ　／ｍ　，ｍ　Ａｎ　／ｍ　／ｍｍ　Ｌｌｍｍ　上　１７　８６９．Ｏ６５　１　８７３　－０．４４６　ｌ　８９８　－２５　５４　１　７４８　．０．４００　ｌ　８５０　．１Ｏ２　１　．Ｏ２９　－５．Ｏ６６　３７　０．３７７　０．３３４　４３　中ｌ　２７５４　－２．３９１　３　７１１ｔ）　２７０１　－２．３７８　２７ｏｏ　中２　２　５８８　．３．２５６　２　５４９　下　上　１７　８７５．２９８　２　１８８　．３．９６７　２　ｌ７４　ｌ　９４ｏ　＿ｏ．４３３　ｌ　８７２　３９　２　５５８　．３．２４８　２　５５２　１４　２　１６８　－３．９５Ｏ　２１８７　６８　１　８６６　．４２Ｏ　ｌ　８５８　７　１９　８　２７　．中１　２７ｌ６　．２．３８７　２７ｏ０　中２　２　５３７　．３．Ｏｏｏ　２　５３８　下　２　１４６　３．９８７　２　ｌ６９　１６　２６７３　．２＿３８４　２７００　．１　．２Ｏ　２４９１　．３．３１１４　２　５３６　２　１３１　．３．９３８　２２Ｏ４　５．Ｏ４２　．５．０７９　３６　Ｏ．３６７　０．３２１　４６　４６　．７３　上　１７　８８２．８７９　ｌ　９０４　．１．４３５　１　８５０　．４２３　２６９４　５５　ｌ　８７６　－ｏ．４３６　１　８６２　２４　２６８７　－２．３７５　２７０６　６　２　５１５　３．２８５　２　５５６　—１６　２　ｌ１４　－３．９９３　２　ｌ８４　１４　．１９　．５．０５５　．５．Ｏ９７　４２　０．３４４　０．３０３　４１　中１　２７１８　中２　２　５２９　．３．３４４　２　５２３　下　２　１５ｌ　－３．９９９　２　１６８　－４ｌ　—７０　上　１７　８８８．８７３　１　９１８　－０．４７８　ｌ　８７０　４８　ｌ　９３ｌ　－０．４９３　１　９０８　１７　２　６８９　－２．４３４　２７１１　２３　－２２　．５．Ｏ６５　．５．１ｌ５　５０　０．３３２　０．２８５　４６　中ｌ　２　７０６　－２．４２６　２６８９　中２　２　５１４　．３．３６４　２　５ｌ６　下　２　１３５　－４．０２４　２　１５７　－２　２　５ｌ８　．２２　＿３Ｏ３　２　５６１　．４３　－７３　２　１３０　．３．９９Ｏ　２２ｏ４　城市勘测　２０１５年８月　笔者还采用了广州、深圳、北京等多地的轨道交通　工程测量实测数据，对本测量数据系统的各个模块分　（３）盾构施工测量系统中的盾构机人工姿态数　据处理技术，计算方法灵活，适用性强，能够在盾构　别进行了大量的计算验证，由于数据众多，文章中就不　一一机导向系统出现故障的情况下，快速准确地判断出　列举了。测量数据的处理结果都很好的符合了工　盾构机实际姿态。该模块针对目前主流的盾构机，　针对主动铰接和被动铰接不同的盾构机形式以及盾　程实际，满足了施工要求。　构机刚体上有无厂商提供的参考点数据，均提供了　５　结语　系统多样的计算模块，并且自动进行改正计算，方便　笔者完成系统开发以后，经过实际验证，取得了较　好的效果，本系统有以下几个方面的特点：　（１）本文主要从城市轨道交通工程测量的实际出　测量工作者剔除外业中错误的点位数据，确保盾构　施工的测量安全。　发，考虑到目前行业内没有一套综合全面的测量数据　处理系统，本系统采用Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＋＋６．０开发，从底层进　行类的定义以及代码编写，在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下运行，用　户界面形象直观，易学易用，在软件使用上已经具有良　好的推广应用前景。　（２）首次将轨道交通工程盾构施工过程中相关的　参考文献　［１］　陈能，江男，王梅珍．城市轨道交通基础地理信息系统的　设计与实现［Ｊ］．城市轨道交通研究，２００６（１ｏ）．　［２］　秦长利．城市轨道交通工程测量［Ｍ］．北京：中国建筑工　业出版社，２００８．　［３］　马全明．伊朗德黑兰地铁一、二号线工程断面测量的技　测量计算进行了系统的集成开发，根据盾构施工的实　际特点，从盾构始发前的隧道中线数据计算，盾构始发　的姿态检查计算，洞门中心定位安装，到掘进过程中的　管片姿态偏差计算，从盾构始发井施工放样期间的坐　术方法［ｃ］．现代工程测量技术发展与应用研讨交流会　论文集。２００５．　［４］　宋力杰．测量平差程序设计［Ｍ］．北京：国防工业出版　社．２００９．　［５］　王玉福．人工测量盾构机姿态的模型研究［Ｊ］．城市建　设，２Ｏｌ１（２）．　标正反算、施工坐标系与局域坐标系的转换到盾构后　期竣工的断面净空测量，涵盖了目前轨道交通工程盾　构施工期间所有的相关步骤，具有较强的系统性和普　遍适用性。　［６］　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，２０１ｌ（２）．　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　Ｉ　ｉｌ　Ｔｒａｎｓｉｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｌｉａｎｇ　Ｓｈｕａｎｇ　，Ｗａｎｇ　Ｙｕｆｕ　，Ｌｉ　Ｐｅｎｇ　，Ｍａ　Ｑｕａｎｍｉｎｇ　，Ｇａｏ　Ｊｕｎ　（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｒｂａｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１０１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｏｎｇｇｕａｎ　Ｒａｉｌ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｄｏｎｇｇｎａｎ　５２３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｉｔｙ　ｒａｉｌ　ｔｒａｆｉｆｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｕｒｖｅｙ　ｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｂｊｅｃｔ　—ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｉｔｈ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋６．０　ａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｃｌａｓｓ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｄｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｏｍ，ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｃｉｔｙ　ｔｒａｃｋ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｕｒｖｅｙ　ｒｅｌａｔｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｖｅｒｓ，　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｍｏｒｅ　ｓｃａｔｔｅｒｅｄ　ｓｉｍｐｌｅ　ｐｒｏｇｒａｍ　Ｅｘｃｅｌ　ｔａｂｌｅ　ｂａｓｅｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　０ｐ—　ｅｒａｔｉｏｎ，ｈｏｐｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　ｗｏｒｋｅｒｓ　ｅｎｇａｇｅｄ　ｉｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｒａｉｌ　ｔｒａｎｓｉｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｒｂａｎ　ｒａｉｌ　ｔｒａｎｓｉｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｕｒｖｅｙ；ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋６．０