地铁车站基坑工程第三方监测数据处理软件开发.pdf

分析和总结了地铁车站基坑工程监测数据处理的主流方法和流程，归纳和提炼了存在的关键技术难题，给出了其软件开发的完整解决方案。【关键词】基坑工程；地铁车站；第三方监测；数据处理软件【中图分类号】TP391.990引言全站仪免棱镜模式的激光测距三维定位法具有精度高、速度快、灵活便捷的任意点置镜、适应现场施工要求的显著特点，成为基坑工程安全性监测的主流方法。对于任意点置镜的灵活布网方式监测网，要求其后续的数据处理算法必须是基于最小二乘原理。这就对与其配套数据处理软件在网形无关性、软件通用性、成果规范性、报表完整性等方面提出了较高的要求。实现基坑工程监测工作的内外业一体化、信息化具有重要的现实意义 1-5项目组依托西南交通大学相关团队，研制了针对全站仪观测数据的基坑工程变形监测数据处理软件系统NETee。该软件具有4个显著特点：（1)NE T e e 软件采用非线性最小二乘平差方法，解决了平面控制网平差的网形无关性问题，为通用的边角网平差软件。(2)NETee软件采用先建立间接平差模型，再转化为条件平差模型的方法，以条件方程式的独立最小环方式实现了完整的闭合差检查功能。(3)NETee软件基于坐标变换的快速相对点位误差椭圆在长半轴E和短半轴F、纵坐标X和横坐标Y、边长的纵向和横向等方向上的算法，丰富了相对点位精度指标的成套输出，适应多种工程测量规范【1-4 对特殊方向的精度评定要求。（4）NE T e e 软件实现了MicrosoftOfficeExcel格式和WPS格式的成果报表和AutodeskAutoCAD格式控制网平面图的输出，实现了平差与数据处理成果的信息化接入。1非线性最小二乘平差方法解决概略坐标计算现有的基坑工程监测数据处理软件，一般只能处理常规网形，比如导线网、三角网、大地四边形、中点多边形、角度和距离交会等。对于按照最小二乘平差原理组建的任意控制网的网形，由于概略坐标的解算问题没有彻底解决，导致后续的平差计算无法进行下去。为解决此问题，现有的测量平差与数据处理软件要求前期的外业测量不能按照最小二乘平差原理任意布设控制网的网形，控制网的网形只能选取常规网形，导致外业作业严重受限，不能根据实际情况灵活布网，工作效率大幅度下降。或者可以任意布网，但后续需要人工完成概略坐标的计算，无法实现全过程的信息化处理。NETee软件基于非线性最小二乘原理,采用了改进的序94【文献标志码】A列二次规划算法，修正了算法的理论缺陷和漏洞、完善了其快速步长调整算法，通过“原线性最小二乘平差模型一转换为非线性规划模型一再转换为序列二次规划模型一又转换为序列线性平差模型”这一组合的适于计算机编程计算的非线性组合算法，解决了适用于任意平面测量控制网的坐标自动解算问题，使得控制点概略坐标解算与最小二乘平差同步进行，从理论方法上全面解决了测量平差与数据处理软件系统通用性和全信息化的矛盾，消除了数据处理方法对外业测量控制网布网的制约，也避免了手工进行控制点概略坐标的计算问题，极大提高了内外业测量的工作效率。2转化为条件平差模型解决粗差探测和控制网质量检查现有的基坑工程监测数据处理软件大都具有可靠性指标（多余观测分量)的计算能力，但还没能实现完整的闭合差检查。在间接平差模型转化为条件平差模型的通用方法基础上,NETee软件采用了先间接平差、后条件平差的2 套平差的数据处理方法，综合了间接平差和条件平差的优点，数据处理过程具有较全面的质量检查机制，实现了软件的查错和质量检查功能。具体来说，具有几点优点：可进行完整的控制网闭合差检查；法方程解算工作量较小；误差方程列立简单而有规律，易于实现任意网的电算。网形设计不受限制；平差成果包含了参数及其精度评定的完整信息；无需再推算参数及其精度评定公式；可直接生成网图。3相对误差椭圆分解算法计算多种复杂精度评定指标在基于坐标变换的快速相对点位误差椭圆在长半轴E和短半轴F、纵坐标X和横坐标Y、边长的纵向和横向等方向算法的基础上,NETee软件丰富了相对点位精度指标的成套输出，增加了控制网任意2 点间相对点位误差椭圆在长半轴E和短半轴F、纵坐标X和横坐标Y、边长的纵向和横向等方定稿日期 2 0 2 2-0 9 -2 0作者简介 范思思（1990 一），女，本科，工程师,研究方向为工程测量、工程监测；范喆宇（198 7 一），男，本科，研究方向为工程测量、工程监测。范思思，范喆宇：地铁车站基坑工程第三方监测数据处理软件开发向的成果输出,增加了控制网特殊的精度指标，如监测点向基坑内部方向的横向变形值的中误差。数据处理成果中的边号起点终点AB边号起点终点AB4AutoCAD二次开发批量绘制控制网平面图平差与数据处理软件的主要功能还包括自动批量绘制控制网平面图，以实现控制网直观的信息可视化表达。Auto-CAD常用的二次开发的主要途径有：直接生成ASCII格式的*.DXF图形文件；首先生成Script脚本文件*.SCR,再通过运行脚本文件来批量绘图；采用AutoLISP语言编程在Auto-CAD环境里添加绘图功能；采用VBA（Vi s u a l Ba s i c A p p l i c a-tion）语言编程在AutoCAD环境里添加绘图功能；通过Auto-CADObjectARX开发环境添加绘图功能。其中运行Script脚本文件*.SCR的方式批量绘制控制网平面图是最为简单易行的方式,且具有与AutoCAD版本无关性的特点，保持了二次开发软件的通用性和兼容性。其主要点、线、面、注字命令有：点:POINT、D O NU T、D D PT Y PE;线：LINE、PLINE(PE D IT)、S PLINE、M LINE、A R C;面:POLYGON、CIR CLE、E LLIPS E、R E CT A NG、T R A CE;注字:TEXT、D T E X T、M T E X T。5内业数据处理全过程实现软件化NETee软件实现了MicrosoftOfficeExcel格式和WPS格式成果报表，以及AutodeskAutoCAD格式控制网平面图的输出,实现了平差与数据处理成果的信息化接入。成果包含4表1图：观测值平差成果表、点位及其精度成果表、相对点位及其精度成果表、条件方程式闭合差检查表,CAD总平面图。主要优点有：最大限度地实现了数据处理全过程的软件自动化，提高了内业数据处理的工作效率；避免了人工手工作业可能造成的各种错误的发生，提高了成果的质量和可靠性；成果输出更加规范、标准、统一；外业控制网布网不再受到平差软件的制约，灵活的任意网形布网极大提高了外业工作效率，并实现内业外业一体化。6实例如图1所示，某地铁车站第三方监测采用NETee软件支持下，监测网布网的情况。通过AutoCAD的Script脚本方式二次开发，实现了工作底图与监测网平面图的套合，使得成果的表达更加完备和直观。监测报告基本内容包括：控制网规模：平均边长km，最短边长，最长边长，导线长度；测量精度：测角精度，水平精度评定指标更加完整全面，适应了基坑工程测量对精度评定的需求。相对点位及其精度成果的内容见表1、表2。表1相对点位及其精度成果X坐标增量/mY坐标增量/m4X中误差3910.31930.0087表2 相对点位及其精度成果横向相对点相对点位坐标方位角平差值位中误差/m1473937.50.40.0105水平距离4Y中误差4291.4265 0.0086中误差/m0.0123角测回数；测距精度，测距相对精度；闭合差：三角形最大闭合差，方位角闭合差，导线全长相对闭合差，条件方程闭合差；网平差总体精度指标：平差的验后单位权中误差，平差后测角中误差，平差后测距中误差，最弱点位中误差，最弱边边长相对中误差；特定点坐标、点位中误差；特定边边长、方位角中误差。7结论NETee软件是集控制网闭合差检查与质量检验、坐标计算和平差、多功能精度评定、成果图表全面兼容AutodeskAu-toCAD和MicrosoftOffice的一款通用型全站仪平面网数据处理软件系统。在非线性最小二乘平差方法、间接平差模型向条件平差模型的转化方法、坐标变换算法的相对误差椭圆分解算法、成果报告兼容AutodeskAutoCAD和MicrosoftOffice等方面成功经验。NETee软件非常适合地铁车站基坑工程第三方监测数据处理的使用，推荐给广大同行学习使用。1住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.工程测量标准：GB50026-2020S .北京：中国计划出版社.2 0 2 1.2建设综合勘察研究设计院.建筑变形测量规范：JGJ8-2016S .北京：中国建筑工业出版社.2 0 16.3住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.建筑基坑工程监测技术标准：GB50497-2019S.北京：中国计划出版社.2 0 2 0.4住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.城市轨道交通工程监测技术规范：GB50911-2013S .北京：中国建筑工业出版社.2 0 14.5武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础第3版M.武汉：武汉大学出版社.2 0 14.6张正禄.工程测量学第3版M.武汉：武汉大学出版社.2 0 2 0.95平差值/m5805.7677相对点位误差椭圆E/mF/m0.01050.0064图1某地铁车站第三方监测布网参考文献中误差/m 0.0064E的方位角/(）136相对精度1/912903