城市軌道交通工程測量一體化解決方案

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摘要：城市軌道交通工程測量傳統作業模式的質量比較依賴員工的技術水平及責任心。隨著測量機器人、電子水準儀等設備的普及，在移動通信技術的支撐下，測量外業實現記錄電子化。測量記錄通過移動網絡傳輸至內業，形成內外業一體化的作業模式，有效提高工作效率，降低人力成本，實現了降本增效的目的。

關鍵詞：城市軌道交通工程測量；記錄電子化；內外業一體化；降本增效

城市軌道交通是一項規模大、投資高、周期長的系統性工程，建設難度大。受城市規劃、周邊已有建構筑分布、地質條件等諸多條件的限制及城市軌道交通本身運行性能的要求，線路結構的走向和標高的精度要求較高。工程測量工作的有效性是城市軌道交通結構精確就位的前提和保障，城市軌道交通工程測量具有專業性強、精度要求高、及時性要求高等顯著特點［1］。傳統測量作業模式質量過于依靠人工干預，受制于員工技術水平、責任心［2］。任何測量環節出錯均導致返工，使測量周期成倍拉長；關鍵節點的測量驗收時返工更會影響工程施工進度［3］。隨著測量機器人、電子水準儀的普及，以及高性能智能終端和移動通信技術的應用，城市軌道交通工程測量內外業一體化的作業模式是提高測量工作效率、降低出錯率的有效途徑。

1內外業一體化測量的解決方案

工程測量包括外業測量、內業數據處理兩個主要工序。傳統的外業測量班組至少配備觀測員1名、記錄員1名、輔助人員2名。傳統作業模式存在以下局限性：①高精度的測量需求，要求觀測員具有豐富的觀測經驗。實踐表明，不同觀測員的瞄準、讀數等儀器操作習慣會造成系統性誤差；高強度、長時間的外業測量易造成視覺疲勞，導致觀測精準下降；長線路測量時更易因誤差累計而導致精度迅速降低［4］。②記錄員的職業素質要求高。記錄員現場記錄觀測數據，按測量規范的要求進行繁雜的測站數據計算和檢查，以多測回測角為例，需記錄多方向的盤左、盤右讀數，計算歸零差、2C差、測回差、平均方向值，要求記錄員有快速的計算能力和較高的數據質量把控能力。記錄員在長時間工作中難免會出現聽錯、記錯等問題，導致測量原始數據有誤。③內業計算前，測量班組應將原始手薄進行逐項核查，耗時費力。對比傳統作業模式的觀測員與記錄員的高強度配合，內外業一體化測量作業模式下，測量機器人、電子水準儀等設備通過藍牙或通信線與智能終端（可為安卓、蘋果等常見型號手機）連接，在測量APP軟件支撐下自動觀測，降低觀測員的勞動強度，避免觀測習慣帶來的系統誤差。APP同步按規范要求計算觀測限差，保證外業觀測質量。觀測數據在移動通訊支撐下實時上傳云端，內業人員從云端下載數據及時處理，將處理結果反饋至外業人員。對數據異常的部分再次進行現場驗證，避免二次進場。一體化模式下，全流程數據“無紙化”“不落地”，有效地提高了外業、內業工作的互動效率，降低了勞動強度，達到降本增效的目的。內外業一體化測量的軟件支撐包含移動端APP及電腦端桌面軟件兩部分，軟件為測量云APP及相應的桌面軟件。該軟件多測回測角、導線平差的基礎功能目前可免費使用，報告定制等進階功能需要付費使用。電腦端桌面軟件是數據后端，可以支持數據下載、本次數據導入、數據解算與發布、數據管理等各項功能。內外業一體化測量模式可以降低測量從業人員門檻，保證觀測精度和成果質量，同時大幅度提高工作效率。詳細工作流程見圖1。

1.1外業采集

內外業一體化的首要條件是實現外業記錄的電子化。軌道交通工程測量運用較多的兩種設備為全站儀和水準儀，電子水準儀能實現電子化記錄。一體化測量的全站儀采用測量機器人，機器人自帶驅動馬達。在軟件支撐下按需設置觀測目標數量和觀測順序，可實現對目標的快速判別、鎖定、自動照準和高精度測量，測量后自動存儲測量數據，從而保證外業觀測不受觀測習慣帶來的誤差，數據質量穩定。手機軟件交互性強、可視化高、兼容性強，可實時監控測量設備的工作狀態和測量結果。1.1.1限差設置。軟件通過內置測量限差實現對外業測量精度的控制。例如，控制網采用全站儀0.5″級別測角的限差設置，包括半測回歸零差小于6″，一測回內2C互差小于9″，各測回互差小于6″［5］，距離的限差設置半測回間距離較差為±1mm，測回間距離較差為±1mm，同時包括等級水準的視距差、兩次讀數差、尺長讀數等。1.1.2學習測量。全站儀采用人工瞄準的方式測量第一測回，給測量機器人提供初始方位。測量機器人通過定向學習后，按技術要求的測回數和設定的觀測模式進行自動測量，測量完畢后軟件自動生成測站觀測報告，質檢合格后搬站。全站儀測量成果存儲于軟件中，在移動通信的支持下，連接云端服務器，進行測量成果上傳。電子水準儀觀測結束后，上傳測量數據至服務器中。

1.2內業處理

內業處理系統集成了數據檢查、報表輸出、數據解算與管理等功能。1.2.1數據下載。內業處理人員直接從云端下載外業測量數據。1.2.2數據檢查。下載后采用軟件進行數據檢查，再次復核外業成果質量。原始數據報表統計水平角2C差、互差和測距往返差、水準線路的視距差、讀數差、測段不符值等偏差值，并根據線路等級要求，進行限差判定。外業內置限差后，內業的限差判定基本是一次性通過。然后根據數據留底要求，進行報表輸出，見圖2。1.2.3數據解算。原始數據檢查無誤后，輸入已知點，進行平差計算。同時可導出其他通用平差軟件的數據格式，進行成果驗證。內業處理人員花費很少的時間進行數據檢查及數據解算，能較快地將測量結果反饋至外業人員，指導外業人員對有問題的測段進行返工處理，從而有效避免因返工導致的二次進場所帶來的成本浪費。

2工程實例

2.1導線測量

佛山市軌道交通三號線第三方測量Ⅱ標段的工程范圖1工作流程圖圍包括15個車站、15個區間，標段內控制點位共58個，導線全長47.25km；其中GNSS點19個，精密導線點39個。按合同及規范的相關規定，全線的精密導線控制網須按照一年一次的頻率進行復測。2.1.12019年度復測采用傳統模式進行測量。外業數據采集測量班組配置4人，觀測員1名（外業經驗豐富）、記錄員1名（工作細心、熟知規范要求、字跡工整）、棱鏡2人。外業測量一站平均在10min左右，導線控制網測量完畢需25d左右。每天作業完成后，測量組回辦公室后專業人員花費大量的時間及精力檢查計算外業手簿、觀測成果統計和對比，一般情況下層層檢查、復核需要4d左右。2.1.22020年采用內外業一體化系統進行。內外業一體化系統是自動測量記錄，測量組只需配置3個人，其中2個架設棱鏡，1個觀測者，無須記錄者見圖3。外業測量一站平均在3min左右，導線控制網測量完成需15d左右。導線控制網內業處理無須花太多時間進行原始手簿的檢查，可直接進行計算。2.1.3統計分析。測量機器人4測回無超限情況，人工測量出現10次超限情況，增加了作業時間。將兩種方法所用人工成本進行統計分析，詳見表1。

2.2底板控制點聯系測量

以興太區間的地下車站基線邊聯系測量為例，本區間采用兩井定向直接導線法，走向示意圖見圖4。傳統作業模式的聯系測量外業數據采集需要1.5d，原始數據檢查復核并完成報告需要2d左右，總計需3.5d左右。內外業一體化作業模式下的外業數據采集需要1d；內業數據人員下載數據、數據檢查、處理及復核完成需要1h左右。外業人員回到辦公室時，成果已經處理完畢，極大地縮短了第三方測量檢核時間，從而保障了工程進度。

3結語

內外業一體化作業模式經過兩年的實踐，發展已經成熟并逐漸應用到標段內各類工程測量中。內外業一體化模式采用測量機器人及電子水準儀，實現了記錄電子化；運用測量云智能終端實現測量數據的及時傳輸與數據后處理?？傮w來說，其具有以下明顯優勢：①成果質量穩定，外業效率明顯提高，測量外業返工率明顯下降。②對人員素質要求有所降低，極大地節約了人力成本。③極大程度地縮短了數據處理和成果報告輸出的測量生產周期，測量報告的及時性有了較大提高。④減小了作業人員的數據檢查壓力，使其有更多的精力進行現場精細化管理。

參考文獻：

［1］秦長利.城市軌道交通工程測量［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［2］王曉兵，李淑娟，李勇，等.第三方測量在地鐵建設中的應用研究［J］.測繪通報，2019（S1）：245-249.

［3］劉慶年.城市地鐵施工測量技術與方法研究［J］.南方農機，2017（4）：71.

［4］孫士通，張小越.城市軌道交通貫通誤差精度分析［J］.北京測繪，2017（1S）：202-204.

［5］中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量檢驗檢疫監督局.城市軌道交通工程測量規范：GB/T50308—2017［S］.北京：中國建筑工業出版社，2017.

作者：盧其棟 單位：上?？辈煸O計研究院