一种基于基线的地铁隧道水平位移变形监测方法

摘要

本发明公开了一种基于基线的地铁隧道水平位移变形监测方法，包括如下步骤：(1)架设全站仪，利用全站仪采集两期控制点坐标数据；(2)根据控制点坐标分别计算两期控制基线向量；(3)根据控制基线向量，建立基线坐标系；(4)利用全站仪采集两期监测点平面坐标数据；(5)根据控制点和监测点坐标，计算监测基线向量；(6)将监测基线向量投影至基线坐标系，得到监测基线向量在X和Y坐标轴方向的分量；(7)通过比较两期同一监测基线向量在基线坐标系中的分量，得到监测点平行于轨道和垂直于轨道方向相邻两期的变形量。本发明消除了交会和定向引入的误差影响；测试过程简单灵活，大大减少了作业时间从而提高了作业效率。

说明书

技术领域

本发明涉及测绘科学技术领域，尤其是一种基于基线的地铁隧道水平位移变形监测方法。

背景技术

在现代城市中，地铁因其速度快、能耗低、运量大和污染少等优势，已经成为城市交通重要的工具。因城市的快速发展，地铁周边不可避免会有大量的工程项目投入建设。这些项目的施工会对原有地铁隧道结构产生影响，导致周围土体应力场和地下水位的变化，从而引起隧道结构产生位移，严重时会引起道床脱离、轨道设备形变、轨道平顺度变化，从而使得列车运行安全难以得到保障，给市民的安全出行带来隐患。因此，对地铁隧道变形区的变形监测具有十分重要的意义。

现有地铁隧道水平位移监测方法多采用全站仪进行，其具体实施方法如下：在变形区外稳定区域选取稳定点作为控制点，一般变形区两侧各取两个控制点；在变形区域内等间隔设置若干水平位移监测点；在变形区域中间区域设置一固定架站点，用以测量各个监测点平面坐标。在施测过程中，仪器架设于架站点，利用至少3个以上控制点后方交会得出架站点坐标，然后以其中一个控制点定向，依次测得各个检测点坐标，分别比较两期监测点坐标，即可得到测点的水平位移。实际上，以上施测过程会引入两部分误差，一是后方交会引起的误差，二是定向产生的误差。而经验表明，在精密工程测量领域，即使很小的误差也会导致错误的变形监测结果或者不可靠的变形监测结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于基线的地铁隧道水平位移变形监测方法，消除了交会和定向引入的误差影响，作业灵活简单，减少了作业时间从而提高了作业效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于基线的地铁隧道水平位移变形监测方法，包括如下步骤：

(1)架设全站仪，利用全站仪采集两期控制点坐标数据，全站仪架设于两点之间，每期控制点A和B的观测值为平面坐标：和其中下标j＝1,2，表示测期号；

(2)根据控制点坐标分别计算两期控制基线向量其中下标j＝1,2，表示测期号；

(3)根据控制基线向量，建立基线坐标系；

(4)利用全站仪采集两期监测点平面坐标数据P_ij(x_ij，y_ij)i＝1,2,…,n，j＝1,2，其中n为监测点数目，j表示测期号；

(5)根据控制点和监测点坐标，计算监测基线向量其中n为监测点数目，j＝1,2表示测期号；

(6)将监测基线向量投影至基线坐标系，得到监测基线向量在X和Y坐标轴方向的分量；

(7)通过比较两期同一监测基线向量在基线坐标系中的分量，得到监测点平行于轨道和垂直于轨道方向相邻两期的变形量。

优选的，步骤(1)中所述的两个控制点位于轨道一侧，且二者连线方向大致与轨道方向平行。

优选的，步骤(1)中，整平全站仪，每期测量全站仪架设位置处于两个控制点之间。

优选的，步骤(3)中，所述基线坐标系的建立过程为：以控制点A为坐标原点，方向为Y坐标轴正向，垂直于并指向隧道另一侧为X坐标轴正向，基线坐标系建立。

优选的，步骤(6)中，所述监测基线向量在基线坐标系X和Y坐标轴方向上的投影分别为和i＝1,2,…,n，其中n为监测点数目；j＝1,2表示测期号，其长度分别为和其中| |表示向量的模，在二维空间中表示向量起点和终点的欧式距离。

本发明的有益效果为：无需后方交会和测站定向两个步骤，消除了其引入的误差影响；控制点的数量从传统方法的3个减少到2个；测试过程简单灵活，架站位置任意，大大减少了作业时间从而提高了作业效率。

附图说明

图1是本发明的监测方法流程示意图。

图2是本发明的基线坐标系建立及基线投影示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，一种基于基线的地铁隧道水平位移变形监测方法，包括如下步骤：

(1)架设全站仪，利用全站仪采集两期控制点坐标数据，全站仪架设于两点之间，每期控制点A和B的观测值为平面坐标：和其中下标j＝1,2，表示测期号；

(2)根据控制点坐标分别计算两期控制基线向量其中下标j＝1,2，表示测期号；

(3)根据控制基线向量，建立基线坐标系；

(4)利用全站仪采集两期监测点平面坐标数据P_ij(x_ij，y_ij)i＝1,2,…,n，j＝1,2，其中n为监测点数目，j表示测期号；

(5)根据控制点和监测点坐标，计算监测基线向量其中n为监测点数目，j＝1,2表示测期号；

(6)将监测基线向量投影至基线坐标系，得到监测基线向量在X和Y坐标轴方向的分量；

(7)通过比较两期同一监测基线向量在基线坐标系中的分量，得到监测点平行于轨道和垂直于轨道方向相邻两期的变形量。

步骤(1)中两个控制点位于轨道一侧，且二者连线方向大致与轨道方向平行，整平全站仪，每期测量全站仪架设位置处于两个控制点之间。

步骤(3)中，基线坐标系的建立过程为：以控制点A为坐标原点，方向为Y坐标轴正向，垂直于并指向隧道另一侧为X坐标轴正向，基线坐标系建立。

步骤(6)中，监测基线向量在基线坐标系X和Y坐标轴方向上的投影分别为和i＝1,2,…,n，其中n为监测点数目；j＝1,2表示测期号，其长度分别为和其中| |表示向量的模，在二维空间中表示向量起点和终点的欧式距离。

如图1和图2所示，根据图1的方法流程，以“某地铁保护区隧道水平位移变形监测”为应用实例，对本发明作进一步阐述：

(1)架设全站仪，利用全站仪采集两个控制点J₁和J₂坐标数据，全站仪架设于两点之间，观测值为控制点平面坐标：

测期一：A₁(1042.6981,478.5057)，B₁(1396.8045,221.2325)；

测期二：A₂(1085.9686,660.8760)，B₂(1465.0282,442.0264)；

(2)根据控制点坐标计算控制基线向量，计算基线向量：

测期一：

测期二：

(3)以A为坐标原点，方向为Y轴方向，X轴方向垂直于Y轴并与其构成右手系；分别根据两期数据的A和B坐标建立各自基线向量坐标系，如图2所示；

(4)利用全站仪采集两期监测点坐标数据，P_i1(x_i，y_i)i＝1,2,…,10和P_i2(x_i，y_i)i＝1,2,…,10；

(5)分别根据两期控制点和监测点坐标计算监测向量和

(6)如图2所示，将监测基线向量按和分别投影至Y方向和X方向；

(7)通过比较不同测期下同一测点在基线坐标系下的投影分量大小，获取监测点的水平位移，如表1所示，其中Y方向为沿着轨道运行方向，X方向垂直于轨道运行方向。

表1

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。