城市軌道交通工程測(cè)量一體化解決方案

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摘要：城市軌道交通工程測(cè)量傳統(tǒng)作業(yè)模式的質(zhì)量比較依賴員工的技術(shù)水平及責(zé)任心。隨著測(cè)量機(jī)器人、電子水準(zhǔn)儀等設(shè)備的普及，在移動(dòng)通信技術(shù)的支撐下，測(cè)量外業(yè)實(shí)現(xiàn)記錄電子化。測(cè)量記錄通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至內(nèi)業(yè)，形成內(nèi)外業(yè)一體化的作業(yè)模式，有效提高工作效率，降低人力成本，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通工程測(cè)量；記錄電子化；內(nèi)外業(yè)一體化；降本增效

城市軌道交通是一項(xiàng)規(guī)模大、投資高、周期長(zhǎng)的系統(tǒng)性工程，建設(shè)難度大。受城市規(guī)劃、周邊已有建構(gòu)筑分布、地質(zhì)條件等諸多條件的限制及城市軌道交通本身運(yùn)行性能的要求，線路結(jié)構(gòu)的走向和標(biāo)高的精度要求較高。工程測(cè)量工作的有效性是城市軌道交通結(jié)構(gòu)精確就位的前提和保障，城市軌道交通工程測(cè)量具有專業(yè)性強(qiáng)、精度要求高、及時(shí)性要求高等顯著特點(diǎn)［1］。傳統(tǒng)測(cè)量作業(yè)模式質(zhì)量過(guò)于依靠人工干預(yù)，受制于員工技術(shù)水平、責(zé)任心［2］。任何測(cè)量環(huán)節(jié)出錯(cuò)均導(dǎo)致返工，使測(cè)量周期成倍拉長(zhǎng)；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的測(cè)量驗(yàn)收時(shí)返工更會(huì)影響工程施工進(jìn)度［3］。隨著測(cè)量機(jī)器人、電子水準(zhǔn)儀的普及，以及高性能智能終端和移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用，城市軌道交通工程測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化的作業(yè)模式是提高測(cè)量工作效率、降低出錯(cuò)率的有效途徑。

1內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量的解決方案

工程測(cè)量包括外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩個(gè)主要工序。傳統(tǒng)的外業(yè)測(cè)量班組至少配備觀測(cè)員1名、記錄員1名、輔助人員2名。傳統(tǒng)作業(yè)模式存在以下局限性：①高精度的測(cè)量需求，要求觀測(cè)員具有豐富的觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明，不同觀測(cè)員的瞄準(zhǔn)、讀數(shù)等儀器操作習(xí)慣會(huì)造成系統(tǒng)性誤差；高強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間的外業(yè)測(cè)量易造成視覺疲勞，導(dǎo)致觀測(cè)精準(zhǔn)下降；長(zhǎng)線路測(cè)量時(shí)更易因誤差累計(jì)而導(dǎo)致精度迅速降低［4］。②記錄員的職業(yè)素質(zhì)要求高。記錄員現(xiàn)場(chǎng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，按測(cè)量規(guī)范的要求進(jìn)行繁雜的測(cè)站數(shù)據(jù)計(jì)算和檢查，以多測(cè)回測(cè)角為例，需記錄多方向的盤左、盤右讀數(shù)，計(jì)算歸零差、2C差、測(cè)回差、平均方向值，要求記錄員有快速的計(jì)算能力和較高的數(shù)據(jù)質(zhì)量把控能力。記錄員在長(zhǎng)時(shí)間工作中難免會(huì)出現(xiàn)聽錯(cuò)、記錯(cuò)等問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量原始數(shù)據(jù)有誤。③內(nèi)業(yè)計(jì)算前，測(cè)量班組應(yīng)將原始手薄進(jìn)行逐項(xiàng)核查，耗時(shí)費(fèi)力。對(duì)比傳統(tǒng)作業(yè)模式的觀測(cè)員與記錄員的高強(qiáng)度配合，內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量作業(yè)模式下，測(cè)量機(jī)器人、電子水準(zhǔn)儀等設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙或通信線與智能終端（可為安卓、蘋果等常見型號(hào)手機(jī)）連接，在測(cè)量APP軟件支撐下自動(dòng)觀測(cè)，降低觀測(cè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免觀測(cè)習(xí)慣帶來(lái)的系統(tǒng)誤差。APP同步按規(guī)范要求計(jì)算觀測(cè)限差，保證外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量。觀測(cè)數(shù)據(jù)在移動(dòng)通訊支撐下實(shí)時(shí)上傳云端，內(nèi)業(yè)人員從云端下載數(shù)據(jù)及時(shí)處理，將處理結(jié)果反饋至外業(yè)人員。對(duì)數(shù)據(jù)異常的部分再次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，避免二次進(jìn)場(chǎng)。一體化模式下，全流程數(shù)據(jù)“無(wú)紙化”“不落地”，有效地提高了外業(yè)、內(nèi)業(yè)工作的互動(dòng)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到降本增效的目的。內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量的軟件支撐包含移動(dòng)端APP及電腦端桌面軟件兩部分，軟件為測(cè)量云APP及相應(yīng)的桌面軟件。該軟件多測(cè)回測(cè)角、導(dǎo)線平差的基礎(chǔ)功能目前可免費(fèi)使用，報(bào)告定制等進(jìn)階功能需要付費(fèi)使用。電腦端桌面軟件是數(shù)據(jù)后端，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)下載、本次數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)解算與發(fā)布、數(shù)據(jù)管理等各項(xiàng)功能。內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量模式可以降低測(cè)量從業(yè)人員門檻，保證觀測(cè)精度和成果質(zhì)量，同時(shí)大幅度提高工作效率。詳細(xì)工作流程見圖1。

1.1外業(yè)采集

內(nèi)外業(yè)一體化的首要條件是實(shí)現(xiàn)外業(yè)記錄的電子化。軌道交通工程測(cè)量運(yùn)用較多的兩種設(shè)備為全站儀和水準(zhǔn)儀，電子水準(zhǔn)儀能實(shí)現(xiàn)電子化記錄。一體化測(cè)量的全站儀采用測(cè)量機(jī)器人，機(jī)器人自帶驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。在軟件支撐下按需設(shè)置觀測(cè)目標(biāo)數(shù)量和觀測(cè)順序，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速判別、鎖定、自動(dòng)照準(zhǔn)和高精度測(cè)量，測(cè)量后自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，從而保證外業(yè)觀測(cè)不受觀測(cè)習(xí)慣帶來(lái)的誤差，數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定。手機(jī)軟件交互性強(qiáng)、可視化高、兼容性強(qiáng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量設(shè)備的工作狀態(tài)和測(cè)量結(jié)果。1.1.1限差設(shè)置。軟件通過(guò)內(nèi)置測(cè)量限差實(shí)現(xiàn)對(duì)外業(yè)測(cè)量精度的控制。例如，控制網(wǎng)采用全站儀0.5″級(jí)別測(cè)角的限差設(shè)置，包括半測(cè)回歸零差小于6″，一測(cè)回內(nèi)2C互差小于9″，各測(cè)回互差小于6″［5］，距離的限差設(shè)置半測(cè)回間距離較差為±1mm，測(cè)回間距離較差為±1mm，同時(shí)包括等級(jí)水準(zhǔn)的視距差、兩次讀數(shù)差、尺長(zhǎng)讀數(shù)等。1.1.2學(xué)習(xí)測(cè)量。全站儀采用人工瞄準(zhǔn)的方式測(cè)量第一測(cè)回，給測(cè)量機(jī)器人提供初始方位。測(cè)量機(jī)器人通過(guò)定向?qū)W習(xí)后，按技術(shù)要求的測(cè)回?cái)?shù)和設(shè)定的觀測(cè)模式進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后軟件自動(dòng)生成測(cè)站觀測(cè)報(bào)告，質(zhì)檢合格后搬站。全站儀測(cè)量成果存儲(chǔ)于軟件中，在移動(dòng)通信的支持下，連接云端服務(wù)器，進(jìn)行測(cè)量成果上傳。電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)結(jié)束后，上傳測(cè)量數(shù)據(jù)至服務(wù)器中。

1.2內(nèi)業(yè)處理

內(nèi)業(yè)處理系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)檢查、報(bào)表輸出、數(shù)據(jù)解算與管理等功能。1.2.1數(shù)據(jù)下載。內(nèi)業(yè)處理人員直接從云端下載外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)。1.2.2數(shù)據(jù)檢查。下載后采用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，再次復(fù)核外業(yè)成果質(zhì)量。原始數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)水平角2C差、互差和測(cè)距往返差、水準(zhǔn)線路的視距差、讀數(shù)差、測(cè)段不符值等偏差值，并根據(jù)線路等級(jí)要求，進(jìn)行限差判定。外業(yè)內(nèi)置限差后，內(nèi)業(yè)的限差判定基本是一次性通過(guò)。然后根據(jù)數(shù)據(jù)留底要求，進(jìn)行報(bào)表輸出，見圖2。1.2.3數(shù)據(jù)解算。原始數(shù)據(jù)檢查無(wú)誤后，輸入已知點(diǎn)，進(jìn)行平差計(jì)算。同時(shí)可導(dǎo)出其他通用平差軟件的數(shù)據(jù)格式，進(jìn)行成果驗(yàn)證。內(nèi)業(yè)處理人員花費(fèi)很少的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查及數(shù)據(jù)解算，能較快地將測(cè)量結(jié)果反饋至外業(yè)人員，指導(dǎo)外業(yè)人員對(duì)有問(wèn)題的測(cè)段進(jìn)行返工處理，從而有效避免因返工導(dǎo)致的二次進(jìn)場(chǎng)所帶來(lái)的成本浪費(fèi)。

2工程實(shí)例

2.1導(dǎo)線測(cè)量

佛山市軌道交通三號(hào)線第三方測(cè)量Ⅱ標(biāo)段的工程范圖1工作流程圖圍包括15個(gè)車站、15個(gè)區(qū)間，標(biāo)段內(nèi)控制點(diǎn)位共58個(gè)，導(dǎo)線全長(zhǎng)47.25km；其中GNSS點(diǎn)19個(gè)，精密導(dǎo)線點(diǎn)39個(gè)。按合同及規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，全線的精密導(dǎo)線控制網(wǎng)須按照一年一次的頻率進(jìn)行復(fù)測(cè)。2.1.12019年度復(fù)測(cè)采用傳統(tǒng)模式進(jìn)行測(cè)量。外業(yè)數(shù)據(jù)采集測(cè)量班組配置4人，觀測(cè)員1名（外業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富）、記錄員1名（工作細(xì)心、熟知規(guī)范要求、字跡工整）、棱鏡2人。外業(yè)測(cè)量一站平均在10min左右，導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量完畢需25d左右。每天作業(yè)完成后，測(cè)量組回辦公室后專業(yè)人員花費(fèi)大量的時(shí)間及精力檢查計(jì)算外業(yè)手簿、觀測(cè)成果統(tǒng)計(jì)和對(duì)比，一般情況下層層檢查、復(fù)核需要4d左右。2.1.22020年采用內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)進(jìn)行。內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)是自動(dòng)測(cè)量記錄，測(cè)量組只需配置3個(gè)人，其中2個(gè)架設(shè)棱鏡，1個(gè)觀測(cè)者，無(wú)須記錄者見圖3。外業(yè)測(cè)量一站平均在3min左右，導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量完成需15d左右。導(dǎo)線控制網(wǎng)內(nèi)業(yè)處理無(wú)須花太多時(shí)間進(jìn)行原始手簿的檢查，可直接進(jìn)行計(jì)算。2.1.3統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)量機(jī)器人4測(cè)回?zé)o超限情況，人工測(cè)量出現(xiàn)10次超限情況，增加了作業(yè)時(shí)間。將兩種方法所用人工成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，詳見表1。

2.2底板控制點(diǎn)聯(lián)系測(cè)量

以興太區(qū)間的地下車站基線邊聯(lián)系測(cè)量為例，本區(qū)間采用兩井定向直接導(dǎo)線法，走向示意圖見圖4。傳統(tǒng)作業(yè)模式的聯(lián)系測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集需要1.5d，原始數(shù)據(jù)檢查復(fù)核并完成報(bào)告需要2d左右，總計(jì)需3.5d左右。內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式下的外業(yè)數(shù)據(jù)采集需要1d；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)人員下載數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)檢查、處理及復(fù)核完成需要1h左右。外業(yè)人員回到辦公室時(shí)，成果已經(jīng)處理完畢，極大地縮短了第三方測(cè)量檢核時(shí)間，從而保障了工程進(jìn)度。

3結(jié)語(yǔ)

內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式經(jīng)過(guò)兩年的實(shí)踐，發(fā)展已經(jīng)成熟并逐漸應(yīng)用到標(biāo)段內(nèi)各類工程測(cè)量中。內(nèi)外業(yè)一體化模式采用測(cè)量機(jī)器人及電子水準(zhǔn)儀，實(shí)現(xiàn)了記錄電子化；運(yùn)用測(cè)量云智能終端實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸與數(shù)據(jù)后處理?？傮w來(lái)說(shuō)，其具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：①成果質(zhì)量穩(wěn)定，外業(yè)效率明顯提高，測(cè)量外業(yè)返工率明顯下降。②對(duì)人員素質(zhì)要求有所降低，極大地節(jié)約了人力成本。③極大程度地縮短了數(shù)據(jù)處理和成果報(bào)告輸出的測(cè)量生產(chǎn)周期，測(cè)量報(bào)告的及時(shí)性有了較大提高。④減小了作業(yè)人員的數(shù)據(jù)檢查壓力，使其有更多的精力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理。

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作者：盧其棟 單位：上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院