文档介绍：隧道洞外控制网设计与数据处理软件
及其应用
姚连璧刘大杰
(同济大学 200092)
周全基
(铁道部第三勘测设计院 300142)
【摘要】本文简述了隧道洞外控制网设计与数据处理软件TSDDP的数学模型、功能、特点,并给出了运用该软件进行长梁山13 km铁路隧道GPS网与精密导线网设计与数据处理的计算结果。
http;//网
在高等级公路与铁路建设过程中,会遇到许多隧道,而且有许多是长隧道, km铁路隧道等。如何保证隧道的正确贯通是隧道工程中至关重要的一环,而隧道洞外平面控制测量的精度和质量直接影响地下两相向开挖面在横向上的准确贯通。以往的隧道洞外平面控制网在采用三角锁、边角锁、导线等常规手段进行布设和观测时需要首先进行网的设计。从已有的计算分析[4]可以看出,任意布设的隧道GPS网并不能满足横向贯通误差的精度要求,因此也必须进行网的设计。本文介绍的隧道洞外控制网设计与数据处理软件(TSDDP)不仅能进行常规网的设计,而且能进行GPS网的设计,对实测的常规网与GPS网能够进行数据处理和贯通误差的计算。用该软件系统进行了长梁山13 km铁路隧道GPS网与精密导线网的设计与数据处理。
一、软件的数学模型
对于常规测量观测值如边长、方向、方位角等仅需按常规方法建立误差方程,由于隧道控制经常采用分级布网,即主网与洞口点网,各级网按不同的精度进行方向观测,软件在数据处理时采用了Schreiber法则消除测站未知数。
设一个测站有N个方向观测值vi,其权为pi,则有观测方程:
vi=-zi+aix+biy+…+li 权为pi (1)
消去定向角未知数zi后的虚拟误差方程为:
vi′=aix+biy+…+li 权为pi (2)
一个测站的和方程为:http;//网
[vipi]=[aipi]x+[bipi]y+…+[lipi] 权为(3)
若定向角取一测站各方向算得的定向角的加权平均值,则有[lipi]=0。
由于只顾及平面位置,因此在设计阶段可把GPS三维基线矢量简化为一条边长与一个方位角的观测值,并列出其误差方程式,边长误差方程式中观测值的权p
s=,m2S=a2+b2S2,a、b为由仪器厂商提供或检定求得的加常数和乘常数误差,方位角误差按与边长误差相同且二者相互独立来确定,因此方位角误差方程式的权为。合并法方程就可解出各点的坐标方差-协方差阵,进而可以按下式计算横向贯通误差:http;//网
(4)
式中,m0为单位权中误差,Qxx为坐标协因数矩阵,fP为横向贯通误差微分式坐标改正数的系数阵。
隧道GPS控制网的数据处理采用地面观测值与GPS网三维联合平差模型,其运算程序中采用的是经过改进的TGPPS软件平差计算程序,具有与贯通误差计算的接口。
二、软件功能与特点
1. 软件功能
该软件不仅能进行GPS网及常规网隧道控制测量设计计算,包括对GPS网以及常规网的精度估算、贯通误差的计算,对GPS网中含有常规观测值进行处理,而且能进行GPS网及常规网实测数据的处理工作,包括闭合差计算、平差处理和贯通误差的计算等。
首先建立C:\TSDDP子目录,然后将安装盘上的文件拷贝到该目录中,执行TSDDP进入图1所示的主菜单。
(1) 系统设置
系统设置包括路