[发明专利]一种基于基线的地铁隧道三维变形监测方法

说明书

本发明公开了一种基于基线的地铁隧道三维变形监测方法，包括以下步骤：1、架设全站仪，采集两期控制点坐标；2、根据控制点坐标分别计算两期控制基线三维向量；3、根据控制基线三维向量，建立三维基线向量坐标系；4、采集两期监测点三维坐标；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三维基线向量坐标系，得到监测基线向量在基线坐标系中X、Y和Z方向的分量；7、通过比较两期同一监测基线三维向量在三维基线向量坐标系中的分量，得到监测点平行于轨道、垂直于轨道和垂直于轨道所在平面三个方向上相邻两期的变形量。该方法无需后方交会和定向，消除了其引入的误差影响；测设过程中作业简单灵活，大大减少了作业时间。

技术领域

本发明属于测绘科学技术领域，具体涉及一种基于基线的地铁隧道三维变形监测方法。

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。近年来，因城市的快速发展，地铁周边会有大量的工程项目投入建设。这些项目的施工可能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。

现有地铁隧道三维变形监测一般分为垂直位移监测和水平位移监测。垂直位移监测通常采用电子水准仪施测，在变形区域外的稳定区域，两侧各选取一个控制点作为日常工作基点，利用两个工作基点，与变形区域内各监测点构成附合水准路线，依次测得每个监测点的高程，通过比较两期对应监测点高程的差，即可得到监测点的垂直位移变化情况。而水平位移监测通常采用全站仪进行，其具体实施方法如下，在变形区域外的稳定区域选取稳定点作为控制点，一般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，依次测得各个监测点坐标，分别比较两期监测点坐标，即可得到监测点的水平位移变化情况。实际上，垂直位移监测中，会因仪器架站次数的增多，导致误差积累，从而影响最后的监测成果的质量；而水平位移监测在施测过程中会引入两部分误差，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。而且，垂直位移和水平位移监测分开施测无疑大大增加了测量外业工作量。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于基线的地铁隧道三维变形监测方法，该方法综合垂直位移监测和水平位移监测，只需一次完成，且该方法无需后方交会和定向，消除了其引入的误差影响；且在测设过程中作业简单灵活，大大减少了作业时间。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种基于基线的地铁隧道三维变形监测方法，包括以下步骤：

(1)架设全站仪，利用全站仪采集两期控制点坐标数据，全站仪架设于两侧控制点之间，每期控制点A、B和C的观测值分别为三维坐标：和其中下标j＝1,2，表示测期号；