CN107403053A - 用于盾构施工的测量数据处理方法及装置 - Google Patents
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- CN107403053A CN107403053A CN201710667377.6A CN201710667377A CN107403053A CN 107403053 A CN107403053 A CN 107403053A CN 201710667377 A CN201710667377 A CN 201710667377A CN 107403053 A CN107403053 A CN 107403053A
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Abstract
本发明公开了一种用于盾构施工的测量数据处理方法及装置，将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型；根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。本发明提供的用于盾构施工的测量数据处理方法及装置，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
Description
技术领域
本发明涉及施工领域，特别地，涉及一种用于盾构施工的测量数据处理方法及装置。
背景技术
现有的对盾构施工测量数据进行处理的方法有《线路中边桩坐标计算的通用Gauss-Legendre公式》-李全信、VMT公司TUnlS导向系统。而现有盾构施工测量数据处理计算表格或软件使用传统的计算方法较多，数据录入表格格式也无固定，数据录入繁琐、计算表不连续、无配套数据处理方法形成系统性工具。现有技术对盾构施工测量数据中盾构隧道设计轴线DTA计算中竖曲线和姿态计算的方法如下所示：
1、盾构隧道设计轴线DTA计算中竖曲线一般采用交点法，计算过程如图1所示，设道路纵坡的变坡点为I，其设计高程为HI，里程为DI，两侧的纵坡度分别为i1、i2，竖曲线设计半径为R，则竖曲线各元素的近似计算公式如下：
ω＝i1-i2 L＝Rω (1)
HP＝HI-(T-xP)i1-yP (5)
竖曲线上点的里程为：
DZ′＝DI-T (6)
DQ＝DI (7)
DY′＝DI+T (8)
DP＝DZ′+xP (9)
上式中：ω为竖曲线中圆曲线对应的圆心角；XP为圆曲线上待求点的水平距离，YP为圆曲线上待求点的竖直距离；E为外矢距；HP为圆曲线上待求点的高程质；DZ’为竖曲线中圆曲线起点里程；DY为竖曲线中圆曲线终点里程；Dp为圆曲线上待求点的对应里程。
缺点：在施工应用中可以看出，采用传统的近似计算公式推算竖曲线上点的设计高程和里程，存在着一定的误差，并且随着线路纵坡的增大而增大。特别对于大纵坡又有超高横坡的外边线的竖曲线以及风景区和校区、别墅区等的竖曲线(纵坡常在10％左右)，若用近似方法计算，误差更大，大大影响施工精度和质量。
2、盾构机人工测量姿态计算一般使用七参数转换坐标方法。如图2所示，由于盾构机测量机械点位置基本在同一个平面上，且点与点之间的距离很近，使七参数转换坐标计算精度不高。
一般描述盾构姿态的参数有：前点坐标、后点坐标、理论值的偏差、俯仰角和滚动角。
通过空间三维坐标转换计算前后点的大地坐标，及固定在盾构机左右两侧固定点的大地坐标，即可解算以上参数。
三维坐标转换主要有7个参数：x位移、y位移、z位移，x转角、y转角、z转角和比例尺。这7个参数可以通过测得3个公共点进行解算。
关于七参数转换坐标方法中的具体解算方法不在此赘述。
缺点：由于盾构机械坐标在基本都在一个面上。点与点之间的间距较小，在隧道施工时，能测到的机械坐标点很少，也相对困难，使七参数坐标转换出来的精度不高，往往不能解算出正确的数据从而为施工提供参考。
因此，相关技术中对盾构施工测量数据的计算精度不高，是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种用于盾构施工的测量数据处理方法及装置，以解决相关技术中对盾构施工测量数据的计算精度不高的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种用于盾构施工的测量数据处理方法，包括步骤：
将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型；
根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
进一步地，将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于竖曲线的数学模型的步骤包括：
将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系；
通过高斯公式建立平曲线坐标系的数学模型。
进一步地，根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程的步骤包括：
获取竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程；
根据获取的竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
进一步地，根据获取的竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程的步骤包括：
将获取的竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角；
根据转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离；
根据求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
进一步地，平面方位角的计算公式为：
其中，αA为起点坡度角，i为平面方位角。
进一步地，竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离的计算公式为：
其中，X为竖曲线上待求点的水平距离，XA为竖曲线上起点的水平距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数，KAB＝KB-KA。
进一步地，竖曲线上待求点的里程为竖曲线上待求点的竖直距离，竖曲线上待求点的竖直距离的计算公式为：
其中，Y为竖曲线上待求点的竖直距离，YA为竖曲线上起点的竖直距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数，KAB＝KB-KA。
进一步地，根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程的步骤之后还包括：
采集位于盾构机的机械坐标点位图中至少四个机械坐标点的三维坐标，并由至少四个机械坐标点中的至少三个机械坐标点组成待测平面；
求取待求点到待测平面之间的距离，解算待求点的坐标；
引入至少四个机械坐标点中的其余一个机械坐标点来确定待求点的最终位置，获取盾构机人工测量姿态。
根据本发明的另一方面，还提供一种用于盾构施工的测量数据处理装置，包括：
建立模块，用于将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型；
第一获取模块，用于根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
进一步地，用于盾构施工的测量数据处理装置，建立模块包括：
构建单元，用于将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系；
建立单元，用于通过高斯公式建立平曲线坐标系的数学模型。
进一步地，建立单元包括：
转换子单元，用于将获取的竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角；
第一计算子单元，用于根据转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离；
第二计算子单元，用于根据求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
进一步地，用于盾构施工的测量数据处理装置，还包括：
采集模块，用于采集位于盾构机的机械坐标点位图中至少四个机械坐标点的三维坐标，并由至少四个机械坐标点中的至少三个机械坐标点组成待测平面；
解算模块，用于求取待求点到待测平面之间的距离，解算待求点的坐标；
第二获取模块，用于引入至少四个机械坐标点中的其余一个机械坐标点来确定待求点的最终位置，获取盾构机人工测量姿态。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的用于盾构施工的测量数据处理方法及装置，将竖曲线看等成特殊的平曲线，建立等同于竖曲线的数学模型，并根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。本发明提供的用于盾构施工的测量数据处理方法及装置，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为采用传统交点法计算盾构隧道设计轴线DTA竖曲线的过程示意图；
图2为传统七参数转换坐标解算盾构机姿态原理图；
图3为本发明用于盾构施工的测量数据处理方法第一实施例的流程示意图；
图4为本发明用于盾构施工的测量数据处理方法建立的平曲线坐标系示意图；
图5为图3中将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型的步骤的细化流程示意图；
图6为图3中根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程的步骤的细化流程示意图；
图7为图6中根据获取的竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程的步骤的细化流程示意图；
图8为本发明用于盾构施工的测量数据处理方法第二实施例的流程示意图；
图9为本发明用于盾构施工的测量数据处理方法中的盾构机人工姿态测量的测量原理示意图；
图10为本发明用于盾构施工的测量数据处理方法中的盾构机人工姿态测量的测量数值的确定示意图；
图11为本发明用于盾构施工的测量数据处理装置第一实施例的结构框图；
图12为图11中建立模块的功能模块示意图；
图13为图12中建立单元的功能子模块示意图；
图14为本发明用于盾构施工的测量数据处理装置第二实施例的结构框图。
附图标号说明：
10、建立模块；20、第一获取模块；11、构建单元；12、建立单元；121、转换子单元；122、第一计算子单元；123、第二计算子单元；30、采集模块；40、解算模块；50、第二获取模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图3，本发明的优选实施例提供了一种用于盾构施工的测量数据处理方法，包括步骤：
步骤S100、将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型。
盾构是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，盾构隧道设计轴线DTA(designedtunnel axis)由各自独立的平曲线和竖曲线组合而成，平曲线包括直线、缓曲线和竖曲线等3种，竖曲线包括直线、凸曲线和凹曲线等3种。在盾构推进的过程中，要掌握盾构机轨迹与隧道设计轴线的偏差情况，就要确立盾构机在当前对应的设计轴线上的正确位置。在本实施例中，如图4所示，将盾构隧道设计轴线中的竖曲线看等成特殊的平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型。
步骤S200、根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
根据建立的等同于竖曲线的平曲线，通过Gauss-Legendre高斯公式建立数学模型，并根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，将竖曲线看等成特殊的平曲线，建立等同于竖曲线的数学模型，并根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
优选地，如图5所示，图5是图3中步骤S100的细化流程示意图，在本实施例中，步骤S100包括：
步骤S110、将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系。
请见图4，将盾构隧道设计轴线DTA的竖曲线看等成特殊的平曲线，建立以H(高程)为竖轴，K(里程)为横轴的平曲线坐标系。
步骤S120、通过高斯公式建立平曲线坐标系的数学模型。
参见图4，通过Gauss-Legendre高斯公式建立数学模型，在平曲线坐标系上，设竖曲线的起点坡度角为i，竖曲线的半径为R，竖曲线的起点里程为K1，待求点里程为K2，竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离为l。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系；通过高斯公式建立平曲线坐标系的数学模型。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
进一步地，如图6所示，图6是图3中步骤S200的细化流程示意图，在本实施例中，步骤S200包括：
步骤S210、获取竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程。
获取盾构隧道设计轴线DTA上的竖曲线的起点坡度角i，竖曲线的半径R，以及竖曲线的起点里程K1。
步骤S220、根据获取的竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
根据获取的盾构隧道设计轴线DTA上的竖曲线的起点坡度角i，竖曲线的半径R，以及竖曲线的起点里程K1，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点里程K2和待求点高程H2。
具体地，如图7所示，图7是图6中步骤S220的细化流程示意图，在本实施例中，步骤S220包括：
步骤S221、将获取的竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角。
将获取的竖曲线的起点坡度角换算成平面方位角，换算的公式为：
其中，αA为起点坡度角，i为平面方位角。
步骤S222、根据转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离。
在本实施例中，根据公式(1)中转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径R和起点里程K1，求出竖曲线起点里程K1与待求点里程K2之间的弧间距离l。
竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离的计算公式为：
其中，X为竖曲线上待求点的水平距离，XA为竖曲线上起点的水平距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长及竖曲线给出的参数(2T)，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数，KAB＝KB-KA。
步骤S223、根据求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
根据公式(2)中求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离l，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程K2。
竖曲线上待求点的里程为竖曲线上待求点的竖直距离，竖曲线上待求点的竖直距离的计算公式为：
Y＝K2 (6)
YA＝K1 (7)
KAB＝KB-KA (8)
其中，Y为竖曲线上待求点的竖直距离，YA为竖曲线上起点的竖直距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，将获取的竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角；根据转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离；根据求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
优选地，如图8所示，图8为本发明用于盾构施工的测量数据处理方法第二实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，步骤S200之后还包括：
步骤S300、采集位于盾构机的机械坐标点位图中至少四个机械坐标点的三维坐标，并由至少四个机械坐标点中的至少三个机械坐标点组成待测平面。
获取盾构机出厂机械坐标点位图，任意采集4个便于观测的机械坐标点，并采集4个机械坐标点及与4个机械坐标点相对应的三维坐标。
步骤S400、求取待求点到待测平面之间的距离，解算待求点的坐标。
对照盾构机出厂机械坐标点位图，查出采集的这4个点的机械坐标。由于机械坐标点与前后点的相对位置固定，因而通过测得不共线的3个机械点的坐标即可解算前后点坐标，如图9所示。
步骤S500、引入至少四个机械坐标点中的其余一个机械坐标点来确定待求点的最终位置，获取盾构机人工测量姿态。
假设测得4个点为A(xA,yA,zA)，B(xB,yB,zB)，C(xC,yC,zC)，D(XD，YD，ZD)待求点O(xO,yO,zO)。
又已知A、B、C到O的距离，所以，
通过上面方程组即可解算O点坐标。
一般情况下，如图10所示，上面方程有两个解，因为O点相对于ABC平面的对称点O’也满足条件。
这时，引入一个不在ABC平面内的第四点D，从而确定O的位置。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，通过盾构机出厂给定坐标系统各个机械点坐标，求得各点位值关系数据。在通过实测三个机械坐标点求得盾构机现状前、后点坐标，进一步求得现状盾构机轴线与隧道轴线位置关系，从而计算出盾构机姿态。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理方法，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
如图11所示，本实施例还提供一种用于盾构施工的测量数据处理装置，包括建立模块10和获取模块20，建立模块10，用于将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型；第一获取模块20，用于根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
盾构是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，盾构隧道设计轴线DTA(designedtunnel axis)由各自独立的平曲线和竖曲线组合而成，平曲线包括直线、缓曲线和竖曲线等3种，竖曲线包括直线、凸曲线和凹曲线等3种。在盾构推进的过程中，要掌握盾构机轨迹与隧道设计轴线的偏差情况，就要确立盾构机在当前对应的设计轴线上的正确位置。在本实施例中，如图4所示，建立模块10将盾构隧道设计轴线中的竖曲线看等成特殊的平曲线，建立等同于竖曲线的平曲线的数学模型。
第一获取模块20根据建立的等同于竖曲线的平曲线，通过Gauss-Legendre高斯公式建立数学模型，并根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，将竖曲线看等成特殊的平曲线，建立等同于竖曲线的数学模型，并根据建立的数学模型，获取盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
进一步地，请见图12，本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，建立模块10包括构建单元11和建立单元12，构建单元11，用于将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系；建立单元12，用于通过高斯公式建立平曲线坐标系的数学模型。
请见图4，构建单元11将盾构隧道设计轴线DTA的竖曲线看等成特殊的平曲线，建立以H(高程)为竖轴，K(里程)为横轴的平曲线坐标系。
参见图4，建立单元12通过Gauss-Legendre高斯公式建立数学模型，在平曲线坐标系上，设竖曲线的起点坡度角为i，竖曲线的半径为R，竖曲线的起点里程为K1，待求点里程为K2，竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离为l。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系；通过高斯公式建立平曲线坐标系的数学模型。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
优选地，请见图13，本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，建立单元12包括转换子单元121、第一计算子单元122和第二计算子单元123，转换子单元121，用于将获取的竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角；第一计算子单元122，用于根据转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离；第二计算子单元123，用于根据求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。
将获取的竖曲线的起点坡度角换算成平面方位角，换算的公式为：
其中，αA为起点坡度角，i为平面方位角。
在本实施例中，根据公式(8)中转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径R和起点里程K1，求出竖曲线起点里程K1与待求点里程K2之间的弧间距离l。
竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离的计算公式为：
其中，X为竖曲线上待求点的水平距离，XA为竖曲线上起点的水平距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长及竖曲线给出的参数(2T)，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数，KAB＝KB-KA。
根据公式(9)中求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离l，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程K2。
竖曲线上待求点的里程为竖曲线上待求点的竖直距离，竖曲线上待求点的竖直距离的计算公式为：
Y＝K2 (15)
YA＝K1 (16)
KAB＝KB-KA (17)
其中，Y为竖曲线上待求点的竖直距离，YA为竖曲线上起点的竖直距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，将获取的竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角；根据转换的平面方位角以及获取的竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离；根据求出的竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出盾构隧道设计轴线中的竖曲线上待求点的里程和高程。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
进一步地，如图14所示，本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置还包括采集模块30、解算模块40和获取模块50，采集模块30，用于采集位于盾构机的机械坐标点位图中至少四个机械坐标点的三维坐标，并由至少四个机械坐标点中的至少三个机械坐标点组成待测平面；解算模块40，用于求取待求点到待测平面之间的距离，解算待求点的坐标；第二获取模块50，用于引入至少四个机械坐标点中的其余一个机械坐标点来确定待求点的最终位置，获取盾构机人工测量姿态。
采集模块30获取盾构机出厂机械坐标点位图，任意采集4个便于观测的机械坐标点及与4个机械坐标点相对应的三维坐标。
解算模块40对照盾构机出厂机械坐标点位图，查出采集的这4个点的机械坐标。由于机械坐标点与前后点的相对位置固定，因而通过测得不共线的3个机械点的坐标即可解算前后点坐标，如图9所示。
假设测得4个点为A(xA,yA,zA)，B(xB,yB,zB)，C(xC,yC,zC)，D(XD，YD，ZD)待求点O(xO,yO,zO)。
又已知A、B、C到O的距离，所以，
通过上面方程组即可解算O点坐标。
一般情况下，如图10所示，上面方程有两个解，因为O点相对于ABC平面的对称点O’也满足条件。
这时，第二获取模块50引入一个不在ABC平面内的第四点D，从而确定O的位置。
本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，通过盾构机出厂给定坐标系统各个机械点坐标，求得各点位值关系数据。在通过实测三个机械坐标点求得盾构机现状前、后点坐标，进一步求得现状盾构机轴线与隧道轴线位置关系，从而计算出盾构机姿态。本实施例提供的用于盾构施工的测量数据处理装置，可应用于城市地铁项目施工中，计算快速、精度高、操作方便；同时避免了采用可编程计算器进行计算时所引起的操作繁琐且效率不高、对于后期的数据整理造成困难、工作量较多的技术问题的出现；与传统计算器计相比，提高了工作效率、节省了工作时间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，包括步骤：
将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于所述竖曲线的平曲线的数学模型；
根据建立的所述数学模型，获取所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程。
2.根据权利要求1所述的用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，
所述将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于所述竖曲线的数学模型的步骤包括：
将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系；
通过高斯公式建立所述平曲线坐标系的数学模型。
3.根据权利要求2所述的用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，
所述根据建立的所述数学模型，获取所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程的步骤包括：
获取所述竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程；
根据获取的所述竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程，计算出所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程。
4.根据权利要求3所述的用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，
所述根据获取的所述竖曲线的起点坡度角、半径和起点里程，计算出所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程的步骤包括：
将获取的所述竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角；
根据转换的所述平面方位角以及获取的所述竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离；
根据求出的所述竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程。
5.根据权利要求4所述的用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，
所述平面方位角的计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mi>arctan</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，αA为起点坡度角，i为平面方位角。
6.根据权利要求5所述的用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，
所述竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离的计算公式为：
<mrow>
<mi>X</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi>l</mi>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<mo>&PlusMinus;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<msub>
<mi>V</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mi>l</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>K</mi>
<mrow>
<mi>A</mi>
<mi>B</mi>
</mrow>
</msub>
<msubsup>
<mi>V</mi>
<mi>i</mi>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<msup>
<mi>l</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
其中，X为竖曲线上待求点的水平距离，XA为竖曲线上起点的水平距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数，KAB为终点曲率与起点曲率之差。
7.根据权利要求6所述的用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，
所述竖曲线上待求点的里程为竖曲线上待求点的竖直距离，所述竖曲线上待求点的竖直距离的计算公式为：
<mrow>
<mi>Y</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Y</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
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<mi>K</mi>
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<mi>A</mi>
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<mi>V</mi>
<mi>i</mi>
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<mn>2</mn>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
其中，Y为竖曲线上待求点的竖直距离，YA为竖曲线上起点的竖直距离，αA为起点坡度角，l为竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，LS为竖曲线中弧长，KA为起点曲率，KB为终点曲率，Ri、Vi为公式节点参数，KAB为终点曲率与起点曲率之差。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于盾构施工的测量数据处理方法，其特征在于，
所述根据建立的所述数学模型，获取所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程的步骤之后还包括：
采集位于盾构机的机械坐标点位图中至少四个机械坐标点的三维坐标，并由所述至少四个机械坐标点中的至少三个机械坐标点组成待测平面；
求取待求点到所述待测平面之间的距离，解算所述待求点的坐标；
引入所述至少四个机械坐标点中的其余一个机械坐标点来确定所述待求点的最终位置，获取盾构机人工测量姿态。
9.一种用于盾构施工的测量数据处理装置，其特征在于，包括：
建立模块(10)，用于将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，建立等同于所述竖曲线的平曲线的数学模型；
第一获取模块(20)，用于根据建立的所述数学模型，获取所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程。
10.根据权利要求9所述的用于盾构施工的测量数据处理装置，其特征在于，
所述建立模块(10)包括：
构建单元(11)，用于将盾构隧道设计轴线中的竖曲线等同于平曲线，构建以高程为竖轴、里程为横轴的平曲线坐标系；
建立单元(12)，用于通过高斯公式建立所述平曲线坐标系的数学模型。
11.根据权利要求10所述的用于盾构施工的测量数据处理装置，其特征在于，
所述建立单元(12)包括：
转换子单元(121)，用于将获取的所述竖曲线的起点坡度角转换为平面方位角；
第一计算子单元(122)，用于根据转换的所述平面方位角以及获取的所述竖曲线的半径和起点里程，求出竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离；
第二计算子单元(123)，用于根据求出的所述竖曲线起点里程与待求点里程之间的弧间距离，计算出所述盾构隧道设计轴线中的所述竖曲线上待求点的里程和高程。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的用于盾构施工的测量数据处理装置，其特征在于，还包括：
采集模块(30)，用于采集位于盾构机的机械坐标点位图中至少四个机械坐标点的三维坐标，并由所述至少四个机械坐标点中的至少三个机械坐标点组成待测平面；
解算模块(40)，用于求取待求点到所述待测平面之间的距离，解算所述待求点的坐标；
第二获取模块(50)，用于引入所述至少四个机械坐标点中的其余一个机械坐标点来确定所述待求点的最终位置，获取盾构机人工测量姿态。
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