范文輝 范曉燕

四川交大工程檢測咨詢有限公司 四川 成都 610031

1 概述

基坑工程的安全性監(jiān)測一般都采用全站儀的三維定位法，該法具有精度高、速度快、任意點置鏡、現(xiàn)場施測靈活便捷、適應工地各工序配合的要求。這也對后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與平差軟件在通用性、完整性、標準化、規(guī)范化、集成化、自動化等方面提出了很高的要求。實現(xiàn)基坑工程監(jiān)測工作的內(nèi)外業(yè)一體化、信息化具有重要的現(xiàn)實意義[1～5]。

我們?yōu)榇藢ｉT研制了針對全站儀數(shù)據(jù)的NET軟件系統(tǒng)。NET軟件具有以下4個顯著特點：

①NET軟件采用非線性最小二乘平差方法，解決了任意平面控制網(wǎng)的坐標自動解算與網(wǎng)平差問題，成為通用的邊角網(wǎng)平差軟件。

②NET軟件采用先建立間接平差模型，再轉(zhuǎn)化為條件平差模型的方法，以條件方程式的獨立最小環(huán)方式實現(xiàn)了完整的閉合差檢查功能。

③NET軟件基于坐標變換的快速相對點位誤差橢圓在長半軸E和短半軸F、縱坐標X和橫坐標Y、邊長的縱向和橫向等方向上的算法，豐富了相對點位精度指標的成套輸出，適應了各類工程測量規(guī)范[1～4]對特殊方向上的精度評定要求。

④NET軟件實現(xiàn)了Microsoft Office Excel格式和WPS格式的成果報表和Autodesk AutoCAD格式控制網(wǎng)平面圖的輸出，實現(xiàn)了平差與數(shù)據(jù)處理成果的信息化接入。

2 非線性最小二乘平差方法

現(xiàn)有的基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與平差軟件，一般只能處理常規(guī)網(wǎng)形，比如導線網(wǎng)、三角網(wǎng)（鎖）、大地四邊形、中點多邊形、角度和距離交會等等。對于按照最小二乘平差原理組建的任意控制網(wǎng)網(wǎng)形，由于概略坐標的解算問題沒有徹底解決，導致后續(xù)的平差計算無法進行下去。為解決此問題，現(xiàn)有的測量平差與數(shù)據(jù)處理軟件要求前期的外業(yè)測量不能按照最小二乘平差原理任意布設控制網(wǎng)的網(wǎng)形，控制網(wǎng)的網(wǎng)形只能選取常規(guī)網(wǎng)形，導致外業(yè)作業(yè)嚴重受限，不能根據(jù)實際情況靈活布網(wǎng)，工作效率大幅度下降。或者可以任意布網(wǎng)，但后續(xù)需要人工完成概略坐標的計算，無法實現(xiàn)全過程的信息化處理。

NET軟件基于非線性最小二乘原理，我們研發(fā)了改進的序列二次規(guī)劃算法，改進了算法的理論缺陷和漏洞、完善了其快速步長調(diào)整算法，通過“原線性最小二乘平差模型-轉(zhuǎn)換為非線性規(guī)劃模型-再轉(zhuǎn)換為序列二次規(guī)劃模型-又轉(zhuǎn)換為序列線性平差模型”這一組合的適于計算機編程計算的非線性組合算法，解決了適用于任意平面測量控制網(wǎng)的坐標自動解算問題，使得控制點概略坐標解算與最小二乘平差同步進行，從理論方法上徹底解決了測量平差與數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)通用性和全信息化的矛盾，消除了數(shù)據(jù)處理方法對外業(yè)測量控制網(wǎng)布網(wǎng)的制約，也回避了手工進行控制點概略坐標的計算問題，極大提高了內(nèi)外業(yè)測量的工作效率。

3 間接平差模型向條件平差模型的轉(zhuǎn)化方法

現(xiàn)有的基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與平差軟件具有可靠性指標（多余觀測分量）的計算，但還沒能實現(xiàn)完整的閉合差檢查。

在間接平差模型轉(zhuǎn)化為條件平差模型的通用方法基礎上，NET軟件采用了先間接平差、后條件平差的2套平差的數(shù)據(jù)處理方法，綜合了間接平差和條件平差的優(yōu)點，數(shù)據(jù)處理過程具有較全面的質(zhì)量檢查機制，實現(xiàn)了軟件的查錯和質(zhì)量檢查功能。

4 坐標變換算法的相對誤差橢圓分解算法

現(xiàn)有的基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與平差軟件對點位誤差橢圓等點位精度十分關注，但對相對點位誤差橢圓等相對點位精度不夠重視，還缺少相對點位誤差橢圓在坐標軸方向、邊長的縱向橫向的計算成果。新版的各類工程測量規(guī)范大都新增了相對點位精度的限差要求，需要實現(xiàn)控制網(wǎng)任意2點間相對點位誤差橢圓在長半軸E和短半軸F、縱坐標X和橫坐標Y、邊長的縱向和橫向等方向上的成果輸出，以便計算控制網(wǎng)特殊的精度指標，如監(jiān)測點向基坑內(nèi)部方向的橫向變形值的中誤差、隧道洞內(nèi)測量控制網(wǎng)橫向貫通中誤差。

在基于坐標變換的快速相對點位誤差橢圓在長半軸E和短半軸F、縱坐標X和橫坐標Y、邊長的縱向和橫向等方向上算法的基礎上，NET軟件豐富了相對點位精度指標的成套輸出，使得數(shù)據(jù)處理成果中的精度評定指標更加完整全面，適應了各類工程測量對精度評定的需求。

5 成果報告實現(xiàn)信息化

現(xiàn)有的基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與平差軟件往往以屏幕圖形化方式輸出控制網(wǎng)平面圖，不兼容Autodesk AutoCAD格式，不方便與土木工程相關專業(yè)的圖形交互。另外，傳統(tǒng)上文本格式的數(shù)據(jù)報表輸出，非常不方便后續(xù)檢測報告的制作，無法擺脫繁重的手工制表工作。如果能有AutoCAD格式的控制網(wǎng)平面圖輸出，兼容Microsoft Office Excel格式的成果報表輸出，將十分有利于工程測量于土木工程相關專業(yè)的互動，推進監(jiān)測、檢測等工作的全面信息化。

NET軟件實現(xiàn)了Microsoft Office Excel格式和WPS格式成果報表，以及Autodesk AutoCAD格式控制網(wǎng)平面圖的輸出，實現(xiàn)了平差與數(shù)據(jù)處理成果的信息化接入。

成果包含4表1圖：觀測值平差成果表、點位及其精度成果表、相對點位及其精度成果表、條件方程式閉合差檢查表，CAD總平面圖。

Microsoft Office Excel格式報表：通過生成CSV格式文本文件，再用Microsoft Office Excel打開。

WPS格式報表：通過生成WPS格式文本文件，再用金山WPS打開，另存為RTF格式，最后可用Microsoft Office Word打開。

批量繪制Autodesk AutoCAD格式測量控制網(wǎng)平面圖：通過生成Autodesk AutoCAD的SCR格式腳本文件，再在AutoCAD軟件里運行腳本實現(xiàn)。

6 NET軟件介紹

NET軟件的主要構成包括：主程序NET.exe、平差模塊NET_ADJ.dll、WPS格式字符轉(zhuǎn)換模塊NET_CHA.dll、由草圖生成迭代初值模塊NET_CRD.dll、平差后生成草圖模塊NET_FIG.dll和平差成果輸出模塊NET_TRN.dll。

目前FORTRAN語言仍是國際上大型科學計算的首選計算機語言。由于NET軟件的算法足夠復雜，而且對內(nèi)存中實數(shù)型數(shù)據(jù)的取位精度要求很高，至少要雙精度型，NET軟件的各個動態(tài)鏈接庫DLL模塊都是由FORTRAN語言編寫的，開發(fā)的編譯平臺為Microsoft Fortran PowerStation 4.0。不熟悉使用NET軟件的用戶會面臨軟件的“閃退”問題?！伴W退”是FORTRAN語言對輸入數(shù)據(jù)的信息完整性、格式規(guī)范性、邏輯一致性、點名有效性等方面出錯的綜合反映。避免“閃退”需要對原始數(shù)據(jù)進行全面檢查，確保起算數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)的正確性。

結論

由西南交通大學研發(fā)的NET軟件是集控制網(wǎng)閉合差檢查與質(zhì)量檢驗、坐標計算和平差、多功能精度評定、成果圖標全面兼容Autodesk AutoCAD和Microsoft Office的一款通用型全站儀平面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與平差軟件系統(tǒng)（免費的綠色軟件）。其在西南交通大學已有30多年的教學和科研經(jīng)驗，在非線性最小二乘平差方法、間接平差模型向條件平差模型的轉(zhuǎn)化方法、坐標變換算法的相對誤差橢圓分解算法、成果報告兼容Autodesk AutoCAD和Microsoft Office等方面成功經(jīng)驗，值得推薦給廣大同行學習使用。