盾构坐标和测量坐标的转换

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1、盾构坐标和测量坐标的转换摘要随着空间定位技术的不断发展，全球一体化的形成，越來越要求全球测绘资料的统一，研究各测量坐标系统的建立方法及其相互转换模型，对于实现不同测量坐标系成果的换算具有重要的意义。坐标转换已经不是一个新的课题了，随着与人们生活密切相关的测绘事业的迅速发展，全球一体化的形成，越来越多的要求全球测绘资料形成统一规范，尤其是坐标系统的统一。由于各测量单位工作目的不同，所选择的椭球参考系也会有所不同，出现了许多不同形式的坐标系，例如WGS-84处标系、国家80坐标系、北京54坐标系、独立地方坐标及各种城建坐标。在同一坐标系下坐标的表示方式乂有空间直角坐标、大地坐标、平面坐标。根据不

2、同的测绘需求，需要将不同的坐标系下的坐标进行相互转换，在这些坐标转换的过程中既会运用到同一坐标系卜•的坐标转换模型，又会用到不同参考系下各处标系间的处标转换模型。本文主要研究的是设想先求出盾构机轴线局部坐标系与实际三维空间坐标系两种坐标系的转换参数，然后再利用转换参数求出盾首中心和盾尾中心点的实际坐标，获取盾构机的空间位置信息。该方法数学模型的实质是空间直角坐标系Z间的转换。基于这些理论并结合相关的转换模型及算法编程实现了坐标转换系统。关键词：他标系转换模型转换参数测量处标处标转换系统Shieldcoordinatesandthemeasurementcoordinatesconversio

3、nAbstract新罗马小四摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1研究背景及意义21.2盾构导向系统的测量方法与应用81.3盾构系统的发展趋势8第二章测量坐标系基础理论92.1测量坐标系统的类型92.1.1地心坐标系102.1.2参心坐标系112.1.3地方独立坐标系122.2我国常用的坐标系统92.2.11954年北京坐标系102.2.21980年西安坐标系122.2.3WGS-84坐标系132.2.42000国家大地坐标系142.3常用等价坐标系2.3.1大地坐标系2.3.2空间直角坐标系2.3.3平面直角坐标系第三章坐标转换原理3.1坐标转换原理3.2坐标传换模型3.3坐标转换模

4、型的精度Zr/r弟U!章算例第五章盾构坐标与测量坐标转换系统的设计与实现5.1盾构坐标与测量坐标转换系统的设计5.1.1系统开发工具5.1.2系统的总体设计5.1.3系统的功能设计5.1.4系统的流程设计5.2盾构坐标与测量坐标转换系统的实现5.2.1系统主程序界面5.2.2系统实现中的关键技术5.3盾构坐标与测量坐标转换系统的应用5.3.1结语104参考文南犬106致谢107第一章绪论1.1研究背景及意义在地铁隧道贯通测量中，及吋地获取盾构的姿态非常重要。而盾构的姿态通常是根据全站仪获取盾构上的特征点的坐标来计算的。木文设想先求出盾构机轴线局部坐标系与实际三维空间坐标系两种坐标系的转换参数

5、，然后再利用转换参数求出盾首屮心和盾尾屮心点的实际坐标，获取盾构机的空间位置信息。该方法数学模型的实质是空间直角坐标系Z间的转换。基本的坐标转换模型包括布尔沙-沃尔夫转换模型、莫洛金斯基转换模型和范士转换模型等，但它们都是基于小角度的转换。由于这两种坐标系统之间的欧拉角可能很大，所以在纠正过程屮不能采用基于小角度转换的空间直角坐标转换模型。本文在基于大旋转角的空间直角坐标转换模型的基础上，对计算模型进行了归一化计算，使计算过程更为简明,便丁程序的实现，同时还分析了坐标转换模型的精度。1.2盾构导向系统的测量方法与应用盾构导向系统作用主要是实时测出盾构掘进的姿态，计算出盾构与隧道设计中心线的偏

6、差，从而指导盾构司机控制盾构掘进。各种测量方法的不同，在于测量仪器选取、自动化程度高低，主要分为：人工测量法（标尺法），半自动测量方法（陀螺仪法），自动导向法（棱镜法和ELS激光法）。伴随着激光、计算机以及自动控制等技术的发展成熟，激光导向系统在盾构机屮逐渐得到成功运用、发展和完善。激光导向系统使得盾构法施工极大地提高了准确性、可靠性和口动化程度，从而被广泛应用。全面理解激光导向系统的原理，冇助于工程技术人员在地铁的盾构施工屮及吋发现问题、解决问题，保证隧道的正确掘进和最后贯通；有助于国产盾构机及国产激光导向系统研制工作的开展［⑶。盾构法曲于具有其施工速度快、安全、质量好、对周围环境影响小等

7、优点，已越来越多地在城市地铁隧道施工屮得到应用。盾构隧道测量技术已由原来人工为主测量技术发展到现在的全口动激光经纬仪、GPS等高科技测量方法［9】。盾构姿态的测量方法可分为人工测量和自动测量两类。人工测量法人力投入大、测量频率高、测量工作量大，对隧道掘进干扰大，数据处理慢，无法实吋获知盾构机的姿态和偏弟，施工控制较困难，但设备投入少，成本较低，目前国内盾构隧道施工仍较多采用人工测量。自动导向仪器冇激光全站仪导