摘 要：本文通過勘測及程序設(shè)計的實(shí)踐，論述了鐵路勘測數(shù)字化的主要內(nèi)容及勘測數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)模式。文中詳細(xì)論述了隧道勘測數(shù)字化的方法及幾種主要斷面的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化公式，最后根據(jù)自己的勘測實(shí)踐總結(jié)出一套鐵路隧道勘測數(shù)字化的操作流程。
關(guān)鍵詞：鐵路 隧道 勘測 數(shù)字化
一.前言
隨著全站儀等數(shù)字化勘測設(shè)備在勘測中的全面應(yīng)用，鐵路勘測的全數(shù)字化時代已經(jīng)到來。鐵一院西安分院在1997年率先在包西線田莊至折家坪段定測開展數(shù)字化勘測實(shí)踐。隧道專業(yè)的勘測模式也須從老式的人工搜集勘測資料全面轉(zhuǎn)向計算機(jī)處理外業(yè)資料。當(dāng)時勘測任務(wù)下達(dá)后，由于沒有現(xiàn)成的隧道專業(yè)勘測軟件，我就在現(xiàn)場自編了一套隧道勘測軟件(SDKC)，圓滿的完成了包西線的外業(yè)數(shù)字化勘測任務(wù)。后來這套軟件在西南線及寶天線的勘測中都得到廣泛應(yīng)用，由于所需數(shù)據(jù)簡單，格式自由，操作簡單，符合勘測人員的工作習(xí)慣，極大的減輕了勘測人員的勞動強(qiáng)度，加快了勘測的步伐。程序采用AUTOCAD支持的ADS C語言編程，用WATCOM 9.0調(diào)試完成。該程序集下文所述所有橫斷面﹑洞口放大縱斷面及洞身縱斷面的數(shù)字化功能于一身。現(xiàn)在把編程過程的一些想法寫出，與同行共商討。
二.隧道外業(yè)數(shù)字化勘測內(nèi)容
鐵路隧道勘測的數(shù)字化要求把原來手工搜集的所有資料全部用計算機(jī)完成，同時還應(yīng)生成各個圖形文件填繪地質(zhì)圖案時所要求的圖形相關(guān)數(shù)據(jù)文件。隧道定測完成的資料中既有圖形數(shù)據(jù)又有文本資料。
隧道專業(yè)定測要求完成的圖形化勘測資料有：
1. 長大隧道及地質(zhì)復(fù)雜隧道的洞身平面地形圖，(比例1：2000)，
2. 隧道進(jìn)出口平面地形圖(比例1：500)，
3. 明洞的平面地形圖(比例1：500)，
4. 隧道進(jìn)出口橫斷面圖(比例1：200每個洞口各3～5個)，
5. 明洞橫斷面圖(比例1：200)
6. 隧道進(jìn)出口放大縱斷面圖(比例1：200每個洞口各一個)，
7. 明洞放大縱斷面圖(比例1：200)，
8. 隧道洞身縱斷面圖(每個隧道一個，縱橫向比例根據(jù)實(shí)際確定)，
9. 輔助坑道(斜井﹑橫洞﹑平導(dǎo))洞口平面地形圖(比例1：500),
10. 輔助坑道(斜井﹑橫洞﹑平導(dǎo))洞口橫斷面圖(比例1:200),
11. 輔助坑道(斜井﹑橫洞﹑平導(dǎo))洞口放大縱斷面圖(比例1：200)，
12. 輔助坑道(斜井﹑橫洞﹑平導(dǎo))洞身縱斷面圖，
13. 風(fēng)道洞口平面地形圖(比例1：500),
14. 風(fēng)道洞口橫斷面圖(比例1:200),
15. 風(fēng)道洞口放大縱斷面圖(比例1：200)，
16. 風(fēng)道洞身縱斷面圖。
隧道專業(yè)定測要求完成的文本勘測資料有：
1. 隧道外業(yè)調(diào)查卡片(每個隧道一份)，
2. 定測隧道表(全線一份)，
3. 隧道專業(yè)定測說明書(全線一份)，
4. 重點(diǎn)隧道(指長大隧道及地質(zhì)復(fù)雜隧道)勘測說明。
三.數(shù)字化方式及實(shí)現(xiàn)
隧道定測的數(shù)字化由于有非常多的資料需要完成，尤其是圖形資料在緊張的外業(yè)勘測中采用人機(jī)交互的方式是無法完成的，只能采用參數(shù)化的方法。以下只對圖形資料的數(shù)字化進(jìn)行說明，文字資料是純粹的文件處理，在次不再贅述。
首先應(yīng)對要生成的圖形文件進(jìn)行歸類，以理清頭緒簡化程序設(shè)計，以上16種圖形可以歸結(jié)為以下幾類：
1. 地形平面圖(包括隧道洞身1：2000地形圖﹑隧道洞口1：500地形圖及明洞1：500地形圖)，
2. 洞口橫斷面圖(包括隧道洞口1：200橫斷面圖﹑輔助坑道洞口1：200橫斷面圖及風(fēng)道口1：200橫斷面圖)，
3. 洞口放大縱斷面圖(包括隧道洞口1：200放大縱斷面圖﹑輔助坑道洞口1：200放大縱斷面圖及風(fēng)道口1：200放大縱斷面圖)，
4. 洞身縱斷面圖(包括隧道洞身縱斷面圖﹑輔助坑道洞身縱斷面圖及通風(fēng)道縱斷面圖)。
經(jīng)以上總結(jié)后可以看出程序設(shè)計的重點(diǎn)所在，我們已經(jīng)知道了要做什 ，現(xiàn)在的問題是我們在做這些工作前都知道什 ？
在鐵路隧道的勘測過程中最基礎(chǔ)的資料就是線路專業(yè)提供的水平單，水平單上有沿線路中線點(diǎn)的里程及相關(guān)的地面高程,它是我們的第一個基礎(chǔ)資料。
工點(diǎn)地形圖是反映工點(diǎn)細(xì)部地形﹑地物的圖形文件，同時我們可以在工點(diǎn)地形圖上直接點(diǎn)繪洞口橫斷面圖，它是我們的第二個基礎(chǔ)資料。
橫斷面圖是反映工點(diǎn)橫向刨面的地形及地質(zhì)狀態(tài)的圖形文件，橫斷面圖一般情況下可以從洞口平面地形圖上點(diǎn)繪，但在涉及到要控制兩線線間距及判斷洞口及洞身是否處于偏壓狀態(tài)時，橫斷面應(yīng)到現(xiàn)場實(shí)測，橫段面地形圖是我們的第三個基礎(chǔ)資料。
線路1：2000平縱斷面圖是沿線地形地物及鐵路建筑物的詳細(xì)表示圖，在我們進(jìn)行隧道洞身縱斷面圖點(diǎn)繪時，水平單上沒有的洞身點(diǎn)的數(shù)據(jù)均要從1：2000線路平面地形圖上點(diǎn)取。1：2000線路平縱斷面圖是我們的第四個基礎(chǔ)資料。
鐵路隧道外業(yè)勘測數(shù)字化的問題歸根揭底就是處理點(diǎn)的問題。以下對洞口橫斷面﹑洞口放大縱斷面及洞身縱斷面的數(shù)字化方式分別加以說明，輔助坑道及風(fēng)道的有關(guān)內(nèi)容與此類似不再贅述。
1. 洞口橫斷面
在進(jìn)行橫斷面的數(shù)字化前，我們得到的是組成橫斷面的所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)，按照習(xí)慣這些點(diǎn)的數(shù)據(jù)格式是：
-35，1024.50 ；點(diǎn)1
-30.5,1026.20 ；點(diǎn)2
-23,1025.40 ；點(diǎn)3
-15,1022.60 ；點(diǎn)4
-6,1024.40 ；點(diǎn)5
0,1025.60 ；點(diǎn)6-------線路中線對應(yīng)地形點(diǎn)
10,1025.20 ；點(diǎn)7
16,1026.60 ；點(diǎn)8
24,1028.50 ；點(diǎn)9
32,1026.40 ；點(diǎn)10
要利用以上這些實(shí)際的地形點(diǎn)的數(shù)據(jù)形成圖形文件,必須對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在以上的所有點(diǎn)中，點(diǎn)6是最關(guān)鍵的點(diǎn)，首先應(yīng)確定點(diǎn)6在數(shù)字化圖上對應(yīng)的坐標(biāo)，假設(shè)點(diǎn)6在數(shù)字化圖上的對應(yīng)坐標(biāo)為(x0,y0)，則其余點(diǎn)的對應(yīng)坐標(biāo)為：
Xi=x0+di*k
Yi=y0+hi*k
Xi,Yi-----點(diǎn)i的數(shù)字化坐標(biāo)，
di,hi-----第i點(diǎn)與點(diǎn)6的水平距離及垂直距離，代數(shù)值,
k-----與圖形比例有關(guān)的系數(shù)。
所有點(diǎn)的x坐標(biāo)及y坐標(biāo)均求出后即可繪出橫斷面圖。
2. 洞口縱斷面
洞口縱斷面圖的數(shù)字化與橫斷面圖的數(shù)字化類似，不同點(diǎn)，第一，洞口縱斷面圖必須要有對應(yīng)的高程﹑里程欄位，程序設(shè)計中必須針對所給的數(shù)據(jù)自動判斷是進(jìn)口還是出口。第二，洞口水平單點(diǎn)太少時，一般都有根據(jù)洞口平面地形圖采集的人工加點(diǎn)。人工加點(diǎn)在圖形上要顯示，但在里程及高程欄位上卻不出現(xiàn)，程序必須對此作出處理。
3. 洞身縱斷面
洞身縱斷面與橫斷面數(shù)字化時的不同之處有：
�、�.洞身縱斷面縱橫向比例在大多數(shù)情況下是不同的，
�、�.洞身縱斷面下有許多表格，表格中的許多數(shù)據(jù)要求在勘測階段填寫，
洞身縱斷面實(shí)際采集的數(shù)據(jù)格式為:
里程1,高程1
里程2,高程2
里程3,高程3
里程8,高程8
里程9,高程9
在數(shù)字化時應(yīng)關(guān)注的問題有:
�、�. 表格欄的繪制問題,表格欄的長度應(yīng)根據(jù)圖形的長度自動調(diào)整變化。表格欄的有關(guān)坐標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)作為下一步填繪表格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)加以保留。
②. 圖形數(shù)據(jù)的數(shù)字化問題
首先應(yīng)確定點(diǎn)1的坐標(biāo)與表格的關(guān)系，只有點(diǎn)1的坐標(biāo)確定后，其余點(diǎn)的數(shù)字化工作才能進(jìn)行。
假設(shè)點(diǎn)1的坐標(biāo)為(x0,y0)，則其余點(diǎn)的坐標(biāo)為：
Xi=x0+hi*Kh
Yi=y0+di*Kv
Xi,Yi------點(diǎn)i的數(shù)字化坐標(biāo)，
hi,di------點(diǎn)i與點(diǎn)1的水平及垂直距離，
Kh,Kv------橫向及縱向變換比例系數(shù)，
�、�. 表格欄數(shù)據(jù)的填繪問題
表格欄應(yīng)填繪的數(shù)據(jù)有總長﹑里程﹑路肩高程﹑線路坡度﹑平面示意等。
除對圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理外，在橫斷面﹑洞口放大縱斷面﹑洞身縱斷面數(shù)據(jù)的處理過程中，還要生成便于設(shè)計的m厘格。對生成的m厘格的要求是，m厘格必須把生成的圖形全部包含在內(nèi)，橫向必須與里程對應(yīng)，縱向必須與高程對應(yīng)，且應(yīng)隨斷面的長度及高度變化自動適應(yīng)。
四.實(shí)例
以下是SDKC軟件生成洞口橫斷面﹑洞口放大縱斷面﹑洞身縱斷面的原始數(shù)據(jù)及最終生成的圖形文件。
圖一 隧道橫斷面圖
圖二 隧道進(jìn)出口放大縱斷面
圖三 隧道洞身縱斷面圖
五里店隧道進(jìn)口橫斷面
wldjhdm
500300
567.56
560.34
-34,554.4
-30,552.6
-25,560.4
-15,562.5
-10,563.2
-5,565.8
0,567.56
5,566.7
10,568.0
25,573.7
30,578.3
五里店隧道進(jìn)口縱斷面
*500260,545.50
560.50
*500350,580.60
559.90
0.004
500265,548.90
*500270,555.00
*500290,564.60
*500300,569.37
500305,572.00
*500310,580.55
*500330,585.50
*500350,590.60
五里店隧道洞身縱斷面
500300
560.37
501123
555.80
1000
1000
500260,545.50
501150,540.60
500270,555.00
500290,564.60
500300,569.37
500310,580.55
500330,585.50
500350,590.60
500390,610.60
500420,625.70
500460,635.60
500490,645.70
500530,655.30
500580,665.00
500650,676.40
500690,680.50
500750,685.00
500800,687.40
500850,685.60
500900,675.45
500930,655.55
500950,635.45
500990,620.40
501000,600.00
501115,585.00
501123,565.40
501130,550.00
501150,540.60
*500300
*500420
*501020
*501140
#500430,559.30
#500800,558.00
五.隧道外業(yè)數(shù)字化勘測流程
隧道專業(yè)的外業(yè)勘測工作經(jīng)過幾代工程技術(shù)人員的努力已經(jīng)基本形成一套固定的模式。按這套模式搜集的勘測資料實(shí)踐證明是能夠滿足設(shè)計需要的。面對數(shù)字化勘測的新形勢，其中的許多環(huán)節(jié)需要改變。最大的改變應(yīng)當(dāng)是把技術(shù)人員從原來繁重的繪圖工作中解放出來，把主要精力放在隧道的方案研究上來。經(jīng)過幾年的隧道外業(yè)勘測工作結(jié)合本次數(shù)字化的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，總結(jié)出以下隧道專業(yè)外業(yè)勘測數(shù)字化的流程。
