长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法与流程

本发明属于隧道工程测量，具体是长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法。

背景技术：

1、长大隧道施工中，双独立进洞工法要求两端分别建立独立控制网，并在贯通前通过联系边进行联测验证，以确保横向贯通精度；影响联系边测量精度的关键因素之一是视线路径上的大气折射效应；现有技术通常假定大气折光系数为常数或仅依据洞口气象观测值进行整体修正，例如采用简化的气象改正公式统一处理全站仪观测值。

2、然而，隧道内部温度场并非均匀分布：两端洞口通风差异、地热梯度以及施工机械散热共同导致隧道内形成非对称、非线性的温度分层结构，且沿视线方向存在剧烈变化的温度锋面；在此类复杂条件下，视线穿过不同温度梯度区域时，光线弯曲量沿路径呈现非线性累积，而整体改正法无法感知各段路径折射率的空间差异；这直接导致了两端控制网联测时出现一种隐蔽性失效模式：坐标闭合差可能勉强满足限差，但方位角偏差显著超标，即所谓的“假闭合”现象；传统重复测量或调整导线的方式难以甄别该偏差的物理成因，往往造成工期延误甚至错误调整控制网。

3、因此，如何实时感知并补偿视线路径上因折射率空间变异引起的非均匀角度偏折，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，用于解决现有技术无法实时感知并补偿视线路径上因折射率空间变异引起的非均匀角度偏折的问题；

2、本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以实时感知并补偿视线路径上因折射率空间变异引起的非均匀角度偏折的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，包括以下步骤：

5、获取沿测量视线方向布设于多个靶标位置处的激光光斑图像，并对各激光光斑图像进行预处理，提取每个有效光斑的畸变特征集；

6、基于畸变特征集生成各相邻靶标对应的初始分段偏折角，并将全部初始分段偏折角累加得到第一总偏折角，同时基于畸变特征集生成各段路径的归一化权重；

7、获取双激光基准测量数据，双激光基准由分别布设于隧道拱顶和底板的两束平行激光构成，根据两束激光在远端接收靶上的光斑中心间距与初始标定间距的差值，计算第二总偏折角；

8、计算第一总偏折角与第二总偏折角之间的残差；基于残差、预设松弛因子以及各段路径的归一化权重，计算每段路径的偏折角补偿增量，并根据各段路径的初始分段偏折角与对应的偏折角补偿增量，更新各段路径的比例因子；

9、利用更新后的比例因子对对应段的初始分段偏折角进行加权修正，并将修正后的各段偏折角累加，得到修正后的总偏折角；基于全站仪测量的原始水平角与修正后的总偏折角生成补偿后的水平角。

10、本发明具备下述有益效果：

11、1、通过提取激光光斑的椭圆率、长轴方向角及边缘模糊宽度，实现了对视线路径上各段折射率梯度强度与空间变异的独立量化，克服了传统整体气象改正无法感知折射非均匀分布的缺陷，为逐段补偿提供了物理依据；

12、2、利用双激光基准获取与分段测量无数据耦合的全局偏折角，并将其作为反馈基准与分段累加的第一总偏折角进行残差比较，结合基于置信度权重的比例因子更新，形成了闭环自适应修正机制，有效消除了分段方向角累加中因噪声或采样误差导致的方位角系统偏差，抑制了“假闭合”现象；

13、3、通过将各段比例因子与初始分段偏折角符号序列进行关联分析，实现了对测量偏差物理成因的归因判别，能够区分整体温度梯度主导与局部湍流主导两种折射场状态，并据此生成针对性的测量策略建议，避免了盲目重测或错误调整控制网；

14、4、采用指数平滑滤波对修正后的总偏折角进行自适应平滑，在抑制短期湍流引起的高频抖动的同时，保持了对温度场缓慢变化的快速跟踪能力，结合历史比例因子存储与异常重置机制，增强了方法在隧道复杂施工环境下的长期稳定性。

1.长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，畸变特征集包括：表征光斑形状椭圆度的第一特征、表征光斑长轴方向角的第二特征以及表征光斑边缘模糊程度的第三特征。

3.根据权利要求2所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，第一总偏折角的具体生成过程包括：对各相邻靶标，将后一靶标的第二特征与前一靶标的第二特征作差，得到初始分段偏折角；将全部初始分段偏折角累加，得到第一总偏折角。

4.根据权利要求2所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，各段路径的归一化权重的具体生成过程包括：对各相邻靶标，将前一靶标与后一靶标的第一特征的平均值乘以该两靶标的第三特征的平均值，得到该段路径的置信度；将所有段路径的置信度求和，再将每段路径的置信度除以该总和，得到该段路径的归一化权重。

5.根据权利要求1所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，第二总偏折角的具体计算过程包括：从远端接收靶上的相机图像中提取拱顶激光光斑中心坐标和底板激光光斑中心坐标，计算两中心在垂直方向上的像素差值；利用预先标定的像素当量将所述像素差值转换为实际物理间距；将所述实际物理间距减去初始标定间距，得到间距变化量；将所述间距变化量除以初始标定间距，得到第二总偏折角。

6.根据权利要求1所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，每段路径的偏折角补偿增量的具体计算过程包括：将所述残差乘以所述预设松弛因子，再乘以对应段路径的归一化权重，得到该段路径的偏折角补偿增量。

7.根据权利要求1所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，根据各段路径的初始分段偏折角与对应的偏折角补偿增量更新各段路径的比例因子的具体步骤包括：将初始分段偏折角与偏折角补偿增量相加，得到目标偏折角；将所述目标偏折角除以初始分段偏折角，得到更新后的比例因子。

8.根据权利要求1或7所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，更新各段路径的比例因子之后，还包括对更新后的比例因子进行限幅处理的步骤：将更新后的比例因子限制在预设下限阈值与预设上限阈值之间的闭区间内。

9.根据权利要求1所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，得到修正后的总偏折角之后，还包括对修正后的总偏折角进行指数平滑滤波的步骤：获取当前周期的修正后的总偏折角及上一周期输出的平滑值，利用预设平滑系数对两者进行加权融合，得到当前周期的平滑总偏折角，并以该平滑总偏折角替代修正后的总偏折角用于生成补偿后的水平角。

10.根据权利要求1所述的长大隧道双独立进洞联系边验证测量方法，其特征在于，还包括历史状态存储与异常重置步骤：将各段路径更新后的比例因子存储为下一测量周期的初始比例因子；当某一测量周期中某段路径的初始分段偏折角的绝对值超过前一周期对应段初始分段偏折角绝对值的预设倍数阈值时，将该段的比例因子重置为初始值1.0。