摘 要：本文通过勘测及程序设计的实践，论述了铁路勘测数字化的主要内容及勘测数字化的实现模式。文中详细论述了隧道勘测数字化的方法及几种主要断面的数学转化公式，最后根据自己的勘测实践总结出一套铁路隧道勘测数字化的操作流程。
关键词：铁路 隧道 勘测 数字化
一.前言
随着全站仪等数字化勘测设备在勘测中的全面应用，铁路勘测的全数字化时代已经到来。铁一院西安分院在1997年率先在包西线田庄至折家坪段定测开展数字化勘测实践。隧道专业的勘测模式也须从老式的人工搜集勘测资料全面转向计算机处理外业资料。当时勘测任务下达后，由于没有现成的隧道专业勘测软件，我就在现场自编了一套隧道勘测软件(SDKC)，圆满的完成了包西线的外业数字化勘测任务。后来这套软件在西南线及宝天线的勘测中都得到广泛应用，由于所需数据简单，格式自由，操作简单，符合勘测人员的工作习惯，极大的减轻了勘测人员的劳动强度，加快了勘测的步伐。程序采用AUTOCAD支持的ADS C语言编程，用WATCOM 9.0调试完成。该程序集下文所述所有横断面﹑洞口放大纵断面及洞身纵断面的数字化功能于一身。现在把编程过程的一些想法写出，与同行共商讨。
二.隧道外业数字化勘测内容
铁路隧道勘测的数字化要求把原来手工搜集的所有资料全部用计算机完成，同时还应生成各个图形文件填绘地质图案时所要求的图形相关数据文件。隧道定测完成的资料中既有图形数据又有文本资料。
隧道专业定测要求完成的图形化勘测资料有：
1. 长大隧道及地质复杂隧道的洞身平面地形图，(比例1：2000)，
2. 隧道进出口平面地形图(比例1：500)，
3. 明洞的平面地形图(比例1：500)，
4. 隧道进出口横断面图(比例1：200每个洞口各3～5个)，
5. 明洞横断面图(比例1：200)
6. 隧道进出口放大纵断面图(比例1：200每个洞口各一个)，
7. 明洞放大纵断面图(比例1：200)，
8. 隧道洞身纵断面图(每个隧道一个，纵横向比例根据实际确定)，
9. 辅助坑道(斜井﹑横洞﹑平导)洞口平面地形图(比例1：500),
10. 辅助坑道(斜井﹑横洞﹑平导)洞口横断面图(比例1:200),
11. 辅助坑道(斜井﹑横洞﹑平导)洞口放大纵断面图(比例1：200)，
12. 辅助坑道(斜井﹑横洞﹑平导)洞身纵断面图，
13. 风道洞口平面地形图(比例1：500),
14. 风道洞口横断面图(比例1:200),
15. 风道洞口放大纵断面图(比例1：200)，
16. 风道洞身纵断面图。
隧道专业定测要求完成的文本勘测资料有：
1. 隧道外业调查卡片(每个隧道一份)，
2. 定测隧道表(全线一份)，
3. 隧道专业定测说明书(全线一份)，
4. 重点隧道(指长大隧道及地质复杂隧道)勘测说明。
三.数字化方式及实现
隧道定测的数字化由于有非常多的资料需要完成，尤其是图形资料在紧张的外业勘测中采用人机交互的方式是无法完成的，只能采用参数化的方法。以下只对图形资料的数字化进行说明，文字资料是纯粹的文件处理，在次不再赘述。
首先应对要生成的图形文件进行归类，以理清头绪简化程序设计，以上16种图形可以归结为以下几类：
1. 地形平面图(包括隧道洞身1：2000地形图﹑隧道洞口1：500地形图及明洞1：500地形图)，
2. 洞口横断面图(包括隧道洞口1：200横断面图﹑辅助坑道洞口1：200横断面图及风道口1：200横断面图)，
3. 洞口放大纵断面图(包括隧道洞口1：200放大纵断面图﹑辅助坑道洞口1：200放大纵断面图及风道口1：200放大纵断面图)，
4. 洞身纵断面图(包括隧道洞身纵断面图﹑辅助坑道洞身纵断面图及通风道纵断面图)。
经以上总结后可以看出程序设计的重点所在，我们已经知道了要做什 ，现在的问题是我们在做这些工作前都知道什 ？
在铁路隧道的勘测过程中最基础的资料就是线路专业提供的水平单，水平单上有沿线路中线点的里程及相关的地面高程,它是我们的第一个基础资料。
工点地形图是反映工点细部地形﹑地物的图形文件，同时我们可以在工点地形图上直接点绘洞口横断面图，它是我们的第二个基础资料。
横断面图是反映工点横向刨面的地形及地质状态的图形文件，横断面图一般情况下可以从洞口平面地形图上点绘，但在涉及到要控制两线线间距及判断洞口及洞身是否处于偏压状态时，横断面应到现场实测，横段面地形图是我们的第三个基础资料。
线路1：2000平纵断面图是沿线地形地物及铁路建筑物的详细表示图，在我们进行隧道洞身纵断面图点绘时，水平单上没有的洞身点的数据均要从1：2000线路平面地形图上点取。1：2000线路平纵断面图是我们的第四个基础资料。
铁路隧道外业勘测数字化的问题归根揭底就是处理点的问题。以下对洞口横断面﹑洞口放大纵断面及洞身纵断面的数字化方式分别加以说明，辅助坑道及风道的有关内容与此类似不再赘述。
1. 洞口横断面
在进行横断面的数字化前，我们得到的是组成横断面的所有点的数据，按照习惯这些点的数据格式是：
-35，1024.50 ；点1
-30.5,1026.20 ；点2
-23,1025.40 ；点3
-15,1022.60 ；点4
-6,1024.40 ；点5
0,1025.60 ；点6-------线路中线对应地形点
10,1025.20 ；点7
16,1026.60 ；点8
24,1028.50 ；点9
32,1026.40 ；点10
要利用以上这些实际的地形点的数据形成图形文件,必须对这些原始数据进行转换。在以上的所有点中，点6是最关键的点，首先应确定点6在数字化图上对应的坐标，假设点6在数字化图上的对应坐标为(x0,y0)，则其余点的对应坐标为：
Xi=x0+di*k
Yi=y0+hi*k
Xi,Yi-----点i的数字化坐标，
di,hi-----第i点与点6的水平距离及垂直距离，代数值,
k-----与图形比例有关的系数。
所有点的x坐标及y坐标均求出后即可绘出横断面图。
2. 洞口纵断面
洞口纵断面图的数字化与横断面图的数字化类似，不同点，第一，洞口纵断面图必须要有对应的高程﹑里程栏位，程序设计中必须针对所给的数据自动判断是进口还是出口。第二，洞口水平单点太少时，一般都有根据洞口平面地形图采集的人工加点。人工加点在图形上要显示，但在里程及高程栏位上却不出现，程序必须对此作出处理。
3. 洞身纵断面
洞身纵断面与横断面数字化时的不同之处有：
①.洞身纵断面纵横向比例在大多数情况下是不同的，
②.洞身纵断面下有许多表格，表格中的许多数据要求在勘测阶段填写，
洞身纵断面实际采集的数据格式为:
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
在数字化时应关注的问题有:
①. 表格栏的绘制问题,表格栏的长度应根据图形的长度自动调整变化。表格栏的有关坐标数据应作为下一步填绘表格数据的基础加以保留。
②. 图形数据的数字化问题
首先应确定点1的坐标与表格的关系，只有点1的坐标确定后，其余点的数字化工作才能进行。
假设点1的坐标为(x0,y0)，则其余点的坐标为：
Xi=x0+hi*Kh
Yi=y0+di*Kv
Xi,Yi------点i的数字化坐标，
hi,di------点i与点1的水平及垂直距离，
Kh,Kv------横向及纵向变换比例系数，
③. 表格栏数据的填绘问题
表格栏应填绘的数据有总长﹑里程﹑路肩高程﹑线路坡度﹑平面示意等。
除对图形数据进行处理外，在横断面﹑洞口放大纵断面﹑洞身纵断面数据的处理过程中，还要生成便于设计的m厘格。对生成的m厘格的要求是，m厘格必须把生成的图形全部包含在内，横向必须与里程对应，纵向必须与高程对应，且应随断面的长度及高度变化自动适应。
四.实例
以下是SDKC软件生成洞口横断面﹑洞口放大纵断面﹑洞身纵断面的原始数据及最终生成的图形文件。
图一 隧道横断面图
图二 隧道进出口放大纵断面
图三 隧道洞身纵断面图
五里店隧道进口横断面
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
五里店隧道进口纵断面
*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
五里店隧道洞身纵断面
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.隧道外业数字化勘测流程
隧道专业的外业勘测工作经过几代工程技术人员的努力已经基本形成一套固定的模式。按这套模式搜集的勘测资料实践证明是能够满足设计需要的。面对数字化勘测的新形势，其中的许多环节需要改变。最大的改变应当是把技术人员从原来繁重的绘图工作中解放出来，把主要精力放在隧道的方案研究上来。经过几年的隧道外业勘测工作结合本次数字化的经验教训，总结出以下隧道专业外业勘测数字化的流程。