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隧道横断面变形椭圆反映隧道承受外部载荷后的变形情况。通过高精度的空间椭圆拟合可以解算出变形椭圆的空间几何参数。将稳健估计剔出粗差与椭圆的二次曲线参数限制条件相结合，给出了基于稳健估计的直接最小二乘椭圆拟合算法，以Matlab语言实现上述算法，并采用上海长兴岛至浦东越江隧道工程实测数据进行验证。算例表明该算法剔出粗差效果好、精度高。