地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統的研究與應用

摘 要：隨著現代社會的發展，尤其是現代城市在建設的過程中，為了加快城市化的發展，城市交通獲得了巨大的發展，我國城市地鐵建設與之前相比獲得了迅猛的發展。就目前來說，我國在地鐵建設的過程中，在相關的領域已經處于世界先進地位。正是由于地鐵建設對人們生活和社會進步有著十分重要的地位，因此如何實時的檢測地鐵結構的穩定性，保證地鐵在運營過程中的穩定安全，就引起了人們的重視，也受到了政府的關注。因此筆者就主要是對地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統進行了分析研究，希望通過本文的闡述可以為地鐵事業的發展提供一些建議和借鑒。

關鍵詞：地鐵隧道；結構；穩定性；自動化；監測系統；研究；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.105

0 前言

隨著現代社會的發展進步，地鐵建設越來越受到人們的重視，而且在城市化發展的過程中，地鐵建設是必不可少的，正是由于地鐵建設的重要性，因此對其研究具有重要的價值和意義。地鐵在運行的過程中，地鐵的安全、穩定運行是十分重要的，如果地鐵在運行的過程中出現問題，就會大大的影響人們的出行，甚至嚴重的還會造成人員的傷亡，因此對地鐵運行的過程中，需要高精度全站儀在地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統進行監測，并由于地鐵在發展的過程中存在著變形的情況，而地鐵變形的監測精度要求是比較高的，而且在監測的過程中基準點和監測點都只能設置在地鐵隧道狹長的空間內，因此地面攝影的測量和三維激光的掃描還存在著問題，達不到相關的要求。并且由于地鐵隧道內部的監測點是比較多的，因此對地鐵變形的檢測過程是長期性和周期性的，所以在這個過程中數據是十分多的，我們使用傳統的通信和存儲方法是不適合管理大框數據的。除此之外，由于地鐵施工的都是位于地下，因此在施工的過程中是不適合使用GPS 技術進行測量的，而由于精密的水準測量僅僅只能夠進行沉降的監測，并且在地鐵監測的過程中使用精密水準測量十分的花費時間，而且效率也是比較低的，因此我們對地鐵隧道結構穩定性監測系統進行研究的過程中，就需要使用高精度測量機器人建立地鐵隧道變形自動化持續監測的系統，這樣才能夠在地鐵監測過程中引導應有的作用，滿足地鐵隧道結構安全的需求。

1 自動化監測系統結構設計

筆者對地鐵隧道結構安全自動化監測系統進行設計的時候，主要是在自動化監測系統的原理上，根據實際的情況以及地鐵隧道自動化監測的需要，設計了以下的系統，相關的系統結構主要是如圖1所示。

（1）數據的采集。筆者在設計地鐵隧道結構安全自動化監測系統的時候，對于數據的采集主要是建立Trimble PrecisionSDK 平臺及 Leica GeoCom 指令集研發了可支持Trimble S8 及 Leica TM30 全站儀的數據采集管理平臺，這樣對地鐵隧道結構自動化監測的過程中就實現了使用遠程全站儀對相關的數據和信息進行了采集和管理，并且利用相關數據的采集功能主要是需要實現在數據采集的過程中能夠自動的開啟和停止數據的采集，并實現對數據進行分組和處理以及在這個過程中對數據監測的過程中實現自動檢測周期的。

（2）數據記憶指令通信。對于數據以及指令通信這個環節，筆者在分析研究的使用主要是利用了自動化監測數據通信系統，這主要是由于數據指令的通信是保證地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統中相關信息傳遞的主要途徑，并且在這個過程中起到了實時通訊的作用，因此加快數據的傳輸效率能夠大大的提高實時檢測的數據，因此筆者在分析的過程中就主要是自動化監測數據通信的系統，由于這種系統的時候不僅是減少的點組監測的時間，大大的提高了監測的精確度，不僅如此還大大的提高了系統的穩定性，促進了地鐵隧道結構穩定自動化監測的有效性。

（3）數據的處理。對于地鐵隧道結構穩定性自動化監測過程中的數據，由于其所發揮的重要作用，因此對這些數據的處理也十分的重要，并且由于數據的處理直接決定數據處理的重要環境，我們對數據處理的方式直接的影響了我們測量的精度，因此我們除了對基本的數據進行檢測和處理之外，還需要一套數據監測和處理的系統，加強對地鐵隧道數據的檢測。因此筆者在這個過程中就使用了VT 檢測法對地鐵隧道結構的穩定性進行了判斷，在判斷的過程中去掉不穩定的基準點，提高地鐵隧道穩定性自動化監測中監測點解算成果的精準度。

2 監測網以及試驗環境的設置分析

筆者對地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統進行分析研究的過程中，對監測網和試驗環境的設置進行分析的時候，主要是使用兩臺 Trimble S8 全站儀（ 0.5″一臺，1″一臺）進行監測，并在這個過程中還使用基準點組、工作基點以及監測點模式的構成監測網等各個部分，相關的圖例主要是如圖2所示。

我們對監測網進行分析的時候，各個基準點組主要是由9個 L 型棱鏡基準點組成，我們在設置工作基點的時候是需要將工作基點設置在監測地區中比較穩定，而且視野良好的位置，不僅如此在設置的過程中還需要在一些結構比較牢固的地方進行安裝。而且我們在安裝的過程中，需要安裝監測點的時候按照10米一個斷面進行安裝，在每個斷面安裝7個監測點，監測斷面的設置主要是如圖3所示。

筆者通過設置監測斷面上的各個監測的點的三維坐標的值來計算各個測向的數值以及出現的變化。并且在在監測的過程中為了科學、合理、客觀的分析地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統監測結果的精度，因此本文就需要使用全站儀監測一個月之后，再對工作的基點分別換上Leica TM30（ 0.5″）配合 Leica GeoMoS軟件在持續不斷的檢測一個月的時間，這樣就能夠在相同的條件下對地鐵隧道結構變形的原始觀測數據，通過這兩次的監測數據來進行對比分析。

3 系統的穩定性分析研究

我們對地鐵隧道結構穩定性自動化監測的過程中，我們是需要對監測系統的穩定性進行分析研究的，筆者主要是通過兩個方面對地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統的穩定性進行分析研究，分別是通過數據采集的成功率和數據的采集效率這兩個方面來進行分析研究，并在進行試驗的過程中對監測點觀測到的原始數據進行統計，并在監測的過程中還使用Leica TM30 全站儀配合 GeoMoS 軟件對監測點的數據進行采集，通過對這些數據的采集和分析，筆者發現對每周期點組采集的成功率都達到96%以上，采集的成功率是十分高的。而且我們對試驗過程中采集的所有監測點數據的使用時間進行統計，在統計的過程中計算出單點單面所消耗的時間，根據我們統計和計算的結果，繪制出頻數的分布圖，我們通過分析研究就會發現，數據采集效率之間存在的差異是比較小的。

4 監測結果的精度分析研究

本文對地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統研究的過程中，對地鐵隧道系統穩定性監測結果的精度需要分析，而筆者在分析的過程中主要是在試驗原始數據的基礎上，使用三維自動化監測數據處理系統對我們收集和采集的數據進行處理，并在這個基礎上計算出各個周期的監測成果。筆者對相關數據進行處理的過程中，首先是選擇了水平位移（ X 方向） 測項、垂直位移（Z方向） 測項對 0. 5″與 1″ Trimble S8 的監測點的成果數據，對這些成果數據先是進行統計，在統計的基礎上分析這些數據，通過對這些數據的分析計算出在不同精度全站儀對各個監測成果的精度，并且對各個監測成果的精度進行分析研究的過程中，主要是使用不同精度 Trimble S8對我們檢測的成果進行了分析和對比，我們通過對比就發現，在我們使用兩種精度不同的全站儀對監測成果進行分析的過程中，相關的精度穩定性都是比較高的，而且在監測的過程中都能夠符合對監測精度的要求。

5 結束語

隨著現代社會的發展，我國地鐵事業的發展迎來了繁榮期，由于地鐵在運行的過程中存在著較大的問題，例如是變形現象的存在，就需要我們在地鐵運行的過程中應用地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統，對其進行監測，一旦出現問題就可以及時解決，減少不必要的損失。因此本文就主要是對地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統進行了分析研究，經過筆者的分析研究發現，地鐵隧道結構穩定性自動化監測系統的數據采集成功率是比較高的，而且穩定性也比較高，能夠滿足地鐵隧道結構監測在系統穩定性、成果精度等各個方面的要求。

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作者簡介：金彪（1984-），男，湖北武漢人，碩士，研究方向：工程測量類。