地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，尤其是現(xiàn)代城市在建設(shè)的過(guò)程中，為了加快城市化的發(fā)展，城市交通獲得了巨大的發(fā)展，我國(guó)城市地鐵建設(shè)與之前相比獲得了迅猛的發(fā)展。就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)在地鐵建設(shè)的過(guò)程中，在相關(guān)的領(lǐng)域已經(jīng)處于世界先進(jìn)地位。正是由于地鐵建設(shè)對(duì)人們生活和社會(huì)進(jìn)步有著十分重要的地位，因此如何實(shí)時(shí)的檢測(cè)地鐵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證地鐵在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的穩(wěn)定安全，就引起了人們的重視，也受到了政府的關(guān)注。因此筆者就主要是對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，希望通過(guò)本文的闡述可以為地鐵事業(yè)的發(fā)展提供一些建議和借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；自動(dòng)化；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；研究；應(yīng)用

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

0 前言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，地鐵建設(shè)越來(lái)越受到人們的重視，而且在城市化發(fā)展的過(guò)程中，地鐵建設(shè)是必不可少的，正是由于地鐵建設(shè)的重要性，因此對(duì)其研究具有重要的價(jià)值和意義。地鐵在運(yùn)行的過(guò)程中，地鐵的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的，如果地鐵在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)大大的影響人們的出行，甚至嚴(yán)重的還會(huì)造成人員的傷亡，因此對(duì)地鐵運(yùn)行的過(guò)程中，需要高精度全站儀在地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并由于地鐵在發(fā)展的過(guò)程中存在著變形的情況，而地鐵變形的監(jiān)測(cè)精度要求是比較高的，而且在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)都只能設(shè)置在地鐵隧道狹長(zhǎng)的空間內(nèi)，因此地面攝影的測(cè)量和三維激光的掃描還存在著問(wèn)題，達(dá)不到相關(guān)的要求。并且由于地鐵隧道內(nèi)部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是比較多的，因此對(duì)地鐵變形的檢測(cè)過(guò)程是長(zhǎng)期性和周期性的，所以在這個(gè)過(guò)程中數(shù)據(jù)是十分多的，我們使用傳統(tǒng)的通信和存儲(chǔ)方法是不適合管理大框數(shù)據(jù)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(guò)程中是不適合使用GPS 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的，而由于精密的水準(zhǔn)測(cè)量?jī)H僅只能夠進(jìn)行沉降的監(jiān)測(cè)，并且在地鐵監(jiān)測(cè)的過(guò)程中使用精密水準(zhǔn)測(cè)量十分的花費(fèi)時(shí)間，而且效率也是比較低的，因此我們對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究的過(guò)程中，就需要使用高精度測(cè)量機(jī)器人建立地鐵隧道變形自動(dòng)化持續(xù)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，這樣才能夠在地鐵監(jiān)測(cè)過(guò)程中引導(dǎo)應(yīng)有的作用，滿(mǎn)足地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全的需求。

1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理上，根據(jù)實(shí)際的情況以及地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的需要，設(shè)計(jì)了以下的系統(tǒng)，相關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)的采集。筆者在設(shè)計(jì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)候，對(duì)于數(shù)據(jù)的采集主要是建立Trimble PrecisionSDK 平臺(tái)及 Leica GeoCom 指令集研發(fā)了可支持Trimble S8 及 Leica TM30 全站儀的數(shù)據(jù)采集管理平臺(tái)，這樣對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的過(guò)程中就實(shí)現(xiàn)了使用遠(yuǎn)程全站儀對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行了采集和管理，并且利用相關(guān)數(shù)據(jù)的采集功能主要是需要實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中能夠自動(dòng)的開(kāi)啟和停止數(shù)據(jù)的采集，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組和處理以及在這個(gè)過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)周期的。

（2）數(shù)據(jù)記憶指令通信。對(duì)于數(shù)據(jù)以及指令通信這個(gè)環(huán)節(jié)，筆者在分析研究的使用主要是利用了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，這主要是由于數(shù)據(jù)指令的通信是保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中相關(guān)信息傳遞的主要途徑，并且在這個(gè)過(guò)程中起到了實(shí)時(shí)通訊的作用，因此加快數(shù)據(jù)的傳輸效率能夠大大的提高實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)，因此筆者在分析的過(guò)程中就主要是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)，由于這種系統(tǒng)的時(shí)候不僅是減少的點(diǎn)組監(jiān)測(cè)的時(shí)間，大大的提高了監(jiān)測(cè)的精確度，不僅如此還大大的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，促進(jìn)了地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的有效性。

（3）數(shù)據(jù)的處理。對(duì)于地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，由于其所發(fā)揮的重要作用，因此對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理也十分的重要，并且由于數(shù)據(jù)的處理直接決定數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)境，我們對(duì)數(shù)據(jù)處理的方式直接的影響了我們測(cè)量的精度，因此我們除了對(duì)基本的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和處理之外，還需要一套數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和處理的系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)地鐵隧道數(shù)據(jù)的檢測(cè)。因此筆者在這個(gè)過(guò)程中就使用了VT 檢測(cè)法對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行了判斷，在判斷的過(guò)程中去掉不穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，提高地鐵隧道穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)解算成果的精準(zhǔn)度。

2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)以及試驗(yàn)環(huán)境的設(shè)置分析

筆者對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的過(guò)程中，對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)和試驗(yàn)環(huán)境的設(shè)置進(jìn)行分析的時(shí)候，主要是使用兩臺(tái) Trimble S8 全站儀（ 0.5″一臺(tái)，1″一臺(tái)）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在這個(gè)過(guò)程中還使用基準(zhǔn)點(diǎn)組、工作基點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)模式的構(gòu)成監(jiān)測(cè)網(wǎng)等各個(gè)部分，相關(guān)的圖例主要是如圖2所示。

我們對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行分析的時(shí)候，各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組主要是由9個(gè) L 型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)組成，我們?cè)谠O(shè)置工作基點(diǎn)的時(shí)候是需要將工作基點(diǎn)設(shè)置在監(jiān)測(cè)地區(qū)中比較穩(wěn)定，而且視野良好的位置，不僅如此在設(shè)置的過(guò)程中還需要在一些結(jié)構(gòu)比較牢固的地方進(jìn)行安裝。而且我們?cè)诎惭b的過(guò)程中，需要安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)候按照10米一個(gè)斷面進(jìn)行安裝，在每個(gè)斷面安裝7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)斷面的設(shè)置主要是如圖3所示。

筆者通過(guò)設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面上的各個(gè)監(jiān)測(cè)的點(diǎn)的三維坐標(biāo)的值來(lái)計(jì)算各個(gè)測(cè)向的數(shù)值以及出現(xiàn)的變化。并且在在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中為了科學(xué)、合理、客觀的分析地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度，因此本文就需要使用全站儀監(jiān)測(cè)一個(gè)月之后，再對(duì)工作的基點(diǎn)分別換上Leica TM30（ 0.5″）配合 Leica GeoMoS軟件在持續(xù)不斷的檢測(cè)一個(gè)月的時(shí)間，這樣就能夠在相同的條件下對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)這兩次的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。

3 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析研究

我們對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，我們是需要對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究的，筆者主要是通過(guò)兩個(gè)方面對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，分別是通過(guò)數(shù)據(jù)采集的成功率和數(shù)據(jù)的采集效率這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析研究，并在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中還使用Leica TM30 全站儀配合 GeoMoS 軟件對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的采集和分析，筆者發(fā)現(xiàn)對(duì)每周期點(diǎn)組采集的成功率都達(dá)到96%以上，采集的成功率是十分高的。而且我們對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中采集的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的使用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中計(jì)算出單點(diǎn)單面所消耗的時(shí)間，根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)和計(jì)算的結(jié)果，繪制出頻數(shù)的分布圖，我們通過(guò)分析研究就會(huì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集效率之間存在的差異是比較小的。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度分析研究

本文對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的過(guò)程中，對(duì)地鐵隧道系統(tǒng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度需要分析，而筆者在分析的過(guò)程中主要是在試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用三維自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)我們收集和采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在這個(gè)基礎(chǔ)上計(jì)算出各個(gè)周期的監(jiān)測(cè)成果。筆者對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過(guò)程中，首先是選擇了水平位移（ X 方向） 測(cè)項(xiàng)、垂直位移（Z方向） 測(cè)項(xiàng)對(duì) 0. 5″與 1″ Trimble S8 的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的成果數(shù)據(jù)，對(duì)這些成果數(shù)據(jù)先是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上分析這些數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析計(jì)算出在不同精度全站儀對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)成果的精度，并且對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)成果的精度進(jìn)行分析研究的過(guò)程中，主要是使用不同精度 Trimble S8對(duì)我們檢測(cè)的成果進(jìn)行了分析和對(duì)比，我們通過(guò)對(duì)比就發(fā)現(xiàn)，在我們使用兩種精度不同的全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析的過(guò)程中，相關(guān)的精度穩(wěn)定性都是比較高的，而且在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中都能夠符合對(duì)監(jiān)測(cè)精度的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)地鐵事業(yè)的發(fā)展迎來(lái)了繁榮期，由于地鐵在運(yùn)行的過(guò)程中存在著較大的問(wèn)題，例如是變形現(xiàn)象的存在，就需要我們?cè)诘罔F運(yùn)行的過(guò)程中應(yīng)用地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就可以及時(shí)解決，減少不必要的損失。因此本文就主要是對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，經(jīng)過(guò)筆者的分析研究發(fā)現(xiàn)，地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集成功率是比較高的，而且穩(wěn)定性也比較高，能夠滿(mǎn)足地鐵隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)在系統(tǒng)穩(wěn)定性、成果精度等各個(gè)方面的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳喜鳳，黃騰，劉嶺等.GeoMoS在地鐵保護(hù)區(qū)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪工程，2013，22（02）：64-69.

[2]梅文勝，張正祿，郭標(biāo)明等.測(cè)量機(jī)器人變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2002，27（02）：165-171.

[3]谷川，楊元偉.全站儀自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[J].鐵道勘察，2011（05）：1-4.

[4]衛(wèi)建東.智能全站儀變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其在地鐵結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[D].鄭州：信息工程大學(xué)，2002.

[5]岳建平，田林亞.變形監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[6]鐘金寧，段偉，田有良.應(yīng)用TM30進(jìn)行地鐵隧道變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2011（07）：85-88.

[7]段偉，儲(chǔ)征偉，杜偉吉等.基于VT檢驗(yàn)法的變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2014（S1）：36-38.

[8]徐源，董慶金，鐘金寧.對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性的研究[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2012，35（32）：32-34.

作者簡(jiǎn)介：金彪（1984-），男，湖北武漢人，碩士，研究方向：工程測(cè)量類(lèi)。