地铁隧道结构稳定性自动化监测系统的研究与应用

摘 要：随着现代社会的发展，尤其是现代城市在建设的过程中，为了加快城市化的发展，城市交通获得了巨大的发展，我国城市地铁建设与之前相比获得了迅猛的发展。就目前来说，我国在地铁建设的过程中，在相关的领域已经处于世界先进地位。正是由于地铁建设对人们生活和社会进步有着十分重要的地位，因此如何实时的检测地铁结构的稳定性，保证地铁在运营过程中的稳定安全，就引起了人们的重视，也受到了政府的关注。因此笔者就主要是对地铁隧道结构稳定性自动化监测系统进行了分析研究，希望通过本文的阐述可以为地铁事业的发展提供一些建议和借鉴。

关键词：地铁隧道；结构；稳定性；自动化；监测系统；研究；应用

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

0 前言

随着现代社会的发展进步，地铁建设越来越受到人们的重视，而且在城市化发展的过程中，地铁建设是必不可少的，正是由于地铁建设的重要性，因此对其研究具有重要的价值和意义。地铁在运行的过程中，地铁的安全、稳定运行是十分重要的，如果地铁在运行的过程中出现问题，就会大大的影响人们的出行，甚至严重的还会造成人员的伤亡，因此对地铁运行的过程中，需要高精度全站仪在地铁隧道结构稳定性自动化监测系统进行监测，并由于地铁在发展的过程中存在着变形的情况，而地铁变形的监测精度要求是比较高的，而且在监测的过程中基准点和监测点都只能设置在地铁隧道狭长的空间内，因此地面摄影的测量和三维激光的扫描还存在着问题，达不到相关的要求。并且由于地铁隧道内部的监测点是比较多的，因此对地铁变形的检测过程是长期性和周期性的，所以在这个过程中数据是十分多的，我们使用传统的通信和存储方法是不适合管理大框数据的。除此之外，由于地铁施工的都是位于地下，因此在施工的过程中是不适合使用GPS 技术进行测量的，而由于精密的水准测量仅仅只能够进行沉降的监测，并且在地铁监测的过程中使用精密水准测量十分的花费时间，而且效率也是比较低的，因此我们对地铁隧道结构稳定性监测系统进行研究的过程中，就需要使用高精度测量机器人建立地铁隧道变形自动化持续监测的系统，这样才能够在地铁监测过程中引导应有的作用，满足地铁隧道结构安全的需求。

1 自动化监测系统结构设计

笔者对地铁隧道结构安全自动化监测系统进行设计的时候，主要是在自动化监测系统的原理上，根据实际的情况以及地铁隧道自动化监测的需要，设计了以下的系统，相关的系统结构主要是如图1所示。

（1）数据的采集。笔者在设计地铁隧道结构安全自动化监测系统的时候，对于数据的采集主要是建立Trimble PrecisionSDK 平台及 Leica GeoCom 指令集研发了可支持Trimble S8 及 Leica TM30 全站仪的数据采集管理平台，这样对地铁隧道结构自动化监测的过程中就实现了使用远程全站仪对相关的数据和信息进行了采集和管理，并且利用相关数据的采集功能主要是需要实现在数据采集的过程中能够自动的开启和停止数据的采集，并实现对数据进行分组和处理以及在这个过程中对数据监测的过程中实现自动检测周期的。

（2）数据记忆指令通信。对于数据以及指令通信这个环节，笔者在分析研究的使用主要是利用了自动化监测数据通信系统，这主要是由于数据指令的通信是保证地铁隧道结构稳定性自动化监测系统中相关信息传递的主要途径，并且在这个过程中起到了实时通讯的作用，因此加快数据的传输效率能够大大的提高实时检测的数据，因此笔者在分析的过程中就主要是自动化监测数据通信的系统，由于这种系统的时候不仅是减少的点组监测的时间，大大的提高了监测的精确度，不仅如此还大大的提高了系统的稳定性，促进了地铁隧道结构稳定自动化监测的有效性。

（3）数据的处理。对于地铁隧道结构稳定性自动化监测过程中的数据，由于其所发挥的重要作用，因此对这些数据的处理也十分的重要，并且由于数据的处理直接决定数据处理的重要环境，我们对数据处理的方式直接的影响了我们测量的精度，因此我们除了对基本的数据进行检测和处理之外，还需要一套数据监测和处理的系统，加强对地铁隧道数据的检测。因此笔者在这个过程中就使用了VT 检测法对地铁隧道结构的稳定性进行了判断，在判断的过程中去掉不稳定的基准点，提高地铁隧道稳定性自动化监测中监测点解算成果的精准度。

2 监测网以及试验环境的设置分析

笔者对地铁隧道结构稳定性自动化监测系统进行分析研究的过程中，对监测网和試验环境的设置进行分析的时候，主要是使用两台 Trimble S8 全站仪（ 0.5″一台，1″一台）进行监测，并在这个过程中还使用基准点组、工作基点以及监测点模式的构成监测网等各个部分，相关的图例主要是如图2所示。

我们对监测网进行分析的时候，各个基准点组主要是由9个 L 型棱镜基准点组成，我们在设置工作基点的时候是需要将工作基点设置在监测地区中比较稳定，而且视野良好的位置，不仅如此在设置的过程中还需要在一些结构比较牢固的地方进行安装。而且我们在安装的过程中，需要安装监测点的时候按照10米一个断面进行安装，在每个断面安装7个监测点，监测断面的设置主要是如图3所示。

笔者通过设置监测断面上的各个监测的点的三维坐标的值来计算各个测向的数值以及出现的变化。并且在在监测的过程中为了科学、合理、客观的分析地铁隧道结构稳定性自动化监测系统监测结果的精度，因此本文就需要使用全站仪监测一个月之后，再对工作的基点分别换上Leica TM30（ 0.5″）配合 Leica GeoMoS软件在持续不断的检测一个月的时间，这样就能够在相同的条件下对地铁隧道结构变形的原始观测数据，通过这两次的监测数据来进行对比分析。

3 系统的稳定性分析研究

我们对地铁隧道结构稳定性自动化监测的过程中，我们是需要对监测系统的稳定性进行分析研究的，笔者主要是通过两个方面对地铁隧道结构稳定性自动化监测系统的稳定性进行分析研究，分别是通过数据采集的成功率和数据的采集效率这两个方面来进行分析研究，并在进行试验的过程中对监测点观测到的原始数据进行统计，并在监测的过程中还使用Leica TM30 全站仪配合 GeoMoS 软件对监测点的数据进行采集，通过对这些数据的采集和分析，笔者发现对每周期点组采集的成功率都达到96%以上，采集的成功率是十分高的。而且我们对试验过程中采集的所有监测点数据的使用时间进行统计，在统计的过程中计算出单点单面所消耗的时间，根据我们统计和计算的结果，绘制出频数的分布图，我们通过分析研究就会发现，数据采集效率之间存在的差异是比较小的。

4 监测结果的精度分析研究

本文对地铁隧道结构稳定性自动化监测系统研究的过程中，对地铁隧道系统稳定性监测结果的精度需要分析，而笔者在分析的过程中主要是在试验原始数据的基础上，使用三维自动化监测数据处理系统对我们收集和采集的数据进行处理，并在这个基础上计算出各个周期的监测成果。笔者对相关数据进行处理的过程中，首先是选择了水平位移（ X 方向） 测项、垂直位移（Z方向） 测项对 0. 5″与 1″ Trimble S8 的监测点的成果数据，对这些成果数据先是进行统计，在统计的基础上分析这些数据，通过对这些数据的分析计算出在不同精度全站仪对各个监测成果的精度，并且对各个监测成果的精度进行分析研究的过程中，主要是使用不同精度 Trimble S8对我们检测的成果进行了分析和对比，我们通过对比就发现，在我们使用两种精度不同的全站仪对监测成果进行分析的过程中，相关的精度稳定性都是比较高的，而且在监测的过程中都能够符合对监测精度的要求。

5 结束语

随着现代社会的发展，我国地铁事业的发展迎来了繁荣期，由于地铁在运行的过程中存在着较大的问题，例如是变形现象的存在，就需要我们在地铁运行的过程中应用地铁隧道结构稳定性自动化监测系统，对其进行监测，一旦出现问题就可以及时解决，减少不必要的损失。因此本文就主要是对地铁隧道结构稳定性自动化监测系统进行了分析研究，经过笔者的分析研究发现，地铁隧道结构稳定性自动化监测系统的数据采集成功率是比较高的，而且稳定性也比较高，能够满足地铁隧道结构监测在系统稳定性、成果精度等各个方面的要求。

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作者简介：金彪（1984-），男，湖北武汉人，硕士，研究方向：工程测量类。