对现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的实践论述

李济民

摘要：本文主要对现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的实践进行了研究与分析，首先了针对现代测绘技术进行概述，其次对全站仪自动化监测系统进行了阐述，然后对三维激光扫描技术进行了叙述，最后对传统检测手段与现代监测方法进行对比分析。

关键词：现代测绘技术;地铁隧道;变形监测

1.相关概述

轨道交通建设和运营能够促进沿线地区经济和城市建设。地下应力随地铁施工及周边城市建设的变化而变化，建筑物、建筑物及地铁结构的变形会给地铁的建设和运行带来安全隐患，而地铁施工中的防护已成为地铁识别地铁变形检测的必要手段，其目的是直接或间接地为隧道结构提供三维空间信息，传统的地下防护监测方法，如收敛系统位移监测、全弧段定位监测、准基础隧道结构调整、功能单一、人工测量操作复杂、观测时间有限等，正朝着高效、高密度的方向发展。伴随着测量学的发展，建筑测量技术的不断完善，电子仪器和信息技术，如地铁监控系统，三维激光扫描技术。

2.全站仪自动化监测系统

整个网站自动监控系统是一个基于C/S结构的服务器、控制器、客户端的自动测量系统。集成了电子波技术、数据库技术、移动网络通信技术和自动目标检测技术。

全站仪自动化监测系统已经得到了国内外专家的验证和应用。在1983年，汉诺威大学利用摄像机和数字图像处理技术对目标进行精确定位。通过无线通信设备实现数据传输。它是现代测量机器人显示系统的雏形。徕卡公司自1997年成立以来，一直在努力发展和完善地铁自动检测系统，这是香港九龙厅首次进行的地铁自动检测试验。以高精度TS（TM）30为核心的地形图自动测量系统在国内外已得到广泛的认可和应用。

3.三维激光扫描技术

相对于传统监测方法和自动监测技术，三维激光扫描技术在变形领域占据主导地位。在对坐标系进行扫描的过程中，主要内容包括了倾斜状态、水平方向和距离、导程、反射强度等信息进行去噪滤波、线段等空间信息的数字化重建，使三维激光扫描技术能够快速、主动地进行非接触测量，具有高电阻性，数据精度高，数据直观等优点。高效施工和高频运行维护，用于现代地下隧道变形监测。

采用随机采样电阻法（RANSAC）和最小二乘法提取隧道轴线，用不变平法提取隧道轴线，实现了三维激光隧道变形监测中的隧道连续段。闭合子平面组合，变形曲线与至少两个折叠曲线相对应，在工程实际施工中，采取了Z+F三维激光扫描仪。

以公司研制的变形监测系统为基础，研究了三维激光扫描技术在地下隧道检测中的应用，提取隧道中心轴和连续断面。该程序通过将理论中心线与相应设计截面距离相结合，来计算输入的设计轴线和監测隧道的设计半径信息。在运用3D激光扫描仪采集数据信息的过程中，经过预处理之后会转换为程序进行装载。采用中心线和连续截面提取距离点，并与设计区域相比较。对系统检测和层厚进行测量，对浸水图像、裂缝、地质草图等进行多源检测和评价。对理论半径和实页半径进行对比分析和重叠分析，可以直接反映隧道结构的变形和系统的数据精度，如图2所示。

4.传统监测手段与现代监测方法的对比分析

然而，在地下保护监测方面，传统的监测方法与现代方法相比，存在以下不足：

（1）由于各种仪器精度和功能的限制，传统的变形监测方法在单个任务上存在一定的局限性。在运用普通全站仪三角高程测量的过程中，其准确性相对较低，并且适用范围相对较小，只能在位移监测中得到了应用，并不适用于沉降监测。因此，在监测的过程中，要保证沉降监测的准确度，重新观察影响监测结果的因素。

（2）由于人工监测与地铁运营空间冲突，导致观测时间（地铁运营期间）中断，人员和仪器不能进入隧道进行测量，只能在夜间等待地铁维修时间进行观测，造成观测间隔超过12小时，影响监测质量。

在观测过程中只检测到少量固定形变点，不能检测到隧道点的更多空间信息，完全恢复和监测了隧道空间位置，不能确定被测隧道的位置。传统的变形监测方法已不能满足当前高性能地铁施工和高密度地铁运行维护的需要。全站仪形变自动监测系统和三维激光扫描形变监测系统具有独特的数据采集方法和先进的信息处理系统，可实现化工产品的全天候、高效、高精度、多维自动化监测。

5.总结和展望

实测资料质量分析表明，采用全站仪自动监测系统和三维激光扫描技术的现代地下隧道监测方式，其工作效率、数据精度和安全性均有明显提高，自动化和功能多样化已成为传统的监测方式。精确度评价和工作稳定性实践表明，现代监测系统性能良好。全站自动监测系统以地形为代表，逐渐被传统的监测方法所取代，并在地铁保护与监测工程中得到了广泛的应用。目前，三维激光扫描技术已成为高校、科研机构及企业地下隧道监控的重点。提高中心轴的精确度和效率，在去除连续截面的过程中仍是当前应用研究的重点。

参考文献

[1]李庆.现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的应用研究[J].城镇建设，2020，（1）：141.

[2]张文春，徐正元，张理想， 等.现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的应用研究[J].吉林建筑大学学报，2018，35（2）：25-29.

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