自动化监测系统在城市轨道交通工程控制保护区既有线监测中的应用探讨

自动化监测系统在城市轨道交通工程控制保护区既有线监测中的应用探讨

马瀛 汪冰洁 孙杨

西安市轨道交通集团有限公司  陕西省西安市  710000

摘要：随着城市化进程的不断加快，我国城市轨道交通建设也飞速发展。本文针对自动化监测系统介绍进行合理分析，并结合具体的工程案例，简要介绍加强自动化监测智能集成技术原理与特点，提出自自动化监测系统在城市轨道交通工程控制保护区既有线监测中的应用，给城市轨道交通建设过程中先进技术的应用提供些许借鉴。

关键词：自动化监测；城市轨道；交通工程；有线监测；应用探讨

引言

近些年，随着我国经济水平不断飞速向前发展，国内各大城市轨道交通建设迅猛发展，在新建轨道交通工程势必会产生自身及周边环境风险，在施工时对地铁工程的监测是必不可少的，通过监测工作的具体实施，使工程始终处于安全可控状态，因此监测工作在轨道交通建设过程中越来越重要。但国内监测技术手段还停留在人工仪器传统作业层面，即便自动化的采用也是某一项的实施，缺少综合联动的整体应用。目前，随着自动化监测仪器、无线传输技术、计算机平台等多技术水平的提高，综合技术利用在轨道交通风险监测上得以实现，可有效确保地铁工程安全风险技术管控，实时动态反映现场状况。

1自动化监测系统介绍

1.1全站仪

全站仪自动化监测系统可对结构垂直方向、水平方向变形开展全方位监测工作，目前在城市轨道交通工程监测中应用最广泛。徕卡TM50是新一代测量机器人，将高精度、多种类功能进行集成。为四重轴补偿系统，测程可达3500.0m，小视场角为5.16°，能够在350.0m的距离拥有0.5m的分辨距离。徕卡NovaMS60全站扫描仪集成了高速3D扫描技术、高精度全站仪技术、高分辨率数字图像测量技术以及超站仪技术等多项先进的测量技术，能够以多种方式获得高精度测量结果。

1.2无线数据传输系统和数据处理分析

（1）无线数据传输系统。既有线或者控制保护区域内严禁随便铺设线路，所以计算机与机器人之间的指令交换与数据传送，采用4G无线传输系统装置，在机器人附近安装光伏供电系统装置，包括供电设备、机器人数据电缆、专用控制器以及4G无线模块等[4]。初始数据采集完毕后，每个测点坐标均输入全站仪。全站仪会根据预先设置好的坐标进行数据采集，数据采集完毕后，机器将采集数据通过4G无线模块存储至云端。由于监测需要实时监测，而昼夜温差、大气压力、大气折光，对测距的精度会有影响，需考虑外界环境因素对观测结果的影响。在观测过程中利用气象传感器的数据对测量的数学模型进行修正。（2）数据处理及分析。GeoMoS监测器可以24h采集数据，分析器可以随时查看监测数据、本次变化量、累计变化量，并绘制沉降以及水平变化曲线图，数据图表是辅助变形监测数据分析的重要手段，GeoMoS针对变形数据可绘制多种数据曲线。通过对每个自然日内的多次观测值取均值，获得点位的日均坐标，克服测量误差的影响，采用加权移动平均算法实现的点位变化图，利用算法滤波处理，获取更平滑的趋势量，描述实际观测值与参考值之间的绝对变化量，用于刻画点位的绝对变化量。

2自动化监测智能集成技术原理与特点

2.1技术原理

在自动化监测智能集成技术当中，主要是利用测量机器人替代人员，从而实现自动跟踪与搜索的目标，帮助监测人员在短时间内获取准确的数据。同时，利用全能性全站仪，在隧道的两端分别设置一定数量的基准点，并采取设站方法，对各个基准点进行瞄准，进而得到各个测站点位置坐标，并采用极坐标测量方法，可以对各个监测断面进行全方位测量。基准点作为轨道交通工程监测系统中的核心控制点，是测量变形点与工作点的主要依据，一般来讲，基准点主要设置在稳定的基岩上部，可以实现长时间保存，稳定性比较高。在变形监测过程当中，针对各个基准点的设置，监测人员需要按时进行复测，并对复测结果进行全方位分析，一旦发现基准点出现失稳现象，要立即调整。此外，在确定各个测站点的具体位置时，监测人员要明确具体的监测范围，并综合考虑外界观测条件，确保仪器的观测视线不受外部影响。通常来说，城市轨道交通工程既有线隧道结构的变形监测主要采取极坐标法，保持测站点不动，各个监测点的具体测量精度主要由仪器侧角精度与测距精度决定。在布设各个监测点时，监测人员还要明确工程实际监测需求，了解基坑与地铁既有线结构的位置关系，针对容易发生病害的位置，适当提高监测密度，从而更加客观地描述地铁隧道结构变形情况。

2.2特点

地铁运营环节，监测人员严禁进入轨行区域内部，为了能够快速获取准确的监测数据，监测人员需要在既有线内部，科学设置自动化监测设备，针对工程结构的垂直位移与水平位移进行全面监测，真正实现自动化监测目标。一般来讲，自动化监测智能集成技术具有以下特点：（1）自动化程度比较高。通过应用此项技术，可以帮助监测人员及时获取监测数据并掌握地铁线路周边工程施工对既有线路结构的影响情况，对各项监测数据进行全面分析，准确判断工程结构是否安全。（2）为工程施工提供便利。在一些施工规模较大的城市轨道交通项目中，通过运用此项监测技术，监测人员能及时将数据反馈给施工单位指导施工，如有异常，施工单位采取有效的技术措施，调整原有的施工方案，可以消除施工安全隐患和提高城市轨道交通工程施工效率。

3自动化监测系统在城市轨道交通工程控制保护区既有线监测中的应用探讨

3.1基于测量机器人的自动化风险变形监测

基于测量机器人的自动化风险变形监测系统主要应用于穿越东北快速路等高架桥梁设施。该监测系统由五大部分组成：测量机器人监测站、控制计算机系统、ＣＤＭＡ通讯网及因特网、基准点、变形监测点，如图４所示。基准点设置在变形区以外，取用三个以上稳定的基准点，设置为强制对中单棱镜。变形点根据实际需要，在待监测的轨道梁上设置变形监测点，每个监测点上安置有对准监测站的单棱镜。

3.2远程无线传输自动化监测集成平台

本工程中采用了远程无线传输自动化监测集成平台，对于现场数据无线即时发送到处理平台，实现了综合自动化监测技术的集成应用。远程无线传输自动化监测集成系统包括数据自动采集系统和监测信息处理系统两部分。数据自动采集系统由感应传感器、全站仪、水准仪等监测数据采集设备、数据釆集智能无线传输模块、监控主机、管理计算机、自动化数据采集处理平台构成，具有监测、显示、操作、数据存储、综合信息管理、系统自检、远程控制、防电、抗干扰能力强及测量精度高等特点。监测信息系统由数据处理信息化网络平台和监测成果网络发布平台构成，功能包括监测数据分析处理、工程安全信息管理与反馈、数据库管理。

结束语

全站仪自动化监测系统是目前城市轨道交通工程监测中最常用的一种监测系统，通过对控制保护区内既有线的24h不间断自动化监测，及时准确地掌握了既有线隧道结构、轨道结构的沉降和位移变化情况，获取监测数据并进行分析，为工程的安全顺利施工和既有线的安全运行提供了及时、有效的数据支撑，工作效率大大提高，为相关部门采取有效决策提供了依据，确保了既有运营线的安全。

参考文献

［1］李洋，王文斌.关于构建城市轨道交通关键设备设施智能在线安全监测系统的探讨［J］.智慧城市与轨道交通，2019（4）：19-24.

［2］张园园，张睿.探讨低能耗无线传感器网络在城市轨道交通健康监测中的应用［J］.自动化与仪器仪表，2023（3）：73-75.

［3］张傲，林泽耿，陈航.研究城市轨道交通监测系统的设计与实现［J］.广州建筑，2019（3）：15-18