地铁运营自动化监测调研报告

地铁运营自动化监测技术国内外研究现状调研报告

上海地矿工程勘察有限公司

二O一O年十一月

目录

第一章前言 (1)

第二章国内外监测技术研究现状 (1)

2.1 全站仪自动量测系统 (2)

2.1.1 系统的构成 (2)

2.1.2 TCA自动化全站仪 (2)

2.1.3 Leica标准精密测距棱镜 (3)

2.1.4 计算机 (4)

2.1.5 其他设备 (4)

2.1.6 实时监控软件 (4)

2.1.7 后方处理软件 (4)

2.1.8 观测方法 (5)

2.1.9误差来源 (5)

2.1.10误差来源 (5)

2.2 静力水准仪系统 (6)

2.2.1 系统组成 (6)

2.2.2 静力水准仪的结构 (6)

2.2.3 静力水准仪的测量原理 (7)

2.2.2 RJ型电容式静力水准仪主要技术指标 (8)

2.2.3 静力水准仪的安装及调试 (9)

2.2.4 静力水准仪的观测和运行维护 (10)

2.2.5静力水准仪漏液及蒸发后所得数据的处理 (10)

第三章自动化监测项目的必要性与可行性分析 (11)

3.1 项目必要性分析 (11)

3.1 重大工程运营安全已成为社会稳定的重要因素之一 (11)

3.2 随着轨道交通不断建设和投入使用，地质环境变化及自身结构变形对其安全运营影响日益显现 (11)

3.2 重大工程安全运营对环境要求不断提高，需及时地掌握影响其安全运营的变形情况 (13)

3.2 目前国内监测市场的方法体系相对落后、不够系统，有待提高 (14)

3.2 项目可行性分析 (14)

3.2.1政府和社会的高度重视 (14)

3.2.2国内外相关技术的飞速发展提供了技术可行性 (14)

第四章结束语 (15)

第一章前言

近年来，随着我国国民经济的飞速发展，人们对城市交通快速和便捷的需求日益高涨，运量大、准时、快速的城市地铁交通因此也成为国家基础设施建设的重点和热点之一。“十五”计划期间，国家用于城市地铁建设中的投资就至少达到两千亿。鉴于地铁在国民生产和生活中的重要性，以及地铁事故所可能导致的重大后果，如何确保地铁在建设及运营期间的安全则成为地铁工程和运营部门需要共同面对的一个重要课题。

由于地铁隧道在一天中的三分之二以上的时间是处于全封闭的运营状态，绝对不允许监测人员进入隧道内工作，所以要求必须在隧道内设置自动化监测系统代替人工操作，实现对隧道水平、垂直位移的连续、精确监测。考虑到地铁运行的时间很短，所采用的监测系统应能在3~5min内完成隧道内的变形监测，以掌握地铁运行过程中隧道变形特征和规律，以便及时控制。

第二章国内外监测技术研究现状

从20世纪70年代末，国外运行安全监测技术迅速发展并广泛应用，其主要监测的对象为大坝、桥梁、高层建筑物、防护堤、边坡、隧道地铁等。发展到近阶段，除常规监测方法以外，采用先进技术方法主要是：自动化监测、GPS技术、INSAR技术等。

在几何学、物理学、计算机仿真学等多学科、多领域的融合、渗透下，变形监测技术向一体化、自动化、数字化、智能化等方向发展。在集成多种监测方法、多学科专业技术的基础上，自动化监测技术近十年来迅速发展。其基本原理是：根据自动控制原理，把被观测的几何变形量（长度、角度）转换成电量，再与一些必要的测量电路、附件装置相配合，组成自动测量装置，将测量数据自动采集、传输到指定系统，完成自动化监测过程。相比较与传统人工监测，它具有连续、动态、实时、精确等显著优势。现代的自动化监测技术已实现了运行变量的实时数据采集与传输、数据管理、在线分析、综合成图、成果预警的计算机控制网络化。

目前国内外远程自动化监测系统主要有对近景摄像测量系统、多通道无线遥测系统、光纤监测系统、全站仪自动量测系统、静力水准仪系统、巴赛特结构收敛系统。

2.1 全站仪自动量测系统

2.1.1 系统的构成

一个完整的自动化动态监测系统是指在无需操作人员干预的条件下，实现自动观测、记录、处理、存储、报表编制、预警预报等功能，它由一系列的软件和硬件构成，整个系统配置包括：TCA自动化全站仪、棱镜、通讯电缆及供电电缆、计算机与专用软件。

图2.1-1 莱卡全站仪进行瞬时自动化监测

2.1.2 TCA自动化全站仪

TCA自动化全站仪能够自动整平、自动调焦、自动正倒镜观测、自动进行误差改正、自动记录观测数据，其独有的ATR（Automatic Target Recognition，自动目标识别）模式，使全站仪能进行自动目标识别，操作人员一旦粗略瞄准棱

镜后，全站仪就可搜寻到目标，并自动瞄准，不再需要精确瞄准和调焦，大大提高工作效率。

图2.1-2 TCA2003莱卡自动化全站仪

TCA2003是Leica TCA自动化全站仪中的一种（见图1），该仪器测角精度为0.5〞，测距精度为1 mm±1 ppm。可通过专用的控制软件来控制观测目标、设定观测周期。

2.1.3 Leica标准精密测距棱镜

棱镜作为观测标志，利用膨胀螺丝固定在隧道内侧（见图2），其数目可按实际需要设定，该标志能被TCA2003全站仪自动跟踪锁定，以实施精密测角和测距。

图2.1-3莱卡标准精密棱镜

2.1.4 计算机

计算机利用电缆和全站仪连接，并装有专用软件以实现整个监测过程的全自动化，既能控制全站仪按特定测量程序采集监测点数据，并将测量成果实时进行处理，以便及时发现错误，杜绝返工，也可以对各个观测周期的监测数据进行存储并生成监测报告。

2.1.5 其他设备

其它设备包括温度计﹑气压计﹑湿度计、连接电缆、外接电源等；温度计﹑气压计﹑湿度计用于测定空气的温度、压力和湿度，将测定结果输入到计算机中，对观测结果进行修正，以提高观测精度。

2.1.6 实时监控软件

GeoMos Monitor是专门用于监测的、与TCA2003全站仪配套的变形测量软件，其在Windows环境下运行，并将数据存储在SQL Server数据库中，它既可按操作者设定的测量过程和选定的基准点、观测点进行相应的测量处理，也可快速建立三维坐标、位移量以及其它相关数据库，实现数据的快速存储、检索、编辑，可实时显示量测数据，并进行实时处理或后处理，能实时显示图形或事后显示。

2.1.7 后方处理软件

采用自己编制的软件，利用和GeoMos的软件接口，对测量数据进行后处理，按施工方要求的格式将监测点的位移变化转化为标准图表的形式直观地表达出来，绘制出监测报表和位移曲线，自动实现数据分析、报警以及报表生成的功能，可以根据用户的要求提供报表的形式。