吳賢國， 劉鵬程， 王 雷， 陳虹宇， 張立茂

(1. 華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖北 武漢 430074； 2. 南洋理工大學(xué) 土木工程與環(huán)境學(xué)院， 新加坡 639798)

我國滲漏水監(jiān)測(cè)技術(shù)隨著科技進(jìn)步不斷提高，對(duì)滲漏水監(jiān)測(cè)技術(shù)從傳統(tǒng)的量測(cè)到現(xiàn)階段已有的電法探測(cè)、彈性波監(jiān)測(cè)、示蹤法監(jiān)測(cè)、光線光柵和分布式光纖等。這些方法包括了從物理到化學(xué)再到光學(xué)的相互結(jié)合和應(yīng)用。在分析并總結(jié)運(yùn)營地鐵滲漏水表現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，基于物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描技術(shù)特點(diǎn)與運(yùn)營地鐵隧道滲漏水安全管理需要高度契合，在運(yùn)營地鐵內(nèi)部布置監(jiān)測(cè)運(yùn)營地鐵隧道滲漏水的物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義和可行性[1]。

三維激光掃描技術(shù)擁有多種優(yōu)勢(shì)，包括較快的掃描速度、非常高的測(cè)量精度等多種優(yōu)勢(shì)，對(duì)運(yùn)營隧道進(jìn)行全方位掃描檢測(cè)滲漏水，從三維掃描的圖像特征，不僅可以檢測(cè)到漏水，還可以檢測(cè)不同水量的水流量。其中滲漏水的位置可以毫米級(jí)高精度進(jìn)行確定，滲漏水水量大小也可以數(shù)量化[2]。采用三維激光掃描的物聯(lián)網(wǎng)感知層的探測(cè)，具有實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，可以有效彌補(bǔ)當(dāng)前運(yùn)營地鐵隧道滲漏水監(jiān)測(cè)的不足。通過先進(jìn)的技術(shù)、專業(yè)化的手段提高滲漏水監(jiān)測(cè)的效率，對(duì)滲漏水病害等級(jí)進(jìn)行診斷結(jié)果報(bào)警，以便根據(jù)滲漏水病害等級(jí)采取防治措施，在發(fā)生滲漏水災(zāi)害時(shí)及時(shí)地進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)，保護(hù)人身、財(cái)產(chǎn)安全。

盧穎[3]基于室外試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究得出三維激光掃描技術(shù)可以用于無資料舊橋的變形檢測(cè)，而且如果使用合適的高精度儀器以及在合理距離進(jìn)行測(cè)量時(shí)，用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)也能達(dá)到傳統(tǒng)方法的精度，同時(shí)此種方法也具有多種優(yōu)點(diǎn)，包括方便、速度快、交互性良好、能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量等優(yōu)勢(shì)。在國外，已經(jīng)有一些公司，如德國SPACETEC等公司采用了三維激光掃描技術(shù)對(duì)隧道工程進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)運(yùn)營隧道進(jìn)行全方位掃描檢測(cè)，具有快速、高精度等優(yōu)點(diǎn)，掃描結(jié)果可分析出滲漏水發(fā)生位置與面積大小。魯偉等[4]采用超聲波檢測(cè)儀對(duì)房建的滲漏情況進(jìn)行檢測(cè)。黃永杰等[5]經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出的結(jié)論是盾構(gòu)隧道滲漏水自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可以精確地進(jìn)行信息采集和處理，為后續(xù)安全管理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。楊一平等[6]提出一種在全景圖像(Convolutional Naural Network, CNN)基礎(chǔ)上構(gòu)建的隧道工程風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，主要利用的科學(xué)方法是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，此技術(shù)方法對(duì)病害識(shí)別可靠且全面。Zou等[7]在調(diào)查重慶地區(qū)隧道滲漏水現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，綜合分析了影響隧道滲漏水的因素，確定了隧道滲漏等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，建立了隧道滲漏水模型指標(biāo)體系。

本文研究運(yùn)營地鐵隧道滲漏水病害劃分等級(jí)，采用運(yùn)營地鐵隧道的機(jī)載可移動(dòng)式滲漏水感知器設(shè)備通過沿隧道的長度方向移動(dòng)來帶動(dòng)三維掃描儀移動(dòng)，對(duì)運(yùn)營地鐵滲漏水進(jìn)行病害檢測(cè)，將檢查得到的病害癥狀輸入監(jiān)測(cè)及診斷預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)便能根據(jù)輸入的運(yùn)營地鐵滲漏水病害情況進(jìn)行推斷，最后根據(jù)發(fā)出滲漏水病害的診斷結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，并給出滲漏水病害治理方案的優(yōu)化。

1 隧道滲漏水病害等級(jí)劃分

國內(nèi)外依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)運(yùn)營隧道滲漏水病害等級(jí)進(jìn)行不同的劃分。在定義隧道滲水的危害等級(jí)時(shí)，來自日本的專家學(xué)者以叢書的形式詳細(xì)介紹了不同程度的災(zāi)害情況，根據(jù)裂縫大小以及滲水級(jí)別將其概括為滲出、滴水、流出、噴出四大類；來自美國的專家學(xué)者則以文件的形式將災(zāi)害等級(jí)歸納為輕度、中度、重度三大類。在我國的鐵路隧道養(yǎng)護(hù)工作中，所依據(jù)的對(duì)象不同，有兩種劃分方法，一種是按照滲漏水發(fā)生位置以及滲漏水表現(xiàn)形式分為點(diǎn)、縫、面漏與基地水害、集中涌水處；另一種分類方法是基于病害程度來進(jìn)行等級(jí)劃分，各個(gè)等級(jí)分別是漏水、射水、涌水、潤濕、滲水、滴水。

表1 運(yùn)營地鐵隧道滲漏水等級(jí)劃分

結(jié)合我國運(yùn)營隧道滲漏水病害的實(shí)際情況、數(shù)據(jù)調(diào)查的可操作性等，同時(shí)借鑒我國鐵路隧道中滲漏水病害等級(jí)劃分的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)滲漏水病害嚴(yán)重程度將運(yùn)營地鐵隧道滲漏水病害劃分為五個(gè)等級(jí)，滲漏水狀態(tài)分別是潤濕、滲潤、滴水、漏水、射水。五個(gè)等級(jí)中滲漏水病害等級(jí)不斷加深，其中滲漏病害對(duì)應(yīng)的狀態(tài)見表1。

2 基于三維激光掃描技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

將滲漏水監(jiān)測(cè)指標(biāo)通過三維激光掃描儀器為感知層中的傳感器，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，其技術(shù)構(gòu)架的實(shí)施過程如圖1所示。感知層由三維激光掃描儀器、智能溫度傳感器、GNSS(Global Navigation Satellite System)接收機(jī)及其配套設(shè)備組成。數(shù)據(jù)傳輸層通過DSC(Distributed Source Coding)無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，建立與終端手機(jī)、電腦的連接，本傳輸系統(tǒng)采用的是CMNET(China Mobile Network)，其中硬件使用的是DSC無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的通訊模塊。應(yīng)用層是結(jié)合武漢王家灣隧道工程實(shí)際監(jiān)測(cè)情況，運(yùn)營隧道滲漏水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含運(yùn)營隧道信息中心、滲漏水監(jiān)測(cè)中心、滲漏水風(fēng)險(xiǎn)管理中心和應(yīng)急處理措施中心。

圖1 運(yùn)營隧道滲漏水物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

3.1 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)由于其測(cè)量的精確性和圖景的高清晰性，也被叫做“高清線測(cè)量”方法，通過三維激光掃描可以快速精確獲取實(shí)物表面點(diǎn)信息，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以呈現(xiàn)出實(shí)物的模擬景象。

在三維激光掃描儀中，徠卡三維激光掃描系統(tǒng)是掃描精度與速度最快的產(chǎn)品，本研究采用徠卡ScanStation C10三維激光掃描儀器對(duì)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)對(duì)象掃描。此三維激光掃描系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施完備，含有完整的掃描儀硬件設(shè)備以及強(qiáng)大的Cyclone處理軟件，由于此系統(tǒng)擁有基于CAD的一個(gè)插件，故用戶可以方便地在CAD上進(jìn)行信息處理。徠卡ScanStation C10三維激光掃描儀器在獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的同時(shí)可拍照獲取運(yùn)營隧道圖像，自動(dòng)調(diào)整以振鏡方式或轉(zhuǎn)鏡面方式進(jìn)行三維掃描，工作效率較傳統(tǒng)的掃描方式提高了10倍，節(jié)省了10%的人工及成本。

本研究選取武漢地鐵王家灣站區(qū)進(jìn)行移動(dòng)三維激光掃描儀器的在線監(jiān)測(cè)。在布置傳感器數(shù)量應(yīng)滿足監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的前提下控制成本，實(shí)現(xiàn)低能耗、高精度、大范圍及實(shí)時(shí)性掃描。

3.2 三維激光儀器掃描步驟

本研究根據(jù)運(yùn)營地鐵隧道實(shí)際情況，在檢測(cè)滲漏水時(shí)采用三維彩色三點(diǎn)數(shù)據(jù)以便辨別出滲漏水位置與其他位置(拼接縫、電纜鋪設(shè)等位置)。

(1)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

掃描儀器獲取實(shí)物的尺寸、位置信息，形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)。選擇在光線較好的情況下，將標(biāo)靶球安置于設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位，且距離掃描儀不超過15 m。安置儀器并設(shè)置好儀器的配置文件、分辨率、質(zhì)量及掃描范圍等。本次掃描設(shè)置的分辨率為44 MPts，質(zhì)量為 1/4，掃描范圍是橫向 360°和縱向300°。每次掃描完畢后將標(biāo)靶球上蓋打開，露出標(biāo)靶球內(nèi)的反光標(biāo)靶，將全站儀安置在能通視標(biāo)靶球的控制點(diǎn)上測(cè)量反光標(biāo)靶，記錄標(biāo)靶的點(diǎn)位信息。

(2)線劃圖件

利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)在CAD中采用Cloudworx插件獲取運(yùn)營隧道的平面圖、立面圖和剖面圖等圖件，以讀取隧道尺寸、形狀、內(nèi)部設(shè)施布置位置。

1)點(diǎn)云拼接與坐標(biāo)系歸一化。點(diǎn)云拼接是通過一定的約束條件將多站點(diǎn)掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到統(tǒng)一坐標(biāo)系中的過程，拼接完成之后將得到一個(gè)項(xiàng)目的完整點(diǎn)云。具體步驟包括新建一個(gè) Registration，在Registration 中添加相鄰的站點(diǎn)數(shù)據(jù)，添加約束條件，拼接點(diǎn)云等，這一系列操作可以通過 Registration 菜單下的工具實(shí)現(xiàn)。

2)點(diǎn)云去噪與點(diǎn)云合并。點(diǎn)云去噪通過 Fence 工具和 Limit Box 工具實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)云合并通過 Unify Clouds 工具或 Merge 工具實(shí)現(xiàn)。

3)點(diǎn)云切割與平立剖面圖繪制。利用 Cyclone 9.1 軟件的 Cutplane 切片工具分別從水平和垂直方向?qū)c(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理，切片厚度根據(jù)具體情況調(diào)整，以能夠直觀清晰地看到構(gòu)件的輪廓線為準(zhǔn)。

(3)建立模型

用軟件系統(tǒng)對(duì)收集的各個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息進(jìn)行模型構(gòu)建處理，形成mesh格網(wǎng)模型，模型建立成功后就可以在映射的基礎(chǔ)上將所收集到的所有施工信息建立成數(shù)字化的工程滲漏水模型。

1)靶球坐標(biāo)賦予。在軟件中，新建一個(gè)項(xiàng)目文件，將掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入該項(xiàng)目文件下，利用軟件的選擇工具選擇標(biāo)靶球作為球體，這樣，一個(gè)球體就被創(chuàng)建。在創(chuàng)建對(duì)象中，還可以創(chuàng)建其它如平面、中心點(diǎn)等多種幾何圖形。創(chuàng)建兩個(gè)球體之后，選擇三維清晰視圖，將看到兩個(gè)帶顏色的球體。

2)點(diǎn)云處理及著色。對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，并選取要去除的噪聲點(diǎn)，利用軟件的刪除功能快速刪除選中的噪聲點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在掃描前，選擇色彩信息，可以在側(cè)邊項(xiàng)目欄中應(yīng)用圖片，如果沒有保存，系統(tǒng)會(huì)提示保存現(xiàn)在灰度數(shù)據(jù)。保存后，系統(tǒng)將色彩信息自動(dòng)與點(diǎn)云信息進(jìn)行匹配，使每一個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)RGB 信息，完成后導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

3)多站數(shù)據(jù)擬合。將多站數(shù)據(jù)導(dǎo)入與單站數(shù)據(jù)一樣。在掃描時(shí)選擇用標(biāo)靶球做為多站的接合目標(biāo)球，選擇勾選“首次加載掃描”“更新對(duì)象擬合”“應(yīng)用圖片”“檢測(cè)自然參考”“布置掃描”“創(chuàng)建項(xiàng)目點(diǎn)云”項(xiàng)后，自動(dòng)處理。處理完成后，選擇菜單欄中“3D”，點(diǎn)圖標(biāo)后，會(huì)出現(xiàn)全部掃描數(shù)據(jù)，檢查完成后再將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，得到工程滲漏水模型。

(4)點(diǎn)云數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)布

通過Cyclone軟件中的發(fā)布模板與Tru-View軟件，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)放在同一空間坐標(biāo)體系中可以通過電腦界面對(duì)云數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)發(fā)布、拼接、建模、紋理貼圖。

3.3 移動(dòng)三維激光掃描儀在隧道中的應(yīng)用

針對(duì)現(xiàn)有運(yùn)營地鐵隧道滲漏水監(jiān)測(cè)技術(shù)的缺陷，本研究采用一種適用于運(yùn)營地鐵隧道滲漏水的機(jī)載移動(dòng)式安全檢測(cè)設(shè)備，利用三維激光掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)營隧道滲漏水病害檢測(cè)識(shí)別，具有快速、準(zhǔn)確對(duì)運(yùn)營地鐵滲漏水病害等級(jí)診斷及滲漏水病害治理的功能。

運(yùn)營地鐵隧道滲漏水病害檢測(cè)設(shè)備具有以下特點(diǎn)：(1)三維激光掃描儀在移動(dòng)機(jī)載上運(yùn)行工作，減少儀器使用的磨損、勞動(dòng)力的需求量；(2)沿隧道方向布局三維激光掃描儀器推動(dòng)的自動(dòng)化設(shè)備，通過電力的供給提供推動(dòng)三維激光掃描儀前進(jìn)；(3)三維激光掃描檢測(cè)設(shè)備包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的開與關(guān)及機(jī)載移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)速度；(4)數(shù)據(jù)處理組件包括數(shù)據(jù)處理器；(5)三維激光掃描儀與徠卡數(shù)據(jù)處理軟件相連，數(shù)據(jù)處理器用于將接收到的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選處理，以發(fā)現(xiàn)臨界區(qū)域及危險(xiǎn)點(diǎn)[8]。

該運(yùn)營地鐵隧道的機(jī)載可移動(dòng)式滲漏水感知器設(shè)備，在武漢地鐵三號(hào)線王家灣運(yùn)營地鐵隧道的應(yīng)用見圖2。其三維掃描儀設(shè)置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，移動(dòng)機(jī)構(gòu)通過沿隧道的長度方向移動(dòng)來帶動(dòng)三維掃描儀移動(dòng)，以使三維掃描儀隨著移動(dòng)以掃描隧道的不同區(qū)域，提高了檢測(cè)效率；機(jī)載移動(dòng)式安全檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、檢測(cè)精度高、掃描范圍全面，簡單、準(zhǔn)確和快速對(duì)運(yùn)營地鐵隧道滲漏水病害進(jìn)行檢測(cè)，并可以物聯(lián)網(wǎng)相連實(shí)現(xiàn)病害的診斷，有利于推廣應(yīng)用[9]。圖3為三號(hào)線王家灣地鐵隧道中三維激光掃描全貌圖。

圖2 三號(hào)線王家灣地鐵隧道中三維激光掃描應(yīng)用

圖3 三號(hào)線王家灣地鐵隧道中三維激光掃描全貌

在三維激光掃描儀呈現(xiàn)的圖形中可以從截面呈現(xiàn)圖中發(fā)現(xiàn)，隧道頂部局部小區(qū)域發(fā)現(xiàn)紅色點(diǎn)云，點(diǎn)云圖中識(shí)別出1個(gè)/20 m2滲漏點(diǎn)，其中識(shí)別出的點(diǎn)有一個(gè)最大面積屬于滴水現(xiàn)象規(guī)定，通過分析該區(qū)域有少量漏水點(diǎn)。

綜合判定，該王家灣監(jiān)測(cè)區(qū)域診斷為滴水現(xiàn)象明顯，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)下進(jìn)一步對(duì)王家灣區(qū)域進(jìn)行滲漏水病害診斷。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描技術(shù)的滲漏水監(jiān)測(cè)診斷預(yù)警

本研究在滲漏水五個(gè)等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，在物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描應(yīng)用層中診斷輸出端，根據(jù)滲漏水等級(jí)所造成的病害嚴(yán)重程度不同將物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描體系中的滲漏水預(yù)警劃分為四個(gè)等級(jí)，如表2所示，其中潤濕、滲潤情況下地鐵運(yùn)營隧道保持正常的運(yùn)營與維護(hù)即可；當(dāng)監(jiān)測(cè)到滲漏水呈現(xiàn)滴漏狀，此時(shí)整個(gè)運(yùn)營地鐵隧道滲漏水監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描體系中的診斷板塊發(fā)出橙色信號(hào)，需要增加對(duì)此處的例行檢測(cè)，并準(zhǔn)備治理滴漏的方案，防止?jié)B漏病害進(jìn)一步擴(kuò)大；如果監(jiān)測(cè)出運(yùn)營隧道有涌流的情況，則物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描預(yù)警板塊發(fā)出黃色預(yù)警，此時(shí)需要維護(hù)人員立刻制定運(yùn)營管理暫停措施，并及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)排除病害，防止因積水造成運(yùn)營隧道的電路網(wǎng)出現(xiàn)故障；如監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有射水流，此時(shí)預(yù)警端口發(fā)出紅色預(yù)警，各個(gè)部門需要相互配合做好運(yùn)營隧道危險(xiǎn)的排除與人員安全疏散，同時(shí)要及時(shí)搶險(xiǎn)，將噴射處隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修與防水治理。

表2 運(yùn)營地鐵隧道滲漏水監(jiān)測(cè)診斷預(yù)警

5 物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描監(jiān)測(cè)滲漏水診斷和知識(shí)庫系統(tǒng)

5.1 監(jiān)測(cè)滲漏水診斷系統(tǒng)

進(jìn)入左側(cè)的系統(tǒng)菜單區(qū)域，選擇“專家系統(tǒng)”選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊進(jìn)入專家系統(tǒng)選項(xiàng)卡下的“滲漏水病害診斷”模塊，如圖4所示。在此模塊，用戶按照檢查細(xì)則對(duì)運(yùn)營地鐵滲漏水進(jìn)行病害檢測(cè)，將檢查得到的病害癥狀輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)便能根據(jù)輸入的運(yùn)營地鐵滲漏水病害情況進(jìn)行推斷，并輸出相應(yīng)的滲漏水病害養(yǎng)護(hù)、維修和治理措施。

滲漏水病害診斷主界面有上下兩塊區(qū)域，上方區(qū)域供用戶輸入在實(shí)際管養(yǎng)檢查中發(fā)現(xiàn)的病害類型、病害位置、病害情況描述；下方區(qū)域?yàn)轱@示用戶輸入病害情況后推理得出的病害維修措施。如圖5所示。

推理時(shí)，首先點(diǎn)擊滲漏水病害診斷面板中的滲漏水病害類別組合框，點(diǎn)擊后便會(huì)彈出常見滲漏水病害類別，在其中選擇實(shí)際檢查到的滲漏水病害類別；其次點(diǎn)擊病害發(fā)生位置組合框，在彈出的常見滲漏水病害發(fā)生位置中選擇實(shí)際檢查到的滲漏水病害發(fā)生位置；最后點(diǎn)擊滲漏水病害情況描述組合框，對(duì)滲漏水病害的具體情況進(jìn)行多項(xiàng)選擇。滲漏水病害類別組合框和滲漏水病害發(fā)生位置組合框均為單選點(diǎn)擊，滲漏水病害情況描述組合框可以進(jìn)行多選點(diǎn)擊。

圖4 專家系統(tǒng)模塊

圖5 專家系統(tǒng)滲漏水診斷模塊頁面

依次點(diǎn)選完三個(gè)組合框后，點(diǎn)擊如圖7所示的診斷按鈕，專家系統(tǒng)便根據(jù)點(diǎn)選的滲漏水病害情況推理得出具體的滲漏水病害治理措施，并顯示在滲漏水病害治理措施面板上，如圖6所示。表3為監(jiān)測(cè)區(qū)域診斷結(jié)果。

圖6 點(diǎn)擊滲漏水病害診斷得出推理結(jié)果

表3 監(jiān)測(cè)區(qū)域診斷結(jié)果

物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在王家灣監(jiān)測(cè)點(diǎn)上發(fā)出橙色診斷信號(hào)，監(jiān)控室內(nèi)值班人員需要對(duì)王家灣地鐵運(yùn)營隧道調(diào)配人工巡檢，在分析隧道滴水原因的基礎(chǔ)上，根據(jù)王家灣結(jié)構(gòu)資料、施工工藝等及時(shí)做出治理滲漏水備選方案的治理方案。

5.2 隧道滲漏水治理方法知識(shí)庫

對(duì)地鐵隧道工程的滲漏水狀況進(jìn)行治理是一項(xiàng)復(fù)雜工作，它需要綜合考慮多方面的因素，包括工程施工的復(fù)雜程度、維修保養(yǎng)成本以及工程維護(hù)的耐久性等各因素，綜合權(quán)衡考慮多方面因素才能做好滲漏水治理工作。隧道滲漏水治理方案的設(shè)計(jì)不降低原有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)考慮原結(jié)構(gòu)整體性，按照防排堵截相結(jié)合的原則，減少對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷、保護(hù)環(huán)境、減少施工對(duì)隧道運(yùn)營的影響。

該物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)案例中的隧道、滲漏水病害預(yù)警等級(jí)以及專家經(jīng)驗(yàn)的庫存輸出五種滲漏水治理方案，如表4所示。

表4 五種運(yùn)營隧道滲漏水治理方法

6 結(jié) 論

(1)國內(nèi)外依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)運(yùn)營隧道滲漏水病害等級(jí)進(jìn)行不同的劃分。結(jié)合我國運(yùn)營隧道滲漏水病害的實(shí)際情況、數(shù)據(jù)調(diào)查的可操作性等，同時(shí)借鑒我國鐵路隧道中滲漏水病害等級(jí)劃分的經(jīng)驗(yàn)，將運(yùn)營地鐵隧道滲漏水病害劃分為五個(gè)等級(jí)，分別為潤濕、滲潤、滴水、漏水、射水。

(2)三維激光掃描技術(shù)擁有多種優(yōu)勢(shì)，包括較快的掃描速度、非常高的測(cè)量精度等多種優(yōu)勢(shì)，對(duì)運(yùn)營隧道進(jìn)行全方位掃描檢測(cè)滲漏水，從三維掃描的圖像特征，不僅可以檢測(cè)到漏水，還可以檢測(cè)不同水量的水流量。其中滲漏水的位置可以毫米級(jí)高精度進(jìn)行確定，滲漏水水量大小也可以數(shù)量化。采用三維激光掃描的物聯(lián)網(wǎng)感知層的探測(cè)，具有實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)可以有效彌補(bǔ)當(dāng)前運(yùn)營地鐵隧道滲漏水監(jiān)測(cè)不足之處。

(3)建立物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描監(jiān)測(cè)滲漏水診斷系統(tǒng)，用戶按照檢查細(xì)則對(duì)運(yùn)營地鐵滲漏水進(jìn)行病害檢測(cè)，將檢查得到的病害癥狀輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)便能根據(jù)輸入的運(yùn)營地鐵滲漏水病害情況進(jìn)行推斷，并輸出相應(yīng)的滲漏水病害養(yǎng)護(hù)、維修和治理措施。對(duì)武漢地鐵中南路、王家灣站與香港路高危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)三維激光掃描系統(tǒng)布局并重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，結(jié)果與實(shí)際情況相符。