李濟民

摘要：本文主要對現(xiàn)代測繪技術(shù)在地鐵隧道變形監(jiān)測中的實踐進行了研究與分析，首先了針對現(xiàn)代測繪技術(shù)進行概述，其次對全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行了闡述，然后對三維激光掃描技術(shù)進行了敘述，最后對傳統(tǒng)檢測手段與現(xiàn)代監(jiān)測方法進行對比分析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代測繪技術(shù);地鐵隧道;變形監(jiān)測

1.相關(guān)概述

軌道交通建設(shè)和運營能夠促進沿線地區(qū)經(jīng)濟和城市建設(shè)。地下應(yīng)力隨地鐵施工及周邊城市建設(shè)的變化而變化，建筑物、建筑物及地鐵結(jié)構(gòu)的變形會給地鐵的建設(shè)和運行帶來安全隱患，而地鐵施工中的防護已成為地鐵識別地鐵變形檢測的必要手段，其目的是直接或間接地為隧道結(jié)構(gòu)提供三維空間信息，傳統(tǒng)的地下防護監(jiān)測方法，如收斂系統(tǒng)位移監(jiān)測、全弧段定位監(jiān)測、準基礎(chǔ)隧道結(jié)構(gòu)調(diào)整、功能單一、人工測量操作復雜、觀測時間有限等，正朝著高效、高密度的方向發(fā)展。伴隨著測量學的發(fā)展，建筑測量技術(shù)的不斷完善，電子儀器和信息技術(shù)，如地鐵監(jiān)控系統(tǒng)，三維激光掃描技術(shù)。

2.全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)

整個網(wǎng)站自動監(jiān)控系統(tǒng)是一個基于C/S結(jié)構(gòu)的服務(wù)器、控制器、客戶端的自動測量系統(tǒng)。集成了電子波技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動目標檢測技術(shù)。

全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)得到了國內(nèi)外專家的驗證和應(yīng)用。在1983年，漢諾威大學利用攝像機和數(shù)字圖像處理技術(shù)對目標進行精確定位。通過無線通信設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。它是現(xiàn)代測量機器人顯示系統(tǒng)的雛形。徠卡公司自1997年成立以來，一直在努力發(fā)展和完善地鐵自動檢測系統(tǒng)，這是香港九龍廳首次進行的地鐵自動檢測試驗。以高精度TS（TM）30為核心的地形圖自動測量系統(tǒng)在國內(nèi)外已得到廣泛的認可和應(yīng)用。

3.三維激光掃描技術(shù)

相對于傳統(tǒng)監(jiān)測方法和自動監(jiān)測技術(shù)，三維激光掃描技術(shù)在變形領(lǐng)域占據(jù)主導地位。在對坐標系進行掃描的過程中，主要內(nèi)容包括了傾斜狀態(tài)、水平方向和距離、導程、反射強度等信息進行去噪濾波、線段等空間信息的數(shù)字化重建，使三維激光掃描技術(shù)能夠快速、主動地進行非接觸測量，具有高電阻性，數(shù)據(jù)精度高，數(shù)據(jù)直觀等優(yōu)點。高效施工和高頻運行維護，用于現(xiàn)代地下隧道變形監(jiān)測。

采用隨機采樣電阻法（RANSAC）和最小二乘法提取隧道軸線，用不變平法提取隧道軸線，實現(xiàn)了三維激光隧道變形監(jiān)測中的隧道連續(xù)段。閉合子平面組合，變形曲線與至少兩個折疊曲線相對應(yīng)，在工程實際施工中，采取了Z+F三維激光掃描儀。

以公司研制的變形監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研究了三維激光掃描技術(shù)在地下隧道檢測中的應(yīng)用，提取隧道中心軸和連續(xù)斷面。該程序通過將理論中心線與相應(yīng)設(shè)計截面距離相結(jié)合，來計算輸入的設(shè)計軸線和監(jiān)測隧道的設(shè)計半徑信息。在運用3D激光掃描儀采集數(shù)據(jù)信息的過程中，經(jīng)過預(yù)處理之后會轉(zhuǎn)換為程序進行裝載。采用中心線和連續(xù)截面提取距離點，并與設(shè)計區(qū)域相比較。對系統(tǒng)檢測和層厚進行測量，對浸水圖像、裂縫、地質(zhì)草圖等進行多源檢測和評價。對理論半徑和實頁半徑進行對比分析和重疊分析，可以直接反映隧道結(jié)構(gòu)的變形和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度，如圖2所示。

4.傳統(tǒng)監(jiān)測手段與現(xiàn)代監(jiān)測方法的對比分析

然而，在地下保護監(jiān)測方面，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法與現(xiàn)代方法相比，存在以下不足：

（1）由于各種儀器精度和功能的限制，傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法在單個任務(wù)上存在一定的局限性。在運用普通全站儀三角高程測量的過程中，其準確性相對較低，并且適用范圍相對較小，只能在位移監(jiān)測中得到了應(yīng)用，并不適用于沉降監(jiān)測。因此，在監(jiān)測的過程中，要保證沉降監(jiān)測的準確度，重新觀察影響監(jiān)測結(jié)果的因素。

（2）由于人工監(jiān)測與地鐵運營空間沖突，導致觀測時間（地鐵運營期間）中斷，人員和儀器不能進入隧道進行測量，只能在夜間等待地鐵維修時間進行觀測，造成觀測間隔超過12小時，影響監(jiān)測質(zhì)量。

在觀測過程中只檢測到少量固定形變點，不能檢測到隧道點的更多空間信息，完全恢復和監(jiān)測了隧道空間位置，不能確定被測隧道的位置。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法已不能滿足當前高性能地鐵施工和高密度地鐵運行維護的需要。全站儀形變自動監(jiān)測系統(tǒng)和三維激光掃描形變監(jiān)測系統(tǒng)具有獨特的數(shù)據(jù)采集方法和先進的信息處理系統(tǒng)，可實現(xiàn)化工產(chǎn)品的全天候、高效、高精度、多維自動化監(jiān)測。

5.總結(jié)和展望

實測資料質(zhì)量分析表明，采用全站儀自動監(jiān)測系統(tǒng)和三維激光掃描技術(shù)的現(xiàn)代地下隧道監(jiān)測方式，其工作效率、數(shù)據(jù)精度和安全性均有明顯提高，自動化和功能多樣化已成為傳統(tǒng)的監(jiān)測方式。精確度評價和工作穩(wěn)定性實踐表明，現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)性能良好。全站自動監(jiān)測系統(tǒng)以地形為代表，逐漸被傳統(tǒng)的監(jiān)測方法所取代，并在地鐵保護與監(jiān)測工程中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，三維激光掃描技術(shù)已成為高校、科研機構(gòu)及企業(yè)地下隧道監(jiān)控的重點。提高中心軸的精確度和效率，在去除連續(xù)截面的過程中仍是當前應(yīng)用研究的重點。

參考文獻

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[2]張文春，徐正元，張理想， 等.現(xiàn)代測繪技術(shù)在地鐵隧道變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].吉林建筑大學學報，2018，35（2）：25-29.

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