设为首页收藏本站

桥梁网

登录  |  注册  |  订阅

搜索
查看: 530|回复: 0

[专题] 在自动监测机器人眼里 安全的隧道这么美 [复制链接]

Rank: 9Rank: 9Rank: 9Rank: 9Rank: 9

最后登录
2019-5-30
威望
0
金钱
166
注册时间
2017-12-18
阅读权限
200
帖子
157
精华
0
积分
438
UID
522257
yaqin 发表于 2018-11-12 09:53:37 |显示全部楼层 |          |
一键分享 一键分享

​​编者按

如今,地铁已经成为现代城市的交通命脉,其安全性直接关系到广大乘客的生命安全,时刻受到全社会的高度关注。但因城市建设的需要,不可避免的会在已建地铁隧道附近进行各种各样的施工活动,其中包括建筑基坑的开挖,因此地铁隧道的结构安全监测至关重要。

0 G) K2 x2 Z: Y- [$ r

随着科学技术的发展,自动化监测、智能监测已经成为有效控制隧道施工安全、运营安全的重要手段和发展方向。尤其是在光线昏暗、能见度低的隧道之内,人们肉眼看到是漫长、黑暗、冰冷,仿佛永无止境;而通过监测机器人、三维激光激光扫描等技术,我们可以通过多种视角,直观地看到隧道的三维情况,了解各监测点的变形数据。与此同时,我们在监控显示器中看到的不仅是带有温暖颜色的隧道,更能感受到一份稳稳的安全。

! ]" }8 V" t5 ^  W; D( {

地铁隧道结构安全监测的目的主要有——

1.及时发现安全隐患、避免发生突发安全事故;

2.掌握隧道结构变形现状及趋势,信息化指导施工;

3.了解隧道结构长期变形规律,积累工程经验。


$ z$ H# j8 W% O  r2 A' r

需要进行地铁隧道监测的两种情况——

1.新建地铁线路上跨、下穿、平行近接既有运营地铁线路;

2.在既有运营地铁安保区范围内进行各种施工。


: ]# u& I& \/ _, s) W

3 k) Q- g1 }% r2 |2 k

测量机器人自动化监测技术

2 K" h8 J2 m* h8 u7 Y

自动化监测系统构成

自动化监测系统由五部分组成:测量机器人、监测站、控制计算机房、基准点和变形观测点。远程计算机通过因特网控制中继站计算机,可远程监视和控制监测系统的运行。系统在无须操作人员干预条件下,实现自动观测、记录、处理、存储、变形量报表编制和变形趋势显示等功能。下面分别予以介绍监测系统的组成:


" v) t. P/ |3 b# |

1.测量机器人

由徕卡公司推出的TS(TM)系列全站仪,是采用马达驱动和软件控制的TPS(Total station Positioning system)系统,它是智能型全站仪结合激光、通讯及CCD技术,集自动目标识别、自动照准、自动测角、自动测距、自动跟踪目标、遥控、自动记录数据于一体的测量系统。TCA、TS系列智能全站仪又称“测量机器人”,它以其独特的智能化、自动化性能应用于地铁变形监测中,使用户轻松自如地获取变形观测数据,及时进行监测预报。目前主要采用的是徕卡自动全站仪TS50,该仪器的测角精度为0.5″,测距精度为0.6mm+1ppm。

6 q6 x* O' d" d& _' `: K

图1 监测机器人


! |% t  A7 H6 t5 r! x( m9 S

2.监测站

根据现场条件,选择自动变形监测系统的监测站。监测站需在隧道壁上架设观测装置,安置测量机器人,并保证有较好的通视条件。监测站应配备监测通讯模块、不间断UPS电源、气象感应器。监测站的通讯模块根据隧道内的通信信号,选择采用中国移动GPRS接入互联网,或采用中国联通CDMA接入互联网。进行观测时,监测站接受来自控制中心的指令自动开启仪器进行监测,并将监测数据通过互联网实时传输回控制中心,控制中心根据监测质量发出指令进行重测或补测。同时监测站的气象感应器能实时感应气温、气压、湿度,并将感应数据传输到控制中心,以便控制中心,进行数据的改算、修正。


  A2 y8 h7 ], Z7 i7 q

远程通讯模块组成如图2所示。


# ~! y" y+ U& k. T+ [' o

图2 远程通讯模块组成

# O& F0 a' Q8 V! v

3.控制计算机房

控制计算机房一般选设在办公室,有较好的供电,能够和互联网相连等条件。机房内的计算机通过互联网和监测站全站仪相联。在控制机房通过互联网和通讯模块相连,能实时了解监测站全站仪的运行情况。


! {* v3 H# C/ Q$ K

控制计算机房是本系统的控制中心,通过互联网和全站仪连接,利用安装在计算机中的系统控制软件,实现整个监测过程的全自动化。控制软件采用GeoMoS Monitor5.1智能全站仪自动变形监测软件,根据用户设置的每天各周期测量开始时间、监测顺序、监测方法,自动启动测量过程。

+ `, o6 `4 H& q1 ]; [

在测量过程中,自动判断各测回内和测回间的测量结果是否超限,如果出现目标遮挡(如列车驶过的遮挡),系统自动进行合理等待处理,通过对测量结果是否超限的判断和处理,大大提高了测量结果的精度。每周期自动测量结束后,系统自动解算各观测点三维坐标的周期位移量,并将观测数据、周期平差数据、位移量等,存储在Microsoft Access 数据库中,实现数据的快速存储、检索、实时显示和输出。


' `6 z$ \! S6 j- B) x1 i

GeoMoS Monitor 5.1系统软件提供位移曲线的图形显示功能,可以浏览和输出各点的三维坐标位移量随时间的变化线,也可以浏览和输出某一周期三维坐标位移量随点位分布的变化曲线,同时自动生成基于Microsoft Word格式的监测数据报表。监测数据报表包括各点各周期的三维变形量的变化值和累加值报表,以及各周期的前两位累加变形值报表。


; N/ q0 `. p4 y; H: g+ r. o

图3 监测控制中心实景

3 z3 k6 S" }  [( p2 v4 G

4.基准点

基准点必须设在变形区以外,并且要满足观测精度的要求。故在变形区域外的地方埋设至少三个稳定的基准点。一般用徕卡圆棱镜作为基准点标志,将棱镜固定在基坑影响范围外的隧道壁上。

% H( u3 ]9 S9 E( N2 I9 i0 `  j4 R

5.变形观测点

根据实际需要,在地铁隧道变形区域内,每隔若干距离布设一个观测断面,观测断面上的每个观测点上安置一个对准监测站的L形棱镜。


, q5 h$ [# P. ^0 |

棱镜作为观测标志,利用膨胀螺丝将其固定在隧道壁及道床上,棱镜能被测量机器人自动识别、精确照准和测量。基准点与变形观测点布设顾及仪器的角度观测最小分辨率,保证每个棱镜都能观测到。

) }4 u( |, L  d0 y& V" X! k

图4 隧道内变形点布设示意图(右图中黄色光点为棱镜)


6 s" @- q4 H# C) d% c: T& `7 j

自动化监测的实现

自动监测系统的实现如图5所示:
& p1 r( Q* n6 k6 Z& z0 Z* d# x' O

首先在隧道内布设好基准网、变形观测点、监测站,调试好通讯网络,各模块和子系统工作正常后即可开始工作。首先由远程计算机通过互联网向监测站发出指令,监测站接受指令后依次进行基准点稳定性监测和变形点监测,并将监测数据和气象感应数据传回控制计算机,数据处理系统自动将监测数据进行改正,并判断监测数据质量。如质量合格结束观测,监测数据质量不合格发出指令进行重测和补测。


9 i7 t. R0 A' |8 r1 M) \

图5 自动监测系统工作示意图


( Y3 ~$ \& @4 d/ ?1 i' S$ s: r

自动化监测数据处理

为了充分发挥TS50智能全站仪的优越性,减少作业人员的工作量,测距时不进行温度和气压的测定,直接得到变形点的三维坐标。采用极坐标法进行施测,然后对施测结果进行差分处理。即:按极坐标的方法测量测站点(基准点)至其他基准点和变形点的斜距、水平角和垂直角,将测站点至具有代表性气象条件的基准点测量值与其基准值(基准网的测量值)相比,求得差值。由于变形观测采用同样的仪器和作业方法,并且基准点均埋设在稳定地段,认为基准点是稳定的,故将这一差值认为是受外界条件影响的结果。每站观测可以在短时间内完成,并且是基准点和变形点同时观测,可以认为外界条件对基准点和变形点的影响是相关的,可把基准点的差异加到变形点的观测值上进行差分处理,计算变形点的三维位移量。
& `0 E1 n& S! x& B5 n( b# s9 T

& l6 D2 D" e. D7 \. ~9 y; ]& C" C% g

变形点三维坐标和变形量的计算:

按极坐标计算公式可准确求得每周期各变形点的三维坐标。

自动化监测数据的展示与共享
+ u/ t, `- U) y8 ~- }1 J

1.实时监测模式展示
/ i) Z; f: v6 k

对于注浆加固期间、下穿上跨既有隧道时,一般需要启用实时监测模式,一般两小时作业测一次数据,系统自动计算并展示各监测点变形时程曲线,超限自动报警。

* `; N* h# ^" f: d

2.信息化管理平台展示

海量的监测数据没有得到统一管理和共享,给数据的查找、检索和使用带来不便;当出现管理人员变更时数据交接容易出现疏漏;监测数据的发布不能及时通过相关人员审核,易造成误报、错报;重大监测项目涉及监测范围广,需管理的监测仪器较多,数据处理工作量大,监测报告编制整理费时费力,影响工作效率及监测信息的及时反馈。

( T/ ?3 T  B( T/ F: k& `

针对以上问题,市政院研究开发了监测项目信息管理平台,该平台能够实现数据的统一管理、报告自动生成、审核流程自动化等主要业务功能。该系统的成功开发和应用不仅能解决上述的难题,而且能将专业技术人员从大量的、文档性质的工作中解放出来,有时间做更多专业的事情,提高项目组的整体工作效率。


4 g8 j! M- B2 q1 R0 ~% h. \

监测项目信息管理平台的主要特点如下——

①全面掌握项目明细,定位项目所在位置;

②构架清晰,监测内容一目了然;

③快速录入数据,实现数据的实时共享;

④自动整编,方便快捷;

⑤自动生成各种曲线;

⑥自动生成报告,并实时共享;

⑦趋势预测,自动报警。

; \; l: h$ c0 n& J5 ^

三维激光扫描技术

+ o+ |! s% T8 t9 q& @

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术。它是利用激光测距的原理,记录被测物体表面大量密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息。结合计算机视觉与图像处理技术,将其扫描结果直接显示为点云(pointcloud:无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果),可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉。因此,三维扫描技术在测绘领域被誉为“继GPS技术之后的一次技术革命”。


, l' _3 O7 ]1 t& ^. ?8 G

作为测绘领域里的高新技术,三维激光扫描技术已经广泛应用于文物保护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等领域。地铁集团引进这项技术,目的是为了更好地了解隧道的现状信息,判断隧道的健康状况,从而确保地铁隧道的安全运营。

6 j8 l$ i( _1 c5 s: Z8 @0 W) m

图6 徕卡 ScanStation P40新一代超高速三维激光扫描仪


& E, j! Y3 p+ J7 V* b7 D

三维激光扫描的应用有以下特点:

1.隧道扫描结果可以记录隧道的真实状态,直观地展现隧道三维情况,通过多种视角的呈现,给人身临其境的感觉。


7 t% L7 D" U0 D1 l1 u8 C2 z

图7 深圳地铁1号线某区段扫描结果整体视角图

2 y* S; f5 ?: D8 T; ?* A2 Y( n

图8 深圳地铁1号线某区段扫描结果内部视角图

0 P% W7 \8 }+ ?+ ?$ f6 s

2.可以记录隧道的缺陷信息,并可以进行量化,如标注渗水区域或破损区域的面积等等。

. G$ j* S3 Z: d5 Q& g

3.通过扫描隧道结构获得的点云信息,与隧道设计值进行比较,可以得知隧道结构与设计图纸的偏差。通过对比不同时期的两次隧道扫描结果,也可以得知隧道结构在此期间的变形情况。


) I- G, O. U9 Y2 t0 Q

图9 隧道结构的变形情况

2 L' \. C! }6 q$ @$ ]; Q3 a

图10 隧道净空水平最大宽度实测曲线图

& j, m) t0 ^$ l# P& |

4.利用三维点云图可以直观展示隧道监测点的变形数据——利用三维点云图作为数据载体,可直观显示各个监测点的变形数据。


4 b) y% Z' |5 J' f! d; f6 _

图11 各个监测点的变形数据

) @& K; t4 C2 {2 x4 N# \" U7 z

5.三维点云数据可发布为IE浏览器格式,即使没有专业软件,也可以进行信息查询。

2 `3 ~" N4 m2 a( g# \

隧道收敛实时监测技术


, l0 W  v" r0 ^! G' f1 Z3 C

深圳市政院自行研发了一套运营隧道自动实时断面监测系统(已经获得实用新型专利,专利号: ZL201620701032.9),该系统提供一种地铁运营隧道实时变形监测装置,包括:激光测距仪主机,用于测量隧道断面的宽度;控制与传输设备,用于接收远程指令、控制激光测距仪并自动发送数据至远程数据服务器;数据服务器,用于存储与管理数据;应用端控制分析软件,用于发送控制指令及数据分析显示。其中,激光测距仪和控制与传输设备可形成一体,传输数据采用移动2G/3G/4G信号,应用端控制分析软件可安装在电脑或手机上。可通过手机访问显示实时监测数据,最高5秒钟采集一次数据,特别是在注浆加固期间非常实用,可及时指导注浆参数的调整。

1 q% M" F  H2 ~% [5 d. ~, O

该设备目前在深圳前海几个项目中已经推广使用,如前海交易广场项目、桂庙路快速化改造工程项目、5号线南延线桂湾站项目,实时监测隧道水平收敛情况,有效控制了隧道的运营安全和结构安全。


作者 / 余海忠 王天孝 曾奇

作者单位 / 深圳市市政设计研究院有限公司

6 N. T: `) E) `
百度谷歌雅虎搜狗搜搜

举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册



常务理事单位        

武汉一冶钢结构有限责任公司
北京市市政工程研究院
江苏沪宁钢机股份有限公司
中交第二公路工程局有限公司
无锡路桥集团有限公司
林同棪国际(中国)工程咨询有限公司
北京城建道桥建设集团有限公司
山东高速集团有限公司
上海市城市建设设计研究总院
湖北省交通规划设计院
四川省交通厅公路规划勘察设计研究院
四川公路桥梁建设集团有限公司
广东省长大公路工程有限公司
武桥重工集团股份有限公司
贵州桥梁建设集团有限责任公司
中交第三公路工程局有限公司
湖南省交通规划勘察设计院
中国船级社实业公司
北京中交桥宇科技有限公司
江苏法尔胜新日制铁缆索有限公司
华杰工程咨询有限公司
北京建达道桥咨询有限公司
天津市市政工程设计研究院
广州市市政工程设计研究院
贵州省公路工程集团有限公司
中铁大桥勘测设计院有限公司
上海市市政规划设计研究院
中交第二公路勘察设计研究院有限公司
武汉二航路桥特种工程有限公司
深圳市市政设计研究院有限公司
江阴大桥(北京)工程有限公司
广西交通规划勘察设计研究院
河南省桃花峪黄河大桥投资有限公司
江苏省交通工程集团有限公司
天津城建设计院有限公司
同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司
合诚工程咨询股份有限公司
广州交通投资集团有限公司
上海公路桥梁(集团)有限公司
中交第一公路勘察设计研究院有限公司
天津市路驰建设工程监理有限公司
天津二十冶建设有限公司
湖南路桥建设集团有限责任公司
上海隧道工程股份有限公司
山东高速路桥集团股份有限公司
安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司
衡水益通金属制品有限责任公司
武汉市市政建设集团有限公司
郑州新大方史托克机械设备有限公司
江苏宏远科技工程有限公司
汇通路桥建设集团有限公司
交通运输部公路科学研究院
江西省交通设计研究院有限责任公司
中铁十二局集团第四工程有限公司
山西省交通科学研究院
四川省交通运输厅交通勘察设计研究院
大连理工大学桥隧研发基地
中铁山桥集团有限公司
西安方舟工程咨询有限责任公司
陕西旭泰交通科技有限公司
江苏扬子大桥股份有限公司
港珠澳大桥管理局
上海振华重工(集团)股份有限公司
四川西南交大土木工程设计有限公司

理事单位        

行业相关机构        

媒体链接        

行业链接        

回顶部