【技术专栏·第二期】测量机器人在地铁隧道自动化监测中的应用

当前，我国城市轨道交通迅速发展，地铁运营线路长度呈现高速增长态势，临近的施工活动可能会对地铁隧道的安全性和稳定性产生不利影响，如地铁隧道结构的变形、沉降等，因此，对地铁隧道实施保护监测显得尤为重要。

创新与发展｜自动化监测

传统的地铁隧道变形监测方法主要依赖于人工测量，存在着人力成本高、监测频率低、数据获取困难等问题，无法满足地铁隧道保护的实时监测需求，而自动化监测系统能够实时、连续地监测地铁隧道的变形情况，并提供准确可靠的数据。通过自动变形监测系统能够及时发现异常变形情况，进而采取相应的措施进行修复和加固，从而提升地铁隧道的安全性和可靠性。

01.测量机器人

测量机器人是一种具有高度智能化的现代测量仪器，通过对目标进行自动识别、照准与读数，使测量过程便利化，增强其稳定性。在短时间内实现对多个测量目标点持续且重复地观测，极大提升了测量效率。

徕卡TS50技术参数 

自动化监测工作基站

02.监测点布设

根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）要求，地铁区间隧道保护监测项目主要内容有：

①道床沉降监测：地铁道床沉降监测是一项长期、周期性、高精度的工作，通过分析道床沉降情况，判断地铁结构的安全状态，及时发现问题并采取相应措施，对保证运营安全具有重要意义。

②拱顶沉降监测：隧道的水平位移对于隧道结构和列车运行安全至关重要。通过对水平位移的监测，能及时发现隧道结构的变形，从而及时采取修复措施，确保列车安全运行。

③相对收敛监测：隧道管片是构成隧道的重要组成部分，其结构的稳定性直接关系到隧道的安全运行。通过监测隧道管片的变形情况，能及时发现管片结构的变化，预警可能出现的问题，及时采取修复和加固措施，确保隧道的安全性。

监测点位布置示意图如下图所示：

地铁隧道内的监测点采用L型直角连接件配小规格反射棱镜，用膨胀螺丝及植筋胶锚固在监测位置的侧壁或道床上，棱镜反射面指向工作基站。

区间隧道监测点现场图

03.自动化监测系统

自动化监测系统集测量机器人、无线控制器等于一体，其主要通过对隧道内仪器设备进行远程控制来采集测点的监测数据自动计算变形结果，并实时显示当前的测量信息。

自动化监测工作流程图

04 监测数据远程获取与处理

①测取初始值：施工前，由人工操作机器人首次观测各监测点。随后，自动化系统采集3天数据，取平均值作为初始值。

②自动化监测：通过操作自动化监测处理系统软件，按照设定的观测方案和限差，控制测量机器人对基准点和监测点进行测量。

③数据自动处理：系统实时处理观测数据，获取坐标值，并通过软件自动进行不同时间段数据的平差处理。

数据平差界面

④报表输出：系统根据平差后的数据，可以按照一定的格式进行数据输出。以下为输出成果界面：

应用｜特点与优点

· 系统可实现24小时无人自动监测，即使在列车运行中也能进行自动监测，有效节省人力并确保地铁安全运营。

· 建立高精度基准点，采用实时差分式测量，可减少误差，显著提升测量精度。

· 简化气象等附加设备，为系统在计算机控制下实现全自动、高可靠的变形监测创造有利条件。

· 实时进行数据处理、数据分析、报表输出及提供图形等。

· 利用手机通讯远程监控，自动报警。

· 短时间内同时求得被测点位三维坐标，根据监测方案的要求作全方位预报。

近年来，公司积极引进徕卡测量机器人及配套的自动化数据采集系统，成功攻克了地铁运营封闭时段无法实时且连续采集监测数据的难题。与传统监测方法相比，自动化监测具有显著优势，不仅提升了工作效率，还大大降低人力和时间成本。此外，自动化监测系统能够在各种复杂环境中稳定运行，为地铁运营的安全性和可靠性提供有力保障。