[发明专利]基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地铁隧道变形监测技术，尤其是涉及一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置。 

背景技术

近几十年，迫于城市人口扩张带来的交通压力，我国各大城市都在大力发展地铁隧道的建设，地铁工程从施工开始到竣工，特别是建成后整个运营期间都需要不断地进行变形监测。为了保障地铁运营安全，需实时获取隧道内的沉降、位移、挠度以及轨道平顺性等监测内容，所采用的监测仪器和技术方法也各不相同。目前使用最多的方法为人工测量，主要包括导线测量、几何水准测量等，耗时费力，工作量大，监测数据易受人为因素影响，且无法达到实时获取变形数据的要求，而且一般都需要在半夜地铁停止运营以后才能进入测量；为了解决人工测量的种种弊端，有少部分企业和科研单位也在研究自动化监测的方法，包括静力水准、光纤传感器、自动全站仪等，可以节省大量人工劳力，但这些不同的自动化监测手段都有其各自的优缺点，通常无法兼顾，监测范围有限，而且监测基准点往往随隧道的整体变形而产生变化，往往在实际应用中仍需采用人工监测的方法进行纠正。 

现有的监测技术主要包括以下几种： 

(1)传统人工监测的方法采用导线测量获得待监测点的水平变形量，几何水准测量获得待监测点的沉降信息变化量，而且为了减小人为因素带来的偶然误差，往往需要往返观测，测量进度缓慢，三维变形量无法同时获得，更不能做到实时采集并展示，而且人工测量只能在半夜地铁停止运营后才能进入测量，在实际监测中具有诸多不便和限制。 

(2)静力水准是利用相连的容器中液体寻求相同重力势能的原理，测量和监测参考点彼此之间的垂直高度的差异和变化量，根据传感器工作原理可分为电容式传感器、电感式传感器以及光电式传感器等。静力水准管线路过长时会影响监测系统 的灵敏度，监测点间距最长一般不超过30米，而且要求所监测区域的温度保持一致，否则会有较大的系统误差；还需保证静力水准仪容器的密封性能，防止传压液体在高温挥发成气体，温度下降后，冷凝在容器浮子上，造成测量误差；此外，由于连通器原理以及隧道高程起伏超出水面量测范围时需额外增加一台静力水准仪，以此法进行高程传递，因此误差也随之不断传递累积。 

(3)光纤是光导纤维的简称，是一种重要和常用的波导材料，它利用光的全反射原理将光波能量约束在其界面内，并引导光波沿光纤轴线方向传播。主要的产品包括光纤光栅传感器(FBG)、Michelson干涉光纤传感器(SOFO)、分布式光纤传感系统(BOTDA/R)等。由光纤传感技术获取的主要信息为应变，在地铁隧道监测中应用较多集中于结构裂缝的监测，而对于位移的监测则通常通过结合温度观测量进行推算，目前仍处于研究阶段还未推广应用，且该方法对于光纤的布设通常具有较高的要求。 

(4)自动全站仪也称为测量机器人，是一种能进行自动搜索、识别及精确照准目标并能自动获取距离、角度、三维坐标等测量信息的智能型电子全站仪，是在普通全站仪的基础上集成驱动系统、CCD影像传感器系统、ATR智能照准识别系统等发展而成。其自动目标寻找、智能识别以及精确照准能力都很强，对多个测量目标点可在短时间内完成连续的、重复的观测工作。目前已作为成熟的技术广泛应用于各种自动化测量项目中，如盾构自动引导系统、顶管自动引导系统以及高精度大坝、桥梁自动监测等应用，国内较成熟的自动全站仪监测系统有信息工程大学的InTMoS，同济大学的AMS等。其在隧道监测中由于受到观测视角狭小等限制，无法在基于单台自动全站仪的情况下大范围推广使用，目前只能使用基于单台自动全站仪监测隧道局部变形。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)判断是否首次运行工程，若为是，则新建工程，输入各测站需要监测的参数后执行步骤3)，否则执行步骤2)； 

2)打开已建工程，选择之前保存的数据库文件，同时也可对工程属性内的各参数重新输入调整，执行步骤3)； 

3)配置步骤1)或步骤2)中的各项工程属性参数，执行步骤4)； 

4)在数据线路连接并保证自动全站仪上电完毕后，依次连接各测站对应的串口，系统会自动保留针对各个测站的上次连接配置参数，并执行步骤5)； 

5)管理已知点三维坐标，并执行步骤6)；