本發(fā)明涉及地鐵盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體而言是已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口越來(lái)越多，這給城市交通帶來(lái)了巨大的壓力，傳統(tǒng)地面交通難以滿足日益增多的城市人口出行需要，作為軌道交通的地鐵成為目前各大城市大力建設(shè)的新交通方式。地鐵出行固然方便快捷，能很大程度上緩解城市交通問(wèn)題，但地鐵作為地下建筑，其構(gòu)筑物在復(fù)雜的土工環(huán)境下容易受到土的擠壓，產(chǎn)生形變，帶來(lái)一系列安全隱患問(wèn)題。已運(yùn)營(yíng)的地鐵線路更為尤甚，一方面，已通車地鐵線路環(huán)境封閉，構(gòu)筑物變形難以實(shí)時(shí)量化；另一方面，由于運(yùn)營(yíng)行車，一旦地鐵隧道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，后果不堪設(shè)想。尤其在我國(guó)地鐵建設(shè)尚屬發(fā)展中階段，更應(yīng)注重已建已運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的長(zhǎng)期安全使用問(wèn)題。

現(xiàn)代地鐵隧道數(shù)量多、區(qū)間跨度長(zhǎng)，并且隨著城市化的推進(jìn)，地鐵沿線的地塊成為房地產(chǎn)業(yè)的必爭(zhēng)之地，而在地鐵沿線進(jìn)行工程建設(shè)，勢(shì)必對(duì)地鐵柔性的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)有所影響，而且此類房建項(xiàng)目往往需要開挖較大規(guī)模的基坑，對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的影響范圍較大。因此，針對(duì)此類近地鐵工程項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)位移影響，研究一種已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相當(dāng)重要。

由于已運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)隧道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，封閉通車時(shí)間長(zhǎng)，因此有必要開發(fā)一套針對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)及其測(cè)試方法。本發(fā)明正是基于這一目的，利用物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸技術(shù)，將多個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)，進(jìn)而全天候24小時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)地鐵盾構(gòu)隧道各個(gè)節(jié)點(diǎn)的變形情況，得知整個(gè)地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的變形情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服地鐵軌行區(qū)光線微弱、揚(yáng)塵厚重、通車危險(xiǎn)、人工作業(yè)時(shí)間有限等不適合人工監(jiān)測(cè)的難點(diǎn),本發(fā)明提供了一種全自動(dòng)、穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的基于物聯(lián)網(wǎng)的已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其測(cè)試方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及測(cè)試方法，包括位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站、監(jiān)測(cè)棱鏡和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程主機(jī)。所述位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站由位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人、強(qiáng)制對(duì)中托架、電源通信箱、隧道內(nèi)已有220V電源及相關(guān)電纜線組成；所述監(jiān)測(cè)棱鏡包括L形小棱鏡和后視圓棱鏡，所述L形小棱鏡分別安裝在地鐵的軌道板及襯砌，所述后視圓棱鏡上下錯(cuò)開安裝在襯砌處。位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站通過(guò)后視圓棱鏡建立球坐標(biāo)系作為監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，并基于控制網(wǎng)坐標(biāo)實(shí)時(shí)測(cè)量L形小棱鏡坐標(biāo)變化；所述位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人與電源通信箱內(nèi)的通訊模塊相連，所述通訊模塊將實(shí)時(shí)球坐標(biāo)無(wú)線反饋至計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端，所述計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端包括：

動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊，可用于遠(yuǎn)程控制位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的測(cè)量作業(yè)，亦可核查比對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)棱鏡的坐標(biāo)位置；

變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析模塊，用于將位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人測(cè)量的球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)，并按時(shí)間順序整理存儲(chǔ)。

進(jìn)一步，所述電源通信箱包含一個(gè)通訊模塊、一個(gè)通訊模塊電源適配器、一個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人電源適配器及其相應(yīng)電纜線；所述位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人包含一臺(tái)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人主機(jī)與一枚360°棱鏡。

再進(jìn)一步，所述通訊模塊包含工作指示燈、RS232數(shù)據(jù)接口、外部電源適配器接口、數(shù)據(jù)發(fā)射天線與SIM卡插槽。

一種已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試方法，包括如下步驟：

(1)于地鐵盾構(gòu)隧道區(qū)間內(nèi)，按需要的數(shù)量安裝多個(gè)可形成通視的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站；

(2)依據(jù)需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)斷面的劃分，一側(cè)共2個(gè)基準(zhǔn)后視斷面，每個(gè)基準(zhǔn)后視斷面布設(shè)錯(cuò)開的2個(gè)后視圓棱鏡；每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)4個(gè)L形小棱鏡；

(3)第一次測(cè)量采集的初始值對(duì)整個(gè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)尤為重要。而第一次采集也必須由人工依次操作位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人采集后視圓棱鏡坐標(biāo)，繼而建立監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，進(jìn)行多個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)，再采集所有L形小棱鏡坐標(biāo)；

(4)導(dǎo)入第一次人工采集的坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊與隧道內(nèi)通訊模塊的網(wǎng)絡(luò)連通，達(dá)到實(shí)時(shí)控制位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人監(jiān)測(cè)的目的，而后續(xù)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人監(jiān)測(cè)成果也經(jīng)由通訊模塊發(fā)送至計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端；

(5)通過(guò)變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析模塊，查看經(jīng)過(guò)自動(dòng)換算的監(jiān)測(cè)小棱鏡坐標(biāo)。變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析模塊可以將位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人反饋得到的監(jiān)測(cè)小棱鏡水平角、豎直角及斜距等球坐標(biāo)換算為三維坐標(biāo)；

(6)將得到的模塊自動(dòng)換算的三維坐標(biāo)進(jìn)行人工換算成各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的指標(biāo)數(shù)值，所述監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括道床沉降、道床差異沉降、隧道水平位移、隧道水平收斂。

本發(fā)明中，基于物聯(lián)網(wǎng)及多個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的聯(lián)合作業(yè)實(shí)現(xiàn)地鐵位移測(cè)量測(cè)試，位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人對(duì)固定在盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的棱鏡進(jìn)行球坐標(biāo)的測(cè)量并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，將測(cè)量的球坐標(biāo)反饋至計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端進(jìn)行分析比對(duì)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)適應(yīng)地鐵軌行區(qū)復(fù)雜的環(huán)境需求，并能全天候?qū)崟r(shí)反饋信息，而位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的測(cè)量技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊，精確度高的特性，二者結(jié)合能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，而設(shè)置多個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，極大的加大了有效監(jiān)測(cè)的范圍，能完美的掌控已運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)隧道的軌行區(qū)位移變形，應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：(1)測(cè)試場(chǎng)地不需要人員駐守，為自動(dòng)化測(cè)量；(2)通過(guò)多個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的聯(lián)合作業(yè)有效測(cè)量長(zhǎng)度大，涵蓋多個(gè)傳統(tǒng)位移測(cè)量項(xiàng)目；(3)多點(diǎn)測(cè)量，點(diǎn)組位移組合比對(duì)可以分析得出整個(gè)地鐵盾構(gòu)隧道的位移變化；(4)本地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)劃測(cè)量任務(wù)、即時(shí)測(cè)量任務(wù)等方式對(duì)地鐵隧道進(jìn)行多點(diǎn)位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以全天候、長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的位移狀況。

附圖說(shuō)明

圖1為地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理示意圖。

圖2為位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站在地鐵盾構(gòu)隧道的安裝布局示意圖。

圖3為位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站的電源通信箱結(jié)構(gòu)布局示意圖。

圖4為通訊模塊各部件示意圖

圖5為位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)三維空間通視示意圖。

圖6為位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)后視圓棱鏡通視示意圖。

圖7為地鐵盾構(gòu)隧道的監(jiān)測(cè)小棱鏡斷面布置示意圖。

圖8為地鐵盾構(gòu)隧道軌行區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)棱鏡及位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站設(shè)置安裝位置平面示意圖。

圖9為本發(fā)明的已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試方法操作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖9，一種已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站、監(jiān)測(cè)棱鏡和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程主機(jī)。所述位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站由位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人1、強(qiáng)制對(duì)中托架2、電源通信箱3、隧道內(nèi)已有220V電源4及相關(guān)電纜線組成；所述監(jiān)測(cè)棱鏡包括后視圓棱鏡5和L形小棱鏡6，所述L形小棱鏡6分別安裝在地鐵的軌道板及襯砌，所述后視圓棱鏡5上下錯(cuò)開安裝在襯砌處。位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站7、8、9通過(guò)后視圓棱鏡5建立球坐標(biāo)系作為監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，并基于控制網(wǎng)坐標(biāo)實(shí)時(shí)測(cè)量L形小棱鏡6坐標(biāo)變化；所述位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人與電源通信箱3內(nèi)的通訊模塊3-a相連，所述通訊模塊3-a將實(shí)時(shí)球坐標(biāo)無(wú)線反饋至計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端，所述計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端包括以下內(nèi)容：

動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊10，可用于遠(yuǎn)程控制位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的測(cè)量作業(yè)，亦可核查比對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)棱鏡的坐標(biāo)位置；

變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析模塊11，用于將位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人測(cè)量的球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)，計(jì)算道床沉降值、差異沉降值、隧道水平位移、隧道收斂值，并按時(shí)間順序整理存儲(chǔ)。

進(jìn)一步，所述電源通信箱包含一個(gè)通訊模塊3-a、一個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人電源適配器3-b、一個(gè)通訊模塊電源適配器3-c及其相應(yīng)電纜線；所述位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人包含一臺(tái)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人主機(jī)與一枚360°棱鏡。

如圖1所示，地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理如下：動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊10向電源通信箱3內(nèi)的通訊模塊3-a無(wú)線發(fā)送測(cè)量命令；通訊模塊3-a再轉(zhuǎn)發(fā)命令至互相聯(lián)合的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人1開始測(cè)量作業(yè)；位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人1通過(guò)作為基準(zhǔn)點(diǎn)的后視圓棱鏡5建立控制網(wǎng)；再對(duì)所有作為測(cè)量點(diǎn)的L形小棱鏡6進(jìn)行測(cè)量；測(cè)得的所有監(jiān)測(cè)棱鏡坐標(biāo)有線傳回通訊模塊3-a；再通訊模塊3-a無(wú)線發(fā)送至動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊10，變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析模塊11接收動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊10轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫(kù)的所有棱鏡坐標(biāo)，換算分析盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)位移。

圖2為位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站于盾構(gòu)隧道逃生平臺(tái)12側(cè)的安裝布局示意圖。圖中位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人1依靠強(qiáng)制對(duì)中支架2固定于盾構(gòu)隧道側(cè)壁襯砌13，電源通信箱3就近安裝固定于強(qiáng)制對(duì)中架下方。所述電源通信箱3上端穿出一根位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人專用電源信號(hào)線纜與位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人1相連；下端穿出一根220V電源線纜與隧道內(nèi)本就存在的電源控制箱4接通。

進(jìn)一步，所述強(qiáng)制對(duì)中支架一般跨裝于地鐵盾構(gòu)隧道逃生平臺(tái)12側(cè)的扶手14之上，該處能與其他位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人1或監(jiān)測(cè)后視圓棱鏡5形成較好的通視。

圖3為圖2中電源通信箱3的內(nèi)部線路連接示意圖。如圖3所示，為便于圍護(hù)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人，僅穿出一根電源與RS232信號(hào)電纜二合一的Y形電纜線與位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人連接，所述Y形電纜線一端與位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人相連，一端與通訊模塊3-a的RS232數(shù)據(jù)接口3-a-4相連，一端與位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人外部電源適配器3-b相連，所述外部電源適配器3-b與電源通信箱3的電源插座3-d相連。所述通訊模塊3-a除去與Y形電纜的RS232數(shù)據(jù)互通外，也采用獨(dú)立的電源適配器3-c，所述外部電源適配器3-c與電源插座3-d相連，電源插座3-d穿出一根電壓220V的通電線路與電源控制箱4接通。

圖4為通訊模塊各部件示意圖。如圖所述通訊模塊3-a包含數(shù)據(jù)發(fā)射天線3-a-1、SIM卡插槽3-a-2、工作指示燈3-a-3、RS232數(shù)據(jù)接口3-a-4與外部電源適配器接口3-a-5。

進(jìn)一步，通訊模塊所用入網(wǎng)通道與其內(nèi)插的SIM卡的運(yùn)營(yíng)商一致，建立通訊時(shí)，其工作指示燈3-a-3為紅色。

再進(jìn)一步，當(dāng)通訊模塊所處環(huán)境在非地鐵正線的車站，如地鐵停車場(chǎng)，一般處于地下而又沒有通訊運(yùn)營(yíng)商的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站，無(wú)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無(wú)法建立與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)段的通訊連接，可使用RS232/RS484/光纖的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊作為中介，將通訊模塊脫離位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站，有線連接至有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的地鐵正線。

圖5、6為位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)通視示意圖。如圖所示，相鄰位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站必須安裝在對(duì)側(cè)，否則無(wú)法形成通視，即無(wú)法進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)。

進(jìn)一步，每臺(tái)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人主機(jī)上安裝一枚360°棱鏡，使相鄰位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人可以進(jìn)行互相測(cè)量位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站坐標(biāo)。兩側(cè)端頭的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站7、9坐標(biāo)由單側(cè)的監(jiān)測(cè)后視圓棱鏡5與相鄰的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站8的坐標(biāo)平差計(jì)算得到；非端頭的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人8則通過(guò)測(cè)量相鄰的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站7、9的坐標(biāo)進(jìn)行平差計(jì)算得到。

圖7為按需求劃分的監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)L形小棱鏡的布置圖，其中圖7(a)為用于水平收斂監(jiān)測(cè)的L形小棱鏡放置位置示意圖，圖中15-1、15-2、15-3分別代表三種相對(duì)應(yīng)量測(cè)的盾構(gòu)襯砌上小棱鏡位置的放置方式，且15-1、15-3兩連線偏離中心水平線約±5°；圖7(b)為用于沉降監(jiān)測(cè)的L形小棱鏡放置位置示意圖，圖中16-1和16-2指的是兩種布設(shè)監(jiān)測(cè)L形小棱鏡于軌道一側(cè)20cm道床板上的放置方式。

進(jìn)一步，監(jiān)測(cè)L形小棱鏡采用內(nèi)膨脹螺絲打孔固定于混凝土結(jié)構(gòu)上。

再進(jìn)一步，監(jiān)測(cè)L形小棱鏡必須安裝在能與位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站通視的位置。

更進(jìn)一步，在長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)L形小棱鏡會(huì)在地鐵軌行區(qū)的環(huán)境下積灰，需要定期用擦鏡紙擦拭。

圖8為地鐵盾構(gòu)隧道軌行區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)棱鏡及位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站設(shè)置安裝位置平面示意圖，本圖中的L形小棱鏡布設(shè)較為稀疏，僅作參考。7表示監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站7在軌行區(qū)的點(diǎn)位，8表示監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站8在軌行區(qū)的點(diǎn)位，9表示監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站9在軌行區(qū)的點(diǎn)位。如圖，位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站平均相間分布于有效監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)，相互間隔為120米；監(jiān)測(cè)L形小棱鏡于有效監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)緊密布置，間隔為6米；監(jiān)測(cè)后視圓棱鏡與監(jiān)測(cè)L形小棱鏡間隔15米，兩個(gè)監(jiān)測(cè)后視圓棱鏡間相隔15米，布置于監(jiān)測(cè)區(qū)域兩端；監(jiān)測(cè)后視圓棱鏡與首個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人之間距離為120米。

一種已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試方法，結(jié)合圖9，所述測(cè)試方法包括如下步驟：

(1)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人TM50工作站安裝位置應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)范圍、通視情況等進(jìn)行實(shí)地選擇，盡量避免安裝在疏散平臺(tái)側(cè)，如遇隧道轉(zhuǎn)彎影響通視時(shí)可安裝在疏散平臺(tái)側(cè)。位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站選定位置必須離線路中心線的距離不小于1700mm，保證不影響行車安全。位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站的高度選擇在盾構(gòu)隧道中腰水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)上方60cm左右位置(根據(jù)計(jì)算，從位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站至相鄰變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最小視線夾角約12′)，可保證儀器最小視場(chǎng)角，便于位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人容易自動(dòng)尋找目標(biāo)。位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站單線設(shè)置兩個(gè)，疏散平臺(tái)側(cè)與逃生通道側(cè)各設(shè)置一處位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站，且形成通視，若根據(jù)實(shí)際要求，需要設(shè)置的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站超過(guò)2個(gè)，則確保相鄰位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站形成通視。設(shè)置位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站時(shí)，先在上述位置安裝強(qiáng)制對(duì)中托架，然后再固定儀器。強(qiáng)制歸心架以角鋼預(yù)制，配成品強(qiáng)制對(duì)中盤，托架用膨脹螺絲錨固在隧道壁。由于儀器托架需要至少4枚膨脹螺絲固定，為防止沖擊鉆打孔遇鋼筋阻礙，形成廢孔，造成對(duì)隧道襯砌的損傷。故采用鋼筋位置測(cè)試儀，提前探測(cè)出鋼筋位置，以便合理選取打孔位置，一次成孔。

另外，出于對(duì)地鐵行車的保護(hù)及規(guī)范管理，對(duì)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站安裝提出以下要求：

a、強(qiáng)制歸心架、外部電源箱需要采用黃黑膠帶粘貼，膠帶粘貼時(shí)應(yīng)保持外觀整潔、美觀；

b、電源通信箱上需要貼上標(biāo)志牌；

c、電源通信箱通往位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的電纜綁扎需加強(qiáng)固定，防止脫落；

d、如位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站安裝在地鐵軌行區(qū)疏散平臺(tái)側(cè)，電纜線應(yīng)當(dāng)從扶手欄桿內(nèi)側(cè)穿出連接至位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人，并與強(qiáng)制歸心架固定；連接電源通信箱與220V電源控制箱的電源線應(yīng)獨(dú)立固定在逃生平臺(tái)下部的電纜支架上，并與隧道原有線纜保持一定距離，不能鋪設(shè)在逃生平臺(tái)與管片側(cè)縫隙里；

e、如位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站安裝在消防水管側(cè)，連接外部電源箱與220V電源控制箱的電源線需橫穿道床，電源線保護(hù)管應(yīng)采用硬塑管并從道床施工縫處橫穿，硬塑管應(yīng)與道床、管片采用管筘或快干水泥固定，保證電源線不凌空；

f、采用沖擊鉆鉆孔時(shí)應(yīng)采取措施保證成孔利用率，盡量避免產(chǎn)生廢孔；對(duì)于廢孔應(yīng)采用防火泥或快干水泥進(jìn)行封堵，并保證外觀整潔、美觀；

g、為避免應(yīng)廢棄膨脹螺絲螺桿突出，而要進(jìn)行的切割作業(yè)，一律采用內(nèi)膨脹的膨脹螺絲

(2)嚴(yán)格依據(jù)劃分的監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面棱鏡的布設(shè)位置按圖7要求安裝，其中水平收斂監(jiān)測(cè)L形小棱鏡按15-1、15-2和15-3的順序間隔放置，道床上的L形小棱鏡考慮位移機(jī)器人的位置選用16-1或16-2放置，均需滿足小棱鏡可與位移機(jī)器人激光形成通視。而考慮隧道內(nèi)的其他復(fù)雜情況，也需合理利用已安裝完成的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人打出的激光檢核監(jiān)測(cè)棱鏡是否能與位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站形成通視，若有遮擋，允許適當(dāng)微調(diào)棱鏡位置。疏散平臺(tái)側(cè)長(zhǎng)桿圓棱鏡安裝時(shí)必須考慮人員行走高度，并采用黃黑膠帶粘貼，保證人員通行安全。

對(duì)監(jiān)測(cè)L形小棱鏡安裝提出以下要求：

a、道床上的觀測(cè)棱鏡安裝在兩軌枕中間處，并在軌枕輪廓線內(nèi)側(cè)；

b、觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)時(shí)膨脹螺絲應(yīng)全部伸入道床或管片結(jié)構(gòu)，棱鏡架底部必須與道床、管片緊貼，保證穩(wěn)定牢固；

(3)第一次測(cè)量采集的初始值對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)尤為重要。而第一次采集也必須由人工操作位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人進(jìn)行操作。其操作流程如下：

a、工程配置：設(shè)定工程的2C差、2C互差、歸零差、測(cè)回互差、測(cè)距誤差等限差，并完成儀器自檢。測(cè)量氣壓、與溫度，輸入儀器參數(shù)設(shè)置界面，并校準(zhǔn)ATR；

b、測(cè)站配置：輸入位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站名、儀器高輸入0、單線第一個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站為自由設(shè)站，以地鐵大里程方向?yàn)闁|方向，另外一個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站的坐標(biāo)由導(dǎo)線控制平差測(cè)量得出；

c、導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量：在強(qiáng)制歸心架上架設(shè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人，測(cè)量相鄰位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的360度棱鏡與后視棱鏡。按照全圓觀測(cè)法，左右角各觀測(cè)4測(cè)回，共計(jì)8測(cè)回。平差計(jì)算各坐標(biāo)，建立平面網(wǎng)。

d、棱鏡測(cè)點(diǎn)配置：根據(jù)控制網(wǎng)的位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站坐標(biāo)，各個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站開始監(jiān)測(cè)L形小棱鏡的坐標(biāo)采集。輸入觀測(cè)點(diǎn)名稱、棱鏡高取0，照準(zhǔn)監(jiān)測(cè)棱鏡后，確認(rèn)測(cè)量，得到目標(biāo)棱鏡的水平角、豎直角與斜距；

e、重復(fù)步驟d，完成所有棱鏡的測(cè)量；

f、設(shè)定測(cè)回?cái)?shù)，開始測(cè)量，儀器按照全圓觀測(cè)法，對(duì)所有待測(cè)小棱鏡進(jìn)行指定測(cè)回?cái)?shù)的測(cè)量，測(cè)量完成后自動(dòng)保存數(shù)據(jù)；

g、若發(fā)生觀測(cè)誤差超限的情況，則進(jìn)行重測(cè)；

h、對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平差處理，導(dǎo)入儀器內(nèi)SD卡中；

i、連接位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人與通訊模塊的RS232數(shù)據(jù)接口，使通訊模塊接管位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。

10、導(dǎo)出SD卡數(shù)據(jù)結(jié)果，保存?zhèn)浒福糜趧?dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)端控制設(shè)置。

(4)通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊與隧道內(nèi)通訊模塊的網(wǎng)絡(luò)連通，達(dá)到實(shí)時(shí)控制位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人監(jiān)測(cè)的目的，而位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人監(jiān)測(cè)成果也經(jīng)由通訊模塊發(fā)送至計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端。

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端的配置設(shè)置如下:

a、打開動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量模塊的點(diǎn)編輯器，輸入采集的坐標(biāo)，進(jìn)入位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站配置頁(yè)面，設(shè)定位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人工作站點(diǎn)位的坐標(biāo)并配置對(duì)應(yīng)的的通訊軟件接口編號(hào)。

b、打開點(diǎn)組編輯器，將所有棱鏡的坐標(biāo)分為兩組，即后視圓棱鏡點(diǎn)組與監(jiān)測(cè)L形小棱鏡點(diǎn)組，分別設(shè)置點(diǎn)組類型為基準(zhǔn)點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)。

c、打開測(cè)量周期編輯器，配置測(cè)量次數(shù)，即計(jì)劃測(cè)量任務(wù)。

d、點(diǎn)擊進(jìn)行測(cè)量作業(yè)按鈕，使計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端接管通信模塊，間接托管位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人的監(jiān)測(cè)工作。

(5)打開計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程端的變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析模塊，查看經(jīng)過(guò)自動(dòng)換算的監(jiān)測(cè)L形小棱鏡三維坐標(biāo)。變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析模塊可以將遠(yuǎn)程自動(dòng)化得到監(jiān)測(cè)棱鏡球坐標(biāo)換算為三維坐標(biāo)。

得到軟件自動(dòng)換算的坐標(biāo)后，可人工換算各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的指標(biāo)數(shù)值。根據(jù)三維坐標(biāo)換算指標(biāo)數(shù)值較為方便簡(jiǎn)單。

a、沉降測(cè)量計(jì)算

歷次監(jiān)測(cè)中，根據(jù)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人自動(dòng)測(cè)得的高程值，比較上次及初始值數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的本次沉降量及累計(jì)沉降量。

b、差異沉降測(cè)量計(jì)算

歷次監(jiān)測(cè)中，根據(jù)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人自動(dòng)測(cè)得的軌道左股高程值與軌道右股高程值的差值，比較上次差值及初始差值，計(jì)算相應(yīng)的本次差異沉降量及累計(jì)差異沉降量。

c、水平位移測(cè)量計(jì)算

歷次監(jiān)測(cè)中，根據(jù)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人自動(dòng)測(cè)得的平面坐標(biāo)X、Y值，投影至與隧道平行的方向上，比較上次及初始值數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的本次位移量及累計(jì)位移量。

d、水平收斂測(cè)量計(jì)算

歷次監(jiān)測(cè)中，根據(jù)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人自動(dòng)測(cè)得的隧道兩側(cè)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算其三維距離，得到水平弦長(zhǎng)，比較上次及初始值數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的本次收斂量及累計(jì)收斂量。

針對(duì)已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如中國(guó)專利公開號(hào)CN104034275A，授權(quán)公開日：2014.09.10，發(fā)明名稱為“基于全站儀的地鐵隧道變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法及裝置”，該申請(qǐng)案中采用RS485電纜作為信號(hào)傳導(dǎo)介質(zhì)，普通RS485電纜的信號(hào)有效傳輸距離為800米左右，難以滿足長(zhǎng)地鐵隧道區(qū)間的要求，并且在長(zhǎng)期使用中，如此之長(zhǎng)的的電纜線容易老化斷裂，并且難以維護(hù)，是已運(yùn)營(yíng)地鐵的次生安全隱患；沒有可靠的變形量化標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果難以反映地鐵隧道具體變形方式；且解算中采用了近似值等計(jì)算方法，以此種方式布設(shè)360度棱鏡，隨著測(cè)站的增多，其測(cè)量結(jié)果亦會(huì)越來(lái)越失去準(zhǔn)確性。

綜上所述，本發(fā)明的方案適用于軟土地鐵盾構(gòu)區(qū)間的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)，利用安裝在地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)上的監(jiān)測(cè)棱鏡，可以對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的位移變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本發(fā)明采用多個(gè)位移監(jiān)測(cè)機(jī)器人聯(lián)合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，并利用物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)無(wú)線傳輸信號(hào)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，精確度高，有效監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵隧道多點(diǎn)位進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)，可形成地鐵盾構(gòu)隧道位移變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，應(yīng)用前景良好。本發(fā)明以較佳實(shí)施例公開如上，但并不用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。由于位移變形在工程實(shí)例中廣泛存在，大多數(shù)建構(gòu)筑物的位移變形測(cè)試均可采用本發(fā)明，或?qū)Ρ景l(fā)明稍加潤(rùn)飾和改動(dòng)再加以應(yīng)用。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。