張恒

（中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

0 引言

對(duì)于該種系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，不僅在測(cè)量的速度和精度上實(shí)現(xiàn)較高水平，同時(shí)還可以進(jìn)行連續(xù)的、自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)，并且能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，讓其能夠上傳到服務(wù)器中。通過對(duì)于該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計(jì)，還能夠避免出現(xiàn)人工計(jì)算的失誤，而且進(jìn)一步提高工作的效率。

1 地鐵監(jiān)測(cè)的意義

對(duì)于地鐵監(jiān)測(cè)工作而言，不僅具有較長(zhǎng)的工作周期，而且需要進(jìn)行重復(fù)性的監(jiān)測(cè)。通過地鐵監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)掌握地鐵建筑的穩(wěn)定性，這樣可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決異常情況，防止出現(xiàn)危險(xiǎn)以及不良影響。另外，通過地鐵監(jiān)測(cè)，也能夠?qū)τ谙嚓P(guān)的科學(xué)研究，提供數(shù)據(jù)資料，通過資料能夠驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)理論，判斷其可實(shí)行性，還能夠?yàn)樽冃伪O(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)理論的發(fā)展，打下良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。在城市中，地鐵屬于地下的工程建筑，因此為了推進(jìn)地鐵的正常建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，就必須要做好監(jiān)測(cè)工作。地鐵連通城市中各大繁華路段，而且上方還具有很多大型建筑物，在具體的施工過程中，不可避免的會(huì)對(duì)于地表有一定影響。而且，地鐵現(xiàn)階段已經(jīng)屬于一種在城市中主要的交通出行方式，是人們?nèi)粘３鲂械倪x擇，地鐵上也具有較大的客流量，因此在運(yùn)行時(shí)不可以隨意終止運(yùn)行，因此為了避免問題出現(xiàn)，確保地鐵的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的安全性，就必須要通過科學(xué)的監(jiān)測(cè)方法，比如說(shuō)全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展長(zhǎng)期、持續(xù)的監(jiān)測(cè)[1]。

2 全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展背景

現(xiàn)階段，在社會(huì)不斷發(fā)展的背景之下，也帶來(lái)了科技水平的提升，提高了工程建設(shè)的復(fù)雜程度。在具體的工程施工時(shí)，也具有越來(lái)越大的難度，會(huì)在各種外界因素比如說(shuō)環(huán)境、氣候、材料等影響之下，導(dǎo)致所施工的建筑物，出現(xiàn)形變的問題。因此，為了避免出現(xiàn)變形問題，提示掌控變形情況，對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理和解決，就必須要在整個(gè)建筑的過程中，實(shí)現(xiàn)全程的監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步維護(hù)建筑的安全性和穩(wěn)定性。因此，所開展的監(jiān)測(cè)工作必須要具備持續(xù)性、周期性的特點(diǎn)，所以也就誕生了自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而隨時(shí)掌握工程的變化，如果出現(xiàn)異常情況，也要通過及時(shí)分析和解決，避免事故的發(fā)生，而且還能夠?yàn)楣こ痰墓芾砉ぷ?，提供更大的便利?，F(xiàn)階段，我國(guó)一般在地鐵的建設(shè)施工等工程項(xiàng)目中，采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。隨著城市建設(shè)的推進(jìn)，在發(fā)展的過程中，地鐵建設(shè)屬于一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容和項(xiàng)目，因此與必須要加強(qiáng)對(duì)于全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，確保地鐵建設(shè)的實(shí)效，推動(dòng)城市的發(fā)展。

3 全站儀自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建與監(jiān)測(cè)原理

自動(dòng)全站儀，又稱測(cè)量機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)機(jī)控制、鎖定跟蹤以及自動(dòng)校準(zhǔn)等功能，這種全站儀不僅具有較高的速度和效率，而且操作起來(lái)較為靈活，功能多樣，能夠?qū)崿F(xiàn)多目標(biāo)跟蹤，屬于在地鐵監(jiān)測(cè)中所應(yīng)用的一種主要的設(shè)備。通過建立自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠全天候獲得動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的精度，在當(dāng)前的工程建設(shè)中，也是一種常用的系統(tǒng)[2]。

3.1 結(jié)構(gòu)組成

首先，對(duì)于自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的硬件來(lái)說(shuō)，核心傳感器就是智能化的全站儀，而且還包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等多種設(shè)備。智能化的全站儀屬于一種高科技產(chǎn)品，在其中融入了電學(xué)、光學(xué)、機(jī)械等多類技術(shù)，為了進(jìn)一步提高智能化程度，需要充分考慮多種因素。所以對(duì)于儀器來(lái)說(shuō)，全站儀的性能指標(biāo)屬于重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)具體的監(jiān)測(cè)需要，在本文的研究中，采用Trimble S8作為測(cè)量?jī)x器。這種全站儀能夠適用于普通以及特殊的測(cè)量工程，作為一種較為先進(jìn)的測(cè)量機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效能和精度。因此，選用這種全站儀，能夠有效應(yīng)用其高性能以及先進(jìn)技術(shù)，更加便于自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)。其次，在軟件的選擇上，采用的是Survey Controller軟件，如圖1所示。

圖1 Survey Controller軟件界面

這種軟件具有較廣的應(yīng)用范圍，是一種專門針對(duì)變形監(jiān)測(cè)的軟件?？梢詫?duì)于變形進(jìn)行直觀的分析，這種軟件具有較多的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，不僅界面簡(jiǎn)潔，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)具有較高的延展性，可以根據(jù)客戶的需求進(jìn)行定制。在自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，全站儀數(shù)據(jù)采集屬于其中的重要部分，在數(shù)據(jù)采集的過程中，所實(shí)現(xiàn)的精確度以及穩(wěn)定性，都對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，以及所得到的結(jié)果，起到?jīng)Q定性影響[3]。

3.2 監(jiān)測(cè)方法

在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，具有眾多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)τ跍y(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)、高效的讀數(shù)，同時(shí)也可以同步進(jìn)行有關(guān)量測(cè)度，能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)目以及密集測(cè)量，同時(shí)還能在時(shí)空上，獲得連續(xù)的信息，確保測(cè)讀的精準(zhǔn)性和可靠性。所以在現(xiàn)階段較大規(guī)模的工程中，也對(duì)于該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用。在變形監(jiān)測(cè)理論中，常用的監(jiān)測(cè)方法有多種，比如說(shuō)常規(guī)測(cè)量法、空間測(cè)量技術(shù)、光纖傳感技術(shù)以及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過具體的對(duì)比和分析，在地鐵監(jiān)測(cè)中所采用的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有較高的適用性，這是由地鐵的監(jiān)測(cè)工作特點(diǎn)決定的。在本文的研究中，具體就是通過測(cè)量機(jī)器人，開展自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)工作，并且在全站儀中，內(nèi)部設(shè)置了CCD陣列傳感器，通過該傳感器，能夠?qū)τ诶忡R返回的紅外光，進(jìn)行識(shí)別和測(cè)量，如果接受CCD判別以后，就會(huì)在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)之下，使全站儀進(jìn)行自動(dòng)的轉(zhuǎn)向，讓其面向棱鏡，這樣就可以進(jìn)行自動(dòng)化的精確照準(zhǔn)。

4 地鐵監(jiān)測(cè)的具體應(yīng)用

本文以某地1號(hào)線的地鐵監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例，對(duì)此展開具體的實(shí)驗(yàn)分析。根據(jù)具體的監(jiān)測(cè)環(huán)境的特點(diǎn)，在進(jìn)行全站儀的架設(shè)時(shí)，要確保不會(huì)對(duì)于線路通行，造成不良影響，同時(shí)還要保障架設(shè)點(diǎn)的穩(wěn)定。

通過極坐標(biāo)的測(cè)量原理，進(jìn)行多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，之后再按照具體公式以及高差變化，通過編寫程序，獲得具體路基的每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移量和垂直變化量。通過對(duì)于具體的數(shù)據(jù)分析，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所具有的累計(jì)變化量，上下浮動(dòng)不會(huì)大于1mm，因此能夠滿足有關(guān)的要求。但是在某一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，出現(xiàn)了1.33mm的變化量，以及顯著的階段位移，所以必須要對(duì)于該點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，明確出現(xiàn)這一情況的原因。另外，在垂直變化量數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，得知每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)的垂直變化量，都能夠處于規(guī)定限差的范圍。在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上得知，該路基處于正常的工作狀態(tài)，在本次的監(jiān)測(cè)中，對(duì)于每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移以及垂直變化來(lái)看，都處于規(guī)定的范圍之內(nèi)，并未出現(xiàn)顯著的位移問題，因此這也就證明了在該階段中，地鐵能夠正常運(yùn)行。結(jié)合具體的位移變化，如圖2、圖3所示。

圖2 路基水平位移

圖3 軌道結(jié)構(gòu)水平位移

在軌道結(jié)構(gòu)以及路基上的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，所出現(xiàn)的變化都能夠限定在規(guī)定范圍中，因此能夠滿足具體的精度要求。通過相關(guān)的試驗(yàn)證實(shí)，在實(shí)際的地鐵監(jiān)測(cè)工程中，可以有效地應(yīng)用全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理的精度，也能夠符合有關(guān)要求，能夠通過所得到的結(jié)果，進(jìn)行精確、直觀地表達(dá)和反映，可以作為監(jiān)測(cè)工作所開展的一個(gè)有效依據(jù)。

5 結(jié)論

在本文的分析中，對(duì)于全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行具體的構(gòu)建，并且論述了組成要素的功能以及具體作用，而且在編程上，也能夠?qū)τ谟^測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線通信，通過相應(yīng)的編寫程序開展數(shù)據(jù)處理，根據(jù)相關(guān)工程實(shí)踐，展開了具體的應(yīng)用測(cè)試，得到以下結(jié)論：通過編寫程序，進(jìn)一步確立一個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算表，借助VBA編程，能夠得到變形曲線圖，讓外業(yè)和內(nèi)業(yè)的觀測(cè)以及數(shù)據(jù)處理，能夠有效銜接起來(lái)，不僅可以對(duì)于數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的處理，同時(shí)還能夠?qū)τ谒@得的結(jié)果，更加直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，讓數(shù)據(jù)處理工作，具有更高的效率。根據(jù)當(dāng)前在具體的工程實(shí)踐中，所存在的各種問題，進(jìn)一步分析和確定了平差方法。如果具有固定點(diǎn)，并且以此為基準(zhǔn)，那么就可以采用經(jīng)典平差法，如果只是存在相對(duì)穩(wěn)定，隨機(jī)進(jìn)行變動(dòng)，那么可以當(dāng)做擬穩(wěn)點(diǎn)，展開擬穩(wěn)平差，如果在所有網(wǎng)點(diǎn)上，都會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的隨機(jī)變動(dòng)，那么應(yīng)用自由網(wǎng)平差法，能夠?qū)崿F(xiàn)最好效果。

通過結(jié)合具體的監(jiān)測(cè)實(shí)例，展開了具體的分析和驗(yàn)證。通過實(shí)踐分析證明了在本文所構(gòu)建的全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅結(jié)構(gòu)合理，而且能夠具有良好的運(yùn)行狀態(tài)，可以在工程實(shí)踐中，得到廣泛應(yīng)用，滿足具體的監(jiān)測(cè)需求。