隧道自动化监测系统对比研究_伍佳.pdf
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1、引言由于城市轨道交通的飞速发展,地铁隧道覆盖面越来越广,许多深基坑的建设往往不得不靠近已运营的地铁隧道1。截至2021年底我国共有50个城市开通城市轨道交通运营线路 283 条,运行线路总长度9 206.8 km。其中,地铁运营线路 7 209.7 km,占比78.3%2。地铁隧道是狭长的线状地下建构筑物,监测点数量多,监测周期长、监测频率高,获取的数据量非常庞大3-4。目前,地铁隧道监测手段主要有人工测量、自动化静力水准测量和测量机器人等5-6。传统的人工测量工作量大、效率低、较容易因人为因素出错,最重要的是实时性差7-8;高精度的测量机器人和静力水准能够实现自动采集、远程传输、实时分析等功
2、能,可以做到24 h不间断监测,是地铁监测的发展趋势9。面对日益强烈的需求,各种监测系统进入市场,为了研究其工作效率、精度、可靠性等参数,本文选择市面上的三款自动化监测系统,通过测试对比其具备的基础功能,以提出一种地铁自动化监测系统各功能应具备的标准化模式。10-111隧道自动化监测系统的构成与工作模式目前自动化系统的基本组成主要分为3个部分:测量机器人、自动化采集模块和云平台。测量机器人采集监测数据;自动化采集模块接受命令、传输数据和发送云平台的控制指令;云平台接收、储存数据,并将处理后的数据展示给用户,工作流程如图1所示。常见的自动化采集模块的通讯控制模式可分为两种:将所有数据保存至云平台
3、,由云平台发送指令,自动化采集模块接收指令后发送给机器人执行操作,机器人测量得到数据后传输至采集模块,再经由无线网络发送至自动化平台,平台接收数据以后发出下一条指令,依次进行直至测量结束。由于这种交互方法需要云平台-自动化采集模块-测量机器人不断进行信息交换,要求保持较为良好的网络通讯条件保障指令的发送、接收顺畅才可以正常运行;而且由于隧道自动化监测系统对比研究伍佳,孙华胜,李春浩(深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心深圳518000)摘要:由于隧道中情况复杂,市面上的监测系统品类众多,且缺少规范依据限制,并非所有系统都能满足用户的需求。本文通过数据分析了目前常用三款系自动化测量系统,通过在工
4、作模式、测量准确性等多个方面对比,讨论各款系统的优缺点,研究提出一种地铁自动化监测系统各功能应具备的标准化功能,为各系统开发商的功能升级以及用户的需求提供参考依据。关键词:自动化监测系统;测量机器人;数据传输;精度;地铁自动化监测中图分类号:U456.3文献标志码:A文章编号:1671-4563(2023)03-013-04Research on Standardization of Tunnel Automatic Monitoring SystemResearch on Standardization of Tunnel Automatic Monitoring SystemWU Jia,
5、SUN Huasheng,LI Chunhao(Shenzhen Building Safety and Construction Quality Testing and Appraisal CenterShenzhen 518000,China)AbstractAbstract:Due to the complexity of the situation in the tunnel,there are many types of monitoring systems on the market,and the lackof regulatory basis,not all systems c
6、an meet the needs of users.This paper analyzes the data of three commonly used automatic measurement systems,discusses the advantages and disadvantages of each system by comparing the working mode,measurement accuracy and otheraspects,studies and proposes a standardized function of each function of
7、the subway automatic monitoring system,which provides a reference for the function upgrading of each system developer and the needs of users.Key wordsKey words:automatic monitoring system;measuring robot;data transmission;precision;tunnel automatic monitoring图1工作流程Fig.1Work Flow Chart云平台服务器用户电脑GPRS自
8、动化采集模块测量机器人监测点Internet13伍佳,等:隧道自动化监测系统对比研究MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期主要信息交换需要由“云平台-通讯控制终端-测量机器人”按顺序进行交互发送指令,所以通常这种工作模式的工作效率相对较低。控制指令及数据保存至通讯控制终端,由通讯控制终端与测量机器人进行交互,测量得到的数据存储在通讯控制终端的记忆芯片中,再根据用户需求通过GPRS网络定期将已完成测量的数据统一发送至自动化监测系统。由于该方法主要的信息交换主要“通讯控制终端-测量机器人”之间并且是经由数据线连接发送指令,可以保障测量机器人顺畅的接收指令,即便在网
9、络不稳定的情况下仍可以正常采集数据。并且由于简化了交互步骤,运行效率也大大提高。工作流程示意图如图2所示。2常用自动化监测系统的对比2.1工程概况本次对比测试选择在深圳市某地铁监测项目,选取的监测范围全部为盾构段,全长约170 m,每隔10 m布设1个断面,共布设18个断面,每个断面布设5个监测点,共计90个监测点,所有监测点均使用L型棱镜。使用的仪器为徕卡TS60,测试过程中使用2台仪器进行联测。最终选取其中部分监测点的数据进行分析,对比三款监测系统的工作效率、数据准确性、测量精度及用户界面。监测点平面布置如图3所示。2.2测量效率对比测量时间主要是受到自动化监测系统的工作模式影响。在本文测
10、试的三款系统中仅C系统采用“通讯控制终端-测量机器人”的指令交互模式。在实际应用中C系统完成相同区域所有监测点测量的时间明显少于其他两款系统。在三个系统分别观测相同的52个监测点时,C系统节省时间达到30%。在实际应用中更快的测量速度,可以满足更高的监测频率,有着很重要的意义。具体对比如图4所示。2.3数据准确性对比在相同监测点、相同工况条件下三款系统的监测结果所呈现的变形趋势各有不同,系统A的数据跳动相对较大;系统B数据较为稳定,但是联测效果不佳,导致随时间增加,在测点未发生变形的情况下变形趋势仍然增大;系统C整个测试期间数据相对平稳,联测效果理想。各系统测试期间变化曲线如图5图7所示。图2
11、两种工作模式示意图Fig.2Schematic Diagram of Two Working Modes云平台发送仪器控制指令转发数据测量机器人自动化集采模块转发仪器控制指令发送数据云平台控制指令测量机器人自动化集采模块发送数据图3监测点平面布置Fig.3Location Layout of Measurement SectionsY1Y10Y2Y11Y3Y12Y4Y13Y5Y14Y6Y15Y7Y16Y8Y17Y9Y18图4监测时间对比Fig.4Comparison of Monitoring Time系统A系统类型耗时/min100系统B3020系统C40605070644267图5系统A位
12、移变化曲线Fig.5Displacement Curve of System A水平位移竖向位移0.0-1.006-27日期累计位移量/mmY1Y1007-131.0-2.007-21Y2Y1107-29Y3Y122.0Y4Y13Y5Y14Y6Y15Y7Y16Y8Y17Y9Y1808-0608-1408-2208-3007-0509-070.0-1.006-27日期累计位移量/mmY1Y1007-131.0-2.007-21Y2Y1107-29Y3Y122.0Y4Y13Y5Y14Y6Y15Y7Y16Y8Y17Y9Y1808-0608-1408-2208-3007-05图6系统B位移变化曲线Fi
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