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摘要：近年来，现代测绘技术得到了迅速发展，因此地铁隧道变形监测中的应用也越来越广泛。本文通过应用对比分析，并以某市地铁９号线某施工段、某市地铁３号线和平路运营段隧道变形监测工作为例，介绍了全站仪自动化监测系统及三维激光扫描技术在现代化隧道变形监测中的应用，并在测量平差理论的基础上，对实测数据进行了精度分析．结果表明，现代化变形监测技术较比传统变形监测方法在精度、效率以及自动化水平上有了明显的提高，是当今地铁隧道施工及运营维护中可靠的监测手段。
关键词：现代测绘技术；地铁隧道；变形监测；应用研究
前言：伴随着信息技术的发展，监测工作也逐渐步入现代化、科学化、数字化、精准化的发展趋势，在现代监测中各种现代化的测量技术的应用为建筑工程的测量工作提供了重要的技术保障，常用的现代化监测技术有 GPS 技术、GIS 技术等等，这些现代化的监测技术不仅在工程测量工作中有着主导性的作用，同时为工程测量数据的信息化、规范化、网络化发展提供了重要的技术支持。
1.现代测绘技术种类
1.1 数字化成图技术
数字化成图技术主要应用于大比例尺的地形图测绘和工程图测绘工作，相比传统形式下测绘工作量大、处理数据信息量大、出图速度慢等弊端，数字化成图技术更具行业优势。随着技术的不断发展，各种配套设备的使用极大程度上完善了数据测量与收集的工作内容，例如：经纬仪、绘图仪、全站仪等，通过各机器之间的配合使用逐渐形成一套完整的测绘系统，满足各种条件下的测绘工作。为专业测量数据信息自动化的数据库建立与地理系统完善工作起到了重要的基础性作用。
1.2遥感测绘技术
遥感测绘技术主要依据物体对传感信号的吸收反射原理而形成的一套专业的测绘技术。遥感测绘技术主要通过几何形态、相关的物理性质以及位置等各种指标来进行数据采集分析。通过遥感技术的使用可以实现远距离下识别物体的功能，对于实际工程测绘工作具有重要的发展性意义。
1.3全球定位 GPS 技术
全球定位 GPS 技术是一种基于卫星定位为基础的高科技测绘技术，GPS 技术的使用主要是为用户提供高精度的三维坐标和速度的定位服务。基于卫星定位的 GPS 测绘技术从诞生开始就得到了广泛的应用，其工作环境也不局限于传统测绘工作的陆地作业与近海作业，不仅数据信息更加精准化，工作环境的拓展为某些特种行业的测绘工作提供了极大的便利。
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2.全站仪自动化监测系统的应用
全站仪自动化监测系统是集电磁波测距技术、数据库技术、移动互联网通讯及自动目标识别技术等，利用计算机语言开发，基于服务器、控制器、客户端等硬件的C/S架构的自动化测量系统。国内外行业专家对该类系统进行了多方面的理论论证和开发应用。1983年，Hanover大学利用相机及数字影像处理技术成功实现测量目标的准确定位，利用无线电通讯装置实现了数据传输，这就是现代化测量机器人监测系统的雏形；张书华基于TCA200型全站仪开发了隧道变形自动监测系统；徕卡公司自1997年于香港九龙塘首次地铁自动化监测试验成功以来，一直致力于自动化监测系统的开发和完善，至今，依托高精度TS(TM)30型测量机器人开发的GeoMos自动化监测系统已经被国内外广泛认可和应用；裴运军（2011）对该系统的观测精度进行了分析评定；徐正元（2017）在实际工程中对该系统进行沉降监测的可靠性进行了长期的实际观测和理论分析，并对观测结果进行了精度评定；GeoMos监测系统在沉降监测中采用高精度测量机器人结合中间法进行三角高程解算，其精度受mα，ms，mk影响。
由上式计算极限误差最大值 Δ ｍａｘ 限 ＝２ ｍ ｈ ≈０．０１４ ７２ｍｍ． 此精度符合国家一二等水准测量规范要求 ．该系统在待测区域内布设控制网，于各断面布设小棱镜，基于全站仪免棱镜测距及 ＡＴＲ 技术实现自动化空间信息获取，其位移精度可达±０． ３ｍｍ．在实际工程应用中，以高精度电子水准仪观测沉降数据为准，对比该系统在沉降监测中的实际成果（如图1所示） ． 红色点为隧道监测点实际沉降情况，蓝色点拟合曲线为自动化监测数据所反映沉降情况 ． 由此可见，自动化监测曲线在人工监测值上线波动，与人工监测值上下偏差最大为 ＋０．２２ｍｍ 至 －０． １８ｍｍ ，整体趋势吻合情况良好．结合精度评定及工程实践可见全站仪自动化监测系统可实现对地铁隧道高精度、全天时全天候、自动高效的变形监测。
图1 自动化监测值与人工监测值对比曲线图
3.三维激光扫描技术的应用
相比传统监测方式和自动化监测技术而言，三维激光扫描技术作为变形监测领域的前沿技术，利用高速激光测距技术配合精密时钟编码器量测隧道实体空间离散矢量距离点即点云．在扫描仪独立坐标系下的斜距、水平方向及距离、天顶距、反射强度等信息，配合 ＣＣＤ传感器解算空间实体拓扑信息，经过对点云数据的配准、抽稀、去噪及滤波等过程，最终实现对空间实体线、面、体等空间信息数字化高还原度重构．三维激光扫描技术以其观测快速、主动式非接触测量、抗干扰能力强、数据精度高、成果直观等特点，适用于现代地铁高效施工及高频率运营维护中隧道变形监测工作．在利用三维激光扫描技术实现隧道变形监测的研究中，通过随机采样一致性（ ＲＡＮＳＡＣ ）及最小二乘算法来实现对隧道中轴线的提取，利用不变矩实现隧道连续断面的提取，最终利用局部曲面拟合及最小二乘曲线拟合完成变形曲线拟合分析，得到变形信息技术流程如图３所示．实际工程案例中，使用 Ｚ＋Ｆ三维激光扫描仪及瑞士 Ａｍｂｅｒｇ 公司开发的基于隧道中轴线及连续断面提取的变形监测系统 ＴＭＳ ＴｕｎｎｅｌＳｃａｎ ，来实现三维激光扫描技术在地铁隧道监测中的应用研究 ．在 ＴＭＳ ＴｕｎｎｅｌＳｃａｎ 监测系统中，程序通过键入的监测隧道的设计轴线及设计半径信息解算并拟合出理论中线以及里程对应的设计断面．三维激光扫面仪所采集的点云数据经预处理后转码并加载到程序如图 ４所示．经中轴线、连续断面提取并截取到对应里程点断面与设计断面进行叠加对比，从直观模拟影响及量化隧道断面空间数据指标对隧道进行超欠挖断面分析和方量报告、断面收敛和错台分析、侵界检测、砌衬厚度、方量、渗水影像、裂缝影像、地质素描、平整度分析等多元监测评价 ． 断面理论半径与实际半径对比分析及多期断面实际半径叠加分析可直观反应隧道结构变形情况，并对该系统进行数据精度评定。
结语：随着科学技术的发展，现代化测绘技术在工程监测中的应用会越来越广泛，通过广泛的实践基础，积极发现新技术存在的问题，并大胆的提出改进措施与意见，通过现有技术手段结合各行业先进技术，促进现代测绘技术逐渐的完善，逐步趋向科学化、准确化、自动化的方向发展。
参考文献：
[1]王媛.工程测量中现代测绘技术的应用及改进技术[J].建筑工程技术与设计，2016（9）.
[2]沈文滨.关于现代测绘技术在工程测量中的应用与改进措施探析[J].中国高新区，2017（3）.
论文作者:崔强,管贞骁
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/25
标签：技术论文; 隧道论文; 断面论文; 测量论文; 工作论文; 精度论文; 监测系统论文; 《防护工程》2018年第24期论文;