深圳地鐵目前已運(yùn)營線路有8條，總長約304.3公里，日均客流去年突破662萬人次，占整個公交出行的比例達(dá)到了60%，當(dāng)然，近期受疫情影響，每天的客流量大約只有250多萬人次，還不到平時的一半。目前深圳在建的地鐵有17條線段，總里程321.88公里，其中今年將要陸續(xù)投入運(yùn)營的有7條線段，約107公里。
深圳地鐵的密度在全國是比較靠前的，深圳只有2200多平方公里，在2035年之前要建成33條線1335公里的地鐵，密度之大，可以想見。如此大密度的地鐵線路，為了確保地鐵安全，在建設(shè)期和運(yùn)營期有三種情況需要進(jìn)行自動化監(jiān)測：
1、新建地鐵線路上跨、下穿、平行近接既有運(yùn)營地鐵線路時，要對既有線路進(jìn)行自動化監(jiān)測。
2、在既有運(yùn)營地鐵安保區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行各種施工的時候，比如基坑開挖、樁基施工、修建道路立交等等，要對既有線路進(jìn)行自動化監(jiān)測。
3、運(yùn)營地鐵隧道受外部影響已經(jīng)嚴(yán)重變形，需要對隧道結(jié)構(gòu)緊急修復(fù)時要對既有地鐵隧道進(jìn)行自動化變形監(jiān)測，這種情況往往對監(jiān)測點(diǎn)的密度和監(jiān)測頻率還要求更高。
一、深圳地鐵自動化監(jiān)測采用三種比較成熟、應(yīng)用程度較高的技術(shù)
1、測量機(jī)器人技術(shù)
測量機(jī)器人，采用馬達(dá)驅(qū)動和軟件控制的TPS（Total station Positioning system）系統(tǒng)，它是智能型全站儀結(jié)合激光、通訊及CCD技術(shù)，集自動目標(biāo)識別、自動照準(zhǔn)、自動測角、自動測距、自動跟蹤目標(biāo)、遙控、自動記錄數(shù)據(jù)于一體的測量系統(tǒng)。俗稱“測量機(jī)器人”，測角精度達(dá)到0.5″，測距精度為0.6mm+1ppm。
測量機(jī)器人、基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)，再加上數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和后臺控制分析系統(tǒng)，一共5個部分構(gòu)成了整個測量機(jī)器人自動化監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)置以后可以自動開始工作，在無需操作人員干預(yù)的條件下，可以實(shí)現(xiàn)自動觀測、記錄、處理、存儲、變形量報(bào)表編制和變形趨勢顯示等功能。
采用這種監(jiān)測技術(shù)，有以下一些特點(diǎn)：
（1）精度高，精度最高可達(dá)0.5mm。
（2）可單臺監(jiān)測，也可多臺組網(wǎng)聯(lián)測。
（3）可選用相對坐標(biāo)系也可采用絕對坐標(biāo)系，可監(jiān)測隧道的絕對變形量。
（4）自動化程度高，全天均可進(jìn)行監(jiān)測。
（5）實(shí)時性較差，單臺儀器最快要半小時左右才能給出監(jiān)測結(jié)果。
（6）儀器價格高，維護(hù)成本高。
2、三維激光掃描技術(shù)
三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)。它是利用激光測距的原理，記錄被測物體表面大量的密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息。結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理技術(shù)，將其掃描結(jié)果直接顯示為點(diǎn)云（pointcloud：無數(shù)的點(diǎn)以測量的規(guī)則在計(jì)算機(jī)里呈現(xiàn)物體的結(jié)果），可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實(shí)再現(xiàn)的感覺。因此，三維掃描技術(shù)在測繪領(lǐng)域被譽(yù)為“繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命”。
作為測繪領(lǐng)域高新技術(shù)，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于文物保護(hù)、城市建筑測量、地形測繪、采礦業(yè)、變形監(jiān)測、管道設(shè)計(jì)、飛機(jī)船舶制造、公路鐵路建設(shè)、隧道工程、橋梁改建等領(lǐng)域。
深圳市政院首次將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到深圳地鐵監(jiān)測當(dāng)中，應(yīng)用效果非常好，正是在我們的推動下，深圳地鐵集團(tuán)已經(jīng)把三維激光掃描作為地鐵安全保護(hù)區(qū)監(jiān)測必做的項(xiàng)目之一。
三維激光掃描在地鐵隧道的監(jiān)測中，可以起到以下五個方面的作用：
（1）隧道掃描結(jié)果可以記錄隧道的真實(shí)狀態(tài)，非常直觀的展現(xiàn)隧道三維情況，通過多種視角的呈現(xiàn)，給人身臨其境的感覺。
（2）可以記錄隧道的缺陷信息，并可以進(jìn)行量化，如標(biāo)注滲水區(qū)域或破損區(qū)域的面積等等；
（3）通過掃描隧道結(jié)構(gòu)獲得的點(diǎn)云信息，與隧道設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，可以得知隧道結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)圖紙的偏差，通過對比不同時期兩次隧道掃描結(jié)果，也可以得知隧道結(jié)構(gòu)在此期間的變形情況；
（4）利用三維點(diǎn)云圖可以直觀展示隧道監(jiān)測點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)：利用三維點(diǎn)云圖作為數(shù)據(jù)載體，可直觀顯示各個監(jiān)測點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)；
（5）三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可發(fā)布為IE瀏覽器格式，即使沒有專業(yè)軟件，也可以進(jìn)行信息查詢。
三維激光掃描技術(shù)具有如下幾大特點(diǎn)：
（1）掃描速度快，成果直觀，信息豐富，點(diǎn)云數(shù)據(jù)用途廣。
（2）操作方便，可擺站掃描，也可移動掃描。
（3）可選用相對坐標(biāo)系也可采用絕對坐標(biāo)系，可監(jiān)測隧道的絕對變形量。
（4）不能進(jìn)行自動化掃描，只能在地鐵停運(yùn)后進(jìn)行人工掃描。
（5）精度稍低，一般在3~5mm。
（6）儀器價格高。
3、隧道收斂實(shí)時監(jiān)測技術(shù)
深圳市政院自行研發(fā)了一套運(yùn)營隧道收斂實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)（已經(jīng)獲得2項(xiàng)實(shí)用新型專利），這套系統(tǒng)包括四個部分：
一是激光測距儀主機(jī)，它用于測量隧道斷面的寬度；
二是控制與傳輸設(shè)備，用于接收遠(yuǎn)程指令控制激光測距儀并自動發(fā)送數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器；
三是數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于存儲與管理數(shù)據(jù)；
四應(yīng)用端控制分析軟件，用于發(fā)送控制指令及數(shù)據(jù)分析顯示。
其中，激光測距儀和控制與傳輸設(shè)備可形成一體，傳輸數(shù)據(jù)采用移動2G/3G/4G信號，應(yīng)用端控制分析軟件可安裝在電腦或手機(jī)上?？赏ㄟ^手機(jī)訪問顯示實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，最高5秒鐘采集一次數(shù)據(jù)，特別是在注漿加固期間非常實(shí)用，可及時指導(dǎo)注漿參數(shù)的調(diào)整。
隧道收斂實(shí)時監(jiān)測技術(shù)的特點(diǎn)：
（1）實(shí)時性非常強(qiáng)，最高5秒鐘監(jiān)測并反饋一次數(shù)據(jù)。
（2）安裝方便，使用方便，可在手機(jī)端控制并觀察監(jiān)測數(shù)據(jù)。
（3）能全天候進(jìn)行自動化監(jiān)測。
（4）價格便宜，維護(hù)成本低。
（5）精度中等，一般在1~2mm，滿足收斂監(jiān)測要求。
（6）只能選用相對坐標(biāo)系，監(jiān)測隧道的相對變形。
二、深圳市政院在地鐵隧道監(jiān)測方面的業(yè)績和成果
1、業(yè)績及案例
深圳市政院自2009年開始，先后承擔(dān)了120多項(xiàng)地鐵自動化監(jiān)測項(xiàng)目，監(jiān)測項(xiàng)目合同額累計(jì)超過4億元。舉幾個典型例子：
（1）2009年，深圳地鐵2號線東延線燕大區(qū)間盾構(gòu)下穿1號線大科區(qū)間自動化監(jiān)測，是深圳地鐵第一次采用自動化監(jiān)測技術(shù)指導(dǎo)新建地鐵下穿既有地鐵的項(xiàng)目，正是這個項(xiàng)目取得的成功開啟了深圳地鐵大規(guī)模采用監(jiān)測機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行自動化監(jiān)測的大門。
（2）深圳地鐵7、11號線同時開工，共有18處上跨、下穿以及平行近接既有線的情況需要進(jìn)行自動化監(jiān)測，是深圳首次全線采用自動化監(jiān)測技術(shù)指導(dǎo)地鐵施工，確保了施工及地鐵運(yùn)營安全，也為深圳地鐵7、11號線的按時開通提供了保障。
（3）深圳地鐵1號線前海灣至鯉魚門區(qū)間隧道，位于深圳前海軟土地區(qū)，受周邊施工影響，沉降達(dá)到了近80mm，隧道管片破損嚴(yán)重，需要進(jìn)行緊急維修加固，在這個項(xiàng)目中首次引進(jìn)了三維激光掃描和隧道收斂監(jiān)測技術(shù)，并且布點(diǎn)斷面間距達(dá)到了1.5米的超小間距，每隔25米布置1臺監(jiān)測機(jī)器人進(jìn)行組網(wǎng)聯(lián)測。
（4）前海雙界河路市政工程項(xiàng)目，橫跨深圳地鐵1、5、11號線三條線路6條主隧道及2條出入段線，是對地鐵影響最大的工程項(xiàng)目，一共投入了14臺監(jiān)測機(jī)器人。
2、獲獎情況
自2012年以來，深圳市政院每年都有地鐵自動化監(jiān)測項(xiàng)目獲得深圳市、廣東省以及全國的優(yōu)秀工程勘察獎和優(yōu)秀測繪工程獎，目前累計(jì)已有22項(xiàng)。其中：
（1）《深圳市軌道交通7、11號線工程自動化監(jiān)測》項(xiàng)目獲得2016年全國優(yōu)秀工程測繪獎金獎，是所有金獎項(xiàng)目中唯一的自動化監(jiān)測項(xiàng)目。
（2）《聽海大道及地下空間單項(xiàng)工程地鐵隧道自動化監(jiān)測和基坑第三方監(jiān)測》獲2019年全國優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)一等獎。
3、知識產(chǎn)權(quán)
（1）取得2項(xiàng)實(shí)用新型專利。（2）在監(jiān)測軟件開發(fā)方面，市政院積極投入，和武漢大學(xué)等單位合作，取得了2項(xiàng)軟件著作權(quán)。
三、地鐵自動化監(jiān)測技術(shù)未來發(fā)展展望
（一）在現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)方面，我認(rèn)為有四個發(fā)展方向：
1、以南京大學(xué)施斌教授為主導(dǎo)的分布式光纖光柵技術(shù)，它可以對隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，可提前預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢。（需要預(yù)埋）
2、以武漢大學(xué)張祖勛院士為主導(dǎo)的近景攝影測量技術(shù)，可以在隧道內(nèi)固定點(diǎn)位安裝或采用移動方式進(jìn)行監(jiān)測，它可以對隧道內(nèi)任何點(diǎn)位進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的全覆蓋。
3、以深圳大學(xué)李清泉校長和國防科技大學(xué)于起峰院士（已調(diào)至深圳大學(xué)）為主導(dǎo)的地鐵軌道沉降快速檢測與CPIII控制網(wǎng)快速復(fù)測技術(shù)，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車載快速監(jiān)測。
4、5G技術(shù)的推廣帶來數(shù)據(jù)傳輸速度加快，對傳輸速度有極高要求的三維激光掃描技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。
（二）監(jiān)測信息分析技術(shù)的發(fā)展方向
1、與BIM技術(shù)結(jié)合，如能采用基坑、隧道、車站等BIM模型作為監(jiān)測數(shù)據(jù)的載體，能將監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)際的監(jiān)測對象、監(jiān)測位置緊密結(jié)合進(jìn)行展現(xiàn)，可以更直觀地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行把控。
2、與數(shù)值模擬技術(shù)結(jié)合，將監(jiān)測到的參數(shù)實(shí)時輸入數(shù)值模擬模型，實(shí)時反饋數(shù)值模擬結(jié)果，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，提高綜合預(yù)警能力和準(zhǔn)確性。
3、利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和AI技術(shù)進(jìn)行智能預(yù)警，從自動監(jiān)測預(yù)警的層次提升到智能監(jiān)測預(yù)警的層次。
轉(zhuǎn)載來源：RT軌道交通
