全站儀自動監測系統在地鐵監測中的應用分析

張恒

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

0 引言

對于該種系統的應用來說，不僅在測量的速度和精度上實現較高水平，同時還可以進行連續的、自動化的監測，并且能實時監測數據傳輸，讓其能夠上傳到服務器中。通過對于該系統進行數據處理程序的設計，還能夠避免出現人工計算的失誤，而且進一步提高工作的效率。

1 地鐵監測的意義

對于地鐵監測工作而言，不僅具有較長的工作周期，而且需要進行重復性的監測。通過地鐵監測，能夠實時掌握地鐵建筑的穩定性，這樣可以在第一時間發現并解決異常情況，防止出現危險以及不良影響。另外，通過地鐵監測，也能夠對于相關的科學研究，提供數據資料，通過資料能夠驗證工程設計理論，判斷其可實行性，還能夠為變形監測與預報理論的發展，打下良好的實踐基礎。在城市中，地鐵屬于地下的工程建筑，因此為了推進地鐵的正常建設和運營，就必須要做好監測工作。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，不可避免的會對于地表有一定影響。而且，地鐵現階段已經屬于一種在城市中主要的交通出行方式，是人們日常出行的選擇，地鐵上也具有較大的客流量，因此在運行時不可以隨意終止運行，因此為了避免問題出現，確保地鐵的建設和運營的安全性，就必須要通過科學的監測方法，比如說全站儀自動監測系統，開展長期、持續的監測[1]。

2 全站儀自動監測系統的發展背景

現階段，在社會不斷發展的背景之下，也帶來了科技水平的提升，提高了工程建設的復雜程度。在具體的工程施工時，也具有越來越大的難度，會在各種外界因素比如說環境、氣候、材料等影響之下，導致所施工的建筑物，出現形變的問題。因此，為了避免出現變形問題，提示掌控變形情況，對其進行及時的處理和解決，就必須要在整個建筑的過程中，實現全程的監測，進一步維護建筑的安全性和穩定性。因此，所開展的監測工作必須要具備持續性、周期性的特點，所以也就誕生了自動監測系統。通過該系統能夠實時的獲取監測數據，從而隨時掌握工程的變化，如果出現異常情況，也要通過及時分析和解決，避免事故的發生，而且還能夠為工程的管理工作，提供更大的便利。現階段，我國一般在地鐵的建設施工等工程項目中，采用自動監測系統。隨著城市建設的推進，在發展的過程中，地鐵建設屬于一項重點內容和項目，因此與必須要加強對于全站儀自動監測系統的應用，確保地鐵建設的實效，推動城市的發展。

3 全站儀自動測量系統的構建與監測原理

自動全站儀，又稱測量機器人，能夠實現聯機控制、鎖定跟蹤以及自動校準等功能，這種全站儀不僅具有較高的速度和效率，而且操作起來較為靈活，功能多樣，能夠實現多目標跟蹤，屬于在地鐵監測中所應用的一種主要的設備。通過建立自動監測系統，能夠全天候獲得動態、實時的數據，進一步提高數據的精度，在當前的工程建設中，也是一種常用的系統[2]。

3.1 結構組成

首先，對于自動測量系統的硬件來說，核心傳感器就是智能化的全站儀，而且還包括監測點、基準點、計算機、服務器等多種設備。智能化的全站儀屬于一種高科技產品，在其中融入了電學、光學、機械等多類技術，為了進一步提高智能化程度，需要充分考慮多種因素。所以對于儀器來說，全站儀的性能指標屬于重要的衡量標準。根據具體的監測需要，在本文的研究中，采用Trimble S8作為測量儀器。這種全站儀能夠適用于普通以及特殊的測量工程，作為一種較為先進的測量機器人，能夠實現更高的效能和精度。因此，選用這種全站儀，能夠有效應用其高性能以及先進技術，更加便于自動監測系統的開發。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用范圍，是一種專門針對變形監測的軟件。可以對于變形進行直觀的分析，這種軟件具有較多的優勢特點，不僅界面簡潔，能夠實現實時監測，同時具有較高的延展性，可以根據客戶的需求進行定制。在自動監測系統中，全站儀數據采集屬于其中的重要部分，在數據采集的過程中，所實現的精確度以及穩定性，都對于系統運行的可靠性，以及所得到的結果，起到決定性影響[3]。

3.2 監測方法

在自動化監測系統中，具有眾多的應用優勢，能夠對于測量數據，實現及時、高效的讀數，同時也可以同步進行有關量測度，能夠實現多項目以及密集測量，同時還能在時空上，獲得連續的信息，確保測讀的精準性和可靠性。所以在現階段較大規模的工程中，也對于該系統實現普遍應用。在變形監測理論中，常用的監測方法有多種，比如說常規測量法、空間測量技術、光纖傳感技術以及自動化監測技術。通過具體的對比和分析，在地鐵監測中所采用的自動監測技術，具有較高的適用性，這是由地鐵的監測工作特點決定的。在本文的研究中，具體就是通過測量機器人，開展自動化的監測工作，并且在全站儀中，內部設置了CCD陣列傳感器，通過該傳感器，能夠對于棱鏡返回的紅外光，進行識別和測量，如果接受CCD判別以后，就會在馬達的驅動之下，使全站儀進行自動的轉向，讓其面向棱鏡，這樣就可以進行自動化的精確照準。

4 地鐵監測的具體應用

本文以某地1號線的地鐵監測項目為例，對此展開具體的實驗分析。根據具體的監測環境的特點，在進行全站儀的架設時，要確保不會對于線路通行，造成不良影響，同時還要保障架設點的穩定。

通過極坐標的測量原理，進行多個監測點坐標的測量，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監測點的水平位移量和垂直變化量。通過對于具體的數據分析，各個監測點所具有的累計變化量，上下浮動不會大于1mm，因此能夠滿足有關的要求。但是在某一個監測點上，出現了1.33mm的變化量，以及顯著的階段位移，所以必須要對于該點進行重點監測，明確出現這一情況的原因。另外，在垂直變化量數據分析的基礎上，得知每一個監測點內的垂直變化量，都能夠處于規定限差的范圍。在數據分析的基礎上得知，該路基處于正常的工作狀態，在本次的監測中，對于每一個監測點的水平位移以及垂直變化來看，都處于規定的范圍之內，并未出現顯著的位移問題，因此這也就證明了在該階段中，地鐵能夠正常運行。結合具體的位移變化，如圖2、圖3所示。

圖2 路基水平位移

圖3 軌道結構水平位移

在軌道結構以及路基上的各個監測點上，所出現的變化都能夠限定在規定范圍中，因此能夠滿足具體的精度要求。通過相關的試驗證實，在實際的地鐵監測工程中，可以有效地應用全站儀自動監測系統，所實現的數據處理的精度，也能夠符合有關要求，能夠通過所得到的結果，進行精確、直觀地表達和反映，可以作為監測工作所開展的一個有效依據。

5 結論

在本文的分析中，對于全站儀自動監測系統進行具體的構建，并且論述了組成要素的功能以及具體作用，而且在編程上，也能夠對于觀測數據進行無線通信，通過相應的編寫程序開展數據處理，根據相關工程實踐，展開了具體的應用測試，得到以下結論：通過編寫程序，進一步確立一個數據計算表，借助VBA編程，能夠得到變形曲線圖，讓外業和內業的觀測以及數據處理，能夠有效銜接起來，不僅可以對于數據實現快速、精準的處理，同時還能夠對于所獲得的結果，更加直觀地呈現出來，讓數據處理工作，具有更高的效率。根據當前在具體的工程實踐中，所存在的各種問題，進一步分析和確定了平差方法。如果具有固定點，并且以此為基準，那么就可以采用經典平差法，如果只是存在相對穩定，隨機進行變動，那么可以當做擬穩點，展開擬穩平差，如果在所有網點上，都會出現細微的隨機變動，那么應用自由網平差法，能夠實現最好效果。

通過結合具體的監測實例，展開了具體的分析和驗證。通過實踐分析證明了在本文所構建的全站儀自動監測系統，不僅結構合理，而且能夠具有良好的運行狀態，可以在工程實踐中，得到廣泛應用，滿足具體的監測需求。