一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统及测试方法，包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机。所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人、强制对中托架、电源通信箱、隧道内已有220V电源及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括L形小棱镜和后视圆棱镜，所述L形小棱镜分别安装在地铁的轨道板及衬砌，所述后视圆棱镜上下错开安装在衬砌处。本发明专利技术的有益效果主要表现在：(1)测试场地不需要人员驻守，为自动化测量；(2)通过多个位移监测机器人的联合作业有效测量长度大，涵盖多个传统位移测量项目；(3)多点测量，点组位移组合比对可以分析得出整个地铁盾构隧道的位移变化。

Real time monitoring system and test method for long distance subway tunnel structure displacement

The invention relates to a real time monitoring system and a test method for a long distance subway tunnel structure displacement, comprising a displacement monitoring robot workstation, a monitoring prism and an automatic monitoring remote host. The displacement monitoring robot workstation by displacement monitoring robot, forced centering bracket, power communication box, the tunnel has been 220V power cable and related components; the prism monitoring including L shaped prism and rear circular prism, the prism shaped L were installed in the subway track plate and lining, the rear circle prism staggered installation in lining at. The beneficial effect of the invention is mainly manifested in: (1) the test site without the need for personnel stationed for automatic measurement; (2) through the joint operation of effective length measuring multiple displacement monitoring robot, covering a number of traditional displacement measurement project; (3) multi points measuring point displacement group combination alignment can be obtained the displacement of the subway shield tunnel.

【技术实现步骤摘要】
一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统及测试方法
本专利技术涉及地铁盾构隧道基础设施结构安全健康监测领域，具体而言是已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统及测试方法。
技术介绍
随着我国城市化进程不断加快，城市人口越来越多，这给城市交通带来了巨大的压力，传统地面交通难以满足日益增多的城市人口出行需要，作为轨道交通的地铁成为目前各大城市大力建设的新交通方式。地铁出行固然方便快捷，能很大程度上缓解城市交通问题，但地铁作为地下建筑，其构筑物在复杂的土工环境下容易受到土的挤压，产生形变，带来一系列安全隐患问题。已运营的地铁线路更为尤甚，一方面，已通车地铁线路环境封闭，构筑物变形难以实时量化；另一方面，由于运营行车，一旦地铁隧道结构失稳，后果不堪设想。尤其在我国地铁建设尚属发展中阶段，更应注重已建已运营地铁隧道的长期安全使用问题。现代地铁隧道数量多、区间跨度长，并且随着城市化的推进，地铁沿线的地块成为房地产业的必争之地，而在地铁沿线进行工程建设，势必对地铁柔性的盾构隧道结构有所影响，而且此类房建项目往往需要开挖较大规模的基坑，对地铁盾构隧道的影响范围较大。因此，针对此类近地铁工程项目建设对地铁盾构隧道的结构位移影响，研究一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统相当重要。由于已运营地铁盾构隧道内环境复杂，封闭通车时间长，因此有必要开发一套针对地铁盾构隧道结构位移监测的系统及其测试方法。本专利技术正是基于这一目的，利用物联网无线传输技术，将多个位移监测机器人联合作业，进而全天候24小时实时自动监测地铁盾构隧道各个节点的变形情况，得知整个地铁盾构隧道结构的变形情况。
技术实现思路
为了克服地铁轨行区光线微弱、扬尘厚重、通车危险、人工作业时间有限等不适合人工监测的难点,本专利技术提供了一种全自动、稳定性好、测量精度高、环境适应能力强的基于物联网的已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统及其测试方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统及测试方法，包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机。所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人、强制对中托架、电源通信箱、隧道内已有220V电源及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括L形小棱镜和后视圆棱镜，所述L形小棱镜分别安装在地铁的轨道板及衬砌，所述后视圆棱镜上下错开安装在衬砌处。位移监测机器人工作站通过后视圆棱镜建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱内的通讯模块相连，所述通讯模块将实时球坐标无线反馈至计算机远程端，所述计算机远程端包括：动态基准实时测量模块，可用于远程控制位移监测机器人的测量作业，亦可核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，并按时间顺序整理存储。进一步，所述电源通信箱包含一个通讯模块、一个通讯模块电源适配器、一个位移监测机器人电源适配器及其相应电缆线；所述位移监测机器人包含一台位移监测机器人主机与一枚360°棱镜。再进一步，所述通讯模块包含工作指示灯、RS232数据接口、外部电源适配器接口、数据发射天线与SIM卡插槽。一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统的测试方法，包括如下步骤：(1)于地铁盾构隧道区间内，按需要的数量安装多个可形成通视的位移监测机器人工作站；(2)依据需要进行监测断面的划分，一侧共2个基准后视断面，每个基准后视断面布设错开的2个后视圆棱镜；每个监测断面布设4个L形小棱镜；(3)第一次测量采集的初始值对整个自动化监测尤为重要。而第一次采集也必须由人工依次操作位移监测机器人采集后视圆棱镜坐标，继而建立监测控制网，进行多个位移监测机器人联合作业，再采集所有L形小棱镜坐标；(4)导入第一次人工采集的坐标，通过计算机远程端的动态基准实时测量模块与隧道内通讯模块的网络连通，达到实时控制位移监测机器人监测的目的，而后续位移监测机器人监测成果也经由通讯模块发送至计算机远程端；(5)通过变形点监测分析模块，查看经过自动换算的监测小棱镜坐标。变形点监测分析模块可以将位移监测机器人反馈得到的监测小棱镜水平角、竖直角及斜距等球坐标换算为三维坐标；(6)将得到的模块自动换算的三维坐标进行人工换算成各个监测项目的指标数值，所述监测项目包括道床沉降、道床差异沉降、隧道水平位移、隧道水平收敛。本专利技术中，基于物联网及多个位移监测机器人的联合作业实现地铁位移测量测试，位移监测机器人对固定在盾构隧道结构的棱镜进行球坐标的测量并通过物联网通信技术，将测量的球坐标反馈至计算机远程端进行分析比对。物联网技术适应地铁轨行区复杂的环境需求，并能全天候实时反馈信息，而位移监测机器人的测量技术具有结构紧凑，精确度高的特性，二者结合能实现多点位全天候实时监测，而设置多个位移监测机器人工作站进行联合作业，极大的加大了有效监测的范围，能完美的掌控已运营地铁盾构隧道的轨行区位移变形，应用前景远大。本专利技术的有益效果主要表现在：(1)测试场地不需要人员驻守，为自动化测量；(2)通过多个位移监测机器人的联合作业有效测量长度大，涵盖多个传统位移测量项目；(3)多点测量，点组位移组合比对可以分析得出整个地铁盾构隧道的位移变化；(4)本地铁盾构隧道结构位移监测系统通过计划测量任务、即时测量任务等方式对地铁隧道进行多点位实时监测，可以全天候、长时间的测试地铁盾构隧道结构的位移状况。附图说明图1为地铁盾构隧道结构位移监测系统的工作原理示意图。图2为位移监测机器人工作站在地铁盾构隧道的安装布局示意图。图3为位移监测机器人工作站的电源通信箱结构布局示意图。图4为通讯模块各部件示意图图5为位移监测机器人联合作业三维空间通视示意图。图6为位移监测机器人联合作业后视圆棱镜通视示意图。图7为地铁盾构隧道的监测小棱镜断面布置示意图。图8为地铁盾构隧道轨行区内监测棱镜及位移监测机器人工作站设置安装位置平面示意图。图9为本专利技术的已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统测试方法操作流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图9，一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统，包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机。所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人1、强制对中托架2、电源通信箱3、隧道内已有220V电源4及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜5和L形小棱镜6，所述L形小棱镜6分别安装在地铁的轨道板及衬砌，所述后视圆棱镜5上下错开安装在衬砌处。位移监测机器人工作站7、8、9通过后视圆棱镜5建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜6坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱3内的通讯模块3-a相连，所述通讯模块3-a将实时球坐标无线反馈至计算机远程端，所述计算机远程端包括以下内容：动态基准实时测量模块10，可用于远程控制位移监测机器人的测量作业，亦可核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块11，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，计算道床沉降值、差异沉降值、隧道水平位移、隧道收敛值，并按时间顺序整理存储。进一步，所述电源通信箱包含一个通讯模块3-a、一个位移监本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统，其特征在于：包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机；所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人(1)、强制对中托架(2)、电源通信箱(3)、隧道内已有220V电源(4)及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜(5)和L形小棱镜(6)，所述L形小棱镜(6)分别安装在地铁的轨道板及衬砌，所述后视圆棱镜(5)上下错开安装在衬砌处；位移监测机器人工作站通过后视圆棱镜(5)建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜(6)坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱(3)内的通讯模块(3‑a)相连，所述通讯模块(3‑a)将实时球坐标无线反馈至计算机远程端；所述计算机远程端包括以下内容：动态基准实时测量模块(10)，用于远程控制位移监测机器人的测量作业，以及核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块(11)，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，计算道床沉降值、差异沉降值、隧道水平位移、隧道收敛值，并按时间顺序整理存储。

【技术特征摘要】
1.一种已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统，其特征在于：包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机；所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人(1)、强制对中托架(2)、电源通信箱(3)、隧道内已有220V电源(4)及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜(5)和L形小棱镜(6)，所述L形小棱镜(6)分别安装在地铁的轨道板及衬砌，所述后视圆棱镜(5)上下错开安装在衬砌处；位移监测机器人工作站通过后视圆棱镜(5)建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜(6)坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱(3)内的通讯模块(3-a)相连，所述通讯模块(3-a)将实时球坐标无线反馈至计算机远程端；所述计算机远程端包括以下内容：动态基准实时测量模块(10)，用于远程控制位移监测机器人的测量作业，以及核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块(11)，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，计算道床沉降值、差异沉降值、隧道水平位移、隧道收敛值，并按时间顺序整理存储。2.根据权利要求1所述的已运营长距离地铁隧道结构位移实时监测系统，其特征在于：所述电源通信箱包含一个通讯模块(3-a)、一个位移监测机器人电源适配器(3-b)...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁智，王达，张霄，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33