本发明专利技术公开了一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，包括准备监测设备运载平台、安装超声测试系统、安装惯性姿态测量装置、架设固定基站、水上巡航测量、测量数据传输与处理、测区地层沉降信息分析、地层沉降信息预警与推送，通过对水下地层测量信息的计算处理，形成水下三维地形地图，对比不同时期水下地形变化情况，计算出地层沉降区域与沉降数值，推送地层沉降预警信息，为水下隧道的施工参数控制、风险管控开辟新路径，对隧道施工提出地层沉降预警建议，可提升施工的安全性和施工方案的科学性，促进水下长大隧道施工的智能化和绿色化。化。化。
【技术实现步骤摘要】
一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法
[0001]本专利技术涉及一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，尤其涉及使用大直径盾构施工的水下隧道建设中。
技术介绍
[0002]盾构以施工速度快、安全性好的显著优势被广泛应用在公路、铁路、地铁的修建中，尤其是水下隧道的修建中也就较多的使用了盾构法。水下隧道施工由于隧道上方为大面积水域的原因，难以像陆地上施工一样，使用常规的方法对线路上方地层的沉降信息进行快捷准确的测量，不利于评估对环境的影响，更是直接影响施工的安全性。而地层沉降信息反映了施工对周边环境的扰动，准确及时获知地层沉降数据，对于评估当前施工风险、适度调整施工参数很有必要。
[0003]如何在现有技术的基础上，考虑水下隧道施工的特殊性，提出利用水下超声测距、GPS定位等实施对水下土层轮廓的测量，进而对比不同时期水下地层轮廓的变化情况，分析出沉降的区域、沉降的幅度，评估沉降程度并发出预警的方法，对于施工的安全性和对环境友好性的提升意义重大，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，解决现有水下隧道施工地层沉降监测难度大、精度低、数据处理周期长的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]本专利技术的一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，包括以下具体步骤：
[0007]S1、准备监测设备运载平台：在水上运载设备中设置主机、推进器、GPSRTK移动接收机、超声测试系统、惯性姿态测量装置、以及通信装置；
[0008]S2、架设GPSRTK固定站：架设固定站后，在作业前对RTK自带测量系统的坐标系进行转换，创建与工程施工使用一致的坐标系；
[0009]S3、水上巡航测量：建立固定站与GPSRTK移动接收机的联系后，设定水上运载设备的路径信息，GPSRTK移动接收机和惯性姿态测量装置计算出当前位置，水上运载设备按照设定的轨迹进行巡航；
[0010]S4、测量数据传输与处理：将巡航过程中的位置信息，水上运载设备的姿态信息和超声测试系统的深度信息传递至大数据平台进行存储；
[0011]S5、测区地质沉降数据的处理：通过数据拟合形成三维水下地层图像，当今时间的三维水下地层信息与历史三维水下地层信息进行对比，分析最大的沉降量，沉降的区域，沉降的体积的数据；
[0012]S6、地层沉降信息预警及推送：利用沉降信息对风险进行分级，并按照设定的预警规则推送预警信息。
[0013]进一步地，步骤S1中，所述水上运载设备为双体无人船，无人船配置360
°
影像，具
备遥操作功能，对数据和视频进行实时传输，两个船体内各设一部主机和一个推进器；所述GPSRTK移动接收机设置在船体中间位置上部预留的GPSRTK移动接收机基座上；所述超声波测试系统设置在船体中间位置下部预留的超声测试系统基座上。
[0014]进一步地，步骤S1中，所述超声波测试系统中的超声波探头为多波束，最大波角不小于140
°
，波角范围可调，工作频率不小于400kHz，深度分辨率不小于0.75cm，最大波束数512；所述惯性姿态测量装置包括三轴加速度计和陀螺仪，惯性姿态测量装置安装在船体重心位置处，用于水上运载设备位姿的测量。
[0015]进一步地，步骤S2中，坐标系转换方法：GPSRTK固定站坐标已知，RTK自带测量系统属于WGS
‑
84坐标系，施工采用BJ
‑
54坐标系；采用七参数法求解，分为平移参数dX、dY、dZ,旋转参数rX、rY、rZ,缩放参数k,完成WGS
‑
84椭球坐标系到克拉索夫斯基椭球坐标系的转换；通过架设地面电台完成RTK各项连接，再找到地面至少三个已知施工BJ
‑
54坐标系控制点，测得控制点在WGS
‑
84经纬度及大地高程(B、L、H)，求解七参数。
[0016]进一步地，步骤S3中，GPSRTK移动接收机和惯性测量单元计算出当前位置的具体方法为：
[0017]a、固定站在BJ
‑
54坐标系下经纬度及大地高程(B、L、H)已知，通过GPSRTK移动接收机，接收固定站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度，即基准站和流动站坐标差
△
X、
△
Y、
△
H，加上固定站坐标得到的每个点的坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H；
[0018]b、根据GPSRTK移动接收机与超声波测试系统中超声波探头位置相对关系，结合惯性姿态测量装置测得的平台位姿数据，通过坐标变换，进一步计算出不同时刻探头在BJ
‑
54坐标系下经纬度及大地高程；
[0019]c、GPSRTK移动接收机与地面固定站通信后解算位置信息，位置信息与无人船的舵机联动，其中无人船采用自动舵控制，由于自动舵的介入可按照设定的轨迹进行巡航，目标轨迹为线路的平面坐标X、Y，实际位置为超声探头中心平面坐标X、Y，自动舵调整参数循迹巡航，操作人员可通过视频对运载工具周围的情况进行掌握。
[0020]进一步地，步骤S5中，数据拟合方法为：以计算的超声探头在BJ
‑
54坐标下的位置为基础，计算不同超声波探头中心坐标对应的超声回波信息，将数据转换为水下地层点位的坐标信息，进而利用该坐标信息拟合三维水下地层图像。
[0021]进一步地，步骤S6中，根据计算的最大沉降量情况，确定沉降风险等级并推送信息；根据计算的沉降区域面积情况，确定沉降风险等级并推送信息；根据计算的沉降体积情况，确定沉降风险等级并推送信息。
[0022]本专利技术的有益效果：本专利技术针对水下隧道地层沉降监测难、精度不足的缺点，提出以超声水下测量、GPS定位、惯性测量为基础的水下隧道沉降测量方法，能够高效的获得水下地层沉降信息，并通过大数据平台评估沉降风险，指导盾构科学施工，减少对周围环境的扰动程度，对于隧道智能建造、隧道绿色建造具有积极的意义。本专利技术通过在水下隧道修建过程中对隧道线路上方地层的沉降进行测量，获得准确的水下地形数据，构建水下地形三维模型，计算隧道线路影响范围内地层沉降信息，对隧道施工提出地层沉降预警建议，可提升施工的安全性和施工方案科学性，促进水下长大隧道施工的智能化和绿色化。
附图说明
[0023]图1为本专利技术所提供的一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法的工作原理示意图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0025]本实施例中提供了一种水下隧道地质沉降监测与预警方法：包括以下具体步骤，
[0026]S1、准备监测设备运载平台：在水上运载设备中设本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、准备监测设备运载平台：在水上运载设备中设置主机、推进器、GPSRTK移动接收机、超声测试系统、惯性姿态测量装置、以及通信装置；S2、架设GPSRTK固定站：架设固定站后，在作业前对RTK自带测量系统的坐标系进行转换，创建与工程施工使用一致的坐标系；S3、水上巡航测量：建立固定站与GPSRTK移动接收机的联系后，设定水上运载设备的路径信息，GPSRTK移动接收机和惯性姿态测量装置计算出当前位置，水上运载设备按照设定的轨迹进行巡航；S4、测量数据传输与处理：将巡航过程中的位置信息，水上运载设备的姿态信息和超声测试系统的深度信息传递至大数据平台进行存储；S5、测区地质沉降数据处理：计算地层各离散点的位置坐标，通过数据拟合形成三维水下地层图像，当今时间的三维水下地层信息与历史三维水下地层信息进行对比，分析最大的沉降量，沉降的区域，沉降的体积数据；S6、地层沉降信息预警及推送：利用沉降信息对风险进行分级，并按照设定的预警规则推送预警信息。2.如权利要求1所述的一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，其特征在于，步骤S1中，所述水上运载设备为双体无人船，无人船配置360
°
影像，具备遥操作功能，对数据和视频进行实时传输，两个船体内各设一部主机和一个推进器；所述GPSRTK移动接收机设置在船体中间位置上部预留的GPSRTK移动接收机基座上；所述超声波测试系统设置在船体中间位置下部预留的超声测试系统基座上。3.如权利要求1所述的一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，其特征在于，步骤S1中，所述超声波测试系统中的超声波探头为多波束，最大波角不小于140
°
，波角范围可调，工作频率不小于400kHz，深度分辨率不小于0.75cm，最大波束数512；所述惯性姿态测量装置包括三轴加速度计和陀螺仪，惯性姿态测量装置安装在船体重心位置处，用于水上运载设备位姿的测量。4.如权利要求2所述的一种水下隧道地层沉降监测与预警的方法，其特征在于，步骤S2中，坐标系转换方法：GPSRTK固定站坐标已知，RTK自带测量系统属于WGS
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84坐标系，施工采用BJ
‑
54坐标系；...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，游金虎，黄金光，阳成，杨聚会，李增，周毅，曾垂刚，李治国，周建军，李凤远，张文新，陈瑞祥，秦银平，张合沛，高会中，周振建，任颖莹，何蒙蒙，李叔敖，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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