摘要：随着城市地铁在我国的迅速发展以及地铁沿线的工程建设，工程施工将引起基坑附近土体的变化，不可避免的对地铁隧道结构造成影响，对地铁的建设和运营安全带来威胁。传统的人工监测受制于地铁运营的影响，只能在列车停运期间进行，无法满足实时监测的需要；高精度的自动化监测能够实现自动采集、远程传输、实时分析等功能，可以做到24h不间断监测，及时发现隧道结构和轨道变形，保证地铁结构安全，是地铁监测的发展趋势。
关键词：轨道交通工程；自动化检测；集成技术
引言
为缓解城市交通堵塞、无序的现状，智慧地铁发展成为未来的主流发展形势，其搭载AI技术、大数据分析技术，通过数据的集成分析，合理配置地铁线路、车辆资源，以解决人、车、路分配不均衡的问题，缓解客流压力，提高地铁运营服务的效能。地铁在运营期间是禁止监测人员进入轨行区内的，为了及时采集监测数据，必须在既有线路内设置自动化监测系统才能实施监测。对此，本文主要探讨地铁自动化监测及其智能集成技术的应用。
1自动化监测系统概述
测量机器人是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的全能型电子全站仪。全站仪自动监测方法为在隧道两端设置基准点，利用自由设站法（后方交会）通过瞄准多个已知基准点计算得到安置于测站点的全站仪的坐标，然后利用极坐标测量方法观测得到多个监测断面的监测点的三维坐标。
基准点是变形监测系统的基本控制点，是测定工作点和变形点的依据。基准点通常埋设在稳固的基岩上或者变形影响范围以外的稳定区域，尽可能长期保存，稳定不动。变形观测中设置的基准点应进行定期复测，将观测结果进行统计分析，以判断基准点本身的稳定情况。
测站点的布设应根据监测范围、观测条件等因素确定，保证仪器观测视线不受影响。变形监测一般采用极坐标法，即认为测站点稳定不动，监测点的测量精度由仪器的测角精度和测距精度决定。
监测点的布设至关重要，应综合考虑监测需求、基坑与地铁的位置关系、施工前地铁隧道的变形与表观病害、施工期预估变形等因素，使监测点变形全面客观地反映地铁隧道的变形。
2自动化监测目的、监测项目及监测点布设
2.1监测目的
地铁在运营期间禁止监测人员进入轨行区内，为了及时采集监测数据，必须在既有线路内设置自动化监测系统，实现对结构水平、垂直位移、区间结构水平收敛的连续、精确监测。通过对地铁隧道自动化监测，以期达到如下目的：
（1）通过自动化监测，掌握基坑施工阶段既有线路结构的动态变化，明确工程施工对运营中的地铁1号线的影响程度，把握施工过程中结构所处的安全状态。（2）用现场实测的结果弥补理论分析的不足，并把监测的结果反馈到设计和施工中，以便采取相应的施工技术措施，如改变施工方法、选择相应的辅助工法等，确保运营中的地铁1号线结构安全。（3）积累监测资料，为地铁保护区域内的其他建设项目施工提供参考。
2.2监测项目及监测点布设
鉴于地铁1号线已经开始运营行车，根据现场情况，结合《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T202-2013，针对既有地铁结构开展的自动化监测项目及监测点面布位置如表1所示，监测点布设原则：位于强烈影响区（A类）为5～10m一个断面；位于显著影响区（B类）为10～15m一个断面；位于一般影响区（C类）为15～20m一个断面。2.3监测频率及周期原则上每天上报1次停运期间稳定、合理可靠数据，特殊情况需要上报实时监测数据[2]。监测总工期以业主委托要求的监测开工日期为起点，至受施工影响的地铁隧道沉降变形稳定（最后100d的沉降速率小于等于0.04mm/d）为止。
3地铁自动化监测集成技术实际应用
地下室基坑距该市地铁1号线某地铁站盾构区间最近距离为5.8m。地下室基坑开挖深度约15~18m，基坑底边线周长约400M，面积10800m2。主体结构采用明挖顺作法施工。
基坑围护结构形式主要采用排桩＋内支撑体系＋止水帷幕。下沉式广场基坑位于1号线A、B两站区间正上方，基坑开挖深度约2.49m~6.93m，底边线周长约98m，面积约890m2。
3.1控制网施测
每条地铁隧道内选取至少4个基准点（CPⅢ点），并能够与相邻点通视，在适当位置选取工作基点，工作基点需建强制对中观测墩，基准点、工作基点组成监测控制网，如图1所示。控制点选埋在施工影响范围外的稳定区内，点位必须埋设稳固。
图1隧道结构收敛人工和自动化对比
使用LeicaTM50全站仪按《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2017中Ⅱ等水平位移监测控制网技术要求按二等导线要求施测，角度观测9测回，其中单测回测左角，双测回测右角，取平均值。边长对向观测取中数，并加气象和投影改正。在观测时，每测回同一方向不调焦，即同一方向盘左盘右一次读完，再换另一方向，以减少因视差造成的照准误差。
高程监测控制网以两端的基准点、传递点（布设在全站仪支架上）组成附合水准测量路线，由测量机器人按精密三角高程测量的方法进行施测，与水平位移测量控制网同步观测。测量时不需量棱镜高、仪器高（需测量传递点上小棱镜及全站仪的距离），按精密水准测量精度要求进行控制。
观测应做到三固定，即固定人员、固定仪器、固定测站；在目标成像清晰稳定的条件下进行观测；仪器温度与外界温度一致时才能开始观测；应尽量避免受外界干扰影响观测精度，严格按精度要求控制各项限差；控制网数据处理采用清华三维测量控制网平差软件按严密平差方法计算。
4.2地铁结构自动化监测具体实施
根据沿线监测点分布情况，本项目采用3台LeicaTM50全站仪，工作基站布设在监测范围中间位置，8个基准点选取变形影响区外的CPⅢ控制点[通过现场踏勘上行线选取CPⅢ04305、04306（里程位置YDK4+088）、CPⅢ04313、04314（里程位置YDK4+265），下行线选取CPⅢ04305、04306（里程位置ZDK4+115）、CPⅢ04313、04314（里程位置ZDK4+297）]作为监测基准点。
基准点埋设小单棱镜，设置固定觇标。变形监测点埋设小单棱镜，监测点标志埋设时应保证与工作基站的通视，监测点埋设完毕后，作明显标记。
4.2.1监测方法与数据采集
本项目自动化监测区间较长，需建立3个工作基站（传递点）并组网，通过两侧稳定的基准点进行平差。平差获得每台全站仪准确平面坐标及监测点小棱镜的高程初始值后，再监测L型小棱镜。监测流程如图2所示。
图2隧道结构沉降人工和自动化对比
（1）测量基准点和传递点。基准点布设在监测区间两侧稳定区域，传递点布设在全站仪支架上，保证相邻全站仪可以通视测量。全站仪手柄上预留安装小棱镜的孔，保证相邻全站仪能观测到即可。
（2）从SQL数据库中获取平差点组数据并发送到StarNet软件中。工具软件自动从SQL数据库中获取最新测量的平差点组（基准点和传递点）数据，并按照StarNet软件能够识别的格式进行整理、保存为dat文件。
（3）StarNet软件附合三维导线平差。采用最小二乘技术对3D测量网进行平差。软件加载dat文件，并自动执行附合导线平差。
（4）将平差后准确的坐标数据返还到SQL数据库中。StarNet软件执行完平差后，工具软件负责将平差后测站点和传递点准确的三维坐标数据返还到SQL数据库中进行更新，基准点不更新。至此，GeoMoS已经获得了监测区间中测站和传递点的准确本维坐标。
（5）测站定向。两边全站仪（S1，S3）选择任一基准点进行定向，中间全站仪（S2）选择任一相邻的传递点（S1b，S3f）进行定向。
（6）开始监测。
4.2.2自动化监测成果提供
（1）结构、道床竖向位移监测成果。道床竖向位移每完成一次计算一次高程，采用两次高程之差计算竖向位移监测成果。
（2）地铁结构水平位移成果。每完成一次观测计算一次，采用前后两次计算所得的坐标进行比较，判断是否异常。
（3）区间结构净空收敛成果。净空收敛成果主要是区间结构断面上1组相对应的监测点（P1、P2）间相对距离的变化。每完成一次观测，得到两点的坐标，用坐标正算公式计算两点间的距离。采用前后两次计算所得的距离之差进行比较分析，判断是否异常。
5结束语
地铁建设对智慧城市建设具有极为重要的影响，尤其是当前，随着城市轨道交通的飞速发展，其线路覆盖范围、车辆资源、客流量等均在不断激增，地铁交通呈现出大格局、广覆盖的发展趋势，对组织运营效率、运量能力、人车资源匹配也提出了更高的要求。在地铁建设运行中，自动化监测系统的应用有效的提升其安全性，可在类似地铁安全监测项目中予以推广应用。随着经济、科技的进一步发展，自动化监测智能集成技术将更多更广的应用于轨道交通工程的全自动化监测过程中。
参考文献
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[2] 柏文锋.基于智能全站仪的地铁隧道自动化监测精度分析验证[J].测绘通报， 2018(11)
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[5] 尹啸.静力水准自动化监测系统在运营地铁中的应用与研究[J].北京测绘， 2018(05)
[6] 韩易.地铁保护区沉降自动化监测与人工监测的数据对比分析[J].测绘与空间 地理信息，2016(02)
作者简介：冯立（1986-），男，苗族，土木工程本科，工程师，主要从事水利水电和轨道交通监测管理工作。