地鐵隧道變形自動檢測系統研究
主要完成單位：上海地鐵盾構裝置工程****
同濟大學
主要完**員：何自強、張恒、史海舟、周奇才、熊肖磊、陳傳林、趙炯、呂強、李炯
1、研究背景和專案**
地鐵是一種在狹小空間內快速載運高度密集人群的交通裝備，空間狹小決定了其管理措施的難度和複雜性；高速運轉更突顯了系統多方面協調配合的重要性，每乙個系統每乙個細節都可能是影響安全的因素；人口高度密集決定了軌道交通一旦發生事故就是巨大的危險和災難；軌道交通的安全與規劃、建設、運營各個階段密切關聯，又決定了軌道交通安全管理的系統性和整體性。這些因素都對地鐵的安全管理工作提出了新的挑戰，也同時說明了城市軌道交通一旦發生安全事故，其後果是極其嚴重的。
結構體的安全監測包括隧道結構侵蝕監測、結構形變監測、結構內力監測和環境情況監測，其中尤其是結構形變監測非常重要，其監測內容主要為沿縱向分布的隧道橫截面沉降、橫向位移和斷面的收斂變形。
地鐵隧道的結構體發生過大的形變將時造成災害，所採取的預防措施主要是進行形變監測，並可分為施工階段和運營階段。為了同時提高隧道建設及運營期間的安全性，需要可靠的檢測和資料處理方法，而傳統的測量技術由於建築施工的干擾及檢測方式、裝置所限，只能間斷性地進行記錄，並且不適用於隧道完工之後隧道運營的監測。在隧道施工過程中，利用儀器通過人工測量或自動測量等方法可對隧道整體及斷面的形變進行實時觀察和監控，然而這往往僅對確保隧道施工質量有效。
對於自動測量方法，由於其自動測量儀器（全站儀）的**很高難以全線布點，它的自動測量一般僅對施工的推進面有效，其基準測量還需人工定期測量，因此並不適用於運營隧道的檢測，施工結束後，這些裝置即撤離了現場，地鐵隧道投入營運之後，無法對隧道的形變進行檢測和監控。
目前，國內外針對隧道施工階段的監測技術已比較成熟，而對隧道運營期間的監測重視程度遠遠不夠。事實上，運營階段因時間跨度大、影響因素複雜、發生災害後的社會影響大，因此運營隧道的健康監測更應重視。
對已建地鐵隧道的沉降觀測資料研究發現，處於軟土地層中的隧道在長期的運營中，一般都會持續增大縱向沉降，該沉降為總沉降量的主要部分。隧道不均勻沉降會使隧道產生彎曲變形影響軌道的平整和乘客的舒適性，並導致隧道接縫張開，從而進一步加劇滲透，甚至漏泥，對隧道的結構、接頭和正常運營造成威脅。因此必須重視隧道結構體在長期運營中的沿縱向的整體形變，並從設計、施工、工程防治、周圍環境的影響等方面予以綜合管理與控制。
運營地鐵隧道的形變包括隧道縱軸線沿橫斷面的位移及隧道橫斷面形狀的變化，當隧道形變過大時將影響地鐵安全運營。本專案立項的目的就是研製運營隧道形變檢測分析系統，根據隧道形變的漸變性及長期性，採集隧道形變實時資料並建立長時段基礎資料，通過對資料進行時間及空間的融合，為實現隧道形變的網路發布並建立隧道變形預警機制做好前期的準備工作。本課題屬於軌道交通網路運營安全綜合技術研究與應用的重要組成部分。
2、主要研究內容
針對本課題，專案組已經進行了大量前期基礎研究工作。基於多組立體相機和近景攝影測量原理，實現了建築物模型的變形監測。基於車載多感測器移動空間資料採集裝置，實現了gps、ins、ccd立體相機、雷射掃瞄等感測器的整合與處理。
隧道安全監測採集車是近景立體攝影測量、全景相機和斷面掃等空間多感測器網路整合與資料融合，配以資料管理與實時發布的成功範例，在空間多感測器網路等技術的支撐下，實現了精度達5mm的定位精度，為該科研計畫的順利進行與圓滿成功提供強有力支援。
根據專案的特點和內容組成，該專案研究主要可以分為三個部分：
a. 隧道整體變形檢測：研究採用網路化智慧型影象感測器進行運營地鐵隧道形變災害監測。
主要進行網路化智慧型影象感測器研究、智慧型影象感測器姿態自穩定裝置研究、、感測器網路組網技術、三維隧道形變影象建模和變形預警等。
b. 隧道區域性（斷面）變形檢測：研製隧道斷面變形測量監測儀。
依據前一部分的成果，建立隧道軸線定位基準的傳遞系統，為隧道斷面變形測量儀提供精確的測量基準，由隧道斷面變形測量儀對隧道全面進行掃瞄監測，提供更加全面、豐富的監測資料，以便進行隧道變形狀態的精準分析診斷。
c. 建立空間資料庫儲存發布隧道變形資訊：儲存及處理隧道整體變形及斷面變形測量資料，形成預警機制，並通過網路發布。
本專案主要研究採用網路化智慧型影象感測器對乙個試驗區間中的運營隧道的縱軸線變形進行實時檢測，建立隧道橫向整體位移在空間及時間上的分布規律，通過形變分析初步建立起隧道變形狀況的預警機制，並建立隧道軸線定位基準的傳遞系統，為車載隧道斷面變形測量儀提供精確的測量基準。
在本專案中，首次提出以網路感測器技術和影象識別技術為基礎對運營地鐵隧道形變進行**式實時監測，根據隧道變形資料分析隧道變形狀況，及時預報隧道變形狀況不良引起的災害。
同時以它為基礎進行隧道軸線定位基準的傳遞，為進一步實現採用隧道斷面變形測量儀進行隧道結構安全監測，提供基礎資料。
這是一種新的非接觸式實時安全監測技術，能彌補傳統結構監測方法的不足。它採用非接觸、實時**方式，全面獲取結構體資訊，基於計算機網路通訊技術實現多感測器資料融合，試驗成本低，過程可重複，具有實時、動態、高精度的特點，能提高區域性監測的精度和時空上整體監測分析的能力。
影象感測器以一定的間距分布於隧道斷面的頂部或側面，在每個斷面上設定乙個或多個影象感測器，所有感測器組成乙個監測網路，由各站的監測計算機進行資料採集和初步分析，再通過站間的計算機網路實現對全線路隧道進行實時監測預警。目前，這種整合影像和感測器網路實現隧道結構的安全監測技術和系統在國內外還未見報道。
3、主要研究成果
創新點（1） 首次提出基於影象分析的隧道形變監測和定位基準傳遞的方案和理論。實現隧道整體變形的**監測。
（2） 設計了一套基於影象測量技術的針對隧道變形**監測的智慧型影象感測器系統。
（3） 設計了一套集雷射測距、緊密轉角控制、電子傾角測量等為一體的斷面掃瞄檢測車。
（4） 提出了一種對智慧型影象感測器姿態進行補償的方法，解決了由於感測器姿態引入的測量誤差。
（5） 提出了一套多種感測器多點長期監測的資料處理方法。
（6） 提出了智慧型影象感測器的現場標定及維護保養更換的可行方法。
（7） 制定了適合隧道**檢測多感測器資訊交換，滿足多感測器同步性要求的網路通訊協議。
通過該項目的研究構建了影象感測器陣列和斷面變形測量儀的多感測器監測網路系統，設計自檢校的專用感測器標定框架，實現高精度時間同步。解決了多感測器資料融合的高精度聯合處理演算法，實現基於立體序列影像的監測點座標的高精度計算。開發了自主智財權的基於多感測器監測網路的隧道結構安全監測系統，完成上海試驗區間隧道實地監測示範。
表1 專利成果一覽表
4、應用前景與效益**
1）社會效益
本專案提出的多感測器網路監測技術，能夠快速捕捉隧道內結構形變、對監測結果實時分析和預警發布。因此，應用該技術在隧道結構的安全進行監測，指導和改進相關的設計規範，在減輕災害損失、維護社會穩定等方面具有重要作用，具有廣闊的應用前景。
2）經濟效益
本專案開發的多感測器網路整合、監測、分析和發布技術應用於隧道結構的安全監測技術，具有試驗成本低，非接觸、實時、動態、高精度、預警發布等特點。以相對來說非常小的代價提供傳統監測方法無可比擬的能力，監測分析結果用於調整隧道施工與運營，避免對於軌道交通運營過程中碰到的安全問題，可以產生重大的經濟效益。
有望在隧道結構安全監測的實用技術創新方面取得突破，為形成隧道結構的可靠性設計、分析、試驗、評價的技術體系奠定基礎，在該領域獲得一批具有自主智財權的技術、方法和實用系統，具有重大的應用價值。
試題 自動檢測
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梁老師為我們上課，我們感到很榮幸也很幸運。梁老師雖說年紀大，但是保持一顆年輕的心，時常和同學們打成一片，課後更是為同學們解決問題，讓同學們感到學習是一件很快樂的工作。梁老師也為自動檢測這門課程的改革做了許多任務作。為了讓我們做作業不枯燥，有興趣還能學到知識，他布置的作業是到網上尋找相應的資料，讓我們...
2023年自動檢測總結
一。解釋名詞 檢測 是採用現代科技方法與裝置對工業現場的有關資訊進行檢查與測量，並將結果加以全面利用的一項應用技術，它是工業自動化的核心技術之一。測量 是檢測技術的主要組成部分，是借助於專門的技術和一起裝置，採用一定的方法獲取某一客觀事物定量資料資料的真實過程。自動檢測 是在測量和檢測過程中完全不需...