城市軌道交通工程自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的應(yīng)用研究

蔣建華

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)和科技快速騰飛，我國的各行各業(yè)都開啟了新一輪的發(fā)展和進(jìn)步，城市軌道交通工程的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模也越來越龐大，社會對于工程的監(jiān)測質(zhì)量和效率也提出了全新的要求。城市軌道交通工程是城市公共交通中最為關(guān)鍵的主要力量，同時(shí)也是貫穿城市命脈的重點(diǎn)工程，但是在人群密集的城市中間建設(shè)軌道是一種包含多種危險(xiǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，因此需要采用科學(xué)合理的技術(shù)保障自身和周圍環(huán)境的安全。為了提高城市軌道交通工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)使用更加符合時(shí)代要求的信息化技術(shù)加以創(chuàng)新和改革，并且根據(jù)現(xiàn)有的城市規(guī)劃和工程施工情況，讓交通監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)立更加科學(xué)、合理，減少錯(cuò)誤數(shù)據(jù)出現(xiàn)的可能性，積極采用自動(dòng)化的監(jiān)測管理智能系統(tǒng)，全面提升城市軌道交通工程監(jiān)測信息的準(zhǔn)確性、有效性及科學(xué)性，為我國交通事業(yè)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

1.加強(qiáng)城市軌道交通工程監(jiān)測工作的意義和價(jià)值

近年來，我國各個(gè)省市和地區(qū)交通工程建設(shè)的速度不斷突飛猛進(jìn)，不僅為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和市場發(fā)展創(chuàng)造了必然條件，同時(shí)也給周圍的環(huán)境和人們的安全帶來一定的隱患。在很多新建的城市軌道交通項(xiàng)目施工過程中，都出現(xiàn)了一定數(shù)量的安全事故，而且傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制無法適應(yīng)現(xiàn)代的社會環(huán)境，因此使用智能化的集成技術(shù)為城市軌道交通工程的自動(dòng)化監(jiān)測提供創(chuàng)新和優(yōu)化手段，是目前相關(guān)單位發(fā)展過程中必須考慮的問題，也是很多交通單位現(xiàn)階段的研究課題。采取智能集成技術(shù)加強(qiáng)城市軌道交通的自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)可以使工程全生命周期的安全得到應(yīng)有的技術(shù)保障，始終處于可以控制的范圍和狀態(tài)，發(fā)揮出監(jiān)測工作在城市軌道交通工程中的最大效用。

目前我國很多城市的軌道交通在監(jiān)測方面還處于較為傳統(tǒng)的手工作業(yè)階段，即使某一個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但工程整體上缺乏實(shí)際的聯(lián)動(dòng)和應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在自動(dòng)化監(jiān)測儀器、無線傳輸系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)上都取得了較大的突破，可以逐漸實(shí)現(xiàn)城市軌道交通工程自動(dòng)化監(jiān)測的設(shè)想和實(shí)施，讓綜合聯(lián)動(dòng)成為自動(dòng)化應(yīng)用的基礎(chǔ)功能。相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)將綜合化的技術(shù)用于優(yōu)化城市軌道交通工程，改善原本的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測漏洞，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測的有效性和及時(shí)性，確保軌道在施工和運(yùn)營的過程中都能有明確的安全保障，最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理。在實(shí)際的城市軌道交通工程的管理過程中，建設(shè)部門應(yīng)當(dāng)針對一些容易出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的位置加強(qiáng)監(jiān)測的強(qiáng)度，以期減少安全事故發(fā)生的可能性。例如在深基坑和基層邊坡的位置加設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，同時(shí)加強(qiáng)對施工現(xiàn)場和周邊環(huán)境的巡查力度，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和情況及時(shí)反饋給施工部門，可以有效降低施工過程中遇到的風(fēng)險(xiǎn)和安全問題。隨著城市數(shù)量和面積的不斷擴(kuò)大，城市軌道交通項(xiàng)目的施工監(jiān)測難度也越來越明顯，使用科學(xué)合理的技術(shù)手段為其提供有效的保障是目前可以切實(shí)維護(hù)城市安全的措施之一。

2.自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的原理和特點(diǎn)

2.1 原理

在應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的過程中，相關(guān)部門要將原本人工監(jiān)測的數(shù)據(jù)和畫面改為機(jī)器作業(yè)，不僅減少了人為失誤的可能性，同時(shí)還能達(dá)到更加順暢地執(zhí)行自動(dòng)搜索和跟蹤的監(jiān)測目的。城市軌道交通工程施工期間可以運(yùn)用綜合性的全站儀設(shè)備，在軌道的末端設(shè)置一系列的基準(zhǔn)點(diǎn)，采取設(shè)站的方式將每一個(gè)基準(zhǔn)的位置進(jìn)行定位和瞄準(zhǔn)，即可得到每一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)位置信息，再通過對坐標(biāo)位置使用極坐標(biāo)測量的技術(shù)方式，便可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)軌道交通工程的監(jiān)測和管理。

軌道上的基準(zhǔn)點(diǎn)是城市交通監(jiān)測系統(tǒng)中的核心控制點(diǎn)，也是施工部門在進(jìn)行測量數(shù)據(jù)時(shí)的必要依據(jù)，一般情況下，基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定的位置最好是在較為穩(wěn)定的基巖上方，這個(gè)位置相對來說較為安全，因此對基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性能夠提供基本保障。在進(jìn)行變形監(jiān)測工作的時(shí)候，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)在確定基準(zhǔn)點(diǎn)位置之后再進(jìn)行一遍復(fù)測工作，并且就復(fù)測數(shù)據(jù)的結(jié)果作出研究和分析，一旦分析結(jié)果與實(shí)際的情況出現(xiàn)較大差距，即基準(zhǔn)點(diǎn)出現(xiàn)了失穩(wěn)的情況，應(yīng)當(dāng)立即調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，確保檢測工作的順利進(jìn)行。除此之外，在基準(zhǔn)點(diǎn)確定好位置之后，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)將該監(jiān)測點(diǎn)需要承包的任務(wù)范圍進(jìn)行規(guī)劃，并且根據(jù)城市軌道交通工程施工的實(shí)際情況以及外界環(huán)境因素，確保監(jiān)測工作不會受到客觀因素的遮蓋或者阻擋。一般情況下，城市軌道交通工程在變形監(jiān)測的工作中都會采取極坐標(biāo)法的方式進(jìn)行測量，基準(zhǔn)點(diǎn)確定之后由監(jiān)測的儀器確定測量工作的精度。相關(guān)部門人員應(yīng)當(dāng)對城市軌道交通工程的實(shí)際情況進(jìn)行全面的掌握，包括自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況和工程對監(jiān)測數(shù)據(jù)的具體要求等，甚至還包括施工過程中基坑與列車之間的位置關(guān)系，都還需要工作人員加以了解和熟悉。

2.2 特點(diǎn)

目前，我國各個(gè)城市的軌道交通工程在投入到運(yùn)營環(huán)節(jié)時(shí)，一般情況下是不會再讓人進(jìn)入到軌道區(qū)域的，但同時(shí)，有一些數(shù)據(jù)還是需要及時(shí)獲取并分析結(jié)果以便作出相應(yīng)對策，因此相關(guān)部門為了在必要時(shí)得到檢測數(shù)據(jù)的支持，實(shí)現(xiàn)對城市軌道交通工程的有效管理，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)采取合理的技術(shù)手段時(shí)刻對城市軌道交通工程的內(nèi)部實(shí)時(shí)監(jiān)測工作。不僅僅是為了監(jiān)視軌道內(nèi)部的實(shí)際情況，同時(shí)也將出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的可能性降到了最低。為了提高城市軌道交通工程的監(jiān)控質(zhì)量和效率，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)采用更加先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，以期獲取到更加科學(xué)合理的數(shù)據(jù)。因此交通部門會在需要監(jiān)測的路段位置安裝自動(dòng)化程度較高的智能監(jiān)測集成技術(shù)的系統(tǒng)和設(shè)備，并且在實(shí)際應(yīng)用的過程中與原本設(shè)置的安全裝置形成較為靈活的聯(lián)動(dòng)模式，可以讓獲取的數(shù)據(jù)更加全面且真實(shí)，對任何較為隱蔽的角落，都應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)測力度，通常自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的特點(diǎn)應(yīng)如下：

第一，在城市中已經(jīng)開始應(yīng)用的城市軌道交通工程自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)必須具備一定的成熟度或者存在技術(shù)壁壘上的優(yōu)勢，不僅是為了相關(guān)部門在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)可以得到較好的分析結(jié)果，也可以保障數(shù)據(jù)本身的安全性。第二，城市軌道交通工程中應(yīng)用的監(jiān)測技術(shù)必須要能夠?qū)崒?shí)在在地為改善城市環(huán)境和保障城市安全作出貢獻(xiàn)，不論是交通工程施工期間還是施工完成后的運(yùn)營環(huán)節(jié)中，自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)都應(yīng)該以為社會謀福利的角度開展相關(guān)工作。在工程施工期間可以為工程的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持，在運(yùn)營期間則可以為駕駛員的安全提供有效保障，消除了原本可能存在的一系列風(fēng)險(xiǎn)和隱患，并且從多個(gè)角度提高了交通工程的使用效率和發(fā)展速度。

3.自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的應(yīng)用案例分析

3.1 案例概況

按照城市道路交通工程相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)文件，為其項(xiàng)目全生命周期的安全和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行保障，施工單位應(yīng)當(dāng)在該軌道鋪設(shè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全程的自動(dòng)化監(jiān)測管理，考慮到工程的實(shí)際情況和作業(yè)等級，在自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)中選擇了機(jī)器人監(jiān)測作為最終的應(yīng)用方式。

3.2 測點(diǎn)布設(shè)

該案例中的城市軌道交通工程已經(jīng)投入運(yùn)營，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況針對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)，在進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測職能集成技術(shù)的應(yīng)用時(shí)需要關(guān)注以下兩個(gè)問題：

首先，監(jiān)測人員應(yīng)當(dāng)就可能對工程產(chǎn)生的影響程度對需要監(jiān)測的區(qū)域進(jìn)行合理的劃分，對工程有著嚴(yán)重影響的施工區(qū)域可以設(shè)置為A級檢測區(qū)域，一般其斷面長度為5-10 m，以此類推設(shè)置出B級區(qū)域和C級區(qū)域等。其次，監(jiān)測人員在獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)之后應(yīng)當(dāng)及時(shí)上報(bào)給相關(guān)單位，以便施工單位能夠迅速調(diào)整施工步驟避免影響到最終質(zhì)量和交工期限，也能對城市軌道交通工程的結(jié)構(gòu)、變形、安全等情況進(jìn)行較為科學(xué)、準(zhǔn)確的分析評價(jià)。

3.3 數(shù)據(jù)采集

由案例概況可見，該城市軌道交通工程需要監(jiān)測的面積較大，長度也較長，因此相關(guān)單位需要在應(yīng)用區(qū)域設(shè)置三個(gè)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理基站，形成較為穩(wěn)定的監(jiān)測點(diǎn)控制網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，監(jiān)測人員還應(yīng)當(dāng)對施工區(qū)域的每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)測量數(shù)據(jù)的平差進(jìn)行數(shù)次核對，另外在采集數(shù)據(jù)的過程中，監(jiān)測人員還應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)問題：

第一，對各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測量，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的時(shí)候科學(xué)地布置好每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位置。通常情況下，監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)當(dāng)在整個(gè)施工軌道區(qū)域的兩側(cè)，還有一部分分布在全站儀支架上部，以確保相鄰的全站儀能夠完成通視測量的任務(wù)，同時(shí)監(jiān)測人員也可以在全站儀的手柄上部安裝小棱鏡孔來保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全和有效。

第二，當(dāng)監(jiān)測人員將確定好的監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到SQL數(shù)據(jù)庫之后，可以使用Star Net 軟件的計(jì)算功能推導(dǎo)出三維導(dǎo)線的平差數(shù)值，再按照最小二乘技術(shù)，針對3D測量網(wǎng)進(jìn)行平差處理，智能系統(tǒng)可以在處理數(shù)據(jù)之后將其傳遞到SQL數(shù)據(jù)庫中，使施工單位實(shí)時(shí)獲取動(dòng)態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

3.4 結(jié)果分析

城市軌道交通工程應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)之后，可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算出監(jiān)測點(diǎn)的高程數(shù)值，并通過對高程差數(shù)據(jù)的多次計(jì)算，即可獲取到施工區(qū)域工程結(jié)構(gòu)的豎向位移情況，對于調(diào)整和優(yōu)化工程的施工質(zhì)量和效率有明顯的作用。待監(jiān)測工作完成后，監(jiān)測人員應(yīng)當(dāng)對監(jiān)測前后兩次的坐標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的比對，以確定施工區(qū)域工程結(jié)構(gòu)是否存在水平方向的位移情況，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)及時(shí)通知建設(shè)單位和相關(guān)管理部門。

3.5 技術(shù)優(yōu)勢

在城市軌道交通工程中應(yīng)用自動(dòng)化的監(jiān)測智能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無人值守，只要電力持續(xù)供應(yīng)，就可以達(dá)到長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測的目的，降低了一定的人工成本，同時(shí)還能保障人員在參與期間的人身安全。該項(xiàng)目在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，通過的介質(zhì)為無線網(wǎng)絡(luò)或者有線網(wǎng)絡(luò)，減少了紙質(zhì)材料消耗的成本，還能有效提高信息反饋的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，避免由于人員因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳遞失誤。自動(dòng)化監(jiān)測智能集成系統(tǒng)可以自動(dòng)完成平差計(jì)算的任務(wù)，保障了數(shù)據(jù)和信息在傳遞過程中的規(guī)范性并且還能為后續(xù)的分析工作打下良好的基礎(chǔ)。施工單位和技術(shù)部門都可以在該系統(tǒng)的操作下實(shí)時(shí)獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并且可以在出現(xiàn)超限信號時(shí)獲得警報(bào)反饋，為接下來的應(yīng)急事件處理和維護(hù)工作的展開爭取更多的寶貴時(shí)間，把工程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)和隱患扼殺在萌芽之中，保障了城市軌道交通工程和相關(guān)人員的安全。

4.結(jié)語

對城市軌道交通工程自動(dòng)化監(jiān)測智能集成技術(shù)的應(yīng)用情況開展研究和分析之后，可以發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)測系統(tǒng)可以更為有效地對工程的質(zhì)量和安全進(jìn)行控制。在實(shí)際的應(yīng)用案例中，監(jiān)測人員需要關(guān)注的環(huán)節(jié)有科學(xué)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)、控制網(wǎng)布設(shè)、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測成果分析等，除此之外還有對相關(guān)制度和標(biāo)準(zhǔn)的制定等，都可以依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)得出有效結(jié)論，也是現(xiàn)階段需要加強(qiáng)城市交通軌道工程監(jiān)測強(qiáng)度的主要原因之一。根據(jù)現(xiàn)有的研究資料對比可以得出，自動(dòng)化的智能監(jiān)測系統(tǒng)可以讓較為冗雜的數(shù)據(jù)發(fā)揮出更大的作用，同時(shí)進(jìn)一步減少了人為錯(cuò)誤的可能性，從側(cè)面也為監(jiān)測人員的工作創(chuàng)造了多樣化的發(fā)展空間，因此應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行推廣并獲取更多的應(yīng)用和研究成果，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。