[发明专利]一种基于测量机器人的地铁隧道结构安全监测方法

权利要求书

1.一种基于测量机器人的地铁隧道结构安全全自动化监测方法，应用于盾构法施工的地铁隧道结构的形变监测，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：根据隧道结构物自身风险等级、周边环境风险等级和地质条件复杂程度综合确定隧道结构物安全的监测方案，所述监测方案包括监测类型、监测点的数量和位置、监测频率、变形预警分级、预警信息发布信息；

步骤S2:按照监测方案在地铁隧道监测范围内，根据隧道起止点里程桩号确定监测隧道区间的长度，按照方案中监测断面的间距，在地铁左线和右线隧道上按间距批量生成监测断面，并在每个监测断面上设置监测点，所述监测点设置在断面的拱顶，拱腰，道床及轨道上，通过配置指定同一断面不同位置的监测点动态组合来表示对隧道结构的监测；

步骤S3：根据监测方案在地铁隧道的侧壁上部署测量机器人，同时在所述监测点上安装棱镜或反射片，同时在隧道相对稳定的区域设置均匀布设若干个监测基准点并安装棱镜或反射片；

步骤S4:通过全站仪联测隧道外地面高等级的控制点与所述监测基准点，确定监测基准点的三维坐标，作为监测基准点的初始位置；

步骤S5:使用测量机器人照准各个监测基准点，依据所述监测基准点的初始位置坐标，通过后方交会方法完成测量机器人的坐标定位；

步骤S6:使用测量机器人对所述监测点进行自动化监测，并存储所述监测点中照准方向的水平角和竖直角；

步骤S7：测量机器人定时对所述监测点进行信息采集并获取第一信号，所述第一信号表示隧道结构物上布设的各类监测点的实时三维坐标信息，利用存储设备将获取的第一信号进行本地存储后，存储设备再将第一信号通过物联网传输给安全智能监测平台；

步骤S8：安全智能监测平台对所述第一信号进行数据解析，根据平台中配置的监测点组合，自动计算出隧道各监测断面结构拱顶沉降、道床竖向位移、道床水平位移、轨道差异沉降、地铁净空收敛等监测项的本期变化量和累积变化量并作为第二信号；

步骤S9：安全智能监测平台对所述第二信号进行可视化显示，以得到表征监测点处隧道结构变化的趋势；

步骤S10：安全智能监测平台建立预警机制，并在第二信号超出预设阈值时进行预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于测量机器人的地铁隧道结构安全监测方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述监测点的布置方法为：

在一个隧道的左线和右线生成监测断面并进行连续编号，在每个监测断面上可按需布设基准点，通过对基准点进行合理分组来表征结构安全监测关注的各类测项。

3.根据权利要求1所述的一种基于测量机器人的地铁隧道结构安全监测方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据测量机器人的性能合理确定其工作范围，对于监测区段较长或通视条件欠佳的隧道，通常需布设多组测量机器人，每个机器人负责各自范围内隧道断面上监测点，同时应为每个测量机器人布设合理的监测基准点，以便完成测量机器人的后方交会。

4.根据权利要求1所述的一种基于测量机器人的地铁隧道结构安全监测方法，其特征在于：所述步骤S4中，通过联测地面高等级控制点与监测基准点，联测方法包含如下步骤：

a)在隧道影响范围外的地面上，选取稳固的位置设定若干个高等级的平面和高程控制点，并通过RTK和二等水准测量方法确定高等级控制点的三维坐标；

b)通过全站仪自由设站法，选取两个高等级控制点的三维坐标完成空间后方交会，然后在对剩余高等级控制点进行定位，并与高等级控制点已知三维坐标进行比对，通过复核对比确定后方交会的准确性；

c)按照隧道内外的通视条件，布设定位过渡点，使用完成后方交会的全站仪确定各定位过渡点的三维坐标；

d)采用与上述步骤b和c相同的方法，依次确定隧道内各监测基准点的三维坐标，为测量机器人开展自动测量做好准备。

5.根据权利要求1所述的一种基于测量机器人的地铁隧道结构安全监测方法，其特征在于：所述步骤S6中，首先通过人工依次照准各测量机器人监测范围内的监测点，开展监测点坐标测量，实现测量机器人的学习测量，一方面让测量机器人存储照准各监测点时的水平角和竖直角，方便后期开展自助跟踪测量，另一方面确定各监测点的初始三维坐标，为后续评定监测点的形变提供初始对比数据。