基于地铁隧道立体变形监测与动态可视化系统研究

The subway tunnel has achieved a lot in the monitoring of the crown settlement and the monitoring of internal convergence deformation, but there are still deficiencies in the comprehensive three-dimensional deformation monitoring and disaster warning. This project will combine the high precision monitoring equipment, advanced data acquisition mode, numerical analysis, computer modeling and simulation technology and other fields of the theory and methods, focus on the research of deformation in 1, with a combination of GPS automatic measuring robot monitoring of tunnel ground deformation structures, extraction of point data, the use of drones tilt Photogrammetry for monitoring structures constructing 3D modeling entities, data comparison, so as to obtain the monitoring and warning trend; 2, in the subway tunnel internal use wireless sensor network technology combined with the automatic measuring robot collecting deformation data, using laser scanning system for surface reconstruction of the surface area, realize the purpose of deformation monitoring; construction the 3D dynamic visualization system based on 3D simulation technology, using the above 3 to obtain dynamic monitoring data, achieve A stereoscopic monitoring and control system for human-computer interaction. The research of this topic will improve the ability of subway tunnel comprehensive deformation monitoring and disaster warning, and achieve intelligent operation and management standards. The research results will play a great role in dynamic monitoring, digital urban surveying and mapping, mobile mapping and so on.

地铁隧道在拱顶沉降监测、内部收敛变形监测方面已经取得了很高的成就，但是在全面立体变形监测与灾害预警等方面存在着不足。本项目将结合高精度的监测设备、先进的数据采集模式、数值分析、计算机三维建模、模拟仿真技术等领域的理论和方法，重点研究：1、采用GPS联合全自动测量机器人监测地铁隧道地面上构筑物的变形，提取变形点位数据，利用无人机倾斜摄影测量技术对监测构筑物构建三维建模实体，实现数据比对，从而获得监测预警趋势；2、在地铁隧道内部运用无线传感器网络技术与全自动测量机器人相结合采集变形点数据，利用激光扫描系统对曲面区域进行曲面重构，实现变形监测目的；3、利用上面获取的动态监测数据结合三维仿真技术构建三维动态可视化系统，达到人机交互的立体监测对照系统。本课题的研究将提高地铁隧道全面变形监测和灾害预警的能力，达到智能化的运营管理标准。研究成果在动态监测、数字城市测绘、移动式测图等方面将发挥巨大作用。

1、项目的背景 . 随着我国经济的发展和城市化水平的提高，以及都市圈的建立，从而使得各级省会城市人口超饱和、建筑空间拥挤、城市区域承载体面积的扩大，由此带来的“城市交通阻塞综合症”也越来越严重。为了解决此问题，各级部门采用发展高效的地下轨道公共交通，形成四通八达的地下公共交通网。但是在整个地铁隧道的建设和运营过程中，我们不能光“生产”，而不考虑“安全”，准确地测定地铁隧道在施工和运营期间的监测数据，实时掌握监测结果并进行灾害预警，是保证地铁隧道安全的关键。.2、主要研究内容. 本课题借助于现有的高精度设备，科学制定监测方案，有效完成对地铁隧道地面、内部的长期监测任务；从大量的监测数据中提取出各项变形特征值，利用三维影像技术准确表达地上、地下的的整体和局部变形；根据长期的变形监测数据及时准确掌握变形趋势，对各个时期的变形监测、变形分析方法进行深入的研究，对地铁隧道在整个周期中建立立体三维动态观测系统。.3、重要结果. ①构建了合理、简捷、高效的地铁隧道地面，地下立体变形监测方法。. ②研究出面向对象的数据处理方法。快速获得地铁隧道各个时期的地上、地下形变监测数据分析对比图，实现大数据的存放、处理，查看以及对比分析更为合理、方便，快捷。. ③采用三维建模体和真实构筑物的一键切换，建立了动态可视化系统。可以通过动态模式进行构筑物体的显示，并且可以近距离地观看变形情况，计算出变形值，实现了人机交互的智能性。.4、科学意义. 研究证明，变形监测方法的发展和改进对于地铁隧道工程的建设和运营具有重要的意义，因为通过变形监测我们能够及时掌握周围环境可能产生变形的区域及对象，及时采取防范措施，从而保障城市地铁隧道交通工程的建设和运营安全，减少城市现代化建设中的风险。也正是因为这样，对于地铁隧道的立体全面的变形监测至关重要。因此，在推进城市现代化建设的进程中才会越来越关注和重视变形监测方法的研究和开发，并不断推广。