【52监测网】第151期 天空地测绘技术在地铁建设工程中的应用
 52监测网专家报告分享-第151期 《天空地测绘技术在地铁建设工程中的应用》 潘东峰 机械工业勘察设计研究院有限公司 目录 一、机勘测绘创新发展 二、天空地测绘技术服务地铁建设 三、地铁信息化管理系统建设 四、未来展望 内容介绍 一、机勘测绘创新发展 近年来，机勘测绘坚守“创新引领发展”思路，从硬件集成研发和软件平台开发等多方面进行创新，形成了系列一体化解决方案，取得了良好的成效。 ◇ 研发的无人机系列产品 1.垂直起降固定翼无人机（智绘鹰S200型）
2.垂直起降固定翼无人机（智绘鹰S260型）
3.四旋翼无人机（智绘鹰S100型）
4.六旋翼无人机（智绘鹰L6型）
5.多镜头倾斜相机
◇ 系统平台开发 1.“智绘云”测量监测项目管理系统 • 该平台基于公有云的SAAS架构； • 支撑测量监测项目全过程管理； 可实现：人员管理、合同及到账管理、专业计算、数据统计、报告生成、成果查询等功能；
2.地铁监护管理信息系统 该系统主要包括：地上、地下三维一体化集成、空间量算、空间分析、监测数据、曲线查询展示、预警预报分析与评价等功能。对地铁运营管理提供全方位的数据，便于地铁运营管理决策；
3.地铁保护区自动化监测 测量机器人的实时自动化监测+4G数据存储，解决了地铁运营期间人工测量施测困难及效率低的问题。
◇ 智能研发的意义 • 通过对无人机及倾斜摄影测量技术的研究，研发了系列航测无人机，倾斜摄影相机；形成了一体化高精度测量方案。 针对智能化测量问题，研制系列传感器设备，运用物联网+GIS技术开发基于多个行业的管理云平台，解决了信息化运维及管理等系列问题。 二、天空地测绘技术地铁建设服务 机勘测绘地铁建设服务 从2007年起，机勘院累计为全国10多个城市的50余条地铁线路建设提供了服务，涵盖第三方测量及监测、施工监测、运营监测、控制保护区监测等，成为地铁线路测量监测的一支有生力量！
“天空地”地铁工程立体化监测技术体系 机勘院以地铁工程应用为出发点开展了多元化的科研创新工作，建立了基于“天空地及地下”立体化的监测技术体系，为地铁工程建设提供重要的技术支撑。
◇ 天基地铁监测技术—InSAR技术应用 合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）主要利用同一地区获取的具有一定视角差的两幅复数影像进行干涉处理，通过相应信息获取地表高程信息。 科研示范项目：机勘院利用SBAS-INSAR（小基线）对2015年7月到2019年7月，西安市多条地铁线路进行了长距离地表沉降监测研究，成果显示沉降区主要分布在西安市主城区以南，整体沉降分布呈现出南多北少的规律。
曲线顺滑，规律性强，与人工监测结果一致，精度可达毫米级！
• 地铁穿越历史建筑的沉降研究 历史建筑是我国历史发展过程中文化积淀，对于地铁穿越历史建筑监测具有重要意义。机勘院利用PS-InSAR（永久散射体）技术对西安城墙积极性沉降监测研究，并结合长期人工监测的数据对该技术的有效性进行了验证。
◇ 空基地铁监测技术—无人机航拍及巡检技术应用 • 无人机巡检技术：采用机勘院研发的智绘鹰无人机搭载高分辨率摄像头，对地铁沿线进行拍摄、定位，照片回传，分析，用于管理及应急指挥，也能监测地铁沿线周邻建筑动态变化情况。
• 无人机航测技术：机勘院研发的智绘鹰无人机搭载多镜头倾斜摄像机，获取多视角影像数据，建立实景三维模型。可快速提供地铁监测的4D产品（线画图DLG、数字正射影像DOM、数字高程模型DEM及实景三维模型等数字化成果，为地铁线路设计及施工提供多元化数据）。
该技术被广泛应用于城市管理、国土规划、线路选线、工程BIM及智慧城市建设中。 ◇ 地基地铁监测技术 • 北斗卫星监测技术应用 北斗卫星监测技术：机勘院通过北斗卫星定位技术、系统软件研发及工程应用，解决地铁穿越区域高精度变形监测中面临的数据采集、传输、存储、处理、分析及展示等技术问题，实现北斗卫星定位技术在大面积、长线路工程变形监测领域中的毫米级的监测应用。
北斗卫星监测技术研究成果：1）集成研发了北斗监测硬件，自主设计了硬件电路及嵌入式软件；2）研发了服务端的管理系统，实现了监测方式的信息化和智能化；3）静态观测精度：水平方向精度±1mm，竖直方向精度±3mm，能满足高精度监测需求； • 物联网监测技术 物联网监测技术：地铁运营过程中，地铁线路处于全封闭状态，不允许任何人进入，给常规监测工作带来了较大困难，采用物联网监测手段能有效解决这一问题。 利用互联网和云平台将测量机器人及各类监测传感器有效连接，可实现监测数据的采集、传输、存储、分析的全过程管理的信息化及智能化管理，有效地保障了地铁运营安全。
基于测量机器人的自动化监测系统 基于测量机器人的自动化监测系统由测量机器人监测站、控制计算机系统、通讯网络、传输系统、基准点、变形监测点构成。已成功的应用在我国多个城市的地铁自动化监测中，并且积累了很多的宝贵经验。 主要性能及技术优势： 1）能够自动寻找、识别、精准照准目标；2）自动测量、计算并且自动存储测量信息；3）能够24小时全天候监测；4）具有编程功能，可针对预定目标进行编程预设；5）数据实时传输，成果在线浏览； 机勘院在西安、合肥、深圳、长沙等城市约40余项地铁保护区采用测量机器人+实时自动化监测系统，有效解决了地铁运营期间人工测量无实施条件的问题，提供的精准监测数据有力的保障了各项目的顺利建设。 基于静力水准的物联网监测技术 静力水准依据连通管原理，由电感传感器、液缸、浮子等部件构成，可测得任意时刻液缸内水位的变化量，并输出位移量，是地铁安全施工及运营监测的可靠技术手段，已广泛应用于地铁监测领域。 主要性能及技术优势： 1）原理简单、方法可靠、长期稳定性高；2）轻松实现远程移动式数据采集；3）精度高、自动化性能好、操作便利；4）全天候、远距离连续监测； 不足：受温度、气压、重力异常变化影响明显； 基于光纤光栅的智能监测系统 光纤传感技术是一种以光为载体、光纤为媒介、感知和传输外界信号（被测量）的新型监测技术，根据变化量并利用参考光信息可以解调出被测量的温度和应变值，在大坝、桥梁、电站、隧道及高层建筑物等大型民用基础设施的安全监测中效果非常好。 主要性能及技术优势： 1）有（准）分布式、长距离、实时性；2）耐腐蚀、抗电磁、轻便灵巧；3）波长选择性好，不受非线性效应影响；4）便于使用和维护、带宽范围大； 机勘院在西安地铁一、二线运用了光纤光栅的非接触式监测技术，实现了在线智能监测，效果较好，获得业主好评。 自主研发：深层位移监测系统 1）强大的数据存储、通讯、管理能力、集成数据处理及图形现场显示功能，监测成果一目了然。 2）提高监测数据的稳定性与可靠性，有效减少传统数据采集的数据粗差问题，数据更稳定； 3）可实现单人高效测斜，数据实时传输至平台，大大提高工作效率和数据的可靠性。
自主研发：在线式倾角仪 1）可实现自动采集数据，通过网络远程传输； 2）自动生成报表，确保监测数据的及时性、准确性及可靠性。
◇ 隧道内部监测技术——三维激光扫描测量技术 • 三维激光扫描技术：作为近几年来出现的新技术，已经开始被应用在地铁建设中。它通过激光测距原理，对地铁的被测物体进行自动的、高精度、高密度的表面坐标信息的三维获取，实现了对地铁实体的“实景复制”。
应用1：合肥地铁3号线三维激光扫描及断面自动提取 1）基于三维激光扫描技术的地铁隧道限界测量，实现了高精度隧道断面数据的自动提取。 2）开发了地铁隧道三维激光扫描限界测量断面自动化提取软件。 应用2：西安地铁3号线三维激光扫描变形监测 三维激光扫描技术改变了传统的“点式”变形监测方法，实现了非接触的“面式”变形监测新方法，形成了变形色谱图，为地铁隧道变形预警分析，提供了重要的依据数据。 应用3：西安地铁2号线三维激光扫描建模 1）采用三维激光点与纹理信息相结合构建几何模型方法，高视觉真实性的三维模型。 2）精细化三维建模为构造组件尺寸、形状、位置、数量提供精确服务，同时也可附加非几何信息，实现多元化信息服务。 三、地铁信息化管理系统建设 地铁信息化管理系统建设必要性 1）地铁交通中产生海量的数据，数据来源广、产生方式多样化且存储分散。2）地铁交通数据具有动态性和随机性，但数据之间具有较强的连带性，存在着相互的干扰性。3）数据产生周期变化大，传播速度快。4）数据呈一定规律性且明显的时空特性。 地铁信息化管理系统建设目标 1）利用大数据、云计算、物联网传感器技术开展实时监测，开发面向地铁运维的轨道交通大数据在线监测系统。 2）融合重点区域人工监测方式，构建多源数据融合一体化监护系统。 3）有助于地铁轨道交通管理中挖掘和发挥大数据的创新价值。 4）支撑地铁轨道实时交通实时监测，提升效率，促进科技发展。 地铁信息化管理系统架构 地铁轨道交通大数据监护系统从下往上依次分为4个层次：数据获取层、数据存储层、数据计算层和大数据应用层。
地铁信息化管理系统模块设计
• 主要功能1：空间地理信息数据管理 系统支持建筑、地面、管线、道路、树、路基、隧道、断面点、支架线、铁轨道、轨道面等16个图层的加载显示。 • 主要功能2：人工监测数据管理 系统支持地铁周邻建筑及自身人工监测数据上传、管理、分析、曲线报表展示功能。 • 主要功能3：传感器在线监测数据管理 系统涵盖北斗、光栅光纤、自动测斜仪、倾角仪、静力水准仪、激光收敛计等多项传感器通信协议，可获取地表、深层及隧道内部实时变形情况，对获取数据存储管理、分析与预警等功能。 • 主要功能4：巡检数据管理 系统提供基于智能设备的移动巡查、实时上报、路径管理、实时通话等业务应用，旨在协助日常巡查以移动互联网管理与服务新渠道的智能运营模式。 • 主要功能5：技术档案管理 系统建立地铁线路数字档案馆，档案内容包括基础档案、管理档案、技术档案，整合所有的文字、图片、音视频、报告、图纸、成果等。 • 主要功能6：专家分析及预警 系统会定时从数据库中调取监测数据并与预先设定的阈值进行比较，当某一监测数据超过阈值时，软件平台即能够将超限的监测点位信息展示至界面中。 四、未来展望 地铁测量监测服务展望 ◇ 多专业融合 坚持“创新与融合发展”理念，以轨道交通建设需求为出发点，融合航测遥感、三维激光、物联网、人工智能大数据、云计算等前沿技术，深化“天地空一体化测绘技术”及BIM+GIS技术在地铁建设工程中的应用，使数据和信息可传递、可共享、可视化，为地铁工程施工管控和安全运维提供全方位服务。
◇ 数字化-智能化-智慧化 • 数字化：运用天空地现代测量手段，逐渐代替人工采集实现数字化的测量监测成果； • 智能化：融合计算机技术、互联网通信技术、物联网技术、实现实时在线的智能化数据获取及应用。 • 智慧化：结合GIS技术开发地铁建设全过程测量监测大数据云平台，实现全生命周期测量监测服务智慧化。
测绘专业发展展望 ◇ 技术创新驱动数字化发展
◇ 未来测绘的样子
结语：践行国家战略，创新驱动发展，让我们一起为数字中国建设贡献磅礴力量！
《天空地测绘技术在地铁建设工程中的应用》 潘东峰 机械工业勘察设计研究院有限公司 |
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