基于位移測量技術的地鐵車站深基坑施工監控研究

裴洪滿

摘要：在簡述了深基坑工程監測現狀的基礎上，從深基坑監測數據標準化采集、數據傳輸、施工監控等方面，詳細闡述了基于位移測量技術的深基坑施工監控方法，并采用3種監測方法在鄭州地鐵車站深基坑施工現場進行了實驗。實驗結果表明，本文研究的基于位移測量技術的深基坑施工監控方法，其監控準確度更高，具有更好的監控效果。

關鍵詞：地鐵工程；深基坑施工；位移測量；監控技術

0? ?引言

隨著我國城市交通的加速發展，城市地面交通的壓力逐漸增大，土地空間的利用越來越受到重視。地鐵以其優越性和便利性，成為改善城市交通條件和減輕土地壓力的重要措施之一[1]。

地鐵車站是地鐵的重要組成部分，其工程經常采用深基坑施工方法。然而，深基坑的土方開挖和支護難度大、風險多，對周邊建筑和地下設施影響大。因此，地鐵車站在地下施工過程中，必須采取有效的監控方法加強對深基坑及其支護的全過程實時監控。

1? ?深基坑工程監測現狀

目前，許多人工數據采集和分析監測報告等方法仍被用于深基坑的安全監測，存在深基坑安全管理不到位等問題，因此對施工過程進行安全控制至關重要。一些科學家對基礎工程的安全性進行了研究，采用監測與數值模擬相結合的方法，分析了在深基坑施工過程中常見的變形和支護應力的問題及其原因，提出了相應的解決辦法[2]。

一些科學家針對深基坑施工過程中的支護安全和變形控制，研究了基礎工程及其質量安全的深層管理[3]，系統地編制了和地下工程的變形控制及工程安全控制策略，提出了質量安全管理措施。然而，為了將軌道交通隧道的控制變形在允許的范圍內，并確保軌道交通隧道運營的安全，對監測工程進行全面評估成為重要課題。

本文提出了基于位移測量的地鐵車站深基坑施工監控方法，并將工程監測實踐應用于某一特定的深基坑工程，為類似工程的監測提供參考和借鑒。對深基坑施工的多參數安全風險評估和智能預警監測的深層次問題進行專業分析[4]，大大減少了深基坑施工安全風險，實現了施工中安全風險的深度專業化，提高就信息化和智能化管理水平。

2? ?基于位移測量技術的深基坑施工監控方法

2.1? ?深基坑監測數據標準化采集

將普通攝像機與網絡技術相結合，構建成網絡攝像機，以實現遠程實時圖像傳輸和共享，由此提供了便捷的遠程觀測，推動了信息的共享和互動，提高了傳輸效率。采用網絡攝像機將本地建筑的圖像傳輸給網絡用戶，用戶可以隨時監控施工現場的位置。

采用DH ITSolOSC相機，其鏡頭焦距為12～36mm，卡口尺寸為2.80"；采用最大500萬像素的CCD圖像傳感器。通過網絡端口/串行端口的出口[5]，可單獨實現各種自適應的圖像處理算法，確保相機內部參數高度精確。

測量深基坑的深度和支護位置非常重要，具體方法是根據施工現場環境，將攝像機調整到全手動狀態，選擇攝像機的長度和卡口，然后關閉該尺寸的鏡頭和焦環，并在該焦距和孔徑內校準攝像機的內部參數。這種方法允許在整個拍攝過程中固定相機，而不需要在下一次拍攝中留下。為了獲得從平面坐標到實際空間坐標的轉換，通過比例因子法使用相機的比例。

所有測量點和施工點都可以在施工現場獲得。如果已知目標點附近兩點之間的實際距離，可以計算目標點處的比例系數，其計算公式如下：

（1）

式（1）中：Cscale為目標點處的比例系數，d為兩點之間的距離，p為目標點處的比例系數。

當使用與樣本一致的方法來跟蹤目標時，首先選擇第一圖像中具有明顯特征的區域（如鋼管部件的節點）作為預定義樣本，然后以像素為單位移動樣本像素/感興趣區域（ROI）。為了尋找目標區域，可使用相關系數計算樣本和區域之間的一致性程度，其計算公式如下：

（2）

式（2）中：（i，j）為左上角坐標框，?（x，y）為預定義樣本，rt（x，y）為t楨圖像（x，y）的像素，?為?（x，y）的平均像素值，r為搜索區域的平均像素數。

2.2? ?數據傳輸

為了實時對深基坑的施工現狀進行監控，采用網絡攝像機確定深基坑的具體位置[6]。網絡攝像機是將現有攝像機與可將圖像傳輸到互聯網的網絡技術相結合而產生的新型技術。遠程查看器可以在使用標準網絡瀏覽器時，通過圖像進行監視，可幫助用戶隨時了解所監控區域的實際情況，為保證深基坑施工安全和預防潛在威脅發揮重要作用。

2.2.1? ?網絡攝像機對深基坑圖像傳輸原理

深基坑現場圖像通過無線網絡在內部傳輸，在深基坑現場設置的網絡攝像機可由計算機終端進行控制，網絡攝像機對深基坑圖像傳輸原理如圖1所示。

攝像機在施工現場不能僅僅通過1個攝像機對所有施工狀態進行監控，而是需要多個攝像機同時進行監控。但是位移測量技術可實時獲取并傳輸測量數據，可快速將數據發送到目標接收端，這就提高了數據傳輸的效率和實時性。位移測量技術可提供較高的測量精度和準確性，確保傳輸的數據準確無誤。采用位移測量和無線網絡技術對深基坑施工現場的圖像進行有效傳輸，可確保傳輸數據的準確性。

數據采集系統包括網絡攝像機、3C無線路由器終端、變壓器、SIM卡等。本項研究使用的網絡攝像機設有Waal通信公司的DH1ITSOIOSC}3C終端，大恒圖像的高質量ARM9通信處理器用于無線路由器。使用集成的實時操作系統作為軟件支持平臺，確保鏈路始終在線，在線和離線自動規劃，以及時間切換功能，以支持DTU數據的傳輸和其他功能。路由器采用抗干擾能力強、傳輸穩定的工業級無線模塊，采用金屬外殼，以保護電磁干擾，并適用于惡劣的工業環境條件。

2.2.2? ?無線網絡傳輸實時圖像原理

使用無線網絡傳輸實時圖像有主動和被動2種方法。其中主動傳輸是指攝像機定期自動將圖像發送到服務器終端，如計算機傳輸；被動傳輸是指通過用戶或設備的請求和觸發來實現的，只有當用戶或設備需要接收實時圖像時，才會進行傳輸，因此避免了不必要的數據流量。此外，還避免了不斷主動地發送實時圖像數據，使得無線網絡的資源能夠更聚焦地用于其他需要的任務，提高了整體的傳輸效率。因此，本文采用被動傳輸方式。

2.2.3? ?參數設置與系統連接

為確保數據傳輸系統的連接能夠順利建立和穩定運行，在進行系統連接前，需要對3C無線路由器參數進行合理的設置。

其主要作用包括：通過設置3C無線路由器參數，配置正確的網絡名稱（SSID）和密碼，選擇適合的無頻段和信道等參數。這樣可以確保無線網絡的連通性，使系統能夠順利連接到無線網絡并進行數據傳輸；可加強網絡的安全性，防止未經授權的用戶訪問和使用無線網絡；可啟用MAC地址過濾、防火墻等功能，進一步提高網絡的安全性和防護能力；可減少無線干擾，提高網絡的穩定性和速度。因此，在設置3C無線路由器參數后，方可對系統進行連接。

連接電纜后，天線和有效的SIM卡插入模塊將啟用，模塊的在線LED將啟用，表示網絡連接正常。當設備正常連接到計算機并且模塊正常工作時，鏈接/ACT LED指示燈亮起。為了創建與以太網ETH接口IP地址相對應的子網絡掩碼，有必要確保網絡攝像機和路由器的IP地址位于同一子網絡上。使用端口映射，用戶可以訪問網絡攝像機、訪問無線路由器并控制攝像機以實現采集數據傳輸。

2.3? ?深基坑施工監控

在深基坑施工過程中，可充分利用位移測量技術對地鐵車站深基坑及其支護位置進行識別?；谖灰茰y量技術實現對地鐵車站深基坑施工的監控，其具體監視過程如圖2所示。

3? ?工程實例驗證

在地鐵車站深基坑施工監控方法中，監測的準確性非常重要，為此進行了對比實驗。在現有信息的基礎上，采用傳統方法1、傳統方法2和本文方法對地鐵車站深基坑施工過程中監控的正確率進行比較分析。

3.1? ?工程案例

鄭州市至鞏義市域鐵路屬于市政配套工程，其市民服務中心地鐵站位于鄭州市錦江南路與登封路交叉口。該地鐵站位于市區，其對基坑周圍建筑的位移非常敏感，施工期間必須進行嚴密監測。因此以該地鐵站的深基坑為實驗段，檢驗位移測量技術的監控效果。

3.2? ?實驗結果對比

采用基于位移測量技術的地鐵車站深基坑施工監控方法和其他2種傳統方法，對該地鐵站基坑通過監控圖像進行監測，并實時進行位移測量，以此監控深基坑暴露位置的深度和支護。上述3種監測方法的監測結果，如表1所示。

如表1所示。本文所述基于位移測量的地鐵車站深基坑施工監控方法，相比于傳統方法最終得出的監測誤差最小。傳統方法1和傳統方法2的監測誤差顯著。實驗結果表明，本文研究方法監控準確度更高，具有更好的監控效果。

4? ?結束語

本文提出的基于位移測量的地鐵車站深基坑施工監控方法，使用3C無線路由器終端、轉換器、SIM卡等進行無線傳輸。

該方法使用無線網絡來傳輸現場工程圖像，并將本文方法用于鄭州市至鞏義市域鐵路市政配套工程市民服務中心站基坑進行實時監測，效果良好，實現了對基坑施工狀態自動實時監測。

參考文獻

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