基于位移测量技术的地铁车站深基坑施工监控研究

裴洪满

摘要：在简述了深基坑工程监测现状的基础上，从深基坑监测数据标准化采集、数据传输、施工监控等方面，详细阐述了基于位移测量技术的深基坑施工监控方法，并采用3种监测方法在郑州地铁车站深基坑施工现场进行了实验。实验结果表明，本文研究的基于位移测量技术的深基坑施工监控方法，其监控准确度更高，具有更好的监控效果。

关键词：地铁工程；深基坑施工；位移测量；监控技术

0   引言

随着我国城市交通的加速发展，城市地面交通的压力逐渐增大，土地空间的利用越来越受到重视。地铁以其优越性和便利性，成为改善城市交通条件和减轻土地压力的重要措施之一[1]。

地铁车站是地铁的重要组成部分，其工程经常采用深基坑施工方法。然而，深基坑的土方开挖和支护难度大、风险多，对周边建筑和地下设施影响大。因此，地铁车站在地下施工过程中，必须采取有效的监控方法加强对深基坑及其支护的全过程实时监控。

1   深基坑工程监测现状

目前，许多人工数据采集和分析监测报告等方法仍被用于深基坑的安全监测，存在深基坑安全管理不到位等问题，因此对施工过程进行安全控制至关重要。一些科学家对基础工程的安全性进行了研究，采用监测与数值模拟相结合的方法，分析了在深基坑施工过程中常见的变形和支护应力的问题及其原因，提出了相应的解决办法[2]。

一些科学家针对深基坑施工过程中的支护安全和变形控制，研究了基础工程及其质量安全的深层管理[3]，系统地编制了和地下工程的变形控制及工程安全控制策略，提出了质量安全管理措施。然而，为了将轨道交通隧道的控制变形在允许的范围内，并确保轨道交通隧道运营的安全，对监测工程进行全面评估成为重要课题。

本文提出了基于位移测量的地铁车站深基坑施工监控方法，并将工程监测实践应用于某一特定的深基坑工程，为类似工程的监测提供参考和借鉴。对深基坑施工的多参数安全风险评估和智能预警监测的深层次问题进行专业分析[4]，大大减少了深基坑施工安全风险，实现了施工中安全风险的深度专业化，提高就信息化和智能化管理水平。

2   基于位移测量技术的深基坑施工监控方法

2.1   深基坑监测数据标准化采集

将普通摄像机与网络技术相结合，构建成网络摄像机，以实现远程实时图像传输和共享，由此提供了便捷的远程观测，推动了信息的共享和互动，提高了传输效率。采用网络摄像机将本地建筑的图像传输给网络用户，用户可以随时监控施工现场的位置。

采用DH ITSolOSC相机，其镜头焦距为12～36mm，卡口尺寸为2.80"；采用最大500万像素的CCD图像传感器。通过网络端口/串行端口的出口[5]，可单独实现各种自适应的图像处理算法，确保相机内部参数高度精确。

测量深基坑的深度和支护位置非常重要，具体方法是根据施工现场环境，将摄像机调整到全手动状态，选择摄像机的长度和卡口，然后关闭该尺寸的镜头和焦环，并在该焦距和孔径内校准摄像机的内部参数。这种方法允许在整个拍摄过程中固定相机，而不需要在下一次拍摄中留下。为了获得从平面坐标到实际空间坐标的转换，通过比例因子法使用相机的比例。

所有测量点和施工点都可以在施工现场获得。如果已知目标点附近两点之间的实际距离，可以计算目标点处的比例系数，其计算公式如下：

（1）

式（1）中：Cscale为目标点处的比例系数，d为两点之间的距离，p为目标点处的比例系数。

当使用与样本一致的方法来跟踪目标时，首先选择第一图像中具有明显特征的区域（如钢管部件的节点）作为预定义样本，然后以像素为单位移动样本像素/感兴趣区域（ROI）。为了寻找目标区域，可使用相关系数计算样本和区域之间的一致性程度，其计算公式如下：

（2）

式（2）中：（i，j）为左上角坐标框，?（x，y）为预定义样本，rt（x，y）为t桢图像（x，y）的像素，?为?（x，y）的平均像素值，r为搜索区域的平均像素数。

2.2   数据传输

为了实时对深基坑的施工現状进行监控，采用网络摄像机确定深基坑的具体位置[6]。网络摄像机是将现有摄像机与可将图像传输到互联网的网络技术相结合而产生的新型技术。远程查看器可以在使用标准网络浏览器时，通过图像进行监视，可帮助用户随时了解所监控区域的实际情况，为保证深基坑施工安全和预防潜在威胁发挥重要作用。

2.2.1   网络摄像机对深基坑图像传输原理

深基坑现场图像通过无线网络在内部传输，在深基坑现场设置的网络摄像机可由计算机终端进行控制，网络摄像机对深基坑图像传输原理如图1所示。

摄像机在施工现场不能仅仅通过1个摄像机对所有施工状态进行监控，而是需要多个摄像机同时进行监控。但是位移测量技术可实时获取并传输测量数据，可快速将数据发送到目标接收端，这就提高了数据传输的效率和实时性。位移测量技术可提供较高的测量精度和准确性，确保传输的数据准确无误。采用位移测量和无线网络技术对深基坑施工现场的图像进行有效传输，可确保传输数据的准确性。

数据采集系统包括网络摄像机、3C无线路由器终端、变压器、SIM卡等。本项研究使用的网络摄像机设有Waal通信公司的DH1ITSOIOSC}3C终端，大恒图像的高质量ARM9通信处理器用于无线路由器。使用集成的实时操作系统作为软件支持平台，确保链路始终在线，在线和离线自动规划，以及时间切换功能，以支持DTU数据的传输和其他功能。路由器采用抗干扰能力强、传输稳定的工业级无线模块，采用金属外壳，以保护电磁干扰，并适用于恶劣的工业环境条件。

2.2.2   无线网络传输实时图像原理

使用无线网络传输实时图像有主动和被动2种方法。其中主动传输是指摄像机定期自动将图像发送到服务器终端，如计算机传输；被动传输是指通过用户或设备的请求和触发来实现的，只有当用户或设备需要接收实时图像时，才会进行传输，因此避免了不必要的数据流量。此外，还避免了不断主动地发送实时图像数据，使得无线网络的资源能够更聚焦地用于其他需要的任务，提高了整体的传输效率。因此，本文采用被动传输方式。

2.2.3   参数设置与系统连接

为确保数据传输系统的连接能够顺利建立和稳定运行，在进行系统连接前，需要对3C无线路由器参数进行合理的设置。

其主要作用包括：通过设置3C无线路由器参数，配置正确的网络名称（SSID）和密码，选择适合的无频段和信道等参数。这样可以确保无线网络的连通性，使系统能够顺利连接到无线网络并进行数据传输；可加强网络的安全性，防止未经授权的用户访问和使用无线网络；可启用MAC地址过滤、防火墙等功能，进一步提高网络的安全性和防护能力；可减少无线干扰，提高网络的稳定性和速度。因此，在设置3C无线路由器参数后，方可对系统进行连接。

连接电缆后，天线和有效的SIM卡插入模块将启用，模块的在线LED将启用，表示网络连接正常。当设备正常连接到计算机并且模块正常工作时，链接/ACT LED指示灯亮起。为了创建与以太网ETH接口IP地址相对应的子网络掩码，有必要确保网络摄像机和路由器的IP地址位于同一子网络上。使用端口映射，用户可以访问网络摄像机、访问无线路由器并控制摄像机以实现采集数据传输。

2.3   深基坑施工监控

在深基坑施工过程中，可充分利用位移测量技术对地铁车站深基坑及其支护位置进行識别。基于位移测量技术实现对地铁车站深基坑施工的监控，其具体监视过程如图2所示。

3   工程实例验证

在地铁车站深基坑施工监控方法中，监测的准确性非常重要，为此进行了对比实验。在现有信息的基础上，采用传统方法1、传统方法2和本文方法对地铁车站深基坑施工过程中监控的正确率进行比较分析。

3.1   工程案例

郑州市至巩义市域铁路属于市政配套工程，其市民服务中心地铁站位于郑州市锦江南路与登封路交叉口。该地铁站位于市区，其对基坑周围建筑的位移非常敏感，施工期间必须进行严密监测。因此以该地铁站的深基坑为实验段，检验位移测量技术的监控效果。

3.2   实验结果对比

采用基于位移测量技术的地铁车站深基坑施工监控方法和其他2种传统方法，对该地铁站基坑通过监控图像进行监测，并实时进行位移测量，以此监控深基坑暴露位置的深度和支护。上述3种监测方法的监测结果，如表1所示。

如表1所示。本文所述基于位移测量的地铁车站深基坑施工监控方法，相比于传统方法最终得出的监测误差最小。传统方法1和传统方法2的监测误差显著。实验结果表明，本文研究方法监控准确度更高，具有更好的监控效果。

4   结束语

本文提出的基于位移测量的地铁车站深基坑施工监控方法，使用3C无线路由器终端、转换器、SIM卡等进行无线传输。

该方法使用无线网络来传输现场工程图像，并将本文方法用于郑州市至巩义市域铁路市政配套工程市民服务中心站基坑进行实时监测，效果良好，实现了对基坑施工状态自动实时监测。

参考文献

[1] 刘岢，周建新，辛旺，等.摄影测量与图像识别在滑坡位移

监测中的应用[J].南华大学学报（自然科学版），2023，37（2）：

7-17.

[2] 张玉杰，徐雷，管钰晴，等.基于平面反射式全息光栅的激

光自混合纳米位移测量研究[J].红外与激光工程，2023，52

（4）：235-242.

[3] 陈旭辉，李兴强，崔昊，等.基于多波长协作的切削液残留

表面激光位移测量误差补偿方法[J].仪器仪表学报，2023，

44（4）：151-162.

[4] 赖永浪，张超霞，成亚哲，等.高阶模光学小位移测量系统

中信号光功率对最小可测位移量的影响[J].中国激光，2023，

50（5）：193-199.

[5] 王小龙.大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析：以

福建省某三跨连续刚构桥施工为例[J].工程技术研究，2022，

7（23）：35-37.

[6] 包龙生，冯元东，包宇扬，等.GM-BP组合预测模型在桥梁

施工监控中的应用[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），

2022，38（2）：296-305.