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1、 1 编 号受理日期四川省测绘地理信息科技进步奖 申 报 推 荐 书项目名称：完成单位：完 成 人：申请日期： 2 一、项目基本情况中文大山坳隧道下穿内宜高速地表竖向变形监测项目名称 英文Surface Subsidence Monitorting Of the Tunnel Under Crossing The Nei-Yi Expressway主要完成人主要完成单位四川西南交大铁路发展有限公司推荐项目类别1、基础理论 2、技术开发 3、应用研究 4、软科学研究 5、科技著作推荐 项目 所属 专业A.大地测量与 GPS； B.摄影测量与 RS； C.地图学与 GIS； D.工程测量； E.海
2、洋测绘； F.矿山测量； G.房产与地籍测量； H.测绘仪器； I.其他任务来源1.国家计划； 2.部委计划； 3.省级计划； 4.基金资助；5.国际合作； 6.其他单位委托； 7.自选 ； 8.非职务；9.其他曾获奖情况无项目起止时间起始： 2015 年 月 日完成：2016 年 5 月 4 日 3 二、项目简介 4 项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况： 本项目涉及工程测量，自动化技术等多个领域。AMS 智能自动化监测系统是我公司开发出的用于工程结构安全监测的技术，属于工程测量、微电子技术和计算机及网络技术领域范畴。为满足成贵客专六标段大山坳隧道施工期间的安全监测需求，观察隧
3、道施工对內宜高速公路的影响，本项目使用我公司开发的 AMS 智能自动化安全监测系统，对隧道及高速公路进行了自动化监测。AMS 智能自动化安全监测系统包括前端数据采集模块、传输模块、数据处理模块、信息发布模块。通过对微电子元件、网络协议技术、计算机技术的整合，实现从数据采集-数据处理-数据发布的全程自动化。系统的每个模块都有各自的特点和优势，各项指标方面都达到了国内先进水平。基于微电子技术制作的监测传感器，具有高精度、高稳定性、高可靠性，能够全天候无间断提供结构安全监测数据；数据处理中心使用专业的大型数据库，满足大数据联机分析处理(OLAP)需求；信息发布平台采用 B/S 架构，将系统功能实现的
4、核心部分集中到服务器上，用户只需通过浏览器便可实现实时监测数据图表查询、指令反馈等。系统整合 TCP/IP 与手机网络协议技术，面对突发情况，可通过微信、短信、主动拨号等各种方式主动推送预警消息。技术经济指标经济效益额的计算依据：此次大山坳隧道下穿内宜高速地表竖向变形监测项目实现了项目费用少，数据质量优的原则，整个工程经济效益取得了明显成果。整个项目历时 230 天，设备安装、维护用工 18 人次，用工人数减少了 1362 人次，直接人工费节省 163440 元。自动化监测设备共花费 20 万元，节省电子水准仪两套 12 万。经济效益增加163440+120000-200000 即 83440
5、 元。社会效益：AMS 智能自动化监测系统技术上有了很大创新，对未来监测技术起到了极大的推动作用，在保障工程施工安全和保证监测数据质量发挥重要作用。 5 三、项目详细内容1. 立项背景 保障内宜高速行车安全是此次大山坳隧道施工最关键的控制点之一。大山坳隧道的施工方法会对高速公路产生一定的影响，施工地点交通不便，各监测点高程落差较大，也给沉降监测工作带来了很大的困难。业主对隧道施工对高速公路的影响控制提出了很高的标准，既包括对日常数据的收集、分析，又包括在雷雨大风等灾害天气下数据连续性的要求。对突发情况预警的准确率和细化程度都超过了常规的业务技术能力。迫切需要更高水平的监测系统提供精细化的技术服
6、务。本项目针对大山坳隧道的施工特点及周边地形、天气的难点，我们建立了针对高速公路的垂直变形监测分析显示系统；研究攻克了监测系统在行车影响和恶劣天气下的数据稳定性等关键技术，自主研发了针对突发情况的自动预警业务，开展了隧道下穿高速公路的结构变形建模分析和数据预警阈值的技术研究，有效提升了监测系统在沉降分析和预警方面的能力。自动化监测系统在隧道施工期间对内宜高速提供了全方位、全程化的监测服务，保障了施工安全。与国内外的监测技术相比较我们有以下优势：1、在大量的监测项目中，我们累积了大量的现场经验和数据处理经验。在编写数据处理算法时，更能结合实际凸显不同项目的特点，数据分析结果更加的科学和客观。2、
7、整个监测过程不需要人员现场值守，系统在内宜高速行车影响和恶劣天气的影响下也表现了极好的稳定性。3、系统基于开放式的构架，便于系统的二次开发，同时兼容各种不同的传感器，适应立体化的监测项目。深度研发网络协议技术，能与第三方软件进行数据共享。 6 三、项目详细内容技术经济指标1、AMS 智能自动化监测系统数据收集-分析-发布全程 5 分钟左右，每 2 小时一组数据，相比传统人工观测提高了数据的时效性和连续性。2、AMS 智能自动化监测系统，对变形速率超限、变形总量超限等突发情况的预警率达到了 100%，实现了突发情况发生时即送预警消息，整体降低了施工单位面对突发情况的反应决策时间。3、高分辨率的传
8、感器确保了数据的准确性。基于微电子技术的传感器，在实际使用中精度达到 0.01mm，技术水平高于国内外大多数同类产品。4、建立了高强度施工期间的预警标准、各单位间的联动机制和创新性的监测服务新模式，业主对 AMS 智能自动化监测系统给与了极高的评价，服务满意率明显提升。 7 8 9 2. 详细科学技术内容 1） 总体思路 使用自动化技术领域的先进技术，采用基于现代化的网络通讯技术、 自动化控制技术和现代数据库技术等开发了 AMS 自动化监测系统，解决 了传统人工监测方式效率低下，监测频次低，数据密度不够，受天气、 环境制约大，同时不能够做到数据及时采集及时处理，出报告的周期长 等问题。创造出了
9、一套集数据采集、数据传输、数据处理和信息自动化 发布平台的智能自动化的结构健康安全监测系统（AMS 沉降监测信息发 布平台） 。 11 12 2 技术方案2.1 监测方法及技术该项目采用自动化沉降监测技术，对隧道下穿高速公路期间的沉降进行监测，具体方法如下：采用压差式传感器监测高速公路路面的竖向位移，结合沉降监测基准点的绝对竖向位移，并利用传感器内置的温度传感器得到的温度数据进行温度补偿，从而得到高速公路路面监测点的实际沉降情况；传感器采集的数据通过传输模块使用 GPRS 无线传输将数据传回数据处理中心进行后台自动处理，再通过信息发布平台将成果和预报警信息发送至相关单位。2.2 自动化监测系统
10、工作原理（1）传感器工作原理自动化监测系统以液体连通器原理为基础，通过不同监测点的沉降物位计对液面高度的测量，实现基准点与监测点相对沉降的监测。物位计通过液管相连，基准物位计位于稳定的基准点，其它的物位计作为监测点。设基准点与参考液面（储液罐液面）之间的高差为 Ho，监测点与参考液面之间高差为 Hi，分别测出 Hi 与 Ho 的值，Hi-Ho 的值为监测点相对于基准点的高差。当监测点的竖向位移发生变化时，即沉降发生时，该测点的液压将会发生变化，结合传感器内置的温度补偿器进行温度修正后，计算出相对于基准点的高程变化。如下图所示。 13 图 2 原理示意图（2）数据传输传感器采集的沉降数据通过主控
11、采集器中内置的数据传输模块采用GPRS 无线传输将数据传回数据处理中心。图 3 采集器和传输模块现场示意图储液罐液面（监测点）（基准点）Hi=dPiHo=dPo=Hi-Ho沉降物位计气（线）管液体管道工控箱：包含工控箱：包含主控采集器主控采集器（内置传输模（内置传输模块）块）传感器（内置传感器（内置温度补偿装置）温度补偿装置） 14 在技术开发过程中，创新的在采集、传输装置写入防丢包代码、并内置 SD 卡进行数据储存，攻克了数据传输中丢包和不稳定等问题。（3）数据处理数据数据处理中心采用先进的算法进行去噪与修正，同时结合内置的温度传感器补偿初始数据，减弱环境的影响，得到准确的沉降值。在技术开发
12、的过程中，创新的采用改良的均方根预测模型进行数据的去噪和修正，结合内置的温度传感器补偿初始数据，减弱了环境对测量值的影响，使监测数据更加准确、可靠。（4）数据发布监测成果和预报警值通过信息发布平台进行发布，用户可以通过信息发布平台查看下载监测成果的相关图表和预报警信息。图 4 信息发布平台示意图该信息发布平台的开发创新的使用了 B/S 结构，客户端无需安装专门的软件，通过浏览器即可使用，实现了数据可视化，相关图表均自动生成，通过信息发布平台能够进行远程实时的系统配 15 置、设备状态监控。2.2 监测点布置方案根据设计图纸规定，下穿段隧道埋深 H0约为 10m，隧道开挖宽度B 约为 15m。按
13、照铁路隧道监控量测技术规程 （QCR9218-2015）的要求，分别来布置监测点的纵向间距、横向间距。由于隧道埋深小于等于隧道开挖宽度，地表沉降纵向监测点间距可取 10m。详见下表 1：表 1 地表沉降测点纵向间距隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距(m)2BH02（B+H）1530BH02B1015H0B510由于隧道中线两侧量测范围不小于隧道埋深与开挖宽度之和 25m，再参照设计布点要求，所以优化后的横向量测范围取 30.6m。隧道中线附近需要对横向监测点加密，故在隧道中线布置 1 个监测点，然后分别依次往两边横向间距按 2.3m、4m、4m、5m 向外对称排开。工作基点设置在每个横向断面的量测
14、范围以外的稳定区域内。 16 图 5 点位示意图2.3 监测设备的安装2.3.1 安装作业流程图DK139+030 040 050 065 080 085 090 17 图 6 安装作业流程图2.3 现场安装作业方法（1）测点确认根据沉降自动化监测点设计布点位置及系统长度，对测点和基准点 18 位置进行确认，使用自喷漆标记测点和断面号。基准点应根据现场条件设置在监测范围外的稳定区域内。（2）测点观测墩布设确认观测点的位置后，在观测点位置往下挖 20cm 深的 50cm*50cm的方形坑，现场浇筑水泥墩，同一个监测断面的水泥墩的墩顶表面保证在一个水平面上，误差不超过 5cm。图 7 测点观测墩布
15、设示意图（3）沉降板与观测杆的安装观测墩现场制作时，为保证系统的稳定和可靠，将沉降板固定在水 19 泥墩顶，同时在观测墩角点预先埋设观测杆，以高出沉降板表面 2cm 为宜。图 8 沉降板与观测杆示意图（4）观测系统铺设观测墩硬化之后，将预先连接并测试好的设备铺设在观测墩上。初步固定之后，进行设备加电测试，检测系统是否正常接收指令、采集数据、传输数据，出现异常情况即刻进行调整修复。设备测试正常即进行管线和物位计的固定。保证系统安全稳固，不影响高速公路安全运行。 20 图 9 物位计示意图图 10 观测系统铺设示意图（5）定位装载箱安装 21 定位装载箱（储液罐）是通过喉箍固定设备箱内，如有特殊情
16、况可以独立安装。定位装载箱安装固定时，其液面高度保证全测线的物位计量程范围内。（6）设备箱的安装设备箱一般安装固定在基准区域易于维护的位置，设置保护装置保护设备箱内的电池、采集器、天线等设备。GPRS 天线固定在设备箱侧面，避免有其他干扰。（7）设备加电测试所有系统安装完成且固定之后，系统加电查看采集模组和数据传输模组指示灯是否正常，查看远程服务器接收数据内容，记录压力计数据是否正常，量程是否在规定范围内，接收一定数量的数据后，分析系统运行是否稳定，如有问题及时更换。确定系统可以正常工作后可进行现场整理。（8）整理现场经检查系统安装无误后，需清理现场，安装警示牌。将四周环境清理整洁，做到工完、料净、场地清，并移交给委托方。委托方对设备进 22 行日常保护，避免因施工造成破坏。该系统约 90 天后，需要更换蓄电池。 23 3. 技术创新点 1
