CN114754752B - 一种地铁隧道变形的监测方法及系统 - Google Patents

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CN114754752B CN202210676920.XA CN202210676920A CN114754752B CN 114754752 B CN114754752 B CN 114754752B CN 202210676920 A CN202210676920 A CN 202210676920A CN 114754752 B CN114754752 B CN 114754752B
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Abstract

本发明涉及工业和工程测量技术领域，特别是涉及一种地铁隧道变形的监测方法及系统，包括：通过测量机器人获取监测点的原始距离观测值和观测角度；根据第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况。有益效果：本发明通过第一气象修正公式对得到的原始距离观测值进行修正，且第一公式综合考虑了电磁波传播路径的平均气象信息，可以准确的得到监测点到测量机器人的距离，进而得到更为准确的观测点坐标，更为准确的得到监测点的变形。

Description

一种地铁隧道变形的监测方法及系统
技术领域
本发明涉及工业和工程测量技术领域，特别是涉及一种地铁隧道变形的监测方法及系统。
背景技术
测量机器人又称为智能型全站仪,作为一种新型的自动化技术手段, 在地铁隧道变形监测中得到广泛应用。智能型全站仪通过电磁波对目标进行自动搜索、追踪以及精准测量，可快速获取目标三维坐标。电磁波在隧道中传播时受气象因素的影响，且气象因素的差异会对电磁波的速度造成巨大的影响，进而影响监测结果。因此为了获取高精度的测距结果，需要对原始距离观测值进行气象改正。
现有技术在进行气象修正时往往只考虑测站点处的气象信息，容易产生代表性误差，需要改进。
发明内容
本发明的目的是：提供一种地铁隧道变形的监测方法及系统，进一步消除气象因素对监测结果的影响，提高监测的准确性，从而更好的判断地铁隧道的变形。
为了实现上述目的，本发明公开了一种地铁隧道变形的监测方法，包括：
通过测量机器人获取监测点的原始距离观测值和观测角度；
根据第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；
根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；
将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况；
所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值=
Figure 961913DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 972594DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 940550DEST_PATH_IMAGE003
为修正值；
Figure 912049DEST_PATH_IMAGE004
为原始距离观测值；
Figure 358073DEST_PATH_IMAGE005
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 488841DEST_PATH_IMAGE006
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 627698DEST_PATH_IMAGE007
为电磁波传播路径的平均湿度。
进一步的，获取每个监测面中每个监测点的变形情况，判断监测面的整体变形是否超过预设的第一预警值，若超过则进行第一预警。
进一步的，判断监测面超过第一预警值的数量是否达到第一阈值，若达到第一阈值，则进行第二预警。
进一步的，隧道内设置有若干个监测面，每个监测面设置有若干个监测点。
本发明还公开了一种地铁隧道变形的监测方法，包括：
获取地铁隧道的变形监测区域和测站点，并在测站点设置测量机器人、工控机和气象传感器；在变形监测区域内设置若干气象传感器；所述变形监测区域为线性地铁隧道；获取变形监测区域的监测面，每个监测面设置有若干个监测点；
测量机器人根据预设的标准气象参数对变形监测区域的监测点展开观测，得到监测点的原始距离观测值和观测角度；
通过气象传感器实时采集变形监测区域的气象数据，所述气象数据包括温度、气压和湿度；并将气象数据发送到测站的工控机；
根据采集到的气象数据和各个气象传感器到测站的距离得到变形监测区域内温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系；
根据温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系得到测站点到每个监测面的平均温度、平均气压和平均湿度；
根据第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况；
所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值=
Figure 86492DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 336208DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 321481DEST_PATH_IMAGE010
为修正值；
Figure 631240DEST_PATH_IMAGE011
为原始距离观测值；
Figure 577330DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 630737DEST_PATH_IMAGE013
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 470517DEST_PATH_IMAGE014
为电磁波传播路径的平均湿度，
Figure 951177DEST_PATH_IMAGE016
为不同的监测面。
进一步的，所述气象传感器与测量机器人的时钟保持同步。
进一步的，所述气象传感器均匀地设置在变形监测区域的地铁隧道的侧壁上；所述气象传感器通过无线通信的方式将气象数据传输到工控机。
进一步的，所述根据采集到的气象数据和各个气象传感器到监测站的距离得到变形监测区域内温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系，具体为：
工控机根据气象传感器
Figure 118984DEST_PATH_IMAGE017
的温度
Figure 976082DEST_PATH_IMAGE018
、气压
Figure 670368DEST_PATH_IMAGE019
和湿度
Figure 321930DEST_PATH_IMAGE020
，以及预存的气象传感器
Figure 219175DEST_PATH_IMAGE022
的到测站点已知的距离
Figure 614384DEST_PATH_IMAGE023
,分别拟合出当前监测时段的变形监测区域范围内温度
Figure 38543DEST_PATH_IMAGE024
、气压
Figure 126585DEST_PATH_IMAGE025
、湿度
Figure 268984DEST_PATH_IMAGE026
与距离
Figure 202305DEST_PATH_IMAGE027
之间的函数关系；所述
Figure 871184DEST_PATH_IMAGE017
等于气象传感器的数量；所述函数关系具体为：
Figure 130127DEST_PATH_IMAGE028
所述函数关系为线性函数或二次函数。
进一步的，所述根据温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系得到测站到每个监测面的平均温度、平均气压和平均湿度，具体为：
工控机根据各监测面
Figure 494243DEST_PATH_IMAGE029
到测站点的距离
Figure 496835DEST_PATH_IMAGE030
,计算各监测面
Figure 20220DEST_PATH_IMAGE032
的电磁波传播路径的平均温度
Figure 184485DEST_PATH_IMAGE033
、气压
Figure 426110DEST_PATH_IMAGE034
及湿度
Figure 842179DEST_PATH_IMAGE035
分别为：
Figure 220071DEST_PATH_IMAGE036
本发明还公开了一种地铁隧道变形的监测系统，监测系统包括：测量机器人、工控机和若干个气象传感器；
所述测量机器人和工控机设置在测站点，所述测站点设置有一个气象传感器；以测站点为起点获取地铁隧道的变形监测区域，且所述变形监测区域为线性地铁隧道；所述变形监测区域内设置有若干个监测面，每个监测面设置有若干个监测点；
测量机器人用于根据预设的标准气象参数对变形监测区域的监测点展开观测，得到监测点的原始距离观测值；测量机器人将原始距离观测值和观测角度发送到工控机；
气象传感器用于获取隧道内的气象数据并将气象数据传输到工控机，所述气象数据包括温度、气压和湿度；
工控机接收测量机器人的原始距离观测值和观测角度，接收每个气象传感器的气象数据，根据气象数据和预存的监测站点和气象传感器之间的距离得到电磁波传播路径的平均温度、平均气压和平均湿度，将得到的平均温度、平均气压和平均湿度代入第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；所述工控机还用于根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况；
所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值=
Figure 820817DEST_PATH_IMAGE037
；
Figure 284159DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 503919DEST_PATH_IMAGE039
为修正值；
Figure 1896DEST_PATH_IMAGE040
为原始距离观测值；
Figure 507964DEST_PATH_IMAGE041
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 724182DEST_PATH_IMAGE042
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 482053DEST_PATH_IMAGE043
为电磁波传播路径的平均湿度，
Figure 834537DEST_PATH_IMAGE045
为不同的监测面。
本发明的一种地铁隧道变形的监测方法及系统与现有技术相比，其有益效果在于：本发明通过第一气象修正公式对得到的原始距离观测值进行修正，且第一公式综合考虑了电磁波传播路径的平均气象信息，可以准确的得到监测点到测量机器人的距离，进而得到更为准确的观测点坐标，更为准确的得到监测点的变形。
附图说明
图1是本发明一种地铁隧道变形的监测方法的第一流程示意图；
图2是本发明一种地铁隧道变形的监测方法的第二流程示意图；
图3是本发明一种地铁隧道变形的监测方法的工作流程示意图；
图4是本发明一种地铁隧道变形的监测系统的布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
通过研究发现，现有技术主要利用隧道监测站点处的气象信息对距离观测值进行改正，此时容易引起气象改正代表性误差，尤其当监测区域靠近车站出口时，内外气象差异较大产生的误差也更大。
基于现有技术的问题，本发明提出了一种新的监测方法，通过对变形监测区域的整体气象信息的处理和应用，提出了更为优异的气象修正方法。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种地铁隧道变形的监测方法，主要包括如下的步骤：
步骤S1，通过测量机器人获取监测点的原始距离观测值和观测角度；
步骤S2，根据第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；
步骤S3，根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；
步骤S4，将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况。
所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值=
Figure 511506DEST_PATH_IMAGE046
；
Figure 949441DEST_PATH_IMAGE047
其中，
Figure 511003DEST_PATH_IMAGE048
Figure 717994DEST_PATH_IMAGE050
Figure 831443DEST_PATH_IMAGE051
为原始距离观测值；
Figure 756674DEST_PATH_IMAGE052
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 856348DEST_PATH_IMAGE053
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 183424DEST_PATH_IMAGE054
为电磁波传播路径的平均湿度。
在步骤S1中，通过测量机器人获取两个点之间的距离以及观测角度为现有技术，基本原理为利用电磁波的反射。本领域技术人员可以之间购买现有设备也可以查询相应的文献以实现点到点距离和角度的观测。
在步骤S2中，根据第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值。现有技术中的公式仅仅考虑了测站点处的气象因素，一般只考虑温度因素，因此本发明在现有技术基础上，进一步对方案进行优化，不仅考虑了温度因素还增加了气压和湿度。
在本实施例中，通过第一气象修正公式，综合考虑温度、气压和湿度可以对原始距离观测值进行更加准确的修正，从而得到更为准确的第一距离观测值，通过第一距离观测值可以得到更为准确的监测点坐标。通过坐标比对进而得到监测点的变形。
在步骤S3中，根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标，此步骤为现有技术，在此不再赘述。
在步骤S4中，将每次采集到的监测点的坐标进行存储，可以知晓监测点在空间中的位置变化，进而知晓监测点的变形情况。监测点的变形情况可以根据监测点之间的距离大小来衡量也可以使用空间坐标在三个维度上的变化来衡量。本领域技术人员可以根据需要选择一个指标以体现变形情况。
在本实施例中，为了获取电磁波传播路径的平均温度、平均气压和平均湿度，在变形监测区域设置气象传感器，在监测站点设置工控机，工控机和测量机器人、气象传感器进行信息交换，当工控机获取到测量机器人的原始距离观测值、获取到气象传感器的气象信息后，通过预设的公式对数据进行处理，得到第一距离观测值。
在本实施例中，工控机根据采集到的气象数据和各个气象传感器到监测站的距离得到变形监测区域内温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系；根据温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系得到监测站点到每个监测面的平均温度、平均气压和平均湿度。
参照图4，在本实施例中，隧道内设置有若干个监测面，每个监测面设置有若干个监测点。多个监测面和监测点可以更好的判断地铁隧道的整体变形情况，有利于进行监测预警。
在本实施例中，当有多个监测面时，所述第一气象修正公式中增加代表监测面的参数
Figure 467775DEST_PATH_IMAGE056
，具体为：
Figure 614723DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 518088DEST_PATH_IMAGE057
为修正值；
Figure 699670DEST_PATH_IMAGE058
为原始距离观测值；
Figure 154922DEST_PATH_IMAGE059
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 54745DEST_PATH_IMAGE060
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 496222DEST_PATH_IMAGE061
为电磁波传播路径的平均湿度，
Figure 532311DEST_PATH_IMAGE062
为不同的监测面。
在本实施例中，获取每个监测面中每个监测点的变形情况，判断监测面的整体变形是否超过预设的第一预警值，若超过则进行第一预警。
一种可选的实施方式为累加每个监测点在空间中的位移距离，通过累加的和判断是否到达预警值。本领域技术人员可以根据需要设置第一预警值的大小。
在本实施例中，判断监测面超过第一预警值的数量是否达到第一阈值，若达到第一阈值，则进行第二预警。
若仅有一个监测面出现问题，则一般认为问题或风险较小，可以进行重新监测校验或派出工作人员进行检查。若多个监测面出现问题则认为地铁隧道出现了重大风险问题，应当立即进行检查和预警，避免出现安全问题。因此设置更高一级的预警以使工作人员快速响应。
实施例2：
为了能够在变形监测区域获取更为准确的气象信息，本发明对地铁隧道内的气象信息的采集方式进行了创新。在线性地铁隧道监测区域内安置若干气象传感器并与测量机器人监测周期内同步采集温度、气压及湿度等气象信息，并拟合出隧道监测区域内气象信息与距离的函数关系，进而利用到各监测断面的平均气象信息对各距离观测值进行改正。进一步的提高地铁隧道变形监测观测值改正的精度，从而保障监测结果的可靠性。
参照图2、图3和图4，本发明还公开了一种地铁隧道变形的监测方法，主要包括如下的步骤：
步骤S5，获取地铁隧道的变形监测区域和监测站点，并在测站点设置测量机器人、工控机和气象传感器；在变形监测区域内设置若干气象传感器；所述变形监测区域为线性地铁隧道；获取变形监测区域的监测面，每个监测面设置有若干个监测点；
在步骤S5中，设置的气象传感器可以和监测面位于相同的位置，也可以等间距的设置，并不一定要求气象传感器和监测面处于相同的位置。气象传感器可以设置独立的电源进行供电，也可以和地铁内的其它线路连接，以使气象传感器可以长期工作。
步骤S6，测量机器人根据预设的标准气象参数对变形监测区域的监测点展开观测，得到监测点的原始距离观测值和观测角度；
在步骤S6中，测量机器人和气象传感器可以设置相匹配的工作周期，设定采集信息的频率。本领域技术人员可以根据需要设置工作频率和每次采集数据的时间长度。测量机器人进行原始距离观测值的采集时，以预设的参数进行采集，采集后再通过气象数据进行修正。在本实施例中，监测面上的监测点为棱镜。
在本实施例中，测量机器人、气象传感器和工控机之间的通信方式可以为有线通信也可以为无线通信，优选为无线通信。
步骤S7，通过气象传感器实时采集变形监测区域的气象数据，所述气象数据包括温度、气压和湿度；并将气象数据发送到监测站的工控机；
在步骤S7中，本领域技术人员知晓气象传感器可以持续工作也可以间歇工作，可以根据设定的数据采集的频率，且数据采集频率配合测量机器人。间歇工作可以降低能耗，减少工作时间，提高使用寿命。
步骤S8，根据采集到的气象数据和各个气象传感器到监测站的距离得到变形监测区域内温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系；
在本实施例中，所述根据采集到的气象数据和各个气象传感器到监测站的距离得到变形监测区域内温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系，具体为：
工控机根据气象传感器
Figure 158465DEST_PATH_IMAGE063
的温度
Figure 280004DEST_PATH_IMAGE064
、气压
Figure 525172DEST_PATH_IMAGE065
和湿度
Figure 681347DEST_PATH_IMAGE066
，以及预存的气象传感器
Figure 478402DEST_PATH_IMAGE067
的到测站点已知的距离
Figure 87237DEST_PATH_IMAGE068
，分别拟合出当前监测时段的变形监测区域范围内温度
Figure 870517DEST_PATH_IMAGE069
、气压
Figure 881198DEST_PATH_IMAGE070
、湿度
Figure 849154DEST_PATH_IMAGE071
与距离
Figure 945286DEST_PATH_IMAGE072
之间的函数关系；所述
Figure 532256DEST_PATH_IMAGE073
等于气象传感器的数量；所述函数关系具体为：
Figure 663023DEST_PATH_IMAGE074
其中函数关系是根据所测量的温度
Figure 801881DEST_PATH_IMAGE075
、气压
Figure 119730DEST_PATH_IMAGE076
、湿度
Figure 510391DEST_PATH_IMAGE077
与距离
Figure 371031DEST_PATH_IMAGE078
之间选择合适的函数进行拟合。本领域技术人员可以根据需要选择函数关系为线性函数或二次函数或其他函数关系。
步骤S9，根据温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系得到测站点到每个监测面的平均温度、平均气压和平均湿度；
在本实施例中，所述根据温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系得到测站到每个监测面的平均温度、平均气压和平均湿度，具体为：
工控机根据各监测面
Figure 680789DEST_PATH_IMAGE079
到测站点的距离
Figure 485934DEST_PATH_IMAGE080
，计算各监测面
Figure 414707DEST_PATH_IMAGE081
的电磁波传播路径的平均温度
Figure 254487DEST_PATH_IMAGE082
、气压
Figure 735147DEST_PATH_IMAGE083
及湿度
Figure 168533DEST_PATH_IMAGE084
分别为：
Figure 760052DEST_PATH_IMAGE085
步骤S10，根据第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况。
在本实施例中，所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值
Figure 719917DEST_PATH_IMAGE086
；
Figure 371479DEST_PATH_IMAGE087
其中，
Figure 26582DEST_PATH_IMAGE039
为修正值；
Figure 421791DEST_PATH_IMAGE088
为原始距离观测值；
Figure 236164DEST_PATH_IMAGE059
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 58626DEST_PATH_IMAGE089
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 201026DEST_PATH_IMAGE090
为电磁波传播路径的平均湿度，
Figure 399926DEST_PATH_IMAGE045
为不同的监测面。
参照图4，在本实施例中，隧道内设置有若干个监测面，每个监测面设置有若干个监测点。多个监测面和监测点可以更好的判断地铁隧道的整体变形情况，有利于进行监测预警。
在本实施例中，获取每个监测面中每个监测点的变形情况，判断监测面的整体变形是否超过预设的第一预警值，若超过第一预警值则进行第一预警。
一种可选的实施方式为累加每个监测点在空间中的位移距离，通过累加的和判断是否到达第一预警值。本领域技术人员可以根据需要设置第一预警值的大小。
在本实施例中，判断监测面超过第一预警值的数量是否达到第一阈值，若达到第一阈值，则进行第二预警。
若仅有一个监测面出现问题，则一般认为问题或风险较小，可以进行重新监测校验或派出工作人员进行检查。若多个监测面出现问题则认为地铁隧道出现了重大风险问题，应当立即进行检查和预警，避免出现安全问题。因此设置更高一级的预警以使工作人员快速响应。
在本实施例中，所述气象传感器与测量机器人的时钟保持同步。保持时钟同步进而保证数据是测量机器人测量时的数据，进而保证获取的第一距离观测值的精度。
在本实施例中，所述气象传感器均匀的设置在变形监测区域的地铁隧道的侧壁上；所述气象传感器通过无线通信的方式将气象数据传输到工控机。
实施例3：
参照图4，本发明公开了一种地铁隧道变形的监测系统，监测系统包括：测量机器人、工控机和若干个温度传感器；
所述测量机器人和工控机设置在监测站点，所述监测站点设置有一个温度传感器；以监测站点为起点获取地铁隧道的变形监测区域，且所述变形监测区域为线性地铁隧道；所述变形监测区域内设置有若干个监测面，每个监测面设置有若干个监测点；
测量机器人用于根据预设的标准气象参数对变形监测区域的监测点展开观测，得到监测点的原始距离观测值；测量机器人将原始距离观测值和观测角度发送到工控机；
气象传感器用于获取隧道内的气象数据并将气象数据传输到工控机，所述气象数据包括温度、气压和湿度；
工控机接收测量机器人的原始距离观测值和观测角度，接收每个温度传感器的气象数据，根据气象数据和预存的监测站点和气象传感器之间的距离得到电磁波传播路径的平均温度、平均气压和平均湿度，将得到的平均温度、平均气压和平均湿度代入第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；所述工控机还用于根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况；
所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值
Figure 68804DEST_PATH_IMAGE091
；
Figure 62168DEST_PATH_IMAGE092
其中，
Figure 816498DEST_PATH_IMAGE093
为修正值；
Figure 694455DEST_PATH_IMAGE094
为原始距离观测值；
Figure 217840DEST_PATH_IMAGE095
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 382105DEST_PATH_IMAGE096
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 623731DEST_PATH_IMAGE097
为电磁波传播路径的平均湿度，
Figure 39800DEST_PATH_IMAGE045
为不同的监测面。
参照图4，针对某地铁隧道变形监测区间，在监测站点架设徕卡TM50测量机器人及相应的工控机建立自动化监测系统，在约100m的地铁隧道监测区间内每隔5m选取一个监测断面，在每个监测断面均匀安装5个小棱镜作为观测目标。
选用5个气象传感器，可利用隧道内的交流电进行持续供电，将5个气象传感器分别安置在距离测站为0m、25m、50m、75m及100m的地铁隧道侧壁。上述5个气象传感器包含温度、气压和湿度等传感模块，其采集精度分别为温度0.2℃，气压0.5hpa，湿度10%，采样频率可达1分钟，各气象传感器包含无线通信装置，可接收来自工控机的指令，也可将采集的数据发送给工控机。
将工控机、测量机器人及各气象传感器的时钟进行同步，按照设定的监测频率（如6小时1次）工控机唤醒测量机器人对各监测断面采集数据，同时工控机给各气象传感器给发指令唤醒其同步采集气象信息。
测量机器人完成对各断面各棱镜的观测后进入休眠，工控机给各气象传感器发送指令停止气象信息采集，各气象传感器收到指令后将温度、气压和湿度发送给工控机后也进入休眠模式。
根据各监测断面
Figure 417691DEST_PATH_IMAGE098
采集数据的时间
Figure 18437DEST_PATH_IMAGE099
,工控机利用时间
Figure 357146DEST_PATH_IMAGE101
各气象传感器采集的气象信息拟合监测区间内温度、气压及湿度与距离的函数关系。
工控机根据各监测断面
Figure 701539DEST_PATH_IMAGE098
到测站点的距离
Figure 933937DEST_PATH_IMAGE102
,可计算各监测断面
Figure 705584DEST_PATH_IMAGE104
的电磁波传播路径的平均温度
Figure 328327DEST_PATH_IMAGE105
、气压
Figure 210832DEST_PATH_IMAGE106
及湿度
Figure 563316DEST_PATH_IMAGE107
。
工控机根据第一气象修正公式和平均温度
Figure 505864DEST_PATH_IMAGE105
、气压
Figure 22427DEST_PATH_IMAGE108
及湿度
Figure 708624DEST_PATH_IMAGE109
进行聚类修正。工控机利用改正后的距离观测值
Figure 790980DEST_PATH_IMAGE110
，结合相应的角度观测值，计算得到监测点的坐标，通过多期监测点坐标的对比，分析其变形情况。
本发明的监测系统是实施例1或实施2的监测方法的一种应用方式，公众可以将本监测系统应用到地铁隧道的变形监测中，同时若公众在实施过程中，遇到了困难也可以参阅实施例1和实施例2的内容进行实施。实施例1或实施2中的技术特征同样可以应用在监测系统中，因此不再赘述。
综上，本发明实施例提供一种地铁隧道变形的监测方法及系统，有益效果在于：本发明通过第一气象修正公式对得到的原始距离观测值进行修正，且第一公式综合考虑了电磁波传播路径的平均气象信息，可以准确的得到监测点到测量机器人的距离，进而得到更为准确的观测点坐标，更为准确的得到监测点的变形。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种地铁隧道变形的监测方法，其特征在于，包括：
获取地铁隧道的变形监测区域和监测站点，并在监测站点设置测量机器人、工控机和气象传感器；在变形监测区域内设置若干气象传感器；所述变形监测区域为线性地铁隧道；获取变形监测区域的监测面，每个监测面设置有若干个监测点；
测量机器人根据预设的标准气象参数对变形监测区域的监测点展开观测，得到监测点的原始距离观测值和观测角度；
通过气象传感器实时采集变形监测区域的气象数据，所述气象数据包括温度、气压和湿度；并将气象数据发送到监测站的工控机；
根据采集到的气象数据和各个气象传感器到监测站的距离得到变形监测区域内温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系；
根据温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系得到监测站点到每个监测面的平均温度、平均气压和平均湿度；
根据第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况；
所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值
Figure 278539DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 819242DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 338079DEST_PATH_IMAGE003
为修正值；
Figure 673245DEST_PATH_IMAGE004
为原始距离观测值；
Figure 402167DEST_PATH_IMAGE005
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 480981DEST_PATH_IMAGE006
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 854325DEST_PATH_IMAGE007
为电磁波传播路径的平均湿度，
Figure 360392DEST_PATH_IMAGE008
为不同的监测面。
2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道变形的监测方法，其特征在于，所述气象传感器与测量机器人的时钟保持同步。
3.根据权利要求1所述的一种地铁隧道变形的监测方法，其特征在于，所述气象传感器均匀地设置在变形监测区域的地铁隧道的侧壁上；所述气象传感器通过无线通信的方式将气象数据传输到工控机。
4.根据权利要求1所述的一种地铁隧道变形的监测方法，其特征在于，所述根据采集到的气象数据和各个气象传感器到监测站的距离得到变形监测区域内温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系，具体为：
工控机根据气象传感器
Figure 576610DEST_PATH_IMAGE009
的温度
Figure 459116DEST_PATH_IMAGE010
、气压
Figure 686966DEST_PATH_IMAGE011
和湿度
Figure 629514DEST_PATH_IMAGE012
，以及预存的气象传感器
Figure 67448DEST_PATH_IMAGE009
的到测站点已知的距离
Figure 488065DEST_PATH_IMAGE013
,分别拟合出当前监测时段的变形监测区域范围内温度
Figure 836001DEST_PATH_IMAGE014
、气压
Figure 683872DEST_PATH_IMAGE015
、湿度
Figure 609102DEST_PATH_IMAGE016
与距离
Figure 833410DEST_PATH_IMAGE017
之间的函数关系；所述
Figure 35853DEST_PATH_IMAGE018
等于气象传感器的数量。
5.根据权利要求4所述的一种地铁隧道变形的监测方法，其特征在于，所述根据温度与距离、气压与距离、湿度与距离的函数关系得到监测站到每个监测面的平均温度、平均气压和平均湿度，具体为：
工控机根据各监测面
Figure 320203DEST_PATH_IMAGE019
到测站点的距离
Figure 732730DEST_PATH_IMAGE020
，计算各监测面
Figure 495150DEST_PATH_IMAGE021
的电磁波传播路径的平均温度
Figure 552099DEST_PATH_IMAGE022
、气压
Figure 7351DEST_PATH_IMAGE023
及湿度
Figure 907174DEST_PATH_IMAGE024
。
6.一种地铁隧道变形的监测系统，其特征在于，监测系统包括：测量机器人、工控机和若干个气象传感器；
所述测量机器人和工控机设置在监测站点，所述监测站点设置有一个气象传感器；以监测站点为起点获取地铁隧道的变形监测区域，且所述变形监测区域为线性地铁隧道；所述变形监测区域内设置有若干个监测面，每个监测面设置有若干个监测点；
测量机器人用于根据预设的标准气象参数对变形监测区域的监测点展开观测，得到监测点的原始距离观测值；测量机器人将原始距离观测值和观测角度发送到工控机；
气象传感器用于获取隧道内的气象数据并将气象数据传输到工控机，所述气象数据包括温度、气压和湿度；
工控机接收测量机器人的原始距离观测值和观测角度，接收每个气象传感器的气象数据，根据气象数据和预存的监测站点和气象传感器之间的距离得到电磁波传播路径的平均温度、平均气压和平均湿度，将得到的平均温度、平均气压和平均湿度代入第一气象修正公式对原始距离观测值进行修正得到第一距离观测值；所述工控机还用于根据第一距离观测值和观测角度得到监测点的第一坐标；将第一坐标和历史坐标进行比较得到监测点的变形情况；
所述第一气象修正公式具体为：
第一距离观测值
Figure 473284DEST_PATH_IMAGE025
；
Figure 384740DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 10893DEST_PATH_IMAGE027
为修正值；
Figure 398012DEST_PATH_IMAGE028
为原始距离观测值；
Figure 377600DEST_PATH_IMAGE029
为电磁波传播路径的平均温度；
Figure 533775DEST_PATH_IMAGE030
为电磁波传播路径的平均气压；
Figure 330830DEST_PATH_IMAGE031
为电磁波传播路径的平均湿度，
Figure 815032DEST_PATH_IMAGE032
为不同的监测面。
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