贺建

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正文：

1.前言

我国地铁最早在1969年于北京落成，运行至今已有四十年。目前地铁作为城市中最主要的通勤工具给城市的繁荣和发展提供了保障，中国已成为世界上隧道和地下工程最多最复杂、发展最快的国家。地铁所处环境有局限性和复杂性，发生病害后难以治理，产生事故后危害极大。标准化且快速的隧道病害检查作为隧道病害治理的第一步，必要且紧迫。通过隧道病害全面检查，了解隧道使用状况，排摸不良区段，及时发现危险源，为隧道维护治理提供依据，并开展针对性的整治工作，甚至应急处理，从而消除隐患。

2.传统方式

目前地铁隧道的检测方式还是采用人工肉眼识别，然后用标尺测量，相机拍照记录裂缝特质形态，人工记录裂缝位置信息,该方检测到裂缝准确率低，容易漏检，在检测工程中，人员安全性差，检测效率低，同时由于隧道的许多部位不容易靠近，需要借助车载式隧道检测设备来完成检测工作。而人工检测效果依赖维护检测人员的专业技术水平，安全防护意识，个人情绪等因素。受地铁运营的制约，有效作业时间少、工效低，所形成的海量纸质信息给后续病害信息的统计与分析增加了很大的难度。

对于目前已处于运营期间的地铁隧道结构变形监测内容主要包括区间隧道拱顶及道床的沉降、隧道管片的侧向位移及隧道结构的收敛变形等。运营隧道在地铁运行期间是不允许作业人员进入轨行区的，所以传统的人工作业模式无法保证监测监测的频率。

3.全自动全站仪监测系统

自动全站仪也叫做测量机器人，是一种可以自动搜索、识别及精确照准目标。并且可以自动测量距离、角度、三维坐标等信息的智能型电子全站仪。自动全站仪即是在普通全站仪的基础上集成驱动系统、影像传感器系统、智能照准识别系统等发展而成的。仪器通过工业相机获取影像，然后通过识别匹配在计算机和控制器，通过操纵器和马达进行完成精确照准，进而通过传感器获取目标点的三维坐标信息，得到目标物体的位置信息以及随时间的变化。

全自动全站仪监测的优点在于全程不需要人工参与，即使在运营时段依然可以连续测量数据，缺点是系统的安置需要通过前期设计留下预留孔来安放全站仪底座和标靶棱镜，而且仅能观测到隧道的结构形变无法观测到表面病害及背后空洞。

4.激光扫描检测系统

激光扫描检测技术的最初阶段是采用全景三维激光扫描仪在所选取的隧道内连续布设测站进行隧道轮廓扫描，并在相邻测站之间设置参考标靶，对于采集到的点云数据进行坐标系归化、点云压缩等预处理操作后，再进行隧道断面的截取和拟合，最终获取隧道收敛变形结果。固定式激光扫描系统需分段扫描后再进行点云数据的拼接，每台激光扫描仪的工作范围大概在30m左右，为了方便后期云点数据的拼接需要两侧有25%～30%边界搭接，而且对现场工作人员的操作要求和后期点云数据拼接处理的精度要求都很高。

激光扫描小车的优势相对于规定全景扫描在于其线型扫描的模式。全景扫描时扫描仪不仅会采集到竖直面的数据，还会采集到前后面的信息，是对周围的物体进行全方位的扫描。在隧道扫描中会产生大量的无用点，给后期的云点拼接工作带来不便。线性扫描的模式，扫描仪的激光发射器只在竖直面内转动，水平面固定不动。激光发射器转动一圈，得到的扫描点呈一条螺旋线，因此被称为线扫描模式。

该技术的有点在于描所达到的精度可达0.03毫米，在一些较大的裂缝也可以在点云图中反映，所得结果精度较高。缺点是检测速度虽然可以达到5km～10km每小时，但相对于30km长的地铁来说检测一遍依然是较大的工作量。

5.图像分析技术检测系统

图像分析技术是以机器视觉为基础的新兴检测技术，该技术利用高速光学成像技术以及多图像识别方法，在移动车载平台上安装相机设备，对地铁隧道进行高清拍摄，高速获取隧道表面的数字图像并存储，同时记录图像拍摄位置，再利用数字图像处理算法将海量图像数据与病害特征数据库进行隧道病害特征匹配与病害识别分析。

摄像机在行驶过程中对隧道进行高速拍摄，同时使用传感器进行补偿，并将所拍摄的图像进行融合，再分段对融合后的图像进行裂缝、水渍、剥落等特征检测。对图像中的元素进行分析，分理出图像中的异常元素，再对异常部分进行特征提取，然后和已知灾害特征进行对比分析，对灾害种类和干扰元素进行分类，再将灾害部位进行标注，计算灾害的长宽及面积，对严重程度进行评估。

开始检测之前，需先将各相机拍摄物距调整到一致距离，然后通过人工标识将裂缝尺贴于隧道壁上，记录下裂缝尺的拍摄状态。再通过标定板等模拟地铁行进过程当中转弯、震动时产生的扭曲，作为基础数据保存。

图像分析技术的优点在于检测速度快可以达到35km～40km每小时，前期数据采集使用人力少。识别精度可以达到0.02mm，接近规范对裂缝最小的定义。缺点在于首先CCD相机光照要求较高，不均匀的光照和亮度低的光源均会对图像质量产生影响，隧道表面纹理的不均匀性以及混凝上材料的色差，导致采集到的图像背景颜色存在较大的变化，隧道内管线、油污等都会对分析效果造成影响。

6.结束语

随着各大城市地铁的开通，地铁隧道的维护和保养的工作量也将随之增加。传统人工办法速度慢精度差已经无法满足现在的时代需求，各种快速检测的逻辑都是讲数据采集与病害分析分开，尽量将工作交给电脑完成。将实体的工程问题改变为数字化提高分析效率。可以预见在不远的将来更多的人工智能设备将会投入到工程检测当中，为人们的交通出行保驾护航。