四川省測繪地理信息科技進步獎推薦書

1、編 號受理日期四川省測繪地理信息科技進步獎申 報 推 薦 書項目名稱：完成單位：完 成 人：申請日期：一、項目基本情況項目名稱中文大山坳隧道下穿內(nèi)宜高速地表豎向變形監(jiān)測英文Surface Subsidence Monitorting Of the Tunnel Under Crossing The Nei-Yi Expressway主要完成人主要完成單位四川西南交大鐵路發(fā)展有限公司推薦項目類別1、基礎理論2、技術開發(fā)3、應用研究4、軟科學研究5、科技著作推薦項目所屬專業(yè)A.大地測量與GPS； B.攝影測量與RS；C.地圖學與GIS；D.工程測量； E.海洋測繪； F.礦山測量；G.房產(chǎn)與地籍測

2、量； H.測繪儀器；I.其他任務來源1.國家計劃； 2.部委計劃； 3.省級計劃； 4.基金資助；5.國際合作； 6.其他單位委托； 7.自選 ； 8.非職務；9.其他曾獲獎情況無項目起止時間起始： 2015年 月 日完成：2016年 5 月 4 日二、項目簡介項目所屬科學技術領域、主要內(nèi)容、特點及應用推廣情況：本項目涉及工程測量，自動化技術等多個領域。AMS智能自動化監(jiān)測系統(tǒng)是我公司開發(fā)出的用于工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的技術，屬于工程測量、微電子技術和計算機及網(wǎng)絡技術領域范疇。為滿足成貴客專六標段大山坳隧道施工期間的安全監(jiān)測需求，觀察隧道施工對內(nèi)宜高速公路的影響，本項目使用我公司開發(fā)的AMS智能自動

3、化安全監(jiān)測系統(tǒng)，對隧道及高速公路進行了自動化監(jiān)測。AMS智能自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)包括前端數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、信息發(fā)布模塊。通過對微電子元件、網(wǎng)絡協(xié)議技術、計算機技術的整合，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)處理-數(shù)據(jù)發(fā)布的全程自動化。系統(tǒng)的每個模塊都有各自的特點和優(yōu)勢，各項指標方面都達到了國內(nèi)先進水平?；谖㈦娮蛹夹g制作的監(jiān)測傳感器，具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性，能夠全天候無間斷提供結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理中心使用專業(yè)的大型數(shù)據(jù)庫，滿足大數(shù)據(jù)聯(lián)機分析處理(OLAP)需求；信息發(fā)布平臺采用B/S架構(gòu)，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務器上，用戶只需通過瀏覽器便可實現(xiàn)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)圖表查詢、指

4、令反饋等。系統(tǒng)整合TCP/IP與手機網(wǎng)絡協(xié)議技術，面對突發(fā)情況，可通過微信、短信、主動撥號等各種方式主動推送預警消息。技術經(jīng)濟指標經(jīng)濟效益額的計算依據(jù)：此次大山坳隧道下穿內(nèi)宜高速地表豎向變形監(jiān)測項目實現(xiàn)了項目費用少，數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)的原則，整個工程經(jīng)濟效益取得了明顯成果。整個項目歷時230天，設備安裝、維護用工18人次，用工人數(shù)減少了1362人次，直接人工費節(jié)省163440元。自動化監(jiān)測設備共花費20萬元，節(jié)省電子水準儀兩套12萬。經(jīng)濟效益增加163440+120000-200000即83440元。社會效益：AMS智能自動化監(jiān)測系統(tǒng)技術上有了很大創(chuàng)新，對未來監(jiān)測技術起到了極大的推動作用，在保障工程施

5、工安全和保證監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量發(fā)揮重要作用。三、項目詳細內(nèi)容1. 立項背景保障內(nèi)宜高速行車安全是此次大山坳隧道施工最關鍵的控制點之一。大山坳隧道的施工方法會對高速公路產(chǎn)生一定的影響，施工地點交通不便，各監(jiān)測點高程落差較大，也給沉降監(jiān)測工作帶來了很大的困難。業(yè)主對隧道施工對高速公路的影響控制提出了很高的標準，既包括對日常數(shù)據(jù)的收集、分析，又包括在雷雨大風等災害天氣下數(shù)據(jù)連續(xù)性的要求。對突發(fā)情況預警的準確率和細化程度都超過了常規(guī)的業(yè)務技術能力。迫切需要更高水平的監(jiān)測系統(tǒng)提供精細化的技術服務。本項目針對大山坳隧道的施工特點及周邊地形、天氣的難點，我們建立了針對高速公路的垂直變形監(jiān)測分析顯示系統(tǒng)；研究攻克了

6、監(jiān)測系統(tǒng)在行車影響和惡劣天氣下的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性等關鍵技術，自主研發(fā)了針對突發(fā)情況的自動預警業(yè)務，開展了隧道下穿高速公路的結(jié)構(gòu)變形建模分析和數(shù)據(jù)預警閾值的技術研究，有效提升了監(jiān)測系統(tǒng)在沉降分析和預警方面的能力。自動化監(jiān)測系統(tǒng)在隧道施工期間對內(nèi)宜高速提供了全方位、全程化的監(jiān)測服務，保障了施工安全。與國內(nèi)外的監(jiān)測技術相比較我們有以下優(yōu)勢：1、在大量的監(jiān)測項目中，我們累積了大量的現(xiàn)場經(jīng)驗和數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗。在編寫數(shù)據(jù)處理算法時，更能結(jié)合實際凸顯不同項目的特點，數(shù)據(jù)分析結(jié)果更加的科學和客觀。2、整個監(jiān)測過程不需要人員現(xiàn)場值守，系統(tǒng)在內(nèi)宜高速行車影響和惡劣天氣的影響下也表現(xiàn)了極好的穩(wěn)定性。3、系統(tǒng)基于開放式的構(gòu)架

7、，便于系統(tǒng)的二次開發(fā)，同時兼容各種不同的傳感器，適應立體化的監(jiān)測項目。深度研發(fā)網(wǎng)絡協(xié)議技術，能與第三方軟件進行數(shù)據(jù)共享。三、項目詳細內(nèi)容技術經(jīng)濟指標1、AMS智能自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集-分析-發(fā)布全程5分鐘左右，每2小時一組數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)人工觀測提高了數(shù)據(jù)的時效性和連續(xù)性。2、AMS智能自動化監(jiān)測系統(tǒng)，對變形速率超限、變形總量超限等突發(fā)情況的預警率達到了100%，實現(xiàn)了突發(fā)情況發(fā)生時即送預警消息，整體降低了施工單位面對突發(fā)情況的反應決策時間。3、高分辨率的傳感器確保了數(shù)據(jù)的準確性?；谖㈦娮蛹夹g的傳感器，在實際使用中精度達到0.01mm，技術水平高于國內(nèi)外大多數(shù)同類產(chǎn)品。4、建立了高強度施工期

8、間的預警標準、各單位間的聯(lián)動機制和創(chuàng)新性的監(jiān)測服務新模式，業(yè)主對AMS智能自動化監(jiān)測系統(tǒng)給與了極高的評價，服務滿意率明顯提升。2. 詳細科學技術內(nèi)容1） 總體思路使用自動化技術領域的先進技術，采用基于現(xiàn)代化的網(wǎng)絡通訊技術、自動化控制技術和現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術等開發(fā)了AMS自動化監(jiān)測系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)人工監(jiān)測方式效率低下，監(jiān)測頻次低，數(shù)據(jù)密度不夠，受天氣、環(huán)境制約大，同時不能夠做到數(shù)據(jù)及時采集及時處理，出報告的周期長等問題。創(chuàng)造出了一套集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和信息自動化發(fā)布平臺的智能自動化的結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測系統(tǒng)（AMS沉降監(jiān)測信息發(fā)布平臺）。2技術方案2.1監(jiān)測方法及技術該項目采用自動化沉降監(jiān)測

9、技術，對隧道下穿高速公路期間的沉降進行監(jiān)測，具體方法如下：采用壓差式傳感器監(jiān)測高速公路路面的豎向位移，結(jié)合沉降監(jiān)測基準點的絕對豎向位移，并利用傳感器內(nèi)置的溫度傳感器得到的溫度數(shù)據(jù)進行溫度補償，從而得到高速公路路面監(jiān)測點的實際沉降情況；傳感器采集的數(shù)據(jù)通過傳輸模塊使用GPRS無線傳輸將數(shù)據(jù)傳回數(shù)據(jù)處理中心進行后臺自動處理，再通過信息發(fā)布平臺將成果和預報警信息發(fā)送至相關單位。2.2自動化監(jiān)測系統(tǒng)工作原理（1）傳感器工作原理自動化監(jiān)測系統(tǒng)以液體連通器原理為基礎，通過不同監(jiān)測點的沉降物位計對液面高度的測量，實現(xiàn)基準點與監(jiān)測點相對沉降的監(jiān)測。物位計通過液管相連，基準物位計位于穩(wěn)定的基準點，其它的物位計作

10、為監(jiān)測點。設基準點與參考液面（儲液罐液面）之間的高差為Ho，監(jiān)測點與參考液面之間高差為Hi，分別測出Hi與Ho的值，Hi-Ho的值為監(jiān)測點相對于基準點的高差。當監(jiān)測點的豎向位移發(fā)生變化時，即沉降發(fā)生時，該測點的液壓將會發(fā)生變化，結(jié)合傳感器內(nèi)置的溫度補償器進行溫度修正后，計算出相對于基準點的高程變化。如下圖所示。儲液罐液面（監(jiān)測點）（基準點）Hi=dPiHo=dPo=Hi-Ho沉降物位計氣（線）管液體管道圖2原理示意圖（2）數(shù)據(jù)傳輸傳感器采集的沉降數(shù)據(jù)通過主控采集器中內(nèi)置的數(shù)據(jù)傳輸模塊采用GPRS無線傳輸將數(shù)據(jù)傳回數(shù)據(jù)處理中心。工控箱：包含主控采集器（內(nèi)置傳輸模塊）傳感器（內(nèi)置溫度補償裝置）圖3

11、采集器和傳輸模塊現(xiàn)場示意圖在技術開發(fā)過程中，創(chuàng)新的在采集、傳輸裝置寫入防丟包代碼、并內(nèi)置SD卡進行數(shù)據(jù)儲存，攻克了數(shù)據(jù)傳輸中丟包和不穩(wěn)定等問題。（3）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理中心采用先進的算法進行去噪與修正，同時結(jié)合內(nèi)置的溫度傳感器補償初始數(shù)據(jù)，減弱環(huán)境的影響，得到準確的沉降值。在技術開發(fā)的過程中，創(chuàng)新的采用改良的均方根預測模型進行數(shù)據(jù)的去噪和修正，結(jié)合內(nèi)置的溫度傳感器補償初始數(shù)據(jù)，減弱了環(huán)境對測量值的影響，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準確、可靠。（4）數(shù)據(jù)發(fā)布監(jiān)測成果和預報警值通過信息發(fā)布平臺進行發(fā)布，用戶可以通過信息發(fā)布平臺查看下載監(jiān)測成果的相關圖表和預報警信息。圖4信息發(fā)布平臺示意圖該信息發(fā)布平臺的開發(fā)創(chuàng)

12、新的使用了B/S結(jié)構(gòu)，客戶端無需安裝專門的軟件，通過瀏覽器即可使用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化，相關圖表均自動生成，通過信息發(fā)布平臺能夠進行遠程實時的系統(tǒng)配置、設備狀態(tài)監(jiān)控。2.2監(jiān)測點布置方案根據(jù)設計圖紙規(guī)定，下穿段隧道埋深H0約為10m，隧道開挖寬度B約為15m。按照鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程（QCR9218-2015）的要求，分別來布置監(jiān)測點的縱向間距、橫向間距。由于隧道埋深小于等于隧道開挖寬度，地表沉降縱向監(jiān)測點間距可取10m。詳見下表1：表1地表沉降測點縱向間距隧道埋深與開挖寬度縱向測點間距(m)2B<H0<2（B+H）1530B<H02B1015H0B510由于隧道中線兩側(cè)量

13、測范圍不小于隧道埋深與開挖寬度之和25m，再參照設計布點要求，所以優(yōu)化后的橫向量測范圍取30.6m。隧道中線附近需要對橫向監(jiān)測點加密，故在隧道中線布置1個監(jiān)測點，然后分別依次往兩邊橫向間距按2.3m、4m、4m、5m向外對稱排開。工作基點設置在每個橫向斷面的量測范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。DK139+030 040 050 065 080 085 090圖5點位示意圖2.3監(jiān)測設備的安裝2.3.1安裝作業(yè)流程圖圖6安裝作業(yè)流程圖2.3現(xiàn)場安裝作業(yè)方法（1）測點確認根據(jù)沉降自動化監(jiān)測點設計布點位置及系統(tǒng)長度，對測點和基準點位置進行確認，使用自噴漆標記測點和斷面號?；鶞庶c應根據(jù)現(xiàn)場條件設置在監(jiān)測范圍外的

14、穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。（2）測點觀測墩布設確認觀測點的位置后，在觀測點位置往下挖20cm深的50cm*50cm的方形坑，現(xiàn)場澆筑水泥墩，同一個監(jiān)測斷面的水泥墩的墩頂表面保證在一個水平面上，誤差不超過5cm。圖7測點觀測墩布設示意圖（3）沉降板與觀測桿的安裝觀測墩現(xiàn)場制作時，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠，將沉降板固定在水泥墩頂，同時在觀測墩角點預先埋設觀測桿，以高出沉降板表面2cm為宜。圖8沉降板與觀測桿示意圖（4）觀測系統(tǒng)鋪設觀測墩硬化之后，將預先連接并測試好的設備鋪設在觀測墩上。初步固定之后，進行設備加電測試，檢測系統(tǒng)是否正常接收指令、采集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常情況即刻進行調(diào)整修復。設備測試正常即進行管線

15、和物位計的固定。保證系統(tǒng)安全穩(wěn)固，不影響高速公路安全運行。圖9物位計示意圖圖10觀測系統(tǒng)鋪設示意圖（5）定位裝載箱安裝定位裝載箱（儲液罐）是通過喉箍固定設備箱內(nèi)，如有特殊情況可以獨立安裝。定位裝載箱安裝固定時，其液面高度保證全測線的物位計量程范圍內(nèi)。（6）設備箱的安裝設備箱一般安裝固定在基準區(qū)域易于維護的位置，設置保護裝置保護設備箱內(nèi)的電池、采集器、天線等設備。GPRS天線固定在設備箱側(cè)面，避免有其他干擾。（7）設備加電測試所有系統(tǒng)安裝完成且固定之后，系統(tǒng)加電查看采集模組和數(shù)據(jù)傳輸模組指示燈是否正常，查看遠程服務器接收數(shù)據(jù)內(nèi)容，記錄壓力計數(shù)據(jù)是否正常，量程是否在規(guī)定范圍內(nèi)，接收一定數(shù)量的數(shù)據(jù)后

16、，分析系統(tǒng)運行是否穩(wěn)定，如有問題及時更換。確定系統(tǒng)可以正常工作后可進行現(xiàn)場整理。（8）整理現(xiàn)場經(jīng)檢查系統(tǒng)安裝無誤后，需清理現(xiàn)場，安裝警示牌。將四周環(huán)境清理整潔，做到工完、料凈、場地清，并移交給委托方。委托方對設備進行日常保護，避免因施工造成破壞。該系統(tǒng)約90天后，需要更換蓄電池。3. 技術創(chuàng)新點1、本項目采用的AMS系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和信息發(fā)布于一體，實現(xiàn)了對大山坳隧道下穿內(nèi)宜高速公路路基段地表沉降數(shù)據(jù)的全天候、實時不間斷的獲取。2、信息發(fā)布平臺采用B/S模式和MVC架構(gòu)進行開發(fā)，View與用戶進行交互，系統(tǒng)針對用戶操作，用戶可直觀的查看沉降數(shù)據(jù)及沉降曲線，這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)

17、功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)維護和使用。3 AMS自動化監(jiān)測系統(tǒng)信息發(fā)布平臺具有數(shù)據(jù)進行自動處理，信息自動發(fā)布和自動預警功能；信息發(fā)布平臺能夠分角色按權限向各單位發(fā)布數(shù)據(jù)、分析報告和預報警信息，數(shù)據(jù)安全可靠；同時能夠進行報表輸出，所有圖表自動生成，用戶可以直觀的看到數(shù)據(jù)值以及數(shù)據(jù)變化趨勢。3、AMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)計算中心依據(jù)自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點采用改良的均方根預測模型進行數(shù)據(jù)的去噪和修正，并且結(jié)合內(nèi)置的溫度傳感器補償初始數(shù)據(jù)，減弱環(huán)境對測量值的影響，得到準確可靠的沉降數(shù)據(jù)。4、AMS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程實時系統(tǒng)配置、設備狀態(tài)的監(jiān)控, 檢驗設備是否故障和控制系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)維護方便，運行成本低。4. 與當前國內(nèi)外同類研究、同類技術的綜合比較5.應用情況6.經(jīng)濟效益 單位：萬元（人民幣）項目總投資額回收期（年） 欄 目年 份新增利潤新增稅收創(chuàng)收外匯（美元）節(jié)支總額各欄目的計算依據(jù)：7社會效益：四、主要完成人情況（所有項目完成人每人填寫一份）第 完成人姓名性別民族籍貫出生日期年 月黨派工作單位聯(lián)系電話通訊地址及郵政編碼畢業(yè)學校文化程度學位職務職稱專業(yè)畢業(yè)時間曾獲獎勵及榮譽情況參加本項目的起止時間自 年 月 至 年 月在本項目研究中的主要學術（技術）貢獻本人簽名：年 月 日五、主要完成單位情況（所有完成單位每單