監測系統論文

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監測系統論文范文第1篇

針對垛儲機采棉溫濕度采集點多，數據傳輸距離遠的特點，提出了以電子技術和微控制技術為核心技術的機采棉溫濕度自動檢測系統方案。該系統由溫度傳感器、濕度傳感器、變送器、主從單片機、RS485總線、顯示及鍵盤等部分組成。圖1為垛儲機采棉溫濕度檢測系統框圖。工作時，安裝在探頭上傳感器采集該處機采棉的溫濕度值，通過變送器和轉換器將該處的各點溫濕度數據信號送至該處的從機;從機將采集來的信號進行歸一化處理，取加權平均值，再將加權平均值通過RS485總線送至主機，通過鍵盤輸入機采棉霉變預警的溫濕度閾值;主機將傳輸來的數據和預警閾值相比較，判斷是否達到預警條件，如果達到預警條件，發出命令，控制預警裝置發出警報，并且顯示出霉變或有霉變趨勢的機采棉位置。

2系統設計

2．1硬件部分

本設計的主機所要實現匯總從機發來的信息和預先設定的霉變閾值相比較，判斷每個從機位置的機采棉情況。如果出現異常，主機控制警報系統工作，顯示屏可以利用鍵盤控制其翻頁功能，實時顯示出每個從機位置的機采棉情況。從機主要負責將采集來的溫濕度信息，經處理后，送入主機。鑒于以上因素，主、從機都選用單片機STC89C516RD+。該款單片機具有加密性強、低功耗、速度快和精度高等特點，其核內有64kB的flash，1280B的RAM，16kB的ROM，可以滿足控制的需要。每個從機位置的溫濕度信息檢測，采用探頭檢測，在每個探頭的不同位置，均勻分布4個溫度傳感器和4個濕度傳感器，分別構成該從機的溫度傳感器組和濕度傳感器組。濕度傳感器選用HM1500，模擬量輸出，在5V供電條件下，輸出0～4V范圍的電壓對應相對濕度值0～100%;因為是線性輸出，所以可以直接和單片機相連，為了檢測信號的穩定性，可以將濕度傳感器的輸出量經過同相跟隨器將信號穩定后送入單片機。溫度傳感器選用AD590為模擬信號輸出需要驅動電路驅動后才能使溫度信號經A/D轉換送入單片機;可測量范圍－55～150℃，供電范圍寬，4～30V;圖2為溫度傳感器AD590的驅動電路圖。顯示模塊要求實時顯示各個從機控制的檢測探頭位置的溫濕度以及每個探頭所在位置的坐標值，通過鍵盤的上下鍵控制顯示屏的翻頁和刷新。所以，采用液晶顯示器LCD1602兩行顯示，就可以達到系統設計要求。鍵盤模塊是向主機輸入預設的參考值以及控制顯示屏的翻頁與刷新，基于以上功能采用4×4的行列式鍵盤。

2．2軟件部分

首先，根據設計目標，細化軟件每一部分的功能，統籌設計各部分功能之間的邏輯關系。垛儲機采棉溫濕度檢測系統的軟件設計采用keiluvision2編程環境，編程實現主從機的功能。keilC51是一個比較主流的單片機研發設計的開發工具，主從機的程序編寫采用模塊化編程。其調試程序、完成各部分編程后，將程序的．hex工程文件燒錄至Proteus軟件下的仿真電路圖，仿真效果達到最佳時，記錄電路設計的優化參數;根據此優化參數，設計垛儲機采棉溫濕度自動檢測系統的實物硬件。垛儲機采棉溫濕度自動檢測系統的主機程序流程圖，如圖3所示。

3試驗結果分析

系統的軟硬件調試完成后，在南口農場進行測試試驗。系統測試了垛儲機采棉的溫濕度值。表1為垛儲機采棉溫濕度檢測系統測試的溫濕度數據。從表1中可以看出，本文設計的檢測系統檢測出的機采棉溫濕度值和人工測量的實際值近似相符。試驗結果表明:該系統能夠精確、實時地檢測垛儲機采棉的溫濕度，達到了垛儲機采棉儲存情況的安全控制。

4結論

監測系統論文范文第2篇

（1）地球站的安全問題地球站作為衛星通信網絡地面應用系統的重要組成部分，是負責發送和接收通信信息的地面終端，地球站的數據和發送的信令是用戶行為的直接體現。作為衛星通信網絡中的節點，地球站的正常運行直接關系到整個衛星通信網絡通信的質量高低和安全性。地球站異常包括很多方面，除了地球站本身的故障之外，還包括地球站被仿冒、丟失，被非法用戶使用或者被敵方繳獲等。在非安全的環境下，敵方可以通過監聽網絡、控制信道，分析網絡管理信息的模式、格式和內容，獲得通信網的大量信息，這些信息包括網內地球站成員及其入退網事件，通信流量和多個地球站之間的通信頻率。同時，也可以直接偽造、篡改網控中心信息、對地球站設置非法參數、干擾地球站的通信流程、使地球站之間的通信失敗、使合法用戶異常退網。敵方還可以侵入地球站，干擾網管主機、竊取網絡配置信息、篡改網絡運行參數等。造成地球站異常的這些原因中，由于用戶的非法操作和非法用戶的入侵行為引起的異常，對衛星網的安全威脅更大，造成的損失更嚴重。因此，通過衛星網絡檢測到地球站的行為異常，對整個衛星通信網的安全運行具有重要的意義。（2）地球站的工作網管中心相當于管理器，主要完成網絡管理與控制功能，是全網的核心控制單元（ControlUnit，CU），其信令在衛星網中擔負網絡管理協議的作用。網絡管理與控制功能可以是集中式或分散式，對于星上透明轉發衛星通信系統，衛星不具有星上處理能力，只完成放大、轉發的功能，由地面的主站集中進行網絡管理與控制。衛星網管作為一個資源管理控制系統，它對全網的信道資源、地球站配置資源、用戶號碼資源進行控制；同時它作為操作員對全網的通信進行控制、檢測和干預，向用戶提供配置資源管理查看的接口以及資源狀態顯示和統計接口，并將當前通信系統中的異常情況向用戶進行報告；它還具備用戶設備操作權限管理、網控中心其它設備管理等功能。

2衛星通信網入侵檢測系統的實現

2．1入侵檢測系統的體系結構

入侵檢測是檢測計算機網絡和系統以發現違反安全策略事件的過程。如圖2所示，作為入侵檢測系統至少應該包括三個功能模塊：提供事件記錄的信息源、發現入侵跡象的分析引擎和基于分析引擎的響應部件。CIDF闡述了一個入侵檢測系統的通用模型，即入侵檢測系統可以分為4個組件：事件產生器、事件分析器、響應單元、事件數據庫。

2．2入侵檢測系統的功能

衛星通信網絡采用的是分布式的入侵檢測系統，其主要功能模塊包括：（1）數據采集模塊。收集衛星發送來的各種數據信息以及地面站提供的一些數據，分為日志采集模塊、數據報采集模塊和其他信息源采集模塊。（2）數據分析模塊。對應于數據采集模塊，也有三種類型的數據分析模塊：日志分析模塊、數據報分析模塊和其他信息源分析模塊。（3）告警統計及管理模塊。該模塊負責對數據分析模塊產生的告警進行匯總，這樣能更好地檢測分布式入侵。（4）決策模塊。決策模塊對告警統計上報的告警做出決策，根據入侵的不同情況選擇不同的響應策略，并判斷是否需要向上級節點發出警告。（5）響應模塊。響應模塊根據決策模塊送出的策略，采取相應的響應措施。其主要措施有：忽略、向管理員報警、終止連接等響應。（6）數據存儲模塊。數據存儲模塊用于存儲入侵特征、入侵事件等數據，留待進一步分析。（7）管理平臺。管理平臺是管理員與入侵檢測系統交互的管理界面。管理員通過這個平臺可以手動處理響應，做出最終的決策，完成對系統的配置、權限管理，對入侵特征庫的手動維護工作。

2．3數據挖掘技術

入侵檢測系統中需要用到數據挖掘技術。數據挖掘是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的數據中提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程。將數據挖掘技術應用于入侵檢測系統的主要優點：（1）自適應能力強。專家根據現有的攻擊從而分析、建立出它們的特征模型作為傳統入侵檢測系統規則庫。但是如果一種攻擊跨越較長一段時間，那么原有的入侵檢測系統規則庫很難得到及時更新，并且為了一種新的攻擊去更換整個系統的成本將大大提升。因為應用數據挖掘技術的異常檢測與信號匹配模式是不一樣的，它不是對每一個信號一一檢測，所以新的攻擊可以得到有效的檢測，表現出較強實時性。（2）誤警率低。因為現有系統的檢測原理主要是依靠單純的信號匹配，這種生硬的方式，使得它的報警率與實際情況不一致。數據挖掘技術與入侵檢測技術相結合的系統是從等報發生的序列中發現隱含在其中的規律，可以過濾出正常行為的信號，從而降低了系統的誤警率。（3）智能性強。應用了數據挖掘的入侵檢測系統可以在人很少參與的情況下自動地從大量的網絡數據中提取人們不易發現的行為模式，也提高了系統檢測的準確性。

3結束語

監測系統論文范文第3篇

農村的光纜線路障礙點難以排查，就要在安裝之初建立準確完整的原始材料，在光纜續接監測時，記錄測試端至每個接頭點，位置的光纖累計長度及中繼段光纖總和減值。準確記錄各種光纜余數，詳細記錄每個接頭坑，終端盒、ODF架等部位光纖盤留長度，以便在換養故障點路由長度時予以扣除。

天氣變化對有線電視網路的影響

這一方面主要從雷雨天氣分析。進入夏秋之交的九月，陰雨天氣也開始增加，遭遇雷擊的可能性增大。在農村有線電視系統中，眾所周知，雷電是自然現象，雷擊釋放能量很大，直接遭雷擊，在放電通道上毀壞性巨大，也增加了弄尋有線電視線路檢修的難度。在干線較長的農村有線電視系統中，需要注意防雷，防水和監測。這3個方面具體表現在：

1）防雷：要保證有線電視的“村村通，長期通”，防雷是必不可少的監測點之一。一般說來，有線電視的被損部位有前端放大器、架空電纜的分支、分配器被擊毀等。最簡單的防雷措施在于材料的安全選擇上，如電纜要帶有防雷的安全保護，在傳輸網中,進入前端的電纜安置分流雷電的避雷器，金屬外皮就近接地，可有效地避免光纜遭受雷擊；

2）防水：有線電視系統電纜傳輸中接頭進水是個很普遍的問題。主要包括接頭進水導致電纜部分進水和進水導致的接頭氧化兩種情況。在平常的收看電視過程中，高端信號變差，雪花點變多是進水常見的問題之一。對干線表現為放大器輸出電平斜率很小或為負值。從而使供電出現故障，影響整個農村接收端的放大器正常工作，同時伴隨斜率變大，信號質量惡化；

3）監測。各有線電視臺在建臺時往往經過上級廣播電視主管部門的驗收，驗收基本上是以抽樣測試點，對部分項目和指標進行夏初、冬初的兩次考核。包括對主干線的線性分布的監測，用戶接收端分支器，分配器的監測等。抓好常規維護，可以及時查出線路是否有故障或即將有故障的發生跡象，從而防患于未然，大大減少故障率。

常規維修監測技巧

前面我們講過，因為農村地廣人稀、農戶居住先對分散，再加上通訊技術道路交通相對城市而言的薄弱，使得農村有線電視系統的監測和技術維護方面存在著更大的挑戰。一般情況下，整個系統的無信號，故障在前端、主干線及供電部分；整個系統收不到某一頻道信號，故障在信號源或調制器；部分用戶無信號，故障在支干線或分配系統；個別用戶無信號，故障在串接一分支或分支、分配器以及用戶盒、用戶線等用戶器材上。只要仔細查找，故障就不難排除。

主觀原因

監測系統論文范文第4篇

1．1監測內容根據設計單位提供的《施工圖設計Z1號線文化中心站托換梁施工監測及檢測要求》，本次監測的主要內容如下:1)托換梁及相關結構應力監測;2)托換梁撓度監測。3)被托換柱及鄰近柱的沉降監測;4)托換梁上部結構變形監測;5)梁、柱接頭的滑移監測;6)托換梁梁端的扭轉變形監測;7)托換梁及相關板結構裂縫監測。

1．2監測方法與設備1)托換梁及相關結構應力監測。a．監測儀器。托換梁應力監測儀器采用32鋼弦式鋼筋應力計(如圖3所示)，Z1線－3層側墻和M10線底板則采用28鋼弦式鋼筋應力計。b．采集儀器。數據采集采用GeologgerDT80G型數據采集器，在埋設電測傳感器就近處要設數據采集器，數據采集器外用金屬箱加以保護。2)托換梁撓度監測。a．監測儀器。采用電水平尺(ELBeam)，電水平尺是美國生產的精密測傾(角)儀器。根據現場的實際情況，監測點的布置圖大致如圖4所示。b．采集及處理系統。電水平尺的采集采用CR1000數據采集器。CR1000可以通過設備擴展從而形成一個數據采集系統，很多CR1000系統可以構建一個網絡。3)被托換柱及鄰近柱的沉降監測。對于被托換柱及鄰近柱的沉降監測與托換梁上部結構的沉降監測，采用美國Trimple公司DiNi03型電子水準儀。4)梁、柱接頭的滑移監測。采用鋼弦式位錯計進行測試，將位錯計安裝于柱與托換梁可能發生的最大滑動位移處。一端固定在柱體接頭處，另一端固定在托換梁板上，導線引出做好保護。5)托換梁梁端的扭轉變形監測。監測點布置在托換梁的梁端，用鋼弦式位錯計將梁端與側方地下連續墻墻壁進行固定，測試方法與4)“梁、柱接頭的滑移監測”相同。6)托換梁跨中鋼筋應變監測。監測點位于托換梁跨中斷面處，監測鋼筋與振弦式鋼筋應力計所測鋼筋相鄰如圖5所示。點焊式應變計含有一根安裝于金屬管內的繃緊的鋼弦，該金屬管固定于一個金屬端點，金屬端點焊接到量測的結構物體上。

2監測結果分析

由于此工程監測測點過多，受篇幅的限制，此處僅列出部分測點的部分監測數據，來說明此監測系統在實際工程中的高效性和準確性。

2．1托換梁撓度監測數據分析利用電水平尺監測托換梁1-4的撓度變化情況可知，在整個監測期內，托換梁1-4的撓度監測值總體趨于穩定;監測期內，撓度監測數據在［－8mm，8mm］區間內波動，沉降量最大值為0．80mm，最小值為－1．39mm，符合控制值為8mm的監測控制標準，監測期內工程穩定安全。將立柱切割前后撓度值進行對比，并根據同一天不同測點的撓度值繪出撓度趨勢線如圖6所示。根據撓度對比圖，托換梁在托換后有明顯的下撓趨勢，并且下撓后的撓度值在控制值范圍內，說明切割立柱后托換梁承擔了原本立柱所承擔的豎向力，達到托換的目的。

2．2托換梁應力監測數據分析利用32鋼弦式鋼筋應力計監測托換梁1-4的應力變化情況，根據THL1-4應力監測數據可知，監測期內，托換梁1-4受施工流程中諸多因素影響，應力值會出現小幅度波動，但應力總體趨于平穩;監測期內，各個應力計的監測數據在［－100με，100με］區間內穩定波動，梁呈現上部受壓，下部受拉的應力狀態，拉應力最大值為40με，壓應力最大值為－22με，符合控制值為100με的監測控制標準，監測期內工程穩定安全。

3結語

監測系統論文范文第5篇

【關鍵詞】：隧道工程，盾構姿態，自動測量，系統開發

1引言

盾構機姿態實時正確測定，是隧道順利推進和確保工程質量的前提，其重要性不言而喻。在盾構機自動化程度越來越高的今天，甚至日掘進量超過二十米，可想而知，測量工作的壓力是相當大的。這不僅要求精度高，不出錯；還必須速度快，對工作面交叉影響盡可能小。因此，為了能夠在隧道施工過程中及時準確給出方向偏差，并予以指導糾偏，國內外均有研制的精密自動導向系統用于隧道工程中，對工程起到了很好的保證作用。

1.1國內使用簡況

國內隧道施工中測量盾構機姿態所采用的自動監測系統有：德國VMT公司的SLS—T方向引導系統；英國的ZED系統；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺儀）方向檢測裝置等等。所采用的設備都是由國外進口來的。據了解，目前有些地鐵工程中（如廣州、南京）在用SLS—T系統，應用效果尚好。

總的來看，工程中使用自動系統的較少。究其原因：一是設備費或租賃費較昂貴；二是對使用者要求高，普通技術人員不易掌握；三是有些系統的操作和維護較人工方法復雜，在精度可靠性上要輔助其它方法來保證。

1.2國外系統簡況

國外現有系統其依據的測量原理，是把盾構機各個姿態量（包括：坐標量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、軸向轉角）分別進行測定，準確性和時效性受系統構架原理和測量方法限制，其系統或者很復雜而降低了系統的運行穩定性，加大了投入的成本，或者精度偏低，或者功能不足，需配合其他手段才能完成。

國外生產的盾構設備一般備有可選各自成套的測量與控制系統，作業方式主要以單點測距定位、輔以激光方向指向接收靶來檢測橫向與垂向偏移量的形式為主。另外要有縱、橫兩個精密測傾儀輔助[7]。有些（日本）盾構機廠商提供的測控裝置中包括陀螺定向儀，采用角度與距離積分的計算方法[1][2]，對較長距離和較長時間推進后的盾構機方位進行校核，但精度偏低，對推進只起到有限的參考作用。

2系統開發思路與功能特點

2.1開發思路

基于對已有同類系統優缺點的分析，為達到更好的實用效果，我們就此從新進行整體設計，理論原理和方法同過去有所不同，主要體現在：其一，系統運行不采用直接激光指向接收靶的引導方式，而是根據測點精確坐標值來對盾構機剛體進行獨立解算，計算盾構姿態元素的精確值，擯棄以往積分推算方法，防止誤差積累；其二，選用具有自主開發功能的高精度全自動化的測量機器人，測量過程達到完全自動化和計算機智能控制；其三，在理論上將平面加高程的傳統概念，按空間向量歸算，在理論上以三維向量表達，簡化測量設置方式和計算過程。

目前全站儀具備了過去所沒有的自動搜索、自動瞄準、自動測量等多種高級功能，還具有再開發的能力，這為我們得以找到另外的測量盾構機姿態的方法，提供了思路上和技術上的新途徑。

系統開發著眼于克服傳統測控方式的缺點，提高觀測可靠性和測量的及時性，減少時間占用，最大限度降低人工測量勞動強度，避免大的偏差出現，有利于盾構施工進度，提高施工質量，在總體上提高盾構法隧道施工水平。系統設計上改進其他方式的缺點，在盾構推進過程中無需人工干預，實現全自動盾構姿態測量。

2.2原理與功能特點

盾構機能夠按照設計線路正確推進，其前提是及時測量、得到其準確的空間位置和姿態方向，并以此為依據來控制盾構機的推進，及時進行糾正。系統功能特點與以往方式不同，主要表現在：

(1)獨特的同步跟進方式：本系統采用同步跟進測量方式，較好克服了隨著掘進面推進測點越來越遠造成的觀測困難和不便。

(2)免除輔助傳感器設備，六要素一次給出（六自由度）。

(3)三維向量導線計算：系統充分利用測量機器人(LeicaTCA全站儀)的已有功能，直接測量點的三維坐標（X，Y，Z）,采用新算方法——“空間向量”進行嚴密的姿態要素求解。

(4)運行穩定精度高：能充分滿足隧道工程施工對精度控制的要求以及對運行穩定性的要求。

(5)適用性強：能耐高低溫，適于條件較差的施工環境中的正常運行（溫度變化大，濕度高，有震動的施工環境）。

圖1系統主信息界面示意

系統連續跟蹤測定當前盾構機的三維空間位置、姿態，和設計軸線進行比較獲得偏差信息。在計算機屏幕上顯示的主要信息如圖一所示。包括：盾構機兩端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾構機剛體三個姿態轉角：1)盾購機水平方向偏轉角（方位角偏差）、2)盾構機軸向旋轉角、3)盾構機縱向坡度差（傾斜角差），以及測量時間和盾構機切口的當前里程，并顯示盾構機切口所處位置的線路設計要素。

2.3運行流程

系統采用跟蹤式全自動全站儀（測量機器人），在計算機的遙控下完成盾構實時姿態跟蹤測量。測量方式如圖二所示：由固定在吊籃（或隧道壁）上的一臺自動全站儀[T2]和固定于隧道內的一個后視點Ba，組成支導線的基準點與基準線。按連續導線形式沿盾構推進方向，向前延伸傳遞給在同步跟進的車架頂上安置的另一臺自動全站儀[T1]及棱鏡，由測站[T1]測量安置于盾構機內的固定點{P1}、{P2}、{P3}，得到三點的坐標。盾構機本體上只設定三個目標測點。該方式能較好地解決激光指向式測量系統的痼疾——對曲線段推進時基準站設置與變遷頻繁的問題。

2.4剛體原理

盾構機體作為剛體，理論上不難理解，剛體上三個不共線的點唯一地確定其空間位置與姿態。由三測點的實時坐標值，按向量歸算方法（另文），解算得出盾構機特征點坐標與姿態角度精確值。即通過三維向量歸算直接求得盾構機切口和盾尾特征部位中心點O1和O2當前的三維坐標（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同時根據里程得到設計所對應的理論值，兩者比較得出偏差量。

2.5系統初始化操作

系統初始化包括四項內容：

1)設置盾構機目標測點和后視基準點；

2)固定站和動態站上全站儀安置；

3)盾構控制室內計算機與全站儀通訊纜連接；

4)系統運行初態數據測定和輸入。

在固定站[T2]換位時，相關的初態數據須重測重設，而其他幾項只在首次安裝時完成即可。

F1鍵啟動系統。固定的[T2]全站儀后視隧道壁上的Ba后視點（棱鏡）進行系統的測量定向。[T2]和安裝于盾構機車架頂上的[T1]全站儀（隨車架整體移動）以及固定于盾構機內的測量目標（反射鏡）P1、P2、P3構成支導線進行導線自動測量。

2.6運行操作與控制

本系統在兩個測站點[T1]、[T2]安裝自動全站儀，由通信線與計算機連接，除計算機“開”與“關”外，運行中無須人員操作和干予，計算機啟動后直接進入自動測量狀態界面，當系統周而復始連續循環運行時，能夠智能分析工作狀態來調整循環周期（延遲時間），直到命令停止測量或退出。

3系統軟件與設備構成

3.1軟件開發依據的基礎

測量要素獲得是系統工作的基礎，選用瑞士Leica公司TCA自動全站儀（測量機器人）及相應的配件，構成運行硬件基礎框架?；赥CA自動全站儀系列的接口軟件GeoCom和空間向量理論及定位計算方法，實現即時空間定位，這在設計原理上不同于現有同類系統。系統通過啟動自動測量運行程序，讓IPC機和通訊設備遙控全站儀自動進行測量，完成全部跟蹤跟進測量任務。

3.2系統硬件組成的五個部分

■全自動全站儀

測量主機采用瑞士徠卡公司的TCA1800自動測量全站儀，它是目前同類儀器中性能最完善可靠的儀器之一。TCA1800的測角精度為±1”、測距精度為1mm+2ppm；儀器可以在同視場范圍內安裝二個棱鏡并實現精密測量，使觀測點設置自由靈活，大大提高了系統測量的精度。

■測量附屬設備

包括棱鏡和反射片等。

■自動整平基座

德國原裝設備，糾平范圍大(10o48’)，反應快速靈敏(±32”)。

■工業計算機

系統控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S計算機，它能在震動狀態、5。~50。C及80%相對濕度環境中正常運行，工礦環境下能夠防塵、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ處理器

——32M內存

——10G硬盤或更高

——3.5英寸軟驅

——SuperVGA1024*768液晶顯示器

——PC/AT（101/102鍵）鍵盤接口

——標準PS/2鼠標接口

——8串口多功能卡（內置于計算機擴展槽）

■雙向通訊（全站儀D計算機）設備

系統長距離雙向數據通訊設備采用國內先進的元器件，性能優良，使得本系統通訊距離允許長達1000米（通常200米以內即滿足系統使用要求），故障率較國外同類系統低得多，約減少90％以上。通訊原理如圖三所示。

3.3系統硬件組成簡單的優勢

從設備構成可知，系統不使用陀螺儀，也不必配裝激光發射接收裝置，并舍去其他許多系統所依賴的傳感設備或測傾儀設備，從而最大限度地簡化了系統構成，系統簡化提高了其健壯性，系統實現最簡和最優。

帶來上述優點的原因，在于機器人良好的性能和高精度以及定位原理上直接采用三維框架，通過在計算理論和方法上突破過去傳統方式的框框，使之能夠高精度直接給出盾構機上任意（特征）點的三維坐標（X，Y，Z）以及三個方向的（偏轉）角度（α，β，γ），這樣在盾構機定位定向中，即使是結構復雜的盾構機也能夠簡單地同時確定任意多個特征點。比如DOT式雙圓盾構需解決雙軸中心線位或其他盾構更多軸心、以及鉸接式變角等問題，可通過向量和坐標轉換計算解出而不必增加必要觀測。

由此可知，本構架組成系統的硬件部件少，運行更加可靠，較其他形式的姿態測量方式優點明顯。實際上本系統的最大特點就是由測量點的坐標直接解算來直接給定測量對象（剛體）的空間姿態。

另外特別說明一點：本系統由兩臺儀器聯測時，每次測量都從隧道基準導線點開始，測量運行過程中每點和每條邊在檢驗通過之后才進行下步。得到的姿態結果均相互獨立，無累積計算，故系統求解計算中無累計性誤差存在。因此，每次結果之間可以相互起到檢核作用，從而避免產生人為的或系統數據的運行錯誤。這種每次直接給出獨立盾構機姿態六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的測算模式，在同類系統中是首次采用。

冗余觀測能夠避免差錯，也是提高精度的有效方法。最短可設置每三分鐘測定一次盾構機姿態，由此產生足量冗余，不僅確保了結果的準確，也保證了提供指導信息的及時性，同時替代了隧道不良環境中的人工作業，改善了盾構隧道施工信息化中的一個重要但較薄弱的環節。

4工程應用及結論

4.1工程應用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延長路站區間盾構推進工程，本系統在該隧道的盾構掘進中成功應用，實現實時自動測量，通過了貫通檢驗。該工程包括上行線和下行線二條隧道，單線全長1267米。每條隧道包含15段平曲線（直線、緩和曲線、圓曲線）和17段豎曲線（坡度線、圓曲線），線型復雜。

盾構姿態自動監測系統于2001年12月11日至2002年3月7日在盾構推進施工中調試應用。首先在下行線（里程SK15+804～SK16+103）安裝自動監測系統，調試獲得成功，由于下行線推進前方遇到灌注樁障礙被迫停工，自動監測系統轉移安裝到上行線的盾構推進施工中使用，直到上行線于2002年3月7日準確貫通，取得滿意結果。

4.2系統運行結果精度分析

盾構機非推進狀態的實測數據精度估計分析

通過實驗調試和施工運行引導推進表明，系統在盾構推進過程中連續跟蹤測量盾構機姿態運行狀況良好。測量一次大約2~3分鐘。在“停止”狀態測得數據中，里程是不變的，此時的偏差變化，直接反映出系統在低度干擾狀態下的內符合穩定性，其數據——偏差量用來指導盾構機的掘進和糾偏。盾構不推進所測定盾構機偏差的較差<±1cm，盾構推進時測定盾構機偏差的誤差<±2cm。表三中和人工測量的結果對比，考慮對盾構機特征點預置是獨立操作的，從而存在的不共點誤差，由此推估測量結果和人工測量是一致的，在盾構機貫通進洞時得到驗證。

4.3開發與應用小結

經數據隨機抽樣統計計算得出中誤差（表一、表二）表明：以兩倍中誤差為限值，盾構機停止和推進兩種狀態偏差結果的中誤差均小于±20毫米，滿足規范要求。

為了檢核盾構姿態自動監測系統的實測精度，仍采用常規的人工測量方法，測定切口和盾尾的水平偏差和垂直偏差，并與同里程的自動測量記錄相比較（表三），求得二者的較差()。由于二者各自確定的切口中心點O1和盾尾中心點O2不一致偏差約為2cm，所以各自測定的偏差不是相對于同一中心點的，即二者之間先期存在著系統性差值。

通過工程實用運行，對多種困難條件適應性檢驗，系統表現出良好的性能：

1)實時性——系統自動測量反映當前盾構機空間(六自由度)狀態；

2)動態性——系統自動跟蹤跟進，較好解決了彎道轉向問題；

3)簡易性——系統結構簡單合理，操作和維護方便，易于推廣使用；

4)快速性——系統測量一次僅需約兩分鐘；

5)準確性——結果準確精度高，滿足規范要求，在各種工況狀態都小于±20毫米；

6)穩定性——適應震動潮濕的地下隧道環境，系統可以長期連續運行。

本系統已成功用于上海市復興東路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾構推進中。我們相信對于結構簡單，運行穩定，精確度高，維護方便的盾構姿態自動監測系統，在盾構施工中將發揮其應有作用。

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