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監(jiān)測系統(tǒng)論文范文第1篇

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

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1硬件部分

本設(shè)計(jì)的主機(jī)所要實(shí)現(xiàn)匯總從機(jī)發(fā)來的信息和預(yù)先設(shè)定的霉變閾值相比較，判斷每個從機(jī)位置的機(jī)采棉情況。如果出現(xiàn)異常，主機(jī)控制警報(bào)系統(tǒng)工作，顯示屏可以利用鍵盤控制其翻頁功能，實(shí)時顯示出每個從機(jī)位置的機(jī)采棉情況。從機(jī)主要負(fù)責(zé)將采集來的溫濕度信息，經(jīng)處理后，送入主機(jī)。鑒于以上因素，主、從機(jī)都選用單片機(jī)STC89C516RD+。該款單片機(jī)具有加密性強(qiáng)、低功耗、速度快和精度高等特點(diǎn)，其核內(nèi)有64kB的flash，1280B的RAM，16kB的ROM，可以滿足控制的需要。每個從機(jī)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(gòu)成該從機(jī)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(yīng)相對濕度值0～100%;因?yàn)槭蔷€性輸出，所以可以直接和單片機(jī)相連，為了檢測信號的穩(wěn)定性，可以將濕度傳感器的輸出量經(jīng)過同相跟隨器將信號穩(wěn)定后送入單片機(jī)。溫度傳感器選用AD590為模擬信號輸出需要驅(qū)動電路驅(qū)動后才能使溫度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī);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(qū)動電路圖。顯示模塊要求實(shí)時顯示各個從機(jī)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(biāo)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(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。鍵盤模塊是向主機(jī)輸入預(yù)設(shè)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(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，細(xì)化軟件每一部分的功能，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)各部分功能之間的邏輯關(guān)系。垛儲機(jī)采棉溫濕度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用keiluvision2編程環(huán)境，編程實(shí)現(xiàn)主從機(jī)的功能。keilC51是一個比較主流的單片機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)的開發(fā)工具，主從機(jī)的程序編寫采用模塊化編程。其調(diào)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(dá)到最佳時，記錄電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化參數(shù);根據(jù)此優(yōu)化參數(shù)，設(shè)計(jì)垛儲機(jī)采棉溫濕度自動檢測系統(tǒng)的實(shí)物硬件。垛儲機(jī)采棉溫濕度自動檢測系統(tǒng)的主機(jī)程序流程圖，如圖3所示。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試完成后，在南口農(nóng)場進(jìn)行測試試驗(yàn)。系統(tǒng)測試了垛儲機(jī)采棉的溫濕度值。表1為垛儲機(jī)采棉溫濕度檢測系統(tǒng)測試的溫濕度數(shù)據(jù)。從表1中可以看出，本文設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)檢測出的機(jī)采棉溫濕度值和人工測量的實(shí)際值近似相符。試驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)能夠精確、實(shí)時地檢測垛儲機(jī)采棉的溫濕度，達(dá)到了垛儲機(jī)采棉儲存情況的安全控制。

4結(jié)論

監(jiān)測系統(tǒng)論文范文第2篇

（1）地球站的安全問題地球站作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)地面應(yīng)用系統(tǒng)的重要組成部分，是負(fù)責(zé)發(fā)送和接收通信信息的地面終端，地球站的數(shù)據(jù)和發(fā)送的信令是用戶行為的直接體現(xiàn)。作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，地球站的正常運(yùn)行直接關(guān)系到整個衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)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(huán)境下，敵方可以通過監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)、控制信道，分析網(wǎng)絡(luò)管理信息的模式、格式和內(nèi)容，獲得通信網(wǎng)的大量信息，這些信息包括網(wǎng)內(nèi)地球站成員及其入退網(wǎng)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(wǎng)控中心信息、對地球站設(shè)置非法參數(shù)、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(wǎng)。敵方還可以侵入地球站，干擾網(wǎng)管主機(jī)、竊取網(wǎng)絡(luò)配置信息、篡改網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)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(wèi)星網(wǎng)的安全威脅更大，造成的損失更嚴(yán)重。因此，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)檢測到地球站的行為異常，對整個衛(wèi)星通信網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要的意義。（2）地球站的工作網(wǎng)管中心相當(dāng)于管理器，主要完成網(wǎng)絡(luò)管理與控制功能，是全網(wǎng)的核心控制單元（ControlUnit，CU），其信令在衛(wèi)星網(wǎng)中擔(dān)負(fù)網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的作用。網(wǎng)絡(luò)管理與控制功能可以是集中式或分散式，對于星上透明轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，衛(wèi)星不具有星上處理能力，只完成放大、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，由地面的主站集中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理與控制。衛(wèi)星網(wǎng)管作為一個資源管理控制系統(tǒng)，它對全網(wǎng)的信道資源、地球站配置資源、用戶號碼資源進(jìn)行控制；同時它作為操作員對全網(wǎng)的通信進(jìn)行控制、檢測和干預(yù)，向用戶提供配置資源管理查看的接口以及資源狀態(tài)顯示和統(tǒng)計(jì)接口，并將當(dāng)前通信系統(tǒng)中的異常情況向用戶進(jìn)行報(bào)告；它還具備用戶設(shè)備操作權(quán)限管理、網(wǎng)控中心其它設(shè)備管理等功能。

2衛(wèi)星通信網(wǎng)入侵檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2．1入侵檢測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

入侵檢測是檢測計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)以發(fā)現(xiàn)違反安全策略事件的過程。如圖2所示，作為入侵檢測系統(tǒng)至少應(yīng)該包括三個功能模塊：提供事件記錄的信息源、發(fā)現(xiàn)入侵跡象的分析引擎和基于分析引擎的響應(yīng)部件。CIDF闡述了一個入侵檢測系統(tǒng)的通用模型，即入侵檢測系統(tǒng)可以分為4個組件：事件產(chǎn)生器、事件分析器、響應(yīng)單元、事件數(shù)據(jù)庫。

2．2入侵檢測系統(tǒng)的功能

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)采用的是分布式的入侵檢測系統(tǒng)，其主要功能模塊包括：（1）數(shù)據(jù)采集模塊。收集衛(wèi)星發(fā)送來的各種數(shù)據(jù)信息以及地面站提供的一些數(shù)據(jù)，分為日志采集模塊、數(shù)據(jù)報(bào)采集模塊和其他信息源采集模塊。（2）數(shù)據(jù)分析模塊。對應(yīng)于數(shù)據(jù)采集模塊，也有三種類型的數(shù)據(jù)分析模塊：日志分析模塊、數(shù)據(jù)報(bào)分析模塊和其他信息源分析模塊。（3）告警統(tǒng)計(jì)及管理模塊。該模塊負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)分析模塊產(chǎn)生的告警進(jìn)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(tǒng)計(jì)上報(bào)的告警做出決策，根據(jù)入侵的不同情況選擇不同的響應(yīng)策略，并判斷是否需要向上級節(jié)點(diǎn)發(fā)出警告。（5）響應(yīng)模塊。響應(yīng)模塊根據(jù)決策模塊送出的策略，采取相應(yīng)的響應(yīng)措施。其主要措施有：忽略、向管理員報(bào)警、終止連接等響應(yīng)。（6）數(shù)據(jù)存儲模塊。數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲入侵特征、入侵事件等數(shù)據(jù)，留待進(jìn)一步分析。（7）管理平臺。管理平臺是管理員與入侵檢測系統(tǒng)交互的管理界面。管理員通過這個平臺可以手動處理響應(yīng)，做出最終的決策，完成對系統(tǒng)的配置、權(quán)限管理，對入侵特征庫的手動維護(hù)工作。

2．3數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

入侵檢測系統(tǒng)中需要用到數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。數(shù)據(jù)挖掘是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于入侵檢測系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）自適應(yīng)能力強(qiáng)。專家根據(jù)現(xiàn)有的攻擊從而分析、建立出它們的特征模型作為傳統(tǒng)入侵檢測系統(tǒng)規(guī)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(tǒng)規(guī)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(tǒng)的成本將大大提升。因?yàn)閼?yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)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(xiàn)出較強(qiáng)實(shí)時性。（2）誤警率低。因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)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(bào)警率與實(shí)際情況不一致。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與入侵檢測技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)是從等報(bào)發(fā)生的序列中發(fā)現(xiàn)隱含在其中的規(guī)律，可以過濾出正常行為的信號，從而降低了系統(tǒng)的誤警率。（3）智能性強(qiáng)。應(yīng)用了數(shù)據(jù)挖掘的入侵檢測系統(tǒng)可以在人很少參與的情況下自動地從大量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中提取人們不易發(fā)現(xiàn)的行為模式，也提高了系統(tǒng)檢測的準(zhǔn)確性。

3結(jié)束語

監(jiān)測系統(tǒng)論文范文第3篇

農(nóng)村的光纜線路障礙點(diǎn)難以排查，就要在安裝之初建立準(zhǔn)確完整的原始材料，在光纜續(xù)接監(jiān)測時，記錄測試端至每個接頭點(diǎn)，位置的光纖累計(jì)長度及中繼段光纖總和減值。準(zhǔn)確記錄各種光纜余數(shù)，詳細(xì)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(yǎng)故障點(diǎn)路由長度時予以扣除。

天氣變化對有線電視網(wǎng)路的影響

這一方面主要從雷雨天氣分析。進(jìn)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(nóng)村有線電視系統(tǒng)中，眾所周知，雷電是自然現(xiàn)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(nóng)村有線電視系統(tǒng)中，需要注意防雷，防水和監(jiān)測。這3個方面具體表現(xiàn)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(jiān)測點(diǎn)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(hù)，在傳輸網(wǎng)中,進(jìn)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(tǒng)電纜傳輸中接頭進(jìn)水是個很普遍的問題。主要包括接頭進(jìn)水導(dǎo)致電纜部分進(jìn)水和進(jìn)水導(dǎo)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(diǎn)變多是進(jìn)水常見的問題之一。對干線表現(xiàn)為放大器輸出電平斜率很小或?yàn)樨?fù)值。從而使供電出現(xiàn)故障，影響整個農(nóng)村接收端的放大器正常工作，同時伴隨斜率變大，信號質(zhì)量惡化；

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

常規(guī)維修監(jiān)測技巧

前面我們講過，因?yàn)檗r(nóng)村地廣人稀、農(nóng)戶居住先對分散，再加上通訊技術(shù)道路交通相對城市而言的薄弱，使得農(nóng)村有線電視系統(tǒng)的監(jiān)測和技術(shù)維護(hù)方面存在著更大的挑戰(zhàn)。一般情況下，整個系統(tǒng)的無信號，故障在前端、主干線及供電部分；整個系統(tǒng)收不到某一頻道信號，故障在信號源或調(diào)制器；部分用戶無信號，故障在支干線或分配系統(tǒng)；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(xì)查找，故障就不難排除。

主觀原因

監(jiān)測系統(tǒng)論文范文第4篇

1．1監(jiān)測內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的《施工圖設(shè)計(jì)Z1號線文化中心站托換梁施工監(jiān)測及檢測要求》，本次監(jiān)測的主要內(nèi)容如下:1)托換梁及相關(guān)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測;2)托換梁撓度監(jiān)測。3)被托換柱及鄰近柱的沉降監(jiān)測;4)托換梁上部結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測;5)梁、柱接頭的滑移監(jiān)測;6)托換梁梁端的扭轉(zhuǎn)變形監(jiān)測;7)托換梁及相關(guān)板結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測。

1．2監(jiān)測方法與設(shè)備1)托換梁及相關(guān)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測。a．監(jiān)測儀器。托換梁應(yīng)力監(jiān)測儀器采用32鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)(如圖3所示)，Z1線－3層側(cè)墻和M10線底板則采用28鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)。b．采集儀器。數(shù)據(jù)采集采用GeologgerDT80G型數(shù)據(jù)采集器，在埋設(shè)電測傳感器就近處要設(shè)數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器外用金屬箱加以保護(hù)。2)托換梁撓度監(jiān)測。a．監(jiān)測儀器。采用電水平尺(ELBeam)，電水平尺是美國生產(chǎn)的精密測傾(角)儀器。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，監(jiān)測點(diǎn)的布置圖大致如圖4所示。b．采集及處理系統(tǒng)。電水平尺的采集采用CR1000數(shù)據(jù)采集器。CR1000可以通過設(shè)備擴(kuò)展從而形成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，很多CR1000系統(tǒng)可以構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)。3)被托換柱及鄰近柱的沉降監(jiān)測。對于被托換柱及鄰近柱的沉降監(jiān)測與托換梁上部結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測，采用美國Trimple公司DiNi03型電子水準(zhǔn)儀。4)梁、柱接頭的滑移監(jiān)測。采用鋼弦式位錯計(jì)進(jìn)行測試，將位錯計(jì)安裝于柱與托換梁可能發(fā)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(dǎo)線引出做好保護(hù)。5)托換梁梁端的扭轉(zhuǎn)變形監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)布置在托換梁的梁端，用鋼弦式位錯計(jì)將梁端與側(cè)方地下連續(xù)墻墻壁進(jìn)行固定，測試方法與4)“梁、柱接頭的滑移監(jiān)測”相同。6)托換梁跨中鋼筋應(yīng)變監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)位于托換梁跨中斷面處，監(jiān)測鋼筋與振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)所測鋼筋相鄰如圖5所示。點(diǎn)焊式應(yīng)變計(jì)含有一根安裝于金屬管內(nèi)的繃緊的鋼弦，該金屬管固定于一個金屬端點(diǎn)，金屬端點(diǎn)焊接到量測的結(jié)構(gòu)物體上。

2監(jiān)測結(jié)果分析

由于此工程監(jiān)測測點(diǎn)過多，受篇幅的限制，此處僅列出部分測點(diǎn)的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)，來說明此監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際工程中的高效性和準(zhǔn)確性。

2．1托換梁撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)分析利用電水平尺監(jiān)測托換梁1-4的撓度變化情況可知，在整個監(jiān)測期內(nèi)，托換梁1-4的撓度監(jiān)測值總體趨于穩(wěn)定;監(jiān)測期內(nèi)，撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)在［－8mm，8mm］區(qū)間內(nèi)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(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測期內(nèi)工程穩(wěn)定安全。將立柱切割前后撓度值進(jìn)行對比，并根據(jù)同一天不同測點(diǎn)的撓度值繪出撓度趨勢線如圖6所示。根據(jù)撓度對比圖，托換梁在托換后有明顯的下?lián)馅厔?，并且下?lián)虾蟮膿隙戎翟诳刂浦捣秶鷥?nèi)，說明切割立柱后托換梁承擔(dān)了原本立柱所承擔(dān)的豎向力，達(dá)到托換的目的。

2．2托換梁應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析利用32鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)監(jiān)測托換梁1-4的應(yīng)力變化情況，根據(jù)THL1-4應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，監(jiān)測期內(nèi)，托換梁1-4受施工流程中諸多因素影響，應(yīng)力值會出現(xiàn)小幅度波動，但應(yīng)力總體趨于平穩(wěn);監(jiān)測期內(nèi)，各個應(yīng)力計(jì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)在［－100με，100με］區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定波動，梁呈現(xiàn)上部受壓，下部受拉的應(yīng)力狀態(tài)，拉應(yīng)力最大值為40με，壓應(yīng)力最大值為－22με，符合控制值為100με的監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測期內(nèi)工程穩(wěn)定安全。

3結(jié)語

監(jiān)測系統(tǒng)論文范文第5篇

【關(guān)鍵詞】：隧道工程，盾構(gòu)姿態(tài)，自動測量，系統(tǒng)開發(fā)

1引言

盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)實(shí)時正確測定，是隧道順利推進(jìn)和確保工程質(zhì)量的前提，其重要性不言而喻。在盾構(gòu)機(jī)自動化程度越來越高的今天，甚至日掘進(jìn)量超過二十米，可想而知，測量工作的壓力是相當(dāng)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(zhǔn)確給出方向偏差，并予以指導(dǎo)糾偏，國內(nèi)外均有研制的精密自動導(dǎo)向系統(tǒng)用于隧道工程中，對工程起到了很好的保證作用。

1.1國內(nèi)使用簡況

國內(nèi)隧道施工中測量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)所采用的自動監(jiān)測系統(tǒng)有：德國VMT公司的SLS—T方向引導(dǎo)系統(tǒng)；英國的ZED系統(tǒng)；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺儀）方向檢測裝置等等。所采用的設(shè)備都是由國外進(jìn)口來的。據(jù)了解，目前有些地鐵工程中（如廣州、南京）在用SLS—T系統(tǒng)，應(yīng)用效果尚好。

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

1.2國外系統(tǒng)簡況

國外現(xiàn)有系統(tǒng)其依據(jù)的測量原理，是把盾構(gòu)機(jī)各個姿態(tài)量（包括：坐標(biāo)量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、軸向轉(zhuǎn)角）分別進(jìn)行測定，準(zhǔn)確性和時效性受系統(tǒng)構(gòu)架原理和測量方法限制，其系統(tǒng)或者很復(fù)雜而降低了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)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(chǎn)的盾構(gòu)設(shè)備一般備有可選各自成套的測量與控制系統(tǒng)，作業(yè)方式主要以單點(diǎn)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(gòu)機(jī)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(jì)算方法[1][2]，對較長距離和較長時間推進(jìn)后的盾構(gòu)機(jī)方位進(jìn)行校核，但精度偏低，對推進(jìn)只起到有限的參考作用。

2系統(tǒng)開發(fā)思路與功能特點(diǎn)

2.1開發(fā)思路

基于對已有同類系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的分析，為達(dá)到更好的實(shí)用效果，我們就此從新進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，理論原理和方法同過去有所不同，主要體現(xiàn)在：其一，系統(tǒng)運(yùn)行不采用直接激光指向接收靶的引導(dǎo)方式，而是根據(jù)測點(diǎn)精確坐標(biāo)值來對盾構(gòu)機(jī)剛體進(jìn)行獨(dú)立解算，計(jì)算盾構(gòu)姿態(tài)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(fā)功能的高精度全自動化的測量機(jī)器人，測量過程達(dá)到完全自動化和計(jì)算機(jī)智能控制；其三，在理論上將平面加高程的傳統(tǒng)概念，按空間向量歸算，在理論上以三維向量表達(dá)，簡化測量設(shè)置方式和計(jì)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(zhǔn)、自動測量等多種高級功能，還具有再開發(fā)的能力，這為我們得以找到另外的測量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的方法，提供了思路上和技術(shù)上的新途徑。

系統(tǒng)開發(fā)著眼于克服傳統(tǒng)測控方式的缺點(diǎn)，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(qiáng)度，避免大的偏差出現(xiàn)，有利于盾構(gòu)施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，在總體上提高盾構(gòu)法隧道施工水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)上改進(jìn)其他方式的缺點(diǎn)，在盾構(gòu)推進(jìn)過程中無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動盾構(gòu)姿態(tài)測量。

2.2原理與功能特點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)能夠按照設(shè)計(jì)線路正確推進(jìn)，其前提是及時測量、得到其準(zhǔn)確的空間位置和姿態(tài)方向，并以此為依據(jù)來控制盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，及時進(jìn)行糾正。系統(tǒng)功能特點(diǎn)與以往方式不同，主要表現(xiàn)在：

(1)獨(dú)特的同步跟進(jìn)方式：本系統(tǒng)采用同步跟進(jìn)測量方式，較好克服了隨著掘進(jìn)面推進(jìn)測點(diǎn)越來越遠(yuǎn)造成的觀測困難和不便。

(2)免除輔助傳感器設(shè)備，六要素一次給出（六自由度）。

(3)三維向量導(dǎo)線計(jì)算：系統(tǒng)充分利用測量機(jī)器人(LeicaTCA全站儀)的已有功能，直接測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）,采用新算方法——“空間向量”進(jìn)行嚴(yán)密的姿態(tài)要素求解。

(4)運(yùn)行穩(wěn)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(yùn)行穩(wěn)定性的要求。

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

圖1系統(tǒng)主信息界面示意

系統(tǒng)連續(xù)跟蹤測定當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)的三維空間位置、姿態(tài)，和設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行比較獲得偏差信息。在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的主要信息如圖一所示。包括：盾構(gòu)機(jī)兩端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾構(gòu)機(jī)剛體三個姿態(tài)轉(zhuǎn)角：1)盾購機(jī)水平方向偏轉(zhuǎn)角（方位角偏差）、2)盾構(gòu)機(jī)軸向旋轉(zhuǎn)角、3)盾構(gòu)機(jī)縱向坡度差（傾斜角差），以及測量時間和盾構(gòu)機(jī)切口的當(dāng)前里程，并顯示盾構(gòu)機(jī)切口所處位置的線路設(shè)計(jì)要素。

2.3運(yùn)行流程

系統(tǒng)采用跟蹤式全自動全站儀（測量機(jī)器人），在計(jì)算機(jī)的遙控下完成盾構(gòu)實(shí)時姿態(tài)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(nèi)的一個后視點(diǎn)Ba，組成支導(dǎo)線的基準(zhǔn)點(diǎn)與基準(zhǔn)線。按連續(xù)導(dǎo)線形式沿盾構(gòu)推進(jìn)方向，向前延伸傳遞給在同步跟進(jìn)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(gòu)機(jī)內(nèi)的固定點(diǎn){P1}、{P2}、{P3}，得到三點(diǎn)的坐標(biāo)。盾構(gòu)機(jī)本體上只設(shè)定三個目標(biāo)測點(diǎn)。該方式能較好地解決激光指向式測量系統(tǒng)的痼疾——對曲線段推進(jìn)時基準(zhǔn)站設(shè)置與變遷頻繁的問題。

2.4剛體原理

盾構(gòu)機(jī)體作為剛體，理論上不難理解，剛體上三個不共線的點(diǎn)唯一地確定其空間位置與姿態(tài)。由三測點(diǎn)的實(shí)時坐標(biāo)值，按向量歸算方法（另文），解算得出盾構(gòu)機(jī)特征點(diǎn)坐標(biāo)與姿態(tài)角度精確值。即通過三維向量歸算直接求得盾構(gòu)機(jī)切口和盾尾特征部位中心點(diǎn)O1和O2當(dāng)前的三維坐標(biāo)（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同時根據(jù)里程得到設(shè)計(jì)所對應(yīng)的理論值，兩者比較得出偏差量。

2.5系統(tǒng)初始化操作

系統(tǒng)初始化包括四項(xiàng)內(nèi)容：

1)設(shè)置盾構(gòu)機(jī)目標(biāo)測點(diǎn)和后視基準(zhǔn)點(diǎn)；

2)固定站和動態(tài)站上全站儀安置；

3)盾構(gòu)控制室內(nèi)計(jì)算機(jī)與全站儀通訊纜連接；

4)系統(tǒng)運(yùn)行初態(tài)數(shù)據(jù)測定和輸入。

在固定站[T2]換位時，相關(guān)的初態(tài)數(shù)據(jù)須重測重設(shè)，而其他幾項(xiàng)只在首次安裝時完成即可。

F1鍵啟動系統(tǒng)。固定的[T2]全站儀后視隧道壁上的Ba后視點(diǎn)（棱鏡）進(jìn)行系統(tǒng)的測量定向。[T2]和安裝于盾構(gòu)機(jī)車架頂上的[T1]全站儀（隨車架整體移動）以及固定于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的測量目標(biāo)（反射鏡）P1、P2、P3構(gòu)成支導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)線自動測量。

2.6運(yùn)行操作與控制

本系統(tǒng)在兩個測站點(diǎn)[T1]、[T2]安裝自動全站儀，由通信線與計(jì)算機(jī)連接，除計(jì)算機(jī)“開”與“關(guān)”外，運(yùn)行中無須人員操作和干予，計(jì)算機(jī)啟動后直接進(jìn)入自動測量狀態(tài)界面，當(dāng)系統(tǒng)周而復(fù)始連續(xù)循環(huán)運(yùn)行時，能夠智能分析工作狀態(tài)來調(diào)整循環(huán)周期（延遲時間），直到命令停止測量或退出。

3系統(tǒng)軟件與設(shè)備構(gòu)成

3.1軟件開發(fā)依據(jù)的基礎(chǔ)

測量要素獲得是系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，選用瑞士Leica公司TCA自動全站儀（測量機(jī)器人）及相應(yīng)的配件，構(gòu)成運(yùn)行硬件基礎(chǔ)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(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)即時空間定位，這在設(shè)計(jì)原理上不同于現(xiàn)有同類系統(tǒng)。系統(tǒng)通過啟動自動測量運(yùn)行程序，讓IPC機(jī)和通訊設(shè)備遙控全站儀自動進(jìn)行測量，完成全部跟蹤跟進(jìn)測量任務(wù)。

3.2系統(tǒng)硬件組成的五個部分

■全自動全站儀

測量主機(jī)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(nèi)安裝二個棱鏡并實(shí)現(xiàn)精密測量，使觀測點(diǎn)設(shè)置自由靈活，大大提高了系統(tǒng)測量的精度。

■測量附屬設(shè)備

包括棱鏡和反射片等。

■自動整平基座

德國原裝設(shè)備，糾平范圍大(10o48’)，反應(yīng)快速靈敏(±32”)。

■工業(yè)計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S計(jì)算機(jī)，它能在震動狀態(tài)、5。~50。C及80%相對濕度環(huán)境中正常運(yùn)行，工礦環(huán)境下能夠防塵、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ處理器

——32M內(nèi)存

——10G硬盤或更高

——3.5英寸軟驅(qū)

——SuperVGA1024*768液晶顯示器

——PC/AT（101/102鍵）鍵盤接口

——標(biāo)準(zhǔn)PS/2鼠標(biāo)接口

——8串口多功能卡（內(nèi)置于計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽）

■雙向通訊（全站儀D計(jì)算機(jī)）設(shè)備

系統(tǒng)長距離雙向數(shù)據(jù)通訊設(shè)備采用國內(nèi)先進(jìn)的元器件，性能優(yōu)良，使得本系統(tǒng)通訊距離允許長達(dá)1000米（通常200米以內(nèi)即滿足系統(tǒng)使用要求），故障率較國外同類系統(tǒng)低得多，約減少90％以上。通訊原理如圖三所示。

3.3系統(tǒng)硬件組成簡單的優(yōu)勢

從設(shè)備構(gòu)成可知，系統(tǒng)不使用陀螺儀，也不必配裝激光發(fā)射接收裝置，并舍去其他許多系統(tǒng)所依賴的傳感設(shè)備或測傾儀設(shè)備，從而最大限度地簡化了系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)簡化提高了其健壯性，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最簡和最優(yōu)。

帶來上述優(yōu)點(diǎn)的原因，在于機(jī)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(jì)算理論和方法上突破過去傳統(tǒng)方式的框框，使之能夠高精度直接給出盾構(gòu)機(jī)上任意（特征）點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）以及三個方向的（偏轉(zhuǎn)）角度（α，β，γ），這樣在盾構(gòu)機(jī)定位定向中，即使是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的盾構(gòu)機(jī)也能夠簡單地同時確定任意多個特征點(diǎn)。比如DOT式雙圓盾構(gòu)需解決雙軸中心線位或其他盾構(gòu)更多軸心、以及鉸接式變角等問題，可通過向量和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算解出而不必增加必要觀測。

由此可知，本構(gòu)架組成系統(tǒng)的硬件部件少，運(yùn)行更加可靠，較其他形式的姿態(tài)測量方式優(yōu)點(diǎn)明顯。實(shí)際上本系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是由測量點(diǎn)的坐標(biāo)直接解算來直接給定測量對象（剛體）的空間姿態(tài)。

另外特別說明一點(diǎn)：本系統(tǒng)由兩臺儀器聯(lián)測時，每次測量都從隧道基準(zhǔn)導(dǎo)線點(diǎn)開始，測量運(yùn)行過程中每點(diǎn)和每條邊在檢驗(yàn)通過之后才進(jìn)行下步。得到的姿態(tài)結(jié)果均相互獨(dú)立，無累積計(jì)算，故系統(tǒng)求解計(jì)算中無累計(jì)性誤差存在。因此，每次結(jié)果之間可以相互起到檢核作用，從而避免產(chǎn)生人為的或系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運(yùn)行錯誤。這種每次直接給出獨(dú)立盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的測算模式，在同類系統(tǒng)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(shè)置每三分鐘測定一次盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，由此產(chǎn)生足量冗余，不僅確保了結(jié)果的準(zhǔn)確，也保證了提供指導(dǎo)信息的及時性，同時替代了隧道不良環(huán)境中的人工作業(yè)，改善了盾構(gòu)隧道施工信息化中的一個重要但較薄弱的環(huán)節(jié)。

4工程應(yīng)用及結(jié)論

4.1工程應(yīng)用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延長路站區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)工程，本系統(tǒng)在該隧道的盾構(gòu)掘進(jìn)中成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時自動測量，通過了貫通檢驗(yàn)。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(fù)雜。

盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)于2001年12月11日至2002年3月7日在盾構(gòu)推進(jìn)施工中調(diào)試應(yīng)用。首先在下行線（里程SK15+804～SK16+103）安裝自動監(jiān)測系統(tǒng)，調(diào)試獲得成功，由于下行線推進(jìn)前方遇到灌注樁障礙被迫停工，自動監(jiān)測系統(tǒng)轉(zhuǎn)移安裝到上行線的盾構(gòu)推進(jìn)施工中使用，直到上行線于2002年3月7日準(zhǔn)確貫通，取得滿意結(jié)果。

4.2系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果精度分析

盾構(gòu)機(jī)非推進(jìn)狀態(tài)的實(shí)測數(shù)據(jù)精度估計(jì)分析

通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試和施工運(yùn)行引導(dǎo)推進(jìn)表明，系統(tǒng)在盾構(gòu)推進(jìn)過程中連續(xù)跟蹤測量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)運(yùn)行狀況良好。測量一次大約2~3分鐘。在“停止”狀態(tài)測得數(shù)據(jù)中，里程是不變的，此時的偏差變化，直接反映出系統(tǒng)在低度干擾狀態(tài)下的內(nèi)符合穩(wěn)定性，其數(shù)據(jù)——偏差量用來指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)和糾偏。盾構(gòu)不推進(jìn)所測定盾構(gòu)機(jī)偏差的較差<±1cm，盾構(gòu)推進(jìn)時測定盾構(gòu)機(jī)偏差的誤差<±2cm。表三中和人工測量的結(jié)果對比，考慮對盾構(gòu)機(jī)特征點(diǎn)預(yù)置是獨(dú)立操作的，從而存在的不共點(diǎn)誤差，由此推估測量結(jié)果和人工測量是一致的，在盾構(gòu)機(jī)貫通進(jìn)洞時得到驗(yàn)證。

4.3開發(fā)與應(yīng)用小結(jié)

經(jīng)數(shù)據(jù)隨機(jī)抽樣統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出中誤差（表一、表二）表明：以兩倍中誤差為限值，盾構(gòu)機(jī)停止和推進(jìn)兩種狀態(tài)偏差結(jié)果的中誤差均小于±20毫米，滿足規(guī)范要求。

為了檢核盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)測精度，仍采用常規(guī)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(diǎn)O1和盾尾中心點(diǎn)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(diǎn)的，即二者之間先期存在著系統(tǒng)性差值。

通過工程實(shí)用運(yùn)行，對多種困難條件適應(yīng)性檢驗(yàn)，系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的性能：

1)實(shí)時性——系統(tǒng)自動測量反映當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)空間(六自由度)狀態(tài)；

2)動態(tài)性——系統(tǒng)自動跟蹤跟進(jìn)，較好解決了彎道轉(zhuǎn)向問題；

3)簡易性——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理，操作和維護(hù)方便，易于推廣使用；

4)快速性——系統(tǒng)測量一次僅需約兩分鐘；

5)準(zhǔn)確性——結(jié)果準(zhǔn)確精度高，滿足規(guī)范要求，在各種工況狀態(tài)都小于±20毫米；

6)穩(wěn)定性——適應(yīng)震動潮濕的地下隧道環(huán)境，系統(tǒng)可以長期連續(xù)運(yùn)行。

本系統(tǒng)已成功用于上海市復(fù)興東路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾構(gòu)推進(jìn)中。我們相信對于結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，精確度高，維護(hù)方便的盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)，在盾構(gòu)施工中將發(fā)揮其應(yīng)有作用。

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