지하철은 좁은 공간에서 고도로 밀집된 사람들을 빠르게 운송할 수 있는 교통시설로, 좁은 공간은 관리 조치의 난이도와 복잡성을 결정한다. 고속 운영은 여러 방면에서 시스템 조정의 중요성을 강조하며, 각 시스템의 모든 세부 사항은 보안에 영향을 줄 수 있습니다. 인구 밀도가 높아 궤도교통이 사고를 당하면 큰 위험과 재앙이 될 것이라고 결정했습니다. 철도 교통의 안전은 계획, 건설, 운영의 각 단계와 밀접한 관련이 있어 철도 교통 안전 관리의 체계성과 무결성을 결정한다. 이러한 요소들은 모두 지하철의 안전관리에 새로운 도전을 제기하고 있으며, 도시궤도교통에 안전사고가 발생하면 그 결과가 매우 심각하다는 것을 보여준다.
구조 안전 모니터링에는 터널 구조 침식 모니터링, 구조 변형 모니터링, 구조 내부 힘 모니터링 및 환경 모니터링이 포함됩니다. 여기서 구조 변형 모니터링은 매우 중요합니다. 모니터링 내용에는 주로 터널이 세로 방향으로 분산되는 횡단면 침하, 측면 변위 및 횡단면 수렴 변형이 포함됩니다.
지하철 터널 구조의 과도한 변형은 재해를 초래할 수 있으며, 예방 조치는 주로 변형 모니터링으로 시공 단계와 운영 단계로 나눌 수 있다. 터널 건설과 운영의 안전성을 동시에 높이기 위해서는 신뢰할 수 있는 검사와 데이터 처리 방법이 필요하다. 그러나 건축 공사의 간섭 및 탐지 방법 및 장비의 제한으로 인해 전통적인 측정 기술은 간헐적인 기록만 할 수 있으며 터널이 완공된 후 터널 운행 상황을 모니터링하는 데는 적합하지 않습니다. 터널 공사 과정에서 수동 측정이나 자동 측정을 통해 전체 터널과 단면의 변형을 실시간으로 관찰하고 모니터링할 수 있지만, 이는 터널 공사의 품질을 보장하는 데만 효과적이다. 자동 측정 방법의 경우 자동 측정 기기 (토탈 스테이션) 의 가격이 매우 비싸서 전체 라인을 배치하기가 어렵고, 자동 측정은 일반적으로 시공의 추진면에만 유효하며, 그 기준 측정은 수동 정기 측정이 필요하기 때문에 터널을 운영하는 검사에는 적용되지 않습니다. 공사가 끝난 후 이 설비들은 현장에서 대피했고, 지하철 터널이 가동된 후의 변형은 탐지하고 모니터링할 수 없었다.
현재 국내외 터널 공사 감시 기술은 상대적으로 성숙하지만 터널 운영 과정에서의 모니터링은 아직 충분하지 않다. 사실, 긴 시간 범위, 복잡한 영향 요인, 재해 후 사회적 영향이 크기 때문에 터널을 운영하는 건강 모니터링이 더욱 중시되어야 한다.
이미 건설된 지하철 터널의 침하 관측 자료에 따르면 연토 지층의 터널은 장기 운영 과정에서 수직 침하가 계속 증가할 것으로 밝혀졌으며, 이 침하는 총 침하의 주요 부분이다. 터널의 고르지 않은 침하로 인해 터널이 구부러지고, 레일의 매끄러움과 승객의 편안함에 영향을 주며, 터널 이음새가 열리게 되어 침투 또는 누수가 더욱 심해지고, 터널의 구조, 이음매 및 정상적인 작동을 위협할 수 있습니다. 따라서 장기 운영에서 터널 구조의 전반적인 변형에 초점을 맞추고 설계, 건설, 엔지니어링 예방, 주변 환경 영향 등을 종합적으로 통제하고 통제할 필요가 있다.
지하철 터널을 운영하는 변형에는 단면을 따라 터널 세로 축의 변위와 터널 횡단면 모양의 변화가 포함됩니다. 터널 변형이 너무 크면 지하철의 안전한 운영에 영향을 줄 수 있다. 이 프로젝트의 목적은 터널 변형의 그라데이션성과 장기성에 따라 터널 변형에 대한 실시간 데이터를 수집하고 장기 기본 데이터를 구축하고 시간과 공간의 데이터 통합을 통해 터널 변형을 위한 네트워크 게시 및 터널 변형 경고 메커니즘을 구축하는 것입니다. 본 과제는 궤도교통망 운영안전종합기술연구와 응용의 중요한 구성 요소에 속한다.
2. 주요 연구 내용.
이 과제에 대해 프로젝트 팀은 대량의 사전 기초 연구 작업을 했다. 여러 세트의 입체 카메라 및 근거리 사진 측정 원리를 기반으로 건물 모델의 변형 모니터링을 실현했습니다. 차량 다중 센서 모바일 공간 데이터 수집 장치를 기반으로 GPS, INS, CCD 스테레오 카메라, 레이저 스캔 등의 센서를 통합하고 처리할 수 있습니다. 터널 안전 모니터링 채집차는 근거리 입체 사진 측량, 파노라마 카메라 및 단면 스캔 통합 및 데이터 융합의 성공 사례로 데이터 관리 및 실시간 게시 기능을 갖추고 있습니다. 공간 멀티센서 네트워크 등 기술의 지원을 받아 위치 정확도는 5mm 에 달하며 이 과학 연구 계획의 순조로운 진행과 원만한 성공을 위한 강력한 지지를 제공한다.
프로젝트의 특성과 내용에 따라 프로젝트 연구는 세 부분으로 나눌 수 있습니다.
A. 터널 전체 변형 감지: 네트워크 지능형 이미지 센서를 연구하여 지하철 터널을 운영하는 변형 재해를 모니터링합니다. 이 문서에서는 주로 네트워크 지능형 이미지 센서, 지능형 이미지 센서의 자체 안정화 장치, 이미지 분석 처리에 의해 얻은 참조점 상대 변위 데이터, 데이터 융합 및 공동 조정 이론을 사용하여 센서 네트워크를 처리하는 시퀀스 이미지를 사용하여 고정밀 측정, 센서 네트워크의 네트워킹 기술, 3D 터널 변형 이미지 모델링 및 변형 경고 등을 연구합니다.
B. 터널 부분 (단면) 변형 감지: 터널 단면 변형을 측정하는 모니터링 기기를 개발합니다. 이전 부분의 성과에 따라 터널 축 위치 확인 기준의 전송 시스템이 구축되어 터널 단면 변형 측정기에 정확한 측정 기준을 제공하고 터널 단면 변형 측정기가 터널을 전면적으로 스캔하고 모니터링하며 터널 변형 상태를 정확하게 분석하고 진단하는 데 더욱 포괄적이고 풍부한 모니터링 데이터를 제공합니다.
C, 공간 데이터베이스 구축 터널 변형 정보 저장 및 게시: 터널 전체 변형 및 횡단면 변형에 대한 실측 데이터 저장 및 처리, 경보 메커니즘 형성 및 네트워크를 통한 게시
본 프로젝트는 네트워크화된 지능형 이미지 센서를 이용하여 한 실험 구간 내 작동 터널의 세로 축 변형을 실시간으로 탐지하고, 터널의 전체 측면 변위에 대한 시공간적 분포 법칙을 세우고, 변형 분석을 통해 터널 변형 경보 메커니즘을 초보적으로 설정하고, 터널 축 위치 기준 전송 시스템을 구축하는 것을 주로 연구하고 있습니다. 차량 터널 단면 변형 측정기에 정확한 측정 기준을 제공하다.
본 프로젝트는 처음으로 네트워크 센서 기술 및 이미지 인식 기술을 기반으로 지하철 터널을 운영하는 변형에 대한 온라인 실시간 모니터링을 제안하고 터널 변형 데이터를 기준으로 터널 변형 상태를 분석하여 터널 변형 상태가 좋지 않아 발생하는 재해를 적시에 예측할 수 있도록 했다.
이를 바탕으로 터널 축 위치 확인 기준을 전달함으로써 터널 단면 변형 측정기를 사용하여 터널 구조의 안전성을 더욱 모니터링할 수 있는 기본 데이터를 제공합니다.
이것은 전통적인 구조 모니터링 방법의 부족을 보완할 수 있는 새로운 비접촉 실시간 보안 모니터링 기술입니다. 비접촉 실시간 온라인 방식으로 구조 정보를 포괄적으로 수집하고 컴퓨터 네트워크 통신 기술을 기반으로 다중 센서 데이터 융합을 가능하게 합니다. 테스트 비용은 낮고, 프로세스는 반복 가능하며, 실시간, 동적, 정확도가 뛰어나 로컬 모니터링의 정확도와 시공간의 전체 모니터링 분석 기능을 향상시킬 수 있습니다.
이미지 센서는 터널 단면의 맨 위 또는 측면에 일정한 간격으로 분산되며 각 단면에 하나 이상의 이미지 센서를 설정합니다. 모든 센서는 모니터링 네트워크를 구성하고, 각 스테이션은 분석 데이터를 수집하고, 스테이션 간 컴퓨터 네트워크를 통해 전체 라인 터널에 대한 실시간 모니터링 및 경보를 제공합니다. 현재 통합 이미지와 센서 네트워크를 통해 터널 구조 안전 모니터링을 실현하는 기술과 시스템은 국내외에서 아직 보도되지 않았다.
3. 주요 연구 결과
혁신
(1) 처음으로 이미지 분석에 기반한 터널 변형 모니터링 및 위치 기준 전달에 대한 방안과 이론을 제시했습니다. 터널의 전체 변형에 대한 온라인 모니터링을 실현하다.
(2) 이미지 측정 기술을 기반으로 한 터널 변형 온라인 모니터링 지능형 이미지 센서 시스템을 설계했습니다.
(3) 레이저 거리 측정, 정밀 각도 제어, 전자측각이 일체화된 단면 스캔 검사차를 설계했다.
(4) 지능형 이미지 센서의 자세 보정 방법을 제시하여 센서 포즈로 인한 측정 오차를 해결했다.
(5) 멀티센서 멀티포인트 장기 모니터링을 위한 데이터 처리 방법을 제시했다.
(6) 실행 가능한 지능형 이미지 센서의 현장 교정, 유지 관리 및 교체 방법을 제시했습니다.
(7) 터널 온라인 탐지에서 다중 센서 정보 교환을 위한 네트워크 통신 프로토콜을 개발했습니다.
이 프로젝트의 연구를 통해 이미지 센서 어레이 및 단면 변형 측정기의 다중 센서 모니터링 네트워크 시스템을 구축하고 자체 교정을 위한 전용 센서 보정 프레임워크를 설계하여 고정밀 시간 동기화를 실현했습니다. 다중 센서 데이터 융합을 위한 고정밀 공동 처리 알고리즘을 해결하여 스테레오 시퀀스 이미지를 기반으로 한 모니터링 포인트 좌표의 고정밀 계산을 실현했습니다. 자주지적재산권을 갖춘 다중 센서 모니터링 네트워크를 기반으로 한 터널 구조 안전 모니터링 시스템을 개발하여 상하이 실험단 터널 현장 모니터링 시범을 완성했다.
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