地鐵旁的基坑開挖可能引起的地鐵外部荷載的變化會對地鐵結構安全造成影響， 因此對地鐵結構進行監測， 瞭解其變形情況和原因並採取有效措施， 對於預防工程事故、保證地鐵的正常運營是非常重要的。
監測系統組成
自動化監測系統主要由南方SMOS監測系統軟體、徠卡TS30測量機器人、資料通訊系統及監測點棱鏡組成
1、南方SMOS監測系統軟體
南方SMOS監測系統軟體是一款專業即時自動監測軟體， 支援各主流品牌測量機器人， 多種限差即時檢核和報警， 通過軟體的控制和資料分析， 利用實時差分改正技術， 消除了現場無固定規律的氣象條件和各種外界條件所帶來的影響， 使測量值更接近於真值， 達到高精度即時顯示各監測點的變形趨勢。 SMOS監測系統軟體具有儀器參數遠端檢查及設置、電源管理和測站檢查等功能， 可確保監測系統穩定可靠運行。
１)SMOS監測系統軟體支援多個監測任務同時運行；
２) 通過即時測量已知點組的三維成果， 軟體自動計算所有實測已知點與理論資料的差分值， 並將其實時配賦到每一個監測點， 最大化地消除綜合氣象條件導致的不固定誤差， 從而得到最或是監測成果。 監測資料曲線繪製功能可提供監測過程曲線， 如監測量、監測量變化、監測量速率的時間過程曲線及進尺過程曲線， 監測量、監測量變化、監測量速率的分佈曲線等；同時還能將地面與地下監測變形量值進行關聯分析， 在地鐵運營期起到地鐵隧道結構保護作用。
資料分析啟動服務介面
資料分析啟動介面
監測資料報表---Excel格式
2、 徠卡TS30測量機器人
由於地鐵運營期間的隧道安全保護監測專案監測環境特殊性， 在運營地鐵隧道監測專案需要採用自動化監測方式， 且由於監測設備及相關系統安裝調試工作只能在地鐵運營天窗期時間進行（一般一個天窗期時間為3-4h），
3、 監測點棱鏡
目標棱鏡設置在基準點和變形點上。 目標棱鏡採用標準圓棱鏡或Ｌ型小棱鏡， 目標距離較近時選用Ｌ型微棱鏡， 較遠時選用標準圓棱鏡或Ｌ型棱鏡。 在隧道壁上牢固安裝好棱鏡， 並使棱鏡面正對工作基點(即測網站)， 安裝棱鏡時注意不能穿透防水層， 對於在隧道下方的監測點， 為了防止碰動點位可加角鋼進行保護。
盾構隧道斷面測點佈置圖
明挖隧道斷面測點佈置圖
4、 資料通訊系統
監測系統中一般通過GPRS無線網路控制全站儀進行自動化監測。本專案在部分區間沒有網路信號採用了光纖延長至有無線網路的區間，再通過GPRS實現網路遠端通訊，並支援遠端電源管理。
技術難點問題及解決方案
地鐵隧道是狹長形的空間環境，同時，地下列車一般以平均5min左右的時間間隔車次在地鐵隧道中高速運行。地鐵環境的這些特點及保證地鐵正常運營等因素的制約，使得自動變形監測系統在地鐵變形監測中的應用遇到比其他工程中更多的技術問題。同時，這些制約因素也使得在地鐵變形監測中，自動變形監測手段有著常規測量無法比擬的優越性。
南方SMOS自動監測系統可以在無人值守的情況下，全天24h連續地自動監測，即時地進行資料處理、資料分析、報表輸出、圖形提供和自動報警等，完全可以在列車正常運行的情況下進行自動測量。
總 結：
1）遇障礙（如車遮擋）重複測量時間延遲功能
當全站儀正在即時測量某個點時，如果列車正好駛過，擋住了全站儀的視線，如不加以處理，全站儀就會停止測量，監測工作也就中止。我們可以在南方自動監測系統軟體中，定義一個延遲時間，當點位暫時被遮擋時，將暫停測量，延遲一段時間後，繼續測量該點位。如果此時目標點位元仍被遮擋，還可以定義一個最大重複測量數，全站儀將按照延遲的時間重新測量。假如該目標點一直被遮擋，儀器進行最大的努力後，仍不能測量該點時自動轉到下一個目標點進行測量。
2）消除隧道內氣流變化的影響
列車在行駛中有很大氣流通過，直接影響測量結果。在系統運行中連續觀察記錄到這種變化的影響，用預置限差的辦法來剔除這些干擾資料。
3）有效地消除外界誤差的影響
南方自動監測系統中採用溫度、氣壓即時改正和差分改正相結合的混合改正模型進行實測資料改正。溫度、氣壓數位感測器可將溫度、氣壓觀測量即時傳輸到南方自動監測系統中對距離進行即時氣象改正。
4）列車在行駛中地基振動影響問題
列車在行駛中有很大的振動，為了克服其對測量結果的影響，選擇具有雙軸自動補償技術的全站儀。比如徠卡生產的TS30全站儀具有雙軸自動補償技術，補償器的補償範圍為±3′。當儀器的豎軸傾斜量小於3′時，補償器就能對測量的角度值自動進行補償修正。自動全站儀選用了最新的系統軟體提高補償器在振動環境下的測量精度。
5）滿足“視場”要求的測量點分佈
在狹長的地鐵隧道中，多個監測棱鏡會出現在一個視場中，必須避免視場中多棱鏡干擾，正確選擇需監測的棱鏡（監測點）。
本方案使用L型迷你棱鏡，大大減少棱鏡的面積，降低多棱鏡出現在視場中的幾率。南方自動監測系統軟體中具有小視場角功能，可以將現有的徠卡全站儀視場5′中不出現多個棱鏡即可實現自動測量。
本方案採用空間立體式交錯布點方式，錯開視場角較小的點。
隧道建築限界及監測點佈置示意圖
如果按照原斷面佈設方案，仍有個別點在小視場內無法區分問題，還可以考慮適當調整佈設斷面間的間距靈活佈置監測點。總體原則是監測點數量不減少、斷面數量不減少。
6）限制時間內完成全部監測點的監測
監測系統中，監測點多，採用自動監測方法，正常情況下，我們自動測量一個監測點的平均作業時間約為10秒（包括儀器旋轉、照準、穩定和測量）可以既保證測量精度，又能在1個小時的限制時間內完成全部監測點的監測。
盾構隧道斷面測點佈置圖
明挖隧道斷面測點佈置圖
4、 資料通訊系統
監測系統中一般通過GPRS無線網路控制全站儀進行自動化監測。本專案在部分區間沒有網路信號採用了光纖延長至有無線網路的區間，再通過GPRS實現網路遠端通訊，並支援遠端電源管理。
技術難點問題及解決方案
地鐵隧道是狹長形的空間環境，同時，地下列車一般以平均5min左右的時間間隔車次在地鐵隧道中高速運行。地鐵環境的這些特點及保證地鐵正常運營等因素的制約，使得自動變形監測系統在地鐵變形監測中的應用遇到比其他工程中更多的技術問題。同時，這些制約因素也使得在地鐵變形監測中，自動變形監測手段有著常規測量無法比擬的優越性。
南方SMOS自動監測系統可以在無人值守的情況下，全天24h連續地自動監測，即時地進行資料處理、資料分析、報表輸出、圖形提供和自動報警等，完全可以在列車正常運行的情況下進行自動測量。
總 結：
1）遇障礙（如車遮擋）重複測量時間延遲功能
當全站儀正在即時測量某個點時，如果列車正好駛過，擋住了全站儀的視線，如不加以處理，全站儀就會停止測量，監測工作也就中止。我們可以在南方自動監測系統軟體中，定義一個延遲時間，當點位暫時被遮擋時，將暫停測量，延遲一段時間後，繼續測量該點位。如果此時目標點位元仍被遮擋，還可以定義一個最大重複測量數，全站儀將按照延遲的時間重新測量。假如該目標點一直被遮擋，儀器進行最大的努力後，仍不能測量該點時自動轉到下一個目標點進行測量。
2）消除隧道內氣流變化的影響
列車在行駛中有很大氣流通過，直接影響測量結果。在系統運行中連續觀察記錄到這種變化的影響，用預置限差的辦法來剔除這些干擾資料。
3）有效地消除外界誤差的影響
南方自動監測系統中採用溫度、氣壓即時改正和差分改正相結合的混合改正模型進行實測資料改正。溫度、氣壓數位感測器可將溫度、氣壓觀測量即時傳輸到南方自動監測系統中對距離進行即時氣象改正。
4）列車在行駛中地基振動影響問題
列車在行駛中有很大的振動，為了克服其對測量結果的影響，選擇具有雙軸自動補償技術的全站儀。比如徠卡生產的TS30全站儀具有雙軸自動補償技術，補償器的補償範圍為±3′。當儀器的豎軸傾斜量小於3′時，補償器就能對測量的角度值自動進行補償修正。自動全站儀選用了最新的系統軟體提高補償器在振動環境下的測量精度。
5）滿足“視場”要求的測量點分佈
在狹長的地鐵隧道中，多個監測棱鏡會出現在一個視場中，必須避免視場中多棱鏡干擾，正確選擇需監測的棱鏡（監測點）。
本方案使用L型迷你棱鏡，大大減少棱鏡的面積，降低多棱鏡出現在視場中的幾率。南方自動監測系統軟體中具有小視場角功能，可以將現有的徠卡全站儀視場5′中不出現多個棱鏡即可實現自動測量。
本方案採用空間立體式交錯布點方式，錯開視場角較小的點。
隧道建築限界及監測點佈置示意圖
如果按照原斷面佈設方案，仍有個別點在小視場內無法區分問題，還可以考慮適當調整佈設斷面間的間距靈活佈置監測點。總體原則是監測點數量不減少、斷面數量不減少。
6）限制時間內完成全部監測點的監測
監測系統中，監測點多，採用自動監測方法，正常情況下，我們自動測量一個監測點的平均作業時間約為10秒（包括儀器旋轉、照準、穩定和測量）可以既保證測量精度，又能在1個小時的限制時間內完成全部監測點的監測。