近年来，隧道的监测设备逐渐转向智能化与无线化。几年前尚属实验性技术的无线监测设备和配套的信息聚合平台，在欧美的地下工程行业中已经得到了广泛的应用。

与传统监测设备相比，无线监测系统具备怎样的优势？这项技术能否解决欧美地下工程行业人工短期的困境？

无线监测设备的发展

在过去，隧道工程行业内的无线监测设备一直是一种实验性的技术，但在近几年，这项技术得到了迅速的发展和广泛的应用。设备和配套系统的种类、功能和智能化程度也越来越高。

目前，隧道施工监测主要通过目视检查、引伸计、全站仪、激光扫描和摄影等传统监测仪器来完成。这些传统方法在应用过程中存在很多难以克服的问题，其中包括：

地下工程中空间受限，传统监测仪器存在设置困难的问题。

地下工程条件复杂且恶劣，存在腐蚀、高温、潮湿、振动、粉尘、可燃气体等情况，传统监测仪器有时难以取得有效数据。

施工中的地下工程缺乏供电与网络覆盖，且与地面距离过远，设置传统监测仪器耗费人力物力。

传统监测仪监测过程中需要工人频繁进入隧道，加大工作量，存在安全风险，且数据交互缓慢。

有鉴于此，基于多种小型定制化传感器节点的无线监测系统成为了解决以上问题的最佳方案之一。

无线监测系统的优势：

所用的传感器节点体积小，可安装在隧道和盾构内极其狭小的空间中。

传感器节点可以根据特定的工程条件进行定制，以应对复杂恶劣环境。

传感器节点自带电池和无线通讯模块，无需额外架设电路和网络线路。如果隧道较长，则可以设置中继器以维持无线通讯。

无线监测设备获取数据无需人工辅助，可以持续不断的为施工单位和相关方提供检测数据。

虽然无线监测系统的初期设备采购和安装成本很高，但由于完成安装后不需要现场人力维护或线路接入，并可以24小时不间断的提供数据，所以其后续成本较低，并且监测效果也更好。凭借这些优势，无线监测系统在人工费用与环境监控要求较高的欧美地区迅速成为了隧道施工监测设备的主流之一。

隧道检测智慧化

隧道作为交通建设中的重要组成部分，其质量和安全也是至关重要的。然而，传统的隧道检测方法需要大量人力物力，效率低下，而且仅仅只能发现已经出现的问题，无法预测隧道的潜在问题。而随着人工智能和大数据的应用，智慧化隧道检测的时代已经到来。

在这方面，南京市隧道检测中心研发的智慧化隧道检测系统，是一个非常成功的案例。该系统通过搭载在隧道内的传感器，对隧道内部的温度、湿度、振动等参数进行实时监测，并将数据上传到云端进行分析和处理。通过人工智能和大数据分析，系统可以预测隧道的损耗程度和使用寿命，提前发现隐患，规避安全事故的发生。同时，该系统还可以实现对隧道结构的自动化诊断、自动化报警处理、自动化维护等功能，实现全流程智能化，大大提高了隧道检测的效率和准确性。

隧道检测不再只依赖于人工

传统的隧道病害检测流程中，隧道必须在停运后进行人工检测；对于运作繁忙城市地铁来说，此类检测只能在深夜进行，而这种间断性的夜间人工检测存在很多问题和隐患。

为此世界各地的隧道运营商开发了各类基于图像采集技术和非接触式雷达的新型隧道检查工具，期望能够快速扫描隧道结构，建立起具有高清晰度和逼真纹理的图像模型，使工作人员可以完全依托扫描数据，远程对隧道状态进行分析。

但是目前行业内缺乏关于这类新型隧道检查工具的相关规定和使用指南，不同隧道运营商开发的设备标准各不相同，这使得新技术难以得到推广和认可。

有鉴于此，法国布朗的隧道研究中心与两家隧道运用商，以及一些相关设备制造商合作开展了⼀项实验研究，旨在了解新型隧道检查工具的具体性能，并最终制定出一份技术指南。

本次研究主要针对三种目前最常用的检测技术：摄影测量、激光扫描和热成像，研究人员在设备制造商的配合下开发了对应的实验用检测设备。研究人员选择了4条不同的隧道作为试验场地，这4条隧道包括了不同的横截面形状，不同的衬砌材料，并且存在各类典型的隧道病害（裂缝、进水、局部混凝土剥落）。

本次实验的主要目标是测试这些创新性的检测工具是否能够检测出与传统检测相同的缺陷，同时了解哪些因素会对检测的结果产生影响。

初步成果

经过初步的实验，研究人员认为优质的检测数据确实可以部分代替人工现场检测，但是要获取优质的检测数据并不容易，有诸多因素会对收集到的数据产生影响。研究人员们列出并分析了影响数据质量的2个关键因素：

在实验过程中，研究人员们发现探测仪器在隧道内的移动速度会显著影响检测数据的质量。

通常来说扫描设备通过的速度越快，采集的数据质量就越低，例如对于激光扫描来说，较高的速度会增加激光间距，进而降低点云的密度，导致最终输出质量较低的图片。

虽然大部分隧道运用商都期望新型隧道检查工具能够帮助他们减少检查流程的时间，但如何把握速度与数据质量之间的平衡，是需要进一步研究的问题。并且不同类型的检测设备对速度的要求也各不相同。

环境

隧道内的环境会对检测数据的质量产生很大的影响。例如对于相机来说照明就是一个非常关键的因素。并且研究人员还发现：检测过程中的照明不仅需要充足，还需要均匀。因为不均匀的照明会使得一些缺陷因为亮度差别而难以被发现到。

此外，温度和湿度同样对检测数据的质量影响很大，衬砌表面存在水滴可能会影响照片的清晰度并使激光信号发生偏差。而隧道内的温度则会对用于检测渗水情况的热成像设备产生影响。

同时，隧道内的路面的情况需要考虑的环境因素之一，实验发现，崎岖的路面会对隧道顶拱的数据采集造成严重的影响。

国产隧道检测设备实现自研

2019年9月，计算机专业的大二学生张雅欣与几名同学组成大学生科技创新团队，在导师徐永安的指导下，瞄准高效地铁隧道检测这一课题，针对地铁隧道检测中存在的检测速度缓慢、检测精度不足、检测密度较低等难题，开启了他们的科研之路。

此后，徐永安指导张雅欣团队研讨方案、分析需求，带领团队成员多次前往青岛、兰州、佛山等城市的地铁公司，开展实践调研。对团队来说，研发过程中最大的困难是与时间“赛跑”。“刚开始，我们只能在夜间地铁停运期间，进入现场开展检测，测试时间非常有限。”张雅欣说，此后，团队决定通过实验室自建模拟隧道，提高测试效率，缩短研发周期。

经过一年多努力，团队完成了整机改进和优化设计，成功研制出了具有自主知识产权的“地铁隧道三维激光检测系统”。张雅欣介绍，国内的地铁隧道检测70%依靠人工，少量引进国外检测设备。这些设备大多采用激光点扫描，扫描速度慢、效率低，且价格昂贵，在国内难以普及。

“我们研制的这个系统，解决了激光点测量采点不均匀、速度慢等问题。”团队成员张甘露说，“系统采用了6条激光线扫描技术，不仅采点均匀，而且速度显著提升，大大缩短了地铁隧道检测时间。”据介绍，该系统可根据用户的需求制定检测速度、密度、精度，检测速度达每小时14公里，是国外设备的4.66倍，动态精度和检测密度也表现出色，关键还能大幅降低国内人工检测成本。

张雅欣告诉记者，该系统已申请发明专利4项、登记软件著作权4项，于2020年11月通过江苏省产品质量监督检验研究院质检，符合CMA中国计量认证标准。2020年7月，系统已在投入运营的地铁隧道进行了实地检测，在检测速度、精度以及密度方面均满足实际应用要求。目前，青岛、兰州、佛山等城市的多家轨道交通公司已与团队达成初步合作意向。

据团队调查，我国目前已有47个城市开通地铁，市场前景广阔。张雅欣表示，团队计划注册成立公司，在与各城市地铁公司开展试验合作的基础上，满足客户个性化的检测要求，“地铁里程数较大的城市，可直接购买我们的检测系统。里程数小的城市，我们可以提供检测服务，按照客户需求，对相应模块进行升级。”

文章来源： 隧道网，52小劳工，平定江湖，紫牛新闻