本期采访对象：

张继文，机械工业勘察设计研究院有限公司副总工程师。岩土工程专业，教授级高级工程师，参加国家、行业、协会和地方标准编写6项，多个项目获得全国、行业和省部级一、二等奖，2项成果获省科技进步二等奖，取得发明专利5项，实用新型专利7项，累计发表论文28篇。承担国家科技支撑计划1项，陕西省科技统筹计划项目2项目。目前担任中国土木工程学会土力学及岩土工程分会理事、陕西省岩土力学与工程学会理事等。

RT轨道交通：请您介绍一下全国地铁自动化监测技术的应用现状和整体水平。目前贵院在全国地铁主要承接了哪些城市地铁的监测项目？应用了哪些自动化监测技术和手段？

张继文：目前，我认为全国地铁自动化监测技术的应用现状和整体水平尚处于起步阶段，全国地铁随着建设的逐步发展日益需要自动化监测来实现地铁及周边环境的形变测量。

我院先后承接了西安地铁、重庆地铁、南昌地铁、合肥地铁、呼和浩特地铁、深圳地铁等。如：西安地铁一、二、三、四、五号线、西安地铁二号线运营线路（北客站至会展中心段）变形监测项目、西安地铁二号线南延段运营线路变形监测项目、西安市半坡国际广场项目北广场地下停车库及回填施工对邻近地铁区间隧道影响自动化监测、重庆轨道交通5号线、南昌市轨道交通2号线、合肥市轨道交通3号线工程第三方监测、合肥市轨道交通3号线第三方测量等。

测绘科学技术和仪器硬件、软件的不断进步促进了变形监测技术的发展。在1980年前变形监测使用的方法和仪器大都是经典的地面测量方法和水准仪、经纬仪等传统仪器。随着穿越既有地铁线等施工案例的增多，相应的监测技术也飞速发展。这些监测技术原则上是朝着自动化的方向发展。但是，监测技术总体上来说也是基于相应的监测硬件设备的不断创新发展来发展的。以下是目前较为流行的几种监测技术。

1)基于测量机器人的非接触式监测技术

全站仪最早脱胎于经纬仪，利用激光测距功能实现了距离测量的电子化，并且保留了经纬仪的角度测量功能。由于马达驱动它可以自动连续跟踪目标测量，而不需要手动操作，并且其具有编程功能，可以针对预定目标进行编程预设，实现自动化操作。

目前，基于测量机器人的非接触式自动变形监测系统，已得到了广泛的应用。在国外，瑞士徕卡、美国天宝、日本拓普康等公司都已经研制了各自的基于测量机器人的变形监测系统。其中，瑞士徕卡公司是最早生产该系统的公司，在上世纪80年代该公司生产的变形监测系统就已经在欧洲和新加坡地铁获得应用。

测量机器人是一种能够自动寻找、识别、精确照准目标、自动测量、计算并且自动存储测量信息的完全代替人工测量的智能化仪器。测量机器人使用自照准原理和图像处理功能和发射红外光束，能够对测量目标自动分辨、寻找和测量，能够24小时全天候监测。测量机器人己经成功的应用在我国很多城市的地铁隧道自动化监测中并且积累了很多的宝贵经验。

2)基于静力水准仪的多传感器位移监测技术

由于地铁交叉节点大部分都是立体交叉，因此较多情况下存在的是高程沉降方面的变化，因此基于静力水准仪的多传感器位移监测技术，也适用于相应工程的监测。

3)基于巴赛特收敛系统的位移监测技术

巴赛特收敛系统是一种由多个杆件单元组成的隧道剖面收敛自动测量系统。其工作原理是:数个首尾互相铰接的监测单元安装在需要监测的隧道剖面，形成一个测量环；每个连杆由一长一短两个杆件的组合成为一对杆件单元。当监测对象出现变形时，固定点的移动会带动相应的长短臂活动，从而使长短臂之间角度发生变化。这时系统上安装的角度传感器就可测出角度变化数值。系统则根据倾角变化和各相应长短臂的长度计算出各固定点的位移，再对比各固定点原始位置的坐标，就可得到各固定点在变化后的实际位置。

4)基于固定式自动测斜仪的位移监测技术

固定测斜仪的工作原理是首先在需要监测的位置处钻孔并埋入测斜管，然后将测斜探头置入测斜管内，并将测斜探头依照需要监测的方向卡入测斜管内壁相应槽口上，可以将一个探头固定在测斜管内需要监测的深度上，也可以串联式在一个测斜管内固定多个测斜探头。当外部监测对象出现位移变形时，会导致测斜管出现变形，从而使得探头倾斜，这时探头受到的重力的分力引起磁场中的线圈旋转，线圈旋转后电磁感应的电流会产生与重力的方向相反但是数值相等力去不断平衡重力的分力，这股电流与倾斜的角度成正比。系统通过对所有探头电流测定读数的计算就可以得到相应部位的相对位移。

5)光纤光栅技术

光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒介、感知和传输外界信号 (被测量) 的新型监测技术，具有(准)分布式、长距离、实时性、耐腐蚀、抗电磁、轻便灵巧等优点。特别是光纤光栅传感技术和分布式光纤传感技术自20世纪90年代被发展和应用以后，美国、加拿大、日本、德国及英国等发达国家纷纷将光纤监测技术应用于大坝、桥梁、电站、隧道及高层建筑物等大型民用基础设施的安全监测中,取得了令人鼓舞的进展,展示了光明的前景。

光纤传感器(Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，在光栅处有选择的反射回一个窄带光，其余宽带光继续透射过去，在下一个具有不同中心波长的光栅处进行反射，多个光栅阵列形成光纤布拉格光栅(FBG)传感网络。基于FBG传感网络的分析仪，可以在反射光中寻址到每一个光栅传感器。根据变化量并利用参考光信息可以解调出被测量的温度和应变值。

由于地铁变形监测精度高(1mm甚至更小)，并且只能在隧道的细小窄长的空间里布置基准点和监测点。三维激光扫描和地面摄影测量技术仍难以满足监测的要求。

我院在西安地铁一、二、三号线运用了光纤光栅技术及基于测量机器人的非接触式监测技术，效果较好，获得业主好评。

RT轨道交通：自动化监测技术在轨道交通工程施工及运维过程的应用还存在诸多亟待解决的问题，您认为具体有哪些亟待解决的问题？

张继文：地铁隧道是狭长形的空间环境，同时，地下列车一般以平均5 min左右的时间间隔车次在地铁隧道中高速运行。地铁环境的这些特点及保证地铁正常运营等因素的制约，使得自动变形监测系统在地铁变形监测中的应用遇到比其他工程中更多的技术问题。

A、项目监测区间长，工作基点位于变形区内，极易受地铁运行列车振动和气流变化；

B、现场部分区间没有网络信号，因此如何确保监测数据的精度和传输成为面临的关键问题；

C、远程通信控制系统的可靠性在长期自动化监测任务中对整个监测系统的可靠性至关重要；

D、新技术的实施缺乏规范、操作规程、鉴定方法及机构等技术支撑。

RT轨道交通：您如何理解“轨道交通智慧基础设施”这一概念？主要包含哪些基本要素和关键技术？

张继文：智慧轨道交通是人类社会对轨道交通发展趋势和运作模式的抽象，是轨道交通发展远景的宏观理念和建设目标，它“以人类智慧与经验为指导，以信号和信息的数宇化处理为基础，以‘物’的智能化信息采集为基础，以‘能实现人、机、物的全而互联’的‘全联网’为信息交换和资源共享平台，实现轨道交通系统的控制与管理过程智慧化，使之具有更透彻的感知、更广泛的互联互通和更深入的智能化处理能力”，从而构建人和人类智慧、轨道交通物理网络、“全联网”、智能信息处理技术及各类数宇化信息为一体，构建“高效、便捷、安全、可视、可预测、环保和智慧”的现代轨道交通系统。

其中，“轨道交通智慧基础设施”是“智慧轨道交通”的组成部分，是对嵌入智能功能的轨道交通基础设施的抽象，是更透彻的感知“物”的和对“物”进行控制的关键，是实现“更深入的智能化”的关键部件。

将轨道交通智慧基础设施，这一表述用于界定代表未来轨道交通建设行业的发展趋势或目标的宏观系统，不用于描述具体的单个(或局部的)轨道交通建设项目。尽管该行业的发展离不开数宇化和控制管理的智能化，但着眼于行业总体发展，用“智慧”作为修饰语，强调“更透彻的感知、更广泛的互联互通和更深入的智能化处理能力”，更能够全而反映对行业发展的期望。

“更透彻的感知、更广泛的互联互通和更深入的智能化处理能力”是轨道交通智慧基础设施的基本特征，它以智能信息处理技术、全联网技术和传感技术为支撑，构建和展示了一个“高效、便捷、安全、可视、可预测、环保和智慧”的、高科技的、现代化的、庞大的轨道交通智慧基础设施系统。

基本要素：物联网、系统平台、智能处理芯片、嵌入式技术和先进、敏锐、精确、快捷的传感技术。

关键技术：物联网是一把双刃剑，它在给控制系统带来便利的同时，也带来了一些函待解决的安全问题。长期以来，制造与生产企业的控制系统大部分是采用专用的、封闭的体系结构。然而，当控制系统与物联网相结合时，控制系统的体系结构就逐渐由封闭转向开放，工业以太网和实时以太网在控制回路中就会与远程互联，这就容易被黑客利用进行攻击。

RT轨道交通：请您整体评价一下中国轨道交通信息化建设的发展现状？与国外相比是否存在差距？目前，智能化和信息化技术在轨道交通推进的速度相对缓慢，您认为其中的主要原因是什么？

张继文：中国轨道交通信息化建设的发展方便了出行者，具有速达、准时、舒适、客运量大、环保等优点。但是通过实际运营可以看出，中国轨道交通信息化建设还不完善，其中存在的不足主要有几点原因：

1）缺乏信息资源的整合共享

交通行业之间及与公安、医疗、救援等机构之间在信息建设管理上还存在各自为政的问题。由于不同的行业、部门自身信息服务主体所依据的标准不统一、管理体制不同等原因，因而分别采用了不同的装置设备和数据交换平台，相互之间的信息很难进行有效的传递和共享。这些都使得交通信息资源较为分散，分割情况严重，信息孤岛现象明显。致使各个行业、部门之间缺少协同作业，无法实现优势互补，对出现的特殊情况也无法得到及时有效的处理。同时，交通信息资源也存在着与社会公众之间缺少信息交换的问题。

2）建设缺乏前瞻性

近年来，各地掀起了城市轨道交通的建设热潮，有些城市对城市轨道交通的规划建设研究不够深入，缺乏前瞻性的认识，从而出现了盲目建设的现象。

3）交通运输综合发展的程度低

地铁目前已成为我国城市中主要的轨道交通运输工具。通过北京市等客流量较大的城市可以看出，虽然部分城市的轨道交通网络化建设已初具规模，但仍可以发现地铁上依然存在很多的拥挤排队的现象，尤其是在重要站点及换乘枢纽站，而乘客多因为距离、时间等原因不愿选择换乘其他交通方式，因此仅靠单一的轨道交通方式已经不能满足大量的客运需求。我国多数城市对轨道交通与其他公共交通方式协同建设重视不够，缺乏融合，还不能完全做到相互衔接。交通运输综合发展的理念还有待进一步提高。

RT轨道交通：您如何判断“轨道交通基础设施建造与运维智慧化”的未来发展前景？

张继文：总体来说,中国轨道交通基础设施建造与运维智慧化方面发展前景非常广阔。

在国外，像纽约、巴黎、东京、伦敦等发达城市早在20世纪前就已经开始了城市轨道交通的建设，至今基本形成较为完善的轨道线网。国内轨道交通建设规模大，继一线城市之后，二、三线城市进入建设高峰期，同期开工里程多。至2016年11月，全国已有47个城市在建或准备建设地铁，有24个城市95条轨道交通线路运营，通车里程3137公里；“十三五”时期将进入城市轨道交通建设大发展阶段，2020年规划线路里程将超过10000公里。

因此构筑一个安全、四通八达、密度足够、高速、高容量、可持续发展的城市轨道交通体系将在整个综合交通系统中发挥骨干和主导作用，轨道交通基础设施建造与运维智慧化已刻不容缓。

未来信息技术将进一步融入到轨道交通建造与运维之中。借助新一代的信息技术来建立一个服务于轨道交通的网络体系，提升交通运输效率，应是大势所趋。

百人谈

“百人谈”是由RT轨道交通推出的大型全媒体系列访谈，近期拟邀请100位从事轨道交通基础设施研究、规划、设计、监测、施工建设及运营管理领域的专业人士讲述其对智慧化的涵义、现状以及未来发展路径的理解，并进行深度报道和宣传。该栏目旨在提升业界对轨道交通智慧基础的认识，推动中国轨道交通基础设施规划建设、运营管理的智慧化进程和发展，提高建设和运营的安全性，以此促进中国轨道交通基础设施建设和运营水平的整体提升。