CN104034275A - 基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置，包括数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块，所述的核心控制模块通过数据通讯模块与数据采集模块连接；将自动全站仪整平后，通过观测位于稳定区域的已知点圆棱镜和位于变形区域的转折参考点的360度棱镜，核心控制模块以已知点坐标作为基准坐标系，将各测站以及转折参考点的空间位置信息参数一并解算出来，更新测站定位参数后对待监测点进行三维坐标测量，进一步将各测站测量出的坐标进行坐标转换得到基准坐标系下的坐标，获取在基准坐标系下的各待监测目标点的绝对坐标。与现有技术相比，本发明具有极大地节约了人工成本，提高了数据可靠性，并能全天候实时对隧道进行监测等优点。

Description

基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种地铁隧道变形监测技术，尤其是涉及一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置。

背景技术

近几十年，迫于城市人口扩张带来的交通压力，我国各大城市都在大力发展地铁隧道的建设，地铁工程从施工开始到竣工，特别是建成后整个运营期间都需要不断地进行变形监测。为了保障地铁运营安全，需实时获取隧道内的沉降、位移、挠度以及轨道平顺性等监测内容，所采用的监测仪器和技术方法也各不相同。目前使用最多的方法为人工测量，主要包括导线测量、几何水准测量等，耗时费力，工作量大，监测数据易受人为因素影响，且无法达到实时获取变形数据的要求，而且一般都需要在半夜地铁停止运营以后才能进入测量；为了解决人工测量的种种弊端，有少部分企业和科研单位也在研究自动化监测的方法，包括静力水准、光纤传感器、自动全站仪等，可以节省大量人工劳力，但这些不同的自动化监测手段都有其各自的优缺点，通常无法兼顾，监测范围有限，而且监测基准点往往随隧道的整体变形而产生变化，往往在实际应用中仍需采用人工监测的方法进行纠正。

现有的监测技术主要包括以下几种：

(1)传统人工监测的方法采用导线测量获得待监测点的水平变形量，几何水准测量获得待监测点的沉降信息变化量，而且为了减小人为因素带来的偶然误差，往往需要往返观测，测量进度缓慢，三维变形量无法同时获得，更不能做到实时采集并展示，而且人工测量只能在半夜地铁停止运营后才能进入测量，在实际监测中具有诸多不便和限制。

(2)静力水准是利用相连的容器中液体寻求相同重力势能的原理，测量和监测参考点彼此之间的垂直高度的差异和变化量，根据传感器工作原理可分为电容式传感器、电感式传感器以及光电式传感器等。静力水准管线路过长时会影响监测系统 的灵敏度，监测点间距最长一般不超过30米，而且要求所监测区域的温度保持一致，否则会有较大的系统误差；还需保证静力水准仪容器的密封性能，防止传压液体在高温挥发成气体，温度下降后，冷凝在容器浮子上，造成测量误差；此外，由于连通器原理以及隧道高程起伏超出水面量测范围时需额外增加一台静力水准仪，以此法进行高程传递，因此误差也随之不断传递累积。

(3)光纤是光导纤维的简称，是一种重要和常用的波导材料，它利用光的全反射原理将光波能量约束在其界面内，并引导光波沿光纤轴线方向传播。主要的产品包括光纤光栅传感器(FBG)、Michelson干涉光纤传感器(SOFO)、分布式光纤传感系统(BOTDA/R)等。由光纤传感技术获取的主要信息为应变，在地铁隧道监测中应用较多集中于结构裂缝的监测，而对于位移的监测则通常通过结合温度观测量进行推算，目前仍处于研究阶段还未推广应用，且该方法对于光纤的布设通常具有较高的要求。

(4)自动全站仪也称为测量机器人，是一种能进行自动搜索、识别及精确照准目标并能自动获取距离、角度、三维坐标等测量信息的智能型电子全站仪，是在普通全站仪的基础上集成驱动系统、CCD影像传感器系统、ATR智能照准识别系统等发展而成。其自动目标寻找、智能识别以及精确照准能力都很强，对多个测量目标点可在短时间内完成连续的、重复的观测工作。目前已作为成熟的技术广泛应用于各种自动化测量项目中，如盾构自动引导系统、顶管自动引导系统以及高精度大坝、桥梁自动监测等应用，国内较成熟的自动全站仪监测系统有信息工程大学的InTMoS，同济大学的AMS等。其在隧道监测中由于受到观测视角狭小等限制，无法在基于单台自动全站仪的情况下大范围推广使用，目前只能使用基于单台自动全站仪监测隧道局部变形。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)判断是否首次运行工程，若为是，则新建工程，输入各测站需要监测的参数后执行步骤3)，否则执行步骤2)；

2)打开已建工程，选择之前保存的数据库文件，同时也可对工程属性内的各参数重新输入调整，执行步骤3)；

3)配置步骤1)或步骤2)中的各项工程属性参数，执行步骤4)；

4)在数据线路连接并保证自动全站仪上电完毕后，依次连接各测站对应的串口，系统会自动保留针对各个测站的上次连接配置参数，并执行步骤5)；

5)管理已知点三维坐标，并执行步骤6)；

6)对各测站进行测站定向，即为各测站的整体平差定位解算提供初始方向，依次观测各测站所能测量到的定位点，存到数据库中，并执行步骤7)；

7)学习各测站需要测量的监测点方向，并执行步骤8)；

8)启动包含定位测量和监测点测量的自动测量线程；

9)定位测量线程时，所有测站按照步骤6)中指示的定位点方向，依次获取当前测站下到各定位点的观测数据并更新到观测数据向量中；

10)调用整体平差算法，通过测量得到的观测数据向量和输入的已知点坐标向量，解算出各测站在基准坐标系下的坐标、初始零方向方位角以及转折参考点的三维坐标；

11)将平差解算的各测站参数更新到测站向量中；

12)按照步骤7)中学习的监测点顺序和方向进行测量，获取各个测站坐标系下的三维坐标数据；

13)在步骤11)和步骤12)的基础上进行坐标转换，解算出基准坐标系下的各监测点三维坐标；

14)解算得到的三维坐标与首次测量数据和上次测量数据进行比较，获得三个方向的本次变形量和累积变形量，并以曲线图呈现。

所述的需要监测的参数包括监测点个数、监测周期和报警限差值。

所述的整体平差算法解算出各测站在基准坐标系下的坐标、初始零方向方位角以及转折参考点的三维坐标具体为：

21)根据原始观测向量得到不重复的定位点名向量和测站名向量，用于建立误差方程中所需的各种矩阵进行分配内存空间，同时判断读入的观测值是否满足解算所需的最小观测数；

22)给所有待解算参数赋初值作为迭代解算的近似值；

23)由步骤21)中确定的量初始化参与平差解算的各矩阵大小；

24)判断定位点为已知点还是转折参考点，若为已知点，按照(1)建立对应的误差方程系数阵和常数项，若为转折参考点，执行步骤25)；

25)按照式式(2)建立对应的误差方程系数阵和常数项；

其中(δX δY δZ δθ)^T为待解算的测站定位参数，为转折参考点的坐标参数，(X₀ Y₀ Z₀ θ₀)^T为测站定位参数近似值，为转折参考点坐标近似值，

(ΔX ΔY ΔZ)^T为平移参数，θ为初始零方向方位角参数；

26)按照公式(4)得到参数改正数向量；

δT＝(^AT×A)^-1×(A^T×L) (4)

其中A为误差方程系数阵，δT为待解算参数向量，L为常数项；

27)迭代前的参数近似值加上解算的改正数，作为下一次迭代解算的近似值；

28)迭代次数累加，当超过预定的最大解算次数时跳出迭代；

29)返回最终解算的参数近似值作为整体平差的解算结果。

一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，包括数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块，所述的核心控制模块通过数据通讯模块与数据采集模块连接；

所述的数据采集模块包括多台自动全站仪、自动整平基座、位于变形区域的转折参考点的360度棱镜、位于稳定区域的已知点圆棱镜和L型小棱镜；

所述的核心控制模块为装有自动化监测软件的便携机，实现针对各自动全站仪的控制、存储测量的原始数据、平差解算测站及转折参考点位置参数以及实时显示监测点变化量和变化曲线；

所述的包括依次连接的USB-RS232串口线、RS485通讯光缆、RS232-RS485转换器，用于远距离控制自动全站仪并传输测量数据；

将自动全站仪整平后，通过观测位于稳定区域的已知点圆棱镜和位于变形区域的转折参考点的360度棱镜，核心控制模块以已知点坐标作为基准坐标系，将各测站以及转折参考点的空间位置信息参数一并解算出来，更新测站定位参数后对待监测点进行三维坐标测量，进一步将各测站测量出的坐标进行坐标转换得到基准坐标系下的坐标，获取在基准坐标系下的各待监测目标点的绝对坐标。

所述的自动全站仪具体配置如下：

根据实际隧道的情况，配置相应数量带自动目标识别与搜索功能的自动全站仪，在测站的位置前后需要保证能够观测得到至少3个已知点或转折参考点，在软件连接仪器前需保证仪器整平并打开倾斜补偿。

所述的自动整平基座用于在隧道中自动全站仪所在测站有可能处于变形量较大的区域时，配合自动全站仪自身的倾斜补偿使得自动全站仪自身测站坐标系的Z轴始终保持铅锤向上。

所述的360度棱镜作为联系前后测站坐标系的纽带，保证两测站的自动全站仪都至少可以观测到3个360度棱镜。

所述的L型小棱镜需固定到隧道壁上待监测特征位置。

在已知点放置圆棱镜，应尽量保证该区域为基准坐标系下的稳定区域，同时为了保证足够多余观测数，在地铁站台附近选点并在隧道首尾的已知点各布置3个已知点圆棱镜，布置位置要尽量均匀分散在临近全站仪的观测视场内。

所述的便携机安装有自动控制全站仪进行定位、监测以及可以进行整体平差解算功能的软件，测量和解算数据保存到本地数据库中，同时也可以展示测量解算的结果并绘制曲线图。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明继承了自动全站仪在监测应用中的高可靠性、高精度并且同时获取三维空间信息数据等优点，而且避免了单台全站仪在隧道中的应用范围限制，通过360度棱镜作为转折参考点，采用多台自动全站仪整体平差的算法，实时解算出处于隧道内部的各测站以及各转折参考点的空间位置参数，继而更新测站参数并测量解算出待监测点在基准坐标系下三维坐标。

此发明解决了隧道传统监测过程中隧道内部监测基准点随隧道一起整体变形 而无法检测出绝对变形量的问题，可反映出隧道整体相对于外部参考系下三个方向的变形量；由于采用自主研发的整体平差算法，各测站姿态以及转折参考点的解算精度均匀，不存在测量误差逐站累积的问题。相对于传统人工监测的方法，本发明极大地节约了人工成本，提高了数据可靠性，并能全天候实时对隧道进行监测。

此外，以往单台自动全站仪监测系统通常通过观测单一后视点进行测站定向，测量精度受后视点精度影响较大，且在长期监测过程中无法保证测站的三维空间位置一直是固定不变的，特别在监测过程中如果测站随所架设区域整体存在较大变形时，则测量结果存在较大的系统误差，难以排除。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明的软件流程图；

图3为本发明整体平差算法解算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明装置由以下三大模块组成：

(1)数据采集模块。包括多台自动全站仪(索佳或莱卡)、自动整平基座、360度棱镜、圆棱镜、L型小棱镜。

(2)核心控制模块。装有自主开发的自动化监测软件系统的便携机，实现针对各测量机器人的控制、存储测量的原始数据、平差解算测站及转折参考点位置参数以及实时显示监测点变化量和变化曲线等功能。

(3)数据通讯模块。包括USB-RS232串口线、RS485通讯光缆、RS232-RS485转换器，用于远距离控制自动全站仪并传输测量数据。

图1显示了本发明涉及模块的组成及连接关系，详细说明如下：

(1)自动全站仪。根据实际隧道的情况，配置相应数量带自动目标识别与搜索功能的自动全站仪，在测站的位置前后需要保证能够观测得到至少3个已知点或转折参考点，在系统软件连接仪器前需保证仪器整平并打开倾斜补偿。

(2)自动整平基座。在隧道中自动全站仪所在测站有可能处于变形量较大的区 域，自动整平基座配合自动全站仪自身的倾斜补偿可以使得全站仪自身测站坐标系的Z轴始终保持铅锤向上，保证算法解算的正确性。

(3)已知点圆棱镜。已知点放置圆棱镜，应尽量保证该区域为基准坐标系下的稳定区域，同时为了保证足够多余观测数，一般可在地铁站台附近选点并在隧道首尾的已知点各布置3个圆棱镜，布置位置要尽量均匀分散在临近全站仪的观测视场内。如已知点位置发生变化亦可由外部引入基准坐标系坐标并更新已知点坐标。

(4)待监测L小棱镜。需固定到隧道壁上待监测特征位置。

(5)360度棱镜。作为联系前后测站坐标系的纽带，保证两站的自动全站仪都至少可以观测到3个360度棱镜。

(6)通讯模块。包括连接仪器的RS232数据线或带有接入外置电源的Y线、RS485通信电缆、RS232-RS485转换器以及USB转串口线，其中转换器成对进行配置，一台自动全站仪连接一条通讯线路，RS485通信电缆用于远距离传输控制指令及返回测量数据，最终通过USB转串口线连入便携机。

(7)便携机。安装有自动控制全站仪进行定位、监测以及可以进行整体平差解算功能的系统软件，测量和解算数据保存到本地数据库中，同时也可以展示测量解算的结果并绘制曲线图。

此外需要注意的是，已知点上的圆棱镜和转折参考点上的360度棱镜必须保证棱镜常数的准确，否则可能导致整体平差解算精度较差或者解算错误，而且布设位置要尽量分散，尽量避免全站仪某方向上出现多个棱镜的现象，已知点和转折参考点统称为定位点。

图1显示了本发明中涉及的主要模块的组成及连接关系，系统软件工程配置参数包括监测时间间隔(即多长时间监测一期数据)、监测点个数、报警限差等。各测站一经整平架设完成并学习指示各测站下的参考点、监测点方向后，即可全天候无人干预进行自动测站定位并监测待测点三维信息。各期的三维监测数据及平差参数解算结果都保存在本地便携机硬盘上，并以Access数据库文件格式进行存储，该文件可直接导出成Excel等数据格式以便进一步对数据进行分析对比。

图2所示为本发明中系统软件的部分运行流程，现对图中各步骤进行详细说明如下：

步骤401中，如果是第一次建立工程项目，则需要新建工程，输入各测站需要监测的点个数、监测周期、报警限差值等；

步骤402中，如果需要打开以前保存的项目，则需要打开工程，选择之前保存的数据库文件，亦可对工程属性内的各参数重新输入调整；

步骤403中，配置步骤401或步骤402中的各项工程属性参数；

步骤404中，在数据线路连接并保证自动全站仪上电完毕后，依次连接各测站对应的串口，系统会自动保留针对各个测站的上次连接配置参数；

步骤405中，管理已知点三维坐标，可添加、删除、修改已知点的坐标参数；

步骤406中，这里的测站定向有别于传统单台全站仪测站定向的内容，实际为各测站的整体平差定位解算提供初始方向，依次观测各测站所能测量到的定位点，并存到数据库中；

步骤407中，学习各测站需要测量的监测点方向，为自动测量提供初始方向，并存到数据库中；

步骤408中，启动自动测量线程，主要包含两部分内容：定位测量和监测点测量；

步骤409中，定位测量线程，所有测站按照步骤406中指示的定位点方向，依次获取当前测站下到各定位点的观测数据并更新到观测数据向量中；

步骤410中，调用整体平差算法，通过测量得到的观测数据向量和输入的已知点坐标向量，解算出各测站在基准坐标系下的坐标、初始零方向方位角以及转折参考点的三维坐标，一般解算出的验后单位权中误差不会超过1mm，如超出很多则需要检查输入的已知点是否正确以及棱镜常数是否准确；

步骤411中，将平差解算的各测站参数更新到测站向量中，为后续坐标转换提供基础；

步骤412中，按照步骤407中学习的监测点顺序和方向进行测量，获取各个测站坐标系下的三维坐标数据；

步骤413中，在步骤411和步骤412的基础上进行坐标转换，解算出基准坐标系下的各监测点三维坐标；

步骤414中，解算得到的三维坐标与首次测量数据和上次测量数据进行比较，获得三个方向的本次变形量和累积变形量，并以曲线图呈现。

本发明控制多台自动全站仪，利用不同测站的观测数据进行整体平差融合解算测站参数及转折参考点坐标，能够客观反应出隧道内部各待监测点在基准坐标系下的三个方向的变形量，可达到全天候无人职守、高精度、高可靠性地针对地铁隧道 进行变形监测的目的。实际应用中如果架设了m个测站、t个转折参考点，那么整体平差需要求解的参数个数一共为4×m+3×t，在某测站中，通过观测定位点实现测站定位的数学模型如下：

每个测站需解算4个定位参数，分别为平移参数(ΔX ΔY ΔZ)^T和初始零方向方位角参数θ。为了达到多余观测的目的，需要观测3个以上的定位点进行解算。式(1)中等号左边的基准坐标系坐标在观测的定位点为已知点时，带入保存的已知点坐标；如果是转折参考点，则需和等号右边包含的未知参数一起线性化并列立误差方程。公式如下：

定位点为已知点时：

定位点为转折参考点时：

其中(δX δY δZ δθ)^T为待解算的测站定位参数，为转折参考点的坐标参数，(X₀ Y₀ Z₀ θ₀)^T为测站定位参数近似值，为转折参考点坐标近似值，由式(2)或式(3)构成间接平差法方程：

V＝A×δT-L (4)

上式中，v为残差向量，A为误差方程系数阵，δT为待解算参数向量，L为常数项，根据间接平差原理可解得参数向量为：

δT＝(A^T×A)^-1×(A^T×L) (5)

若各测站一共观测了n个定位点，解算精度估计采用赫尔莫特方差估计方法得到验后单位权中误差为：

$\widehat{\mathrm{\σ}}=\sqrt{(A^T\×A)/(3\×n-4m-3\×t)}---\left(6\right)$

协因数阵及解算参数精度为：

$\widehat{\mathrm{\σ}}={(A^T\×A)}^{-1},\hat{D}={\widehat{\mathrm{\σ}}}^2\×\hat{Q}---\left(7\right)$

通过解算出的各测站参数和对应测站坐标系下观测的监测点坐标，利用式(1.)即可将所有测站的监测坐标统一到基准坐标系下。

整体平差参数解算流程图如图3所示。

步骤601中，根据原始观测向量得到不重复的定位点名向量和测站名向量，用于建立误差方程中所需的各种矩阵进行分配内存空间，同时判断读入的观测值是否满足解算所需的最小观测数；

步骤602中，给所有待解算参数赋初值作为迭代解算的近似值；

步骤603中，由步骤601中确定的量初始化参与平差解算的各矩阵大小；

步骤604和步骤605中，根据读入的原始观测向量和已知点向量判断是否为转折参考点，分别按照式(2)和式(3)建立对应的误差方程系数阵和常数项；

步骤606中，按照公式(5)得到参数改正数向量；

步骤607中，迭代前的参数近似值加上解算的改正数，作为下一次迭代解算的近似值；

步骤608中，迭代次数累加，当超过预定的最大解算次数时跳出迭代，以防因为数据错误导致迭代不收敛而无法跳出循环；

步骤609中，返回最终解算的参数近似值作为整体平差的解算结果。

程序算法解算中涉及的原始观测值及解算结果数据结构如下：

(1)已知点数据结构

(2)原始观测值数据结构

(3)解算出的测站信息数据结构

(4)解算出的转折参考点坐标数据结构

。

Claims (10)

1.一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)判断是否首次运行工程，若为是，则新建工程，输入各测站需要监测的参数后执行步骤3)，否则执行步骤2)；

2)打开已建工程，选择之前保存的数据库文件，同时也可对工程属性内的各参数重新输入调整，执行步骤3)；

3)配置步骤1)或步骤2)中的各项工程属性参数，执行步骤4)；

4)在数据线路连接并保证自动全站仪上电完毕后，依次连接各测站对应的串口，系统会自动保留针对各个测站的上次连接配置参数，并执行步骤5)；

5)管理已知点三维坐标，并执行步骤6)；

6)对各测站进行测站定向，即为各测站的整体平差定位解算提供初始方向，依次观测各测站所能测量到的定位点，存到数据库中，并执行步骤7)；

7)学习各测站需要测量的监测点方向，并执行步骤8)；

8)启动包含定位测量和监测点测量的自动测量线程；

9)定位测量线程时，所有测站按照步骤6)中指示的定位点方向，依次获取当前测站下到各定位点的观测数据并更新到观测数据向量中；

10)调用整体平差算法，通过测量得到的观测数据向量和输入的已知点坐标向量，解算出各测站在基准坐标系下的坐标、初始零方向方位角以及转折参考点的三维坐标；

11)将平差解算的各测站参数更新到测站向量中；

12)按照步骤7)中学习的监测点顺序和方向进行测量，获取各个测站坐标系下的三维坐标数据；

13)在步骤11)和步骤12)的基础上进行坐标转换，解算出基准坐标系下的各监测点三维坐标；

14)解算得到的三维坐标与首次测量数据和上次测量数据进行比较，获得三个方向的本次变形量和累积变形量，并以曲线图呈现。

2.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法，其特征在于，所述的需要监测的参数包括监测点个数、监测周期和报警限差值。

3.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法，其特征在于，所述的整体平差算法解算出各测站在基准坐标系下的坐标、初始零方向方位角以及转折参考点的三维坐标具体为：

21)根据原始观测向量得到不重复的定位点名向量和测站名向量，用于建立误差方程中所需的各种矩阵进行分配内存空间，同时判断读入的观测值是否满足解算所需的最小观测数；

22)给所有待解算参数赋初值作为迭代解算的近似值；

23)由步骤21)中确定的量初始化参与平差解算的各矩阵大小；

24)判断定位点为已知点还是转折参考点，若为已知点，按照(1)建立对应的误差方程系数阵和常数项，若为转折参考点，执行步骤25)；

25)按照式(2)建立对应的误差方程系数阵和常数项；

其中(δX δY δZ δθ)^T为待解算的测站定位参数，为转折参考点的坐标参数，(X₀ Y₀ Z₀ θ₀)^T为测站定位参数近似值，为转折参考点坐标近似值，

(ΔX ΔY ΔZ)^T为平移参数，θ为初始零方向方位角参数；

26)按照公式(4)得到参数改正数向量；

δT＝(A^T×A)^-1×(A^T×L) (4)

其中A为误差方程系数阵，δT为待解算参数向量，L为常数项；

27)迭代前的参数近似值加上解算的改正数，作为下一次迭代解算的近似值；

28)迭代次数累加，当超过预定的最大解算次数时跳出迭代；

29)返回最终解算的参数近似值作为整体平差的解算结果。

4.一种实施权利要求1-3中任一的基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，包括数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块，所述的核心控制模块通过数据通讯模块与数据采集模块连接；

所述的数据采集模块包括多台自动全站仪、自动整平基座、位于变形区域的转折参考点的360度棱镜、位于稳定区域的已知点圆棱镜和L型小棱镜；

所述的核心控制模块为装有自动化监测软件的便携机，实现针对各自动全站仪的控制、存储测量的原始数据、平差解算测站及转折参考点位置参数以及实时显示监测点变化量和变化曲线；

所述的包括依次连接的USB-RS232串口线、RS485通讯光缆、RS232-RS485转换器，用于远距离控制自动全站仪并传输测量数据；

将自动全站仪整平后，通过观测位于稳定区域的已知点圆棱镜和位于变形区域的转折参考点的360度棱镜，核心控制模块以已知点坐标作为基准坐标系，将各测站以及转折参考点的空间位置信息参数一并解算出来，更新测站定位参数后对待监测点进行三维坐标测量，进一步将各测站测量出的坐标进行坐标转换得到基准坐标系下的坐标，获取在基准坐标系下的各待监测目标点的绝对坐标。

5.根据权利要求4所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，所述的自动全站仪具体配置如下：

根据实际隧道的情况，配置相应数量带自动目标识别与搜索功能的自动全站仪，在测站的位置前后需要保证能够观测得到至少3个已知点或转折参考点，在软件连接仪器前需保证仪器整平并打开倾斜补偿。

6.根据权利要求4所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，所述的自动整平基座用于在隧道中自动全站仪所在测站有可能处于变形量较大的区域时，配合自动全站仪自身的倾斜补偿使得自动全站仪自身测站坐标系的Z轴始终保持铅锤向上。

7.根据权利要求4所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，所述的360度棱镜作为联系前后测站坐标系的纽带，保证两测站的自动全站仪都至少可以观测到3个360度棱镜。

8.根据权利要求4所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，所述的L型小棱镜需固定到隧道壁上待监测特征位置。

9.根据权利要求4所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，在已知点放置圆棱镜，应尽量保证该区域为基准坐标系下的稳定区域，同时为了保证足够多余观测数，在地铁站台附近选点并在隧道首尾的已知点各布置3个已知点圆棱镜，布置位置要尽量均匀分散在临近全站仪的观测视场内。

10.根据权利要求4所述的一种基于全站仪的地铁隧道变形自动监测方法的装置，其特征在于，所述的便携机安装有自动控制全站仪进行定位、监测以及可以进行整体平差解算功能的软件，测量和解算数据保存到本地数据库中，同时也可以展示测量解算的结果并绘制曲线图。