徠卡機(jī)器人在水庫大壩監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探索

周鵬+王曉云

摘要：目前我國國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)不斷應(yīng)用在各行各業(yè)中，徠卡TM30精密監(jiān)測(cè)機(jī)器人技術(shù)眼界高遠(yuǎn)、細(xì)致入微。幾十年來，徠卡測(cè)量系統(tǒng)在精密監(jiān)測(cè)領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，綜合了長距離的自動(dòng)精確照準(zhǔn)、數(shù)字化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)角精度滿足了最高精度的測(cè)量要求。文章探討了徠卡機(jī)器人在水庫大壩監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：徠卡機(jī)器人；水庫大壩；大壩監(jiān)測(cè)；水利工程；徠卡測(cè)量系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TV698 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0055-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.028

近年來，我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)器人也逐漸走入到工程建設(shè)中，隨著人們生活水平的提高，我國越來越重視基礎(chǔ)設(shè)施的施工建設(shè)，基礎(chǔ)工程的設(shè)施也越來越先進(jìn)、越來越完善。在許多工程項(xiàng)目中其施工建設(shè)與工作運(yùn)行監(jiān)測(cè)也越來越受到重視，在我國水庫大壩的工程項(xiàng)目中其建設(shè)施工與運(yùn)行監(jiān)測(cè)嚴(yán)重影響著水庫大壩的質(zhì)量與工作運(yùn)行安全，徠卡機(jī)器人憑借先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和豐富的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)被廣泛地應(yīng)用在水庫大壩的監(jiān)測(cè)工作中，徠卡機(jī)器人摒棄了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的限制，在大壩監(jiān)測(cè)工作中使用了大量的先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，為我國水電行業(yè)的發(fā)展做出了自己的貢獻(xiàn)。

1 徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)技術(shù)簡述

20世紀(jì)初，在測(cè)量界誕生了引起轟動(dòng)的光學(xué)經(jīng)緯儀T3。在以后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有著高品質(zhì)與高精度高的特征，并且研制出來了更加精準(zhǔn)的測(cè)量儀。目前，徠卡TM30精密監(jiān)測(cè)機(jī)器人全面替代已經(jīng)“光榮退休”的TCA1800、TCA2003綜合性能并超越其50%，適用于現(xiàn)在及未來的各行各業(yè)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。徠卡TM30測(cè)量儀器的精度非常高，速度也非?？?，有著自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，可以保證該測(cè)量儀連續(xù)不斷的工作運(yùn)行下去，就算是被監(jiān)測(cè)的事物有著非常細(xì)小的變化也能夠發(fā)現(xiàn)。徠卡TM30測(cè)量儀具備多種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，例如小視場、數(shù)字影像采集等，有了這些先進(jìn)的技術(shù)徠卡TM30監(jiān)測(cè)儀所能監(jiān)測(cè)到的范圍就大大增加了，可以適用于各種類型的水庫大壩監(jiān)測(cè)。徠卡TM30監(jiān)測(cè)儀自身所具備的一些優(yōu)點(diǎn)可以連續(xù)不斷的一年，每天24小時(shí)的不間斷自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，且確保所采集數(shù)據(jù)的高質(zhì)量和高可靠性，即使在無人值守的惡劣環(huán)境，也無所畏懼。

2 水庫大壩監(jiān)測(cè)的重要性

水是生命之源，離開水是無法生存下去的，在污染如此嚴(yán)重的現(xiàn)在，如何充分利用水資源，改造水環(huán)境是非常重要的。利用水資源其中重要的一項(xiàng)就是修建水庫，水庫可以蓄水，不僅僅可以調(diào)節(jié)水量，也可以進(jìn)行水利發(fā)電，還可以對(duì)周圍的農(nóng)田進(jìn)行灌溉，防水防澇，也可以養(yǎng)魚等，使得水資源得以充分的利用。根據(jù)資料得知我國水庫水壩數(shù)量是世界第一，在實(shí)際的工作運(yùn)行中由于各方面因素影響，至今我國大約有3000多座水庫出現(xiàn)潰壩現(xiàn)象，生命財(cái)產(chǎn)遭到了嚴(yán)重的損失，生態(tài)也遭到了嚴(yán)重的破壞。水庫大壩安全穩(wěn)定的運(yùn)行關(guān)系著國計(jì)民生，水庫大壩監(jiān)測(cè)必須要重視起來，水庫大壩監(jiān)測(cè)主要是對(duì)壩肩、壩體和近壩區(qū)岸坡以及大壩周圍的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一般來說主要是儀器觀測(cè)與人工檢查監(jiān)視，并且通過合理的計(jì)算分析，對(duì)水庫大壩工作運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，對(duì)水庫大壩未來的狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)測(cè)，確保水庫大壩可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 徠卡機(jī)器人在水庫大壩監(jiān)測(cè)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 ATR技術(shù)

運(yùn)用徠卡獨(dú)創(chuàng)的ATR技術(shù)，TM30更適用于遠(yuǎn)距離、全天候的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。長距離自動(dòng)精確照準(zhǔn)測(cè)量棱鏡的時(shí)候，其測(cè)程非常廣，可以達(dá)到3000米的作用，并且精度也非常高，大大提高了檢測(cè)儀的監(jiān)測(cè)半徑，并且降低了儀器設(shè)置站之間間隔條件，規(guī)避了危險(xiǎn)的站點(diǎn)，進(jìn)而保證了測(cè)量儀器的安全，特別是大型的水庫大壩工程項(xiàng)目，其大大降低了成本。在測(cè)量點(diǎn)時(shí)，監(jiān)測(cè)儀器的影像數(shù)據(jù)采集功能能夠拍攝到影像數(shù)據(jù)并且加以保存。

3.2 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)與異型拋物鏡面?zhèn)鬏敿夹g(shù)

徠卡將壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)與異型拋物鏡面?zhèn)鬏敿夹g(shù)運(yùn)用于TM30全站儀，以市場無與倫比的速度來搜索監(jiān)測(cè)目標(biāo)，其智能識(shí)別功能可以儀器在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，依然可以確保其測(cè)量精度最優(yōu)，確保測(cè)量數(shù)據(jù)更加高效可靠。使用徠卡機(jī)器人來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)出來的數(shù)據(jù)會(huì)更加真實(shí)可靠，還可以保存下來，并且能夠通過電纜光纖、網(wǎng)絡(luò)或者電信將數(shù)據(jù)計(jì)算出來。TM30使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使儀器不僅轉(zhuǎn)速快而且噪聲低，更抗磨損而經(jīng)久耐用，即使在極端惡劣的環(huán)境下，TM30仍能正常工作。智能配電管理系統(tǒng)以及壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)共同確保儀器實(shí)現(xiàn)高精度的同時(shí)，也可達(dá)到低更能耗、更長的免維護(hù)期、更低的維護(hù)成本，有效地提高生產(chǎn)效率。

4 徠卡機(jī)器人在水庫大壩中的應(yīng)用

徠卡機(jī)器人全天候工作無間歇，TM30全站儀滿足24小時(shí)×7天每周不間斷的監(jiān)測(cè)任務(wù)要求：不受野外較大溫差和風(fēng)雨、沙塵天氣的影響，更不受白天黑夜的限制，完全適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。TM30與GeoMos結(jié)合提供完整監(jiān)測(cè)系統(tǒng)徠卡TM30與徠卡GeoMos自動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件無縫連接成為完整監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完成任何監(jiān)測(cè)任務(wù)。

4.1 徠卡機(jī)器人的性能參數(shù)

（1）能見度一般可以達(dá)到40公里；（2）監(jiān)測(cè)里程可以達(dá)到1000米；（3）當(dāng)監(jiān)測(cè)物在陰影里面，其監(jiān)測(cè)的距離可以達(dá)到500米以上。

4.2 徠卡機(jī)器人的增加功能

測(cè)量機(jī)載軟件目前可安裝于徠卡最新的TS02、TS06、TS09、TS30、TM30全站儀內(nèi)，并增加了如下功能：（1）輸入里程、偏差可計(jì)算坐標(biāo)并自動(dòng)保存；（2）根據(jù)坐標(biāo)反算出里程、偏離中線距離、偏離設(shè)計(jì)標(biāo)高高差；（3）輸入里程、偏差可自動(dòng)放樣任意設(shè)施點(diǎn)，線路加寬時(shí)可輸入偏距進(jìn)行改正；（4）斷面測(cè)量機(jī)載自動(dòng)分析后，現(xiàn)場激光自動(dòng)指向超欠挖處等功能。

徠卡機(jī)器人功能增加后會(huì)變得非常厲害，能夠適用于各種類型的曲線，也可以監(jiān)測(cè)不同類型結(jié)構(gòu)各異的水庫大壩，把水庫大壩所有的數(shù)據(jù)信息輸入到徠卡機(jī)器人中，以便解決水庫大壩施工建設(shè)中有可能發(fā)生的各種

問題。

4.3 使用徠卡機(jī)器人檢測(cè)比較方便

徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入方式非常靈活，可以將所有的數(shù)據(jù)信息直接輸入到徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)儀器當(dāng)中，也可編輯好之后再傳輸?shù)綇瓶C(jī)器人上，其軟件的操作程序非常簡單清楚，每項(xiàng)監(jiān)測(cè)流程幾乎都可以一鍵完成，每個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)信息可以做到無縫連接，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息可以通過數(shù)據(jù)分析模塊直接處理。

4.4 徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)的結(jié)果比較精確

徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息非常精準(zhǔn)，徠卡機(jī)器人的設(shè)計(jì)適用于各種曲線，其測(cè)量出來各種數(shù)據(jù)信息的精度非常高，甚至可以達(dá)到毫米。徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)比較經(jīng)濟(jì)高效，系統(tǒng)可以進(jìn)行各種情況的監(jiān)測(cè)工作，從而節(jié)約大量的人力物力。

4.5 徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)的技術(shù)參數(shù)

（1）能見度一般可以達(dá)到40公里；（2）監(jiān)測(cè)的里程可以達(dá)到1000米；（3）當(dāng)監(jiān)測(cè)物在陰影里面，其監(jiān)測(cè)的距離可以達(dá)到500米以上。

4.6 徠卡機(jī)器人的測(cè)量技術(shù)

徠卡機(jī)器人的研發(fā)是具有前瞻性的，非常適合現(xiàn)實(shí)與未來使用，其監(jiān)測(cè)的精確度非常高，在水庫大壩監(jiān)測(cè)中起到了非常大的作用。徠卡TM30全站儀有0.5″及1″可供選擇，確保每次測(cè)量的高可靠性。TM30變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TM30變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究采用設(shè)站觀測(cè)法，建立以TM30測(cè)量機(jī)器人為主體的變形。TS30和TM30區(qū)別徠卡TM30監(jiān)測(cè)機(jī)器人是專為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)，擁有高精度、高可靠性和堅(jiān)實(shí)耐用的特點(diǎn)，其長距離自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，有利于提高監(jiān)測(cè)半徑，避開危險(xiǎn)站點(diǎn)，可以為監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。徠卡各系列全站儀ATR視場角相比較而言，TS30與TS15卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到TM30的效果，差了三倍，如正常視場角。現(xiàn)在許多水庫大壩監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用徠卡測(cè)量機(jī)器人TM30型全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)方式報(bào)告方法主要有三種：GPS-RTK技術(shù)、邊坡監(jiān)測(cè)機(jī)器人（TM30全站儀）和邊坡監(jiān)測(cè)雷達(dá)。徠卡TM30與徠卡GeoMos自動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件無縫連接成為完整監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完成任何監(jiān)測(cè)。邊坡監(jiān)測(cè)采用測(cè)量機(jī)器人（徠卡TM30全站儀）與徠卡GeoMos監(jiān)測(cè)軟件組成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一套，其具有自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)的ATR功能，能夠自動(dòng)搜索，照準(zhǔn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)角度和距離。使用徠卡TM30機(jī)器人測(cè)量儀器對(duì)水庫大壩進(jìn)行檢測(cè)，可以利用平差數(shù)學(xué)模型來計(jì)算邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

5 結(jié)語

總而言之，在水庫大壩監(jiān)測(cè)中使用徠卡機(jī)器人可以對(duì)大壩實(shí)施全方位的監(jiān)測(cè)，徠卡機(jī)器人可以在惡劣的氣候條件下對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全天候無間斷的監(jiān)測(cè)，并且還可以自動(dòng)記錄儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息，有效降低由于人為因素引起的誤差，進(jìn)而提高了水庫大壩工作運(yùn)行的效率，使監(jiān)測(cè)工作更加精準(zhǔn)，保證水庫大壩安全穩(wěn)定的運(yùn)行，大大提高人們的工作生活水平。

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作者簡介：周鵬（1977-），女，江西武寧人，供職于國網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠，研究方向：大壩安全監(jiān)測(cè)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）