在自動(dòng)化監(jiān)測領(lǐng)域測量機(jī)器人的應(yīng)用探究

作者簡介：聶晶（1984-），女，本科，工程師，主要從事國土土地行業(yè)測繪工作。

摘要： 隨著現(xiàn)代科技的不斷革新和市場經(jīng)濟(jì)需求的不斷提高，在變形監(jiān)測方面的需求與要求提出了新的標(biāo)準(zhǔn)，變形監(jiān)測技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面要求高質(zhì)、高效、高精度，也是未來該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的重要方向。而隨著用于測量的機(jī)器人的誕生，逐步代替人工監(jiān)測實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化變形監(jiān)測，并且能滿足數(shù)據(jù)采集方面的需求。將自動(dòng)測量機(jī)器人與現(xiàn)代技術(shù)有效結(jié)合起來，使得變形監(jiān)測功能日趨豐富、立體、多元化。

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化監(jiān)測領(lǐng)域;測量機(jī)器人;應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】 P2【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）16-0166-02

測量機(jī)器人可替代人工完成相關(guān)測量工作，涉及自動(dòng)搜索、自動(dòng)識(shí)別并跟蹤，以及精確照準(zhǔn)等工作 ，是一種能夠自動(dòng)獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)的電子型全站儀，比如距離、影像和坐標(biāo)等方面的數(shù)據(jù)。據(jù)相關(guān)報(bào)道，國外已經(jīng)研究測量機(jī)器人多年，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，相較于我國，技術(shù)更為成熟，相應(yīng)價(jià)格會(huì)更高。但我國在變形監(jiān)測自動(dòng)化方面的研究也不甘落后，比如我國將自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用到實(shí)處，在1998年期間，曾將自動(dòng)全站儀用于水電站建設(shè)過程中，在邊長交會(huì)實(shí)驗(yàn)中該儀器的測量精度高達(dá)毫米;又比如，在2001年期間，將自動(dòng)檢測儀用于寧波橋體建設(shè)，用于橋索塔的自動(dòng)變形監(jiān)測，用于平面位移的測量，以及沉降變形的監(jiān)測，在精度控制的條件下，滿足變形規(guī)律要求。又比如，在2012年期間，將自動(dòng)測量機(jī)器人用于解決峽谷河道測量等工作，解決了河道測量系統(tǒng)無法在峽谷地區(qū)準(zhǔn)確定位的問題[1]。

1測量機(jī)器人的系統(tǒng)組成

根據(jù)研究資料可以知道，測量機(jī)器人的主要組成部分包括了集成傳感器、操縱器、換能器、計(jì)算機(jī)和控制器、坐標(biāo)系統(tǒng)、閉路控制傳感器、決定制作、目標(biāo)捕獲等內(nèi)容。其中主要的坐標(biāo)系統(tǒng)是由球坐標(biāo)的方式構(gòu)成，所以，在進(jìn)行測量時(shí)望遠(yuǎn)鏡可以進(jìn)行全方位的旋轉(zhuǎn)，可以在儀器縱軸下旋轉(zhuǎn)還可以在水平面上旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)搜索目標(biāo)的功能。集成傳感器顧名思義就是對一系列距離、角度、氣象狀況完成測量。而操縱器主要是實(shí)現(xiàn)對測量機(jī)器人方位的控制。測量機(jī)器人驅(qū)動(dòng)馬達(dá)則需要用到換能器。對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)與停止的命令操作則需要使用計(jì)算機(jī)與控制器。收集到信號(hào)后閉路控制傳感器可以傳遞信號(hào)給操縱器和控制器，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)行動(dòng)的追蹤。最后捕獲目標(biāo)則需要使用螺旋掃描法，可以實(shí)現(xiàn)最佳的捕獲效果。

2測量機(jī)器人的基本原理

所謂測量機(jī)器人就是能夠使用機(jī)器系統(tǒng)代替人類對目標(biāo)進(jìn)行搜索、跟蹤、辨識(shí)到最后獲取目標(biāo)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的全站儀。其中坐標(biāo)數(shù)據(jù)包括角度、距離、三維坐標(biāo)、影像信息等內(nèi)容。作為一項(xiàng)將現(xiàn)代測量科技集合于一身的杰出代表，其能夠?qū)δ繕?biāo)的情況進(jìn)行快速地識(shí)別和分析，并且推斷目標(biāo)的結(jié)果和狀況。測量機(jī)器人可以根據(jù)目標(biāo)的實(shí)際狀況生成數(shù)字圖像，然后再與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相聯(lián)合完成目標(biāo)的追蹤和記錄[2]。

在上世紀(jì)90年代中，我國研究人員就克服了全站儀測量過程中，需要人工輔助的缺點(diǎn)，開啟了自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)在測繪技術(shù)之中的使用。這樣的應(yīng)用一定程度上實(shí)現(xiàn)了全站儀自動(dòng)化與智能化。在研究內(nèi)容中進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別需要經(jīng)歷搜索目標(biāo)、照明目標(biāo)和最后的目標(biāo)數(shù)據(jù)測量三個(gè)主要步驟。整個(gè)過程以人工概略照準(zhǔn)棱鏡啟動(dòng)ATR作為起點(diǎn)，再根據(jù)以上三個(gè)步驟進(jìn)行準(zhǔn)確的測量工作。在測量過程中，搜索得到的目標(biāo)會(huì)通過棱鏡反射到傳感器中，最終形成照光點(diǎn)，而如果出現(xiàn)棱鏡中心與光點(diǎn)坐標(biāo)不合的情況時(shí)就會(huì)導(dǎo)致得到的計(jì)算量發(fā)生偏離。這個(gè)時(shí)候測量望遠(yuǎn)鏡就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)來提高照準(zhǔn)速度[3]。

根據(jù)以上內(nèi)容，我們可以把測量機(jī)器人的基本原理表達(dá)為通過啟動(dòng)ATR，然后使用觀測棱鏡進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，照準(zhǔn)之后發(fā)射目標(biāo)激光傳感器，在捕獲激光反射回來的反光點(diǎn)之后，通過反光點(diǎn)計(jì)算測量目標(biāo)的長度，如果望遠(yuǎn)鏡中心與臨近中心重合時(shí)，表示數(shù)據(jù)獲取符合標(biāo)準(zhǔn)。測量機(jī)器人將會(huì)將測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

3系統(tǒng)需求分析

3.1項(xiàng)目管理

在以前監(jiān)測項(xiàng)目數(shù)據(jù)的保存方法通常為文件和文件夾。這樣的保存方法有很大的弊端，容易在保存的過程當(dāng)中使文件遺失。在新的時(shí)期，這樣的保存方法已經(jīng)無法適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新需求，必須要將保存方法轉(zhuǎn)變?yōu)轫?xiàng)目形式的保存方法，并將項(xiàng)目儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。淺層當(dāng)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被詳細(xì)保存，基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)、原始觀測數(shù)據(jù)與結(jié)果數(shù)據(jù)等應(yīng)當(dāng)被詳細(xì)記錄，從而為數(shù)據(jù)分析工作打下良好的基礎(chǔ)，并在數(shù)據(jù)監(jiān)測的過程當(dāng)中不斷積累經(jīng)驗(yàn)。

3.2自動(dòng)測量

在基坑監(jiān)測環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行多次的重復(fù)觀測。這就要求作業(yè)人員反復(fù)在立尺之間移動(dòng)。因此，系統(tǒng)軟件應(yīng)當(dāng)具備自動(dòng)觀測監(jiān)測點(diǎn)的能力。機(jī)器人還應(yīng)當(dāng)更加智能地處理監(jiān)測過程當(dāng)中遇到的障礙，自動(dòng)跳過被遮擋的監(jiān)測點(diǎn)，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)重新完成測量，或是在下一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)測。

3.3安全預(yù)警

在以往的監(jiān)測工作當(dāng)中，需要作業(yè)人員手動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)當(dāng)中，并開展對比工作。而如果基坑變形速度較快的話，作業(yè)人員就很難在第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警，導(dǎo)致最佳報(bào)警時(shí)機(jī)被錯(cuò)過。這就需要系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)報(bào)警功能。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備測回超限報(bào)警功能。此外，系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)具備自動(dòng)監(jiān)測基坑的相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

4固定式單基站變形監(jiān)測系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不需要人工干預(yù)的監(jiān)測系統(tǒng)，相關(guān)部門使用了固

定式單基站變形監(jiān)測系統(tǒng)，其可以使用一臺(tái)測量機(jī)器人和許多監(jiān)測點(diǎn)共同完成自動(dòng)測量任務(wù)固定式單基站是由基站、基準(zhǔn)點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)所構(gòu)成。其中基站的選擇需要到視野開闊的地區(qū)，并且其作為單基站原點(diǎn)需要具有一定的穩(wěn)定性。而基準(zhǔn)點(diǎn)由于要架設(shè)對中方式的單棱鏡，所以要求其設(shè)定地點(diǎn)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。最后目標(biāo)點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)該是均勻分布在變形體上。相連接的計(jì)算機(jī)和監(jiān)測軟件可以定時(shí)完成數(shù)據(jù)的收集、處理、分析、輸出等步驟。

5移動(dòng)式多基站變形監(jiān)測系統(tǒng)

目前，測量機(jī)器人的測量范圍受到很多其他因素的影響，導(dǎo)致其測量距離不超過1km，影響因素包括ATR最大檢測距離、極坐標(biāo)的精準(zhǔn)度、目標(biāo)被遮擋的實(shí)際狀況等因素。所以

為了不斷擴(kuò)大測量機(jī)器人的測量范圍，技術(shù)部門就使用了可移動(dòng)的多基站變形監(jiān)測系統(tǒng)，

降低了以上因素的影響。此類系統(tǒng)的提升主要是在基站的數(shù)量上進(jìn)行了改變，增加了可以測量的公共范圍，也就實(shí)現(xiàn)了更遠(yuǎn)距離的測量，提高了整個(gè)測量的精度。

6在沈陽華潤火車站西廣場監(jiān)測中的使用

由于火車站所處位置具有不穩(wěn)定的特殊性，所以測量人員將采用固定式單基站變形測量系統(tǒng)進(jìn)行測量工作，將許多地面檢測點(diǎn)和時(shí)間結(jié)合為坐標(biāo)橫軸，然后把累計(jì)沉降量作為數(shù)軸。根據(jù)實(shí)際狀況來繪畫測量點(diǎn)的坐標(biāo)情況。

結(jié)語：

根據(jù)目前科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用程度，測量機(jī)器人的發(fā)展勢在必行，其不斷提高了對目標(biāo)點(diǎn)的測量精度，使用掌上電腦等科學(xué)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，提高了整個(gè)測量行業(yè)的便捷性。測量機(jī)器人與便攜式電腦的結(jié)合，改變了目前測量的體積大、續(xù)航能力差、無法適應(yīng)惡劣情況等缺點(diǎn)，所以我國對于測量機(jī)器人的研究范圍依然在不斷擴(kuò)大。隨著時(shí)代的進(jìn)步，越來越多的測量機(jī)器人會(huì)投入到社會(huì)的測量工作中，實(shí)現(xiàn)我國在測量事業(yè)中的質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)

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