測(cè)量機(jī)器人在基坑監(jiān)測(cè)中的研究

車 軼，車 軒

（南京南大巖土工程技術(shù)有限公司，江蘇南京 210000）

在建筑工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，通常需要開(kāi)挖大型基坑。因此，為保證施工質(zhì)量，務(wù)必要加強(qiáng)對(duì)基坑的重視，最好基坑的監(jiān)測(cè)工作。實(shí)踐得知，在基坑監(jiān)測(cè)期間，合且高效的利用測(cè)量機(jī)器人，可以提高監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度和質(zhì)量，也能從整體的角度上對(duì)基坑監(jiān)測(cè)外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行降低。因而，為確?；颖O(jiān)測(cè)工作能穩(wěn)定開(kāi)展，利用測(cè)量機(jī)器人很有必要。

1 測(cè)量機(jī)器人概述

自20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，測(cè)量機(jī)器人就得到了良好發(fā)展，通過(guò)進(jìn)一步的分析可知，測(cè)量機(jī)器人主要可以分為三種類型。

（1）將反射棱鏡作為主要的合作目標(biāo)，稱為被動(dòng)式三角測(cè)量。將這種類型有效的應(yīng)用于基坑監(jiān)測(cè)中，能夠有效的提高監(jiān)測(cè)的水平和效果。

（2）將結(jié)構(gòu)光作為照準(zhǔn)標(biāo)志，由電子經(jīng)緯儀等組成。在實(shí)際的基坑監(jiān)測(cè)期間，通過(guò)對(duì)空間前方角度交會(huì)法的科學(xué)利用，精準(zhǔn)明確被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。對(duì)于這種模式來(lái)說(shuō)，也可以稱之為主動(dòng)式三角測(cè)量[1]。

（3）不需要合作目標(biāo)，可以結(jié)合物體的特征點(diǎn)以及紋理等，利用影像處理的手段，自動(dòng)的識(shí)別以及匹配標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)，并借助空間前方交會(huì)的原理，將物體的坐標(biāo)以及形狀精準(zhǔn)的獲取[2]。

2 測(cè)量機(jī)器人基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量機(jī)器人基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成

在具體的基坑監(jiān)測(cè)過(guò)程中，對(duì)于測(cè)量機(jī)器人的應(yīng)用，可以借助其中涵蓋的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別功能，同時(shí)應(yīng)用測(cè)量機(jī)器人所提供的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，最終完成基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中，對(duì)于硬件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是由基站、參考系以及目標(biāo)點(diǎn)等共同組合而成?；镜淖饔檬怯脕?lái)架設(shè)儀器，對(duì)通視條件的要求相對(duì)較高，必須要非常良好[3]。并且，目標(biāo)點(diǎn)與儀器的距離控制上，應(yīng)該全部處于觀測(cè)范圍內(nèi)，盡可能的選擇穩(wěn)定的地方。參考系實(shí)際是由一系列的參考點(diǎn)組合形成。在監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展期間，參考點(diǎn)需要對(duì)起算基準(zhǔn)展開(kāi)合理的監(jiān)測(cè)。通常而言，布設(shè)為控制網(wǎng)，至少要在三個(gè)以上，透視條件應(yīng)該滿足相應(yīng)的要求和規(guī)范。目標(biāo)點(diǎn)要在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，密度可以結(jié)合具體的監(jiān)測(cè)要求來(lái)制定，但是務(wù)必要確保與儀器能夠處于一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.2 測(cè)量機(jī)器人基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件組成

通常情況下，基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由控制模塊數(shù)據(jù)、處理模塊等共同組合而成。其中，對(duì)于數(shù)據(jù)采集模塊來(lái)說(shuō)，可以達(dá)到無(wú)人值守的目的，在規(guī)定的時(shí)間，甚至可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，大大緩解工作人員的工作壓力，也促進(jìn)工作效率的提高[4]。并且，在儀器上建立機(jī)房監(jiān)測(cè)網(wǎng)工作基點(diǎn)，自動(dòng)的進(jìn)行搜索和測(cè)量。對(duì)于控制模塊而言，主要是初始學(xué)習(xí)測(cè)量點(diǎn)位，自動(dòng)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于這一模塊而言，實(shí)時(shí)性相對(duì)較強(qiáng)，自動(dòng)化的程度非常高。數(shù)據(jù)處理模塊在具體的應(yīng)用過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的目的，及時(shí)且高效的傳輸數(shù)據(jù)，綜合的分析，精準(zhǔn)的判斷。當(dāng)所獲得的數(shù)據(jù)全部合格以后，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的合理運(yùn)用，將觀測(cè)數(shù)據(jù)直接存到遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3 測(cè)量機(jī)器人在基坑監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用分析

在本次的研究過(guò)程中，主要對(duì)科舉博物館案例項(xiàng)目展開(kāi)監(jiān)測(cè)。中國(guó)科舉博物館及周邊配套一期項(xiàng)目Ⅱ區(qū)工程位于南京市平江府路與貢院街交匯處西北角。本工程分兩期施工，一期位于項(xiàng)目南側(cè)，一期分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)。其中本次監(jiān)測(cè)工作一期Ⅱ區(qū)基坑總面積約4600m2，周長(zhǎng)。本工程四層地下室，基底標(biāo)高-19.800，基坑開(kāi)挖深度為19.60m。安全等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)1.1。基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)按一級(jí)考慮。

對(duì)于這一項(xiàng)目，具體的施工環(huán)境十分復(fù)雜，在實(shí)際的開(kāi)挖過(guò)程中，需要每三個(gè)小時(shí)才進(jìn)一次基坑邊坡的變形信息采集，如果利用常規(guī)的手段來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)測(cè)繪，工作強(qiáng)度相對(duì)較大，效率也相對(duì)較低。所以，為了能有效地提高工作質(zhì)量，保證監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性，本工程項(xiàng)目主要對(duì)TopconMS05A 自動(dòng)全站儀配合反射裝置以及監(jiān)測(cè)軟件進(jìn)行了應(yīng)用，并強(qiáng)化了對(duì)測(cè)量機(jī)器人的使用，有針對(duì)性的對(duì)基坑展開(kāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，具體的工作流程如下：

表1 測(cè)量機(jī)器人點(diǎn)位測(cè)量坐標(biāo)檢核統(tǒng)計(jì)

（1）基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)。在具體的基坑監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展過(guò)程中，可以在基坑周邊開(kāi)挖影響范圍外穩(wěn)定的位置，有針對(duì)性地對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)墩進(jìn)行布設(shè)。并且結(jié)合工程的實(shí)際建設(shè)情況，可以布設(shè)四個(gè)觀測(cè)墩[5]。同時(shí)，依照施工情況，保證每一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)兩個(gè)方向以上通視，安排專門的人員定期的進(jìn)行檢驗(yàn)，能夠?qū)鶞?zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)定，以便能為基坑監(jiān)測(cè)工作的穩(wěn)定進(jìn)行提供保障。

（2）參考點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的布設(shè)。在對(duì)參考點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的過(guò)程中，可以對(duì)反射片的形式進(jìn)行合理的利用，并結(jié)合工程的具體建設(shè)情況，盡可能選擇周邊樓體穩(wěn)固的位置，科學(xué)的對(duì)反射片形式放置，以保證全站儀學(xué)習(xí)記憶以及精度檢測(cè)工作在開(kāi)展階段，可以高效的對(duì)其進(jìn)行利用。同時(shí)，針對(duì)目標(biāo)點(diǎn)而言，在基坑斷面以25m 間隔進(jìn)行布設(shè)，基坑中段與應(yīng)變較大的位置，可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行加密，將膨脹螺絲焊接小棱鏡合理的在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中植入。此外，針對(duì)小棱鏡反射面，其朝向應(yīng)該對(duì)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)。在實(shí)際的施工作業(yè)進(jìn)行以及開(kāi)展階段，需要加強(qiáng)對(duì)測(cè)點(diǎn)位的重視，能夠利用合理的辦法，加大對(duì)其的保護(hù)力度。

在自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展期間，應(yīng)該新建監(jiān)測(cè)工程數(shù)據(jù)文件，并對(duì)TopconMS05A 進(jìn)行合理的應(yīng)用，有效的對(duì)目標(biāo)點(diǎn)以及參考點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。同時(shí)，對(duì)測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行科學(xué)的利用，用來(lái)學(xué)習(xí)記憶，而后設(shè)定全站儀，自動(dòng)搜索以及存儲(chǔ)。在工作過(guò)程中，每隔3h 通過(guò)RS232 接口來(lái)將觀測(cè)數(shù)據(jù)下載下來(lái)，并通過(guò)Top Monitor 自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)軟件，有效對(duì)基坑動(dòng)態(tài)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，精準(zhǔn)的進(jìn)行分析，以保證水平位移以及垂直位移能夠?qū)崿F(xiàn)同步監(jiān)測(cè)目標(biāo)，可以同時(shí)將數(shù)據(jù)信息輸出[6]。

以JH01-JH05 參考點(diǎn)反射片坐標(biāo)作為檢核，在利用測(cè)量機(jī)器人開(kāi)展基坑監(jiān)測(cè)工作期間，需要對(duì)監(jiān)測(cè)的精度嚴(yán)格評(píng)定，具體統(tǒng)計(jì)情況如表1 所示。通過(guò)對(duì)表1 的進(jìn)一步分析可以明確，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位平面坐標(biāo)偏差均值全部都是0.31mm。而對(duì)于垂直高程來(lái)說(shuō)，偏差的均值則為0.34mm。并且，在點(diǎn)位精準(zhǔn)度層面，具有較強(qiáng)的均勻性，精準(zhǔn)性非常高，能夠滿足技術(shù)設(shè)計(jì)的具體要求，也可以達(dá)到相關(guān)規(guī)范的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。

4 測(cè)量機(jī)器人在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用注意事項(xiàng)分析

為了能夠有效促進(jìn)基坑監(jiān)測(cè)水平以及質(zhì)量的提高，在對(duì)測(cè)量機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該加大注意，嚴(yán)格的依照規(guī)范進(jìn)行。

（1）通常情況下，在布設(shè)圍護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及豎向位移的監(jiān)測(cè)點(diǎn)期間，必須要處于同一點(diǎn)。在實(shí)際的布設(shè)過(guò)程中，需要每隔20～25m 來(lái)對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)。并且，結(jié)合具體的工程施工現(xiàn)場(chǎng)，依照工程實(shí)際現(xiàn)狀，有針對(duì)性的對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，以保證通視的情況下，能夠作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)加以監(jiān)測(cè)，進(jìn)而讓監(jiān)測(cè)可以具有較強(qiáng)的連續(xù)性特點(diǎn)。

（2）在對(duì)臨近道路以及地表沉降布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境的重視，能夠多加考量，合理的進(jìn)行布設(shè)。同時(shí)，在自動(dòng)觀測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的學(xué)習(xí)期間，應(yīng)該科學(xué)選擇棱鏡類型。當(dāng)利用鋼狀標(biāo)志來(lái)開(kāi)展測(cè)量工作期間，由于標(biāo)志的埋設(shè)不能完全豎直。所以，在對(duì)棱鏡進(jìn)行安置的過(guò)程中，不可避免會(huì)存在偏差。對(duì)此，在基坑監(jiān)測(cè)階段，必須要加強(qiáng)對(duì)這一層面的關(guān)注。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合而言，與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀和全站儀不同，對(duì)于測(cè)量機(jī)器人來(lái)說(shuō)，具備的優(yōu)勢(shì)非常多，除了一些基本的優(yōu)點(diǎn)之外，還包含自動(dòng)化功能，能夠從整體的角度上提升測(cè)量精準(zhǔn)度。并且，在基坑監(jiān)測(cè)中，測(cè)量機(jī)器人也能節(jié)約測(cè)量的時(shí)間，規(guī)避了因?yàn)槿藶橐蛩囟鴮?dǎo)致誤差出現(xiàn)的情況，大大促進(jìn)了工作效率和質(zhì)量的提高。同時(shí)，因?yàn)榛颖O(jiān)測(cè)對(duì)精準(zhǔn)度的要求較高。所以，利用測(cè)量機(jī)器人對(duì)基坑進(jìn)行位移、沉降監(jiān)測(cè)，可以在第一時(shí)間提供的反饋信息，保證了監(jiān)測(cè)時(shí)效性。