基于測量機器人水利工程沉降變形監(jiān)測精度分析

劉爭

摘要：大壩安全的責任在于泰山，那里大壩安全監(jiān)測作為大壩安全控制的重要手段越來越重要，對安全監(jiān)測技術(shù)提出了更高的要求。地表變形監(jiān)測是我國90%以上大壩的重要安全監(jiān)測項目，也是控制大壩安全的重要手段。監(jiān)視方法包括自動監(jiān)視和手動監(jiān)視，其中現(xiàn)有的常規(guī)變形自動監(jiān)視方法包括真空激光標準化法、制導法、自動垂直法、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)程序等。成本高昂、適應(yīng)性強、不準確或尺寸不足，難以適應(yīng)大壩變形監(jiān)測的要求。本文的主要分析是基于測量機器人對徑流變形變化的精度分析。

關(guān)鍵詞：水利工程;實時監(jiān)測;測量機器人;變形監(jiān)測

引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國大型水利工程建（構(gòu)）筑物越來越普遍，與之而來的沉降變形監(jiān)測顯得尤為重要。現(xiàn)階段重點工程項目中常用的沉降變形監(jiān)測方法主要為精密水準儀測量法，該方法測量精度高，但需耗費大量的人力物力。三角高程測量方法由來已久，觀測方法簡單，受地形限制較小，若將三角高程測量方法應(yīng)用至沉降變形監(jiān)測中，能很好地節(jié)省人力物力，但該方法高程精度受垂直角和測量距離影響較大。

1、系統(tǒng)構(gòu)成

為了分析測量機器人全自動正弦工況如何受到垂直角度和實測距離的影響，本文用地圖測量了測量機器人（TM30）和自發(fā)光照明裝置。該系統(tǒng)組件是LKATM30測量儀，與單個AIO監(jiān)控照明設(shè)備相結(jié)合，可實現(xiàn)全天候無人值守連續(xù)監(jiān)控。這個系統(tǒng)的尺寸要大得多。使用此系統(tǒng)，員工可以更好地評估邊坡是否安全，以及邊坡是否滿足指定的要求。自動監(jiān)控系統(tǒng)的最大測量值為ca。3000m、毫米精度、儀器的靈活性和安全性更高，有效避開危險點，適用于遠距離無接觸監(jiān)測。

1.1TM30測量機器人

測量機器人即為高精度、能自動監(jiān)測的全站儀，其測量原理與全站儀相同。其配有伺服馬達驅(qū)動，在一定的范圍內(nèi)，由系統(tǒng)控制，自動識別目標、追蹤目標并自動記錄觀測數(shù)據(jù)（水平角、垂直角、距離），且其一般配有外接電源，能夠晝夜連續(xù)測量。相比普通全站儀，測量機器人的監(jiān)測精度較高，本文實驗選用徠卡公司的TM30，其測角精度標稱為±0.5″，測距精度標稱為±（1mm+1×10-6D）。且在此儀器的基礎(chǔ)上，對儀器進行實驗檢測，精確確定儀器的差分改正系數(shù)，實現(xiàn)溫度、氣壓、大氣折光等外部條件對測量距離、角度觀測值的實時差分改正，提高觀測的精度。

1.2自制一體式監(jiān)測照準裝置

為了使與TM30配套的棱鏡能和沉降監(jiān)測點一起發(fā)生沉降，本系統(tǒng)制作了塑料套管和金屬連接桿。塑料套管的兩端與監(jiān)測點埋設(shè)鋼筋和金屬連接桿相連，再將金屬連接桿與棱鏡連接。使棱鏡固定在監(jiān)測標石上方，與監(jiān)測點同步下沉。

2、監(jiān)測基準網(wǎng)方法選擇

用于監(jiān)測大壩形成情況的大陸架靜態(tài)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)觀測通常被使用，因為大壩位于高山河谷，兩側(cè)山坡陡峭，山坡傾斜60-70%，在更多條件下使用靜止全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)觀測更加困難。大壩在施工階段和運行初期均按照基準標準進行了監(jiān)測。但是，由于運行點的不穩(wěn)定性和監(jiān)測點的同步問題，很難準確應(yīng)對大壩的變化情況，使得大壩的運行安全更加困難。出于這些原因，大壩結(jié)合笛卡爾量角器，使用高精度測量機器人監(jiān)測基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這是一個測量機器人的例子。測量機器人非常智能和自動化，標稱角度精度±0.5′和測量精度（0.6mm+1 ppm x d），具有自動檢測功能，ATR具有4度角，伺服電機轉(zhuǎn)速180°僅為2.3s，鏡像僅為2.9s，具有1000m的棱鏡自動搜索功能，測量機器人目標棱鏡功能具有以下優(yōu)點：①外部觀測環(huán)境條件較少;②ATR-角度精度為±0.5′③測量距離精度為0.6mm+1x 10-6d;④準確調(diào)整氣象要素;⑤通過自動測量多轉(zhuǎn)測角的程序控制，大大降低了勞動強度，使正常運行時間縮短了9/10倍;⑥全高度觀測是可能的;⑦觀察觀察過程中觀察到的缺陷，超過極限偏差時自動跟蹤;⑧對同一站觀測結(jié)果作出快速反應(yīng)，有效克服外部因素的影響。從而可以有效地應(yīng)對大壩對河流電廠外部監(jiān)控的影響，提高監(jiān)控精度和效率，降低運行難度和成本。

3、測量機器人自動監(jiān)測系統(tǒng)的具體運用

3.1建立科學的監(jiān)測體系

結(jié)合該邊坡的自動監(jiān)測特性，監(jiān)測干事需要確定適當?shù)倪吰卤O(jiān)測范圍，全面了解該區(qū)域邊坡周圍的景觀設(shè)計和水文條件，并有效地使用測量機器人系統(tǒng)進行實時自動監(jiān)測。測量機器人系統(tǒng)主要由測量機器人、棱鏡、監(jiān)控軟件及相關(guān)通信設(shè)備四部分組成。該測量機器人具有極高的精度和3000m的最大測量值，可通過使用自動化全站裝置大大提高邊坡穩(wěn)定遠程監(jiān)控的精度。棱鏡選擇xcal gpr 112棱鏡，并使用Intercard GeoMos專用監(jiān)控軟件對軟件進行監(jiān)控。建立測量機器人自動監(jiān)測科學系統(tǒng)，不僅大大提高邊坡穩(wěn)定監(jiān)測的效率，而且確保最終監(jiān)測結(jié)果準確無誤。邊坡穩(wěn)定監(jiān)測需要科學準備，綜合分析測量機器人系統(tǒng)提交的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動監(jiān)測，以確保邊坡自動化和遠程監(jiān)測的成功實施。

3.2數(shù)據(jù)的快速采集和傳輸

邊坡穩(wěn)定監(jiān)測通過適當建立測量機器人觀測臺，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速采集和傳輸，該觀測臺通常測量測量的次數(shù)、反射鏡的準確位置、間隔和各種通信參數(shù)。通過啟用測量機器人監(jiān)測系統(tǒng)的自動監(jiān)測，測量機器人可以對每個固定監(jiān)測點的三維坐標進行循環(huán)測量，實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性的真正自動監(jiān)測目標。此外，監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效傳輸主要是通過GPRS模塊實現(xiàn)的，用于基于測量機器人自動化系統(tǒng)使用特點的遠程數(shù)據(jù)傳輸。從站發(fā)送到GPRS模塊的信號一經(jīng)發(fā)送，RS232模塊即可快速轉(zhuǎn)換為TCP或IP信號并發(fā)送到特定IP地址，控制服務(wù)器系統(tǒng)和Internet接收模塊之間保持穩(wěn)定的連接，以便高效接收TCP或IP信號數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，使邊坡自動化監(jiān)控人員能夠更好地分析數(shù)據(jù)。

結(jié)束語

采用測量機器人構(gòu)建大壩變形監(jiān)測基礎(chǔ)網(wǎng)，使該裝置功能強大、用戶友好。ATR精度優(yōu)于市場上任何其他儀器，在觀測方面提供了較高的精度，在尾流之間觀測方面提供了較高的速度。從監(jiān)測結(jié)果可見，結(jié)果可靠準確，為及時、準確、科學地分析和預(yù)測大壩變形提供了可靠的數(shù)據(jù)，特別是為峽谷大壩建造了高度精確的基線網(wǎng)。

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