测量机器人在变形监测中的应用

测量机器人在变形监测中的应用

四川永鸿测绘有限公司刘有胜

【摘要】近些年来，随着科技的快速发展，测量机器人的应用也越来越多。其技术发展也越来越先进。测量机器人具有全时工作、偶然误差影响小的特点。在危险的环境里面应用广泛。随着市政建设发展加速、大型基础设施建设、精密安装工程的快速发展。测量机器人将会产生更广的应用。这其中就主要体现在变形监测方面。

1.测量机器人

现在的测量机器人实际上是一台自动全站仪。它主要包括坐标系统、操纵器、换能器、计算机和控制器、闭路控制传感器、决定制作、目标捕获和集成传感器等几大部分。这其中最关键的技术应该属于操纵器。操纵器主要实现控制机器人的自动获取数据以及获取数据是的设备状态。

测量机器人的坐标系统为球面的坐标系统，在水平面上可以实现360度、纵坐标范围内180度的范围内寻找目标。这个只是理想的状态。除去机器人基座部分以及观测距离内的倾角范围。实际纵向一般在130度左右。

操纵器控制机器人的旋转。包括水平的和垂直的旋转。由计算机控制器和闭路控制传感器来传达指令给操纵器。操纵器按照指令完成旋转。

决定制作主要用于发现目标, 如采用模拟人识别图像的方法(称试探分析)

或对目标局部特征分析的方法(称句法分析) 进行影像匹配。现在大部分的做法是在目标上设置一定数量的棱镜。用棱镜替代观测目标。

目标获取用于精确地照准目标, 常采用开窗法、阀值法、区域分割法、回光信号最强法以及方形螺旋式扫描法等；集成传感器包括采用距离、角度、温度、气压等传感器获取各种观测值。由影像传感器构成的视频成像系统通过影像生成、影像获取和影像处理, 在计算机和控制器的操纵下实现自动跟踪和精确照准目标, 从而获取物体或物体某部分的长度、厚度、宽度、方位、2 维和3 维坐标等信息, 进而得到物体的形态及其随时间的变化。

2.变形监测

变形监测主要涉及大型的水利工程、工程实施中的精密工程、地质灾害、水文变化等方面。最常见的主要为大型水利工程以及地址灾害监测。特别是近年来

四川地质灾害、地震频发。这方面的应用较为广泛。

根据《工程测量规范GB 50026-2007》，变形监测是指对建构筑物及其地基、建筑基坑或一定范围内的岩体及土体的位移、沉降、倾斜、挠度、裂缝和相关影响因素（如地下水、温度、应力应变等）进行监测，并提供变形分析预报的过程。

变形监测的内容，应根据变形体的性质和地基情况决定。对水利工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物(如大坝)内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，必须将内、外观测资料结合起来进行分析。

3.学习测量

任何智能的设备均需要有一定的规则，就比如说计算机的运行。必须有一个规范的操作系统。测量机器人也一样，在机器人正式开始工作之前。应该为机器人设计一套符合观测目标及目的的一套完整性较强的观测规则。这就需要进行学习测量。

学习测量字面上的意思就是学习如何对目标进行观测以及如何观测最省时省力、最科学、精度最高。就算是一个人也需要进行学习测量。

学习测量为以后的重复观测制定了一个全面的完善的观测规则。

按照学习测量取得的成果，对机器人进行相关的参数设置。按照相关的参数以及观测目的设置操纵器的旋转方案。比如观测间隔、观测方法、数据备份、主要的观测方向等。

4.机器人配置

为了顺利的完成整个的观测任务，必须给机器人以后勤保障：

第一：电源问题，大部分的变形观测项目均为野外。要保证机器人有稳定持续的地理供应。在电力故障时应该有相应的保障机制，比如启动后备电源UPS

或者是备用电力线路供应。

第二;由于变形观测是一项长期的数据观测，会产生较大的数据量。应该有完善的数据管理系统。最好提供无线方式的数据传输。实时对数据进行管理。或者是有备用硬盘。

第三：应该有完善的机器人安装环境。机器人安装台座应该是稳定的，其观

测环境应该有避雷、避雨的相关设施。

5.获取数据

主要有有线的无线方式获取机器人重复观测获取的数据。准确记录观测值的时间点。因为变形观测主要的目的就是对各个时间段的数据进行分析处理，建立相对应的模型，然后对变形值进行相关的分析。

有线方式：在较短的距离内可以采用有线方式进行数据传输，可以手动下载数据。也可以自动的按时间进行数据下载。这种方式获取数据效率比较高。但是受数据传输线长度的限制。

无线方式：可以采用CDMA、GSM、GPRS等方式进行数据传输。这种方式理论上来说没有距离的限制。但是受天气、信号干扰等的影响。数据传输效率不高。安全性能也不高。

6.结论

测量机器人可以实现全天候、危险环境、测量数据误差一致等特性。在变形观测中具有重大的实际应用意义。能够获取大量的短时间内的重复数据。并且其获取的数据相对误差均一致。可以大大提升外业观测的精度及进度。测量机器人属于一个特定的装备。其装备本身的精度以及配套设备的质量将决定该设备的性能。比如：在外业观测中，因条件限制。机器人的电源解决方案，机器人本身存储数据的能力等都将制约机器人的测量工作。