建筑工程施工測量16測量機(jī)器人測量自動化

1、一 測量機(jī)器人概述,1 測量機(jī)器人定義,測量機(jī)器人是一種能代替人進(jìn)行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀。它是現(xiàn)代多項高技術(shù)集成應(yīng)用于測量儀器制造領(lǐng)域的最杰出的代表，測量機(jī)器人通過CCD影像傳感器和其它傳感器對現(xiàn)實測量世界中的“目標(biāo)”進(jìn)行識別，迅速作出分析、判斷與推理，實現(xiàn)自我控制，并自動完成照準(zhǔn)、讀數(shù)等操作，以完全代替人的手工操作。測量機(jī)器人再與能夠制訂測量計劃、控制

2、測量過程、進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理與分析的軟件系統(tǒng)相接合，完全可以代替人完成許多測量任務(wù)。,Leica TCA2003 型測量機(jī)器人,2 測量機(jī)器人組成,測量機(jī)器人由八大部分組成：坐標(biāo)系統(tǒng)操縱器換能器計算機(jī)和控制器閉路控制傳感器決定制作目標(biāo)捕獲集成傳感器,3 測量機(jī)器人分類,測量機(jī)器人可分為三類：被動式三角測量或極坐標(biāo)法測量 在被測物體上設(shè)置標(biāo)志, 主要是以反射棱鏡為合作目標(biāo)。主動式三角測量 以結(jié)構(gòu)光作為

3、照準(zhǔn)標(biāo)志, 由兩臺帶步進(jìn)馬達(dá)和CCD 傳感器的視頻電子經(jīng)緯儀和計算機(jī)組成，通過空間前方角度交會法來確定被測點的坐標(biāo)。 無合作目標(biāo)測量 第三種不需要合作目標(biāo), 根據(jù)物體的特征點、輪廓線和紋理, 用影像處理的方法自動識別、匹配和照準(zhǔn)目標(biāo),采用空間前方交會的原理獲取物體的三維坐標(biāo)及形狀。,極坐標(biāo)法測量原理,前方交會法測量原理,4 測量機(jī)器人的測量原理,測量機(jī)器人在工程建筑物變形自動化監(jiān)測中的應(yīng)用,1 概 述,在工程建筑物

4、的變形自動化監(jiān)測方面，測量機(jī)器人正漸漸成為首選的自動化測量技術(shù)設(shè)備，而Leica測量機(jī)器人則以其高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性等非凡的品質(zhì)，贏得了多數(shù)用戶的青睞。利用測量機(jī)器人進(jìn)行工程建筑物的自動化變形監(jiān)測，一般可根據(jù)實際情況采用兩種方式：一種是固定式全自動變形監(jiān)測系統(tǒng)；另一種是移動式網(wǎng)觀測及自動化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。測量機(jī)器人參觀教學(xué)實習(xí)是以參觀為主的一次教學(xué)實習(xí)，將以Leica測量機(jī)器人為例參觀測量機(jī)器人基于以上兩種方式的變形監(jiān)測應(yīng)用。,2

5、 固 定 式 全 自 動 變 形 監(jiān) 測,固定式全自動變形監(jiān)測是指在測站上建立測量機(jī)器人監(jiān)測房，配設(shè)供電、控制、計算、通信裝置，且每個被監(jiān)測的目標(biāo)點上配設(shè)專門的反射棱鏡，進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。 針對這種模式的變形監(jiān)測工作，配置有測量機(jī)器人變形監(jiān)測自動化軟件系統(tǒng)。,固定式全自動變形監(jiān)測模式（一）,固定式全自動變形監(jiān)測模式（二）,固定式全自動變形監(jiān)測模式（三）,3 移 動 式 網(wǎng) 觀 測,在每個測量機(jī)器人測站上

6、對目標(biāo)監(jiān)測點作周期觀測，每個觀測周期根據(jù)要求可設(shè)計為數(shù)小時到數(shù)天，周期之間的間隔時間可設(shè)地為一周、一旬或一月乃至數(shù)月。 針對這種模式的變形監(jiān)測工作，配置有移動式網(wǎng)觀測機(jī)載軟件以及自動化數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。,移動式網(wǎng)觀測模式示意圖,三 固定式全自動變形監(jiān)測系統(tǒng)概述,1 系 統(tǒng) 概 述,測量機(jī)器人變形監(jiān)測自動化軟件系統(tǒng)Geo_DAMOS（Georobot Deformation Automatic Monito

7、ring Software System）是采用測量機(jī)器人(如徠卡TCA2003)對各種工程進(jìn)行自動化安全監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理的通用軟件系統(tǒng)。可對各監(jiān)測點進(jìn)行實時監(jiān)控、自動測量和變形過程顯示等功能，適用于對滑坡或邊坡以及大壩、橋梁、地鐵、隧道等各種工程建筑物的自動化監(jiān)測。,2 系統(tǒng)主界面,生成編號表輸入鑒定表輸入氣象值輸入目標(biāo)高計算周期平均計算日平均計算方位角修改棱鏡高顯示變形量坐標(biāo)重計算參考點分區(qū)數(shù)據(jù)后處理,儀器遙操作

8、搜尋目標(biāo)點讀取當(dāng)前位置儀器定位于…配置度盤初始測量,工程管理(P) 系統(tǒng)設(shè)置(S) 初始測量(L) 自動測量(A) 數(shù)據(jù)整理(E) 成果輸出(O) 窗口(W) 幫助(H),新建工程(N)打開工程(O)工程另存為(S)刪除工程(D)壓縮當(dāng)前工程最近使用工程打印設(shè)置(P)退出系統(tǒng)(E),,,測點分組觀測時間定制連接點組與定時器測量限差設(shè)置自動測量參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)存儲方式選擇自動測量圖形顯示,,

9、,差分?jǐn)?shù)據(jù)處理方式,,3 系統(tǒng)主框 圖,,4 系統(tǒng)特點,界面友好舒暢、色調(diào)協(xié)調(diào)，各項參數(shù)可以進(jìn)行人性化的更改，容錯功能強(qiáng)；實現(xiàn)無人值守、全天時、持續(xù)自動變形監(jiān)測，節(jié)約了大量人力、物力和財力；采用距離差分、高差差分和氣象改正等技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，減少或削弱了某些影響誤差，從而提供測量精度；實時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報表輸出、變形趨勢圖形顯示與輸出等；當(dāng)被監(jiān)測對象發(fā)生大變形時，可以實現(xiàn)自動報警，為決策支持提供依據(jù)；利用網(wǎng)絡(luò)

10、通訊技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，讓用戶不必親臨現(xiàn)場，而在辦公室就能及時地了解、監(jiān)控與管理被監(jiān)測場地的情況；系統(tǒng)維護(hù)與更新方便，運(yùn)行成本低。,5 系統(tǒng)功能設(shè)計,1)、工程管理 每個變形監(jiān)測項目都以工程形式進(jìn)行管理，工程中保存著該變形監(jiān)測項目的監(jiān)測過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)。2)、系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化實現(xiàn)測量機(jī)器人與計算機(jī)串口相連的各項通訊參數(shù)設(shè)置以及測量機(jī)器人的初始化設(shè)置等。3)、學(xué)習(xí)測量 學(xué)習(xí)測量即是對所需觀測的目

11、標(biāo)點進(jìn)行首次人工測量，獲取目標(biāo)點概略空間位置信息, 以便日后計算機(jī)控制測量機(jī)器人自動搜尋定位目標(biāo)點,完成自動測量。,4)、自動測量 根據(jù)設(shè)置的自動觀測時間段，控制測量機(jī)器人在指定的時間段內(nèi)實施無人值守的自動觀測。5)、智能處理遮擋處理——放棄當(dāng)前點測量；——根據(jù)設(shè)置的等待時間重新測量該點；超限處理根據(jù)設(shè)置的重測次數(shù)，重新測量超限點數(shù)據(jù)；6)、自動報警 當(dāng)測點變形量超過預(yù)先設(shè)定的限差時，進(jìn)行自動報警。

12、,7)、數(shù)據(jù)處理 實現(xiàn)目標(biāo)點坐標(biāo)計算以及變形分析。包括：投影改正儀器加乘常數(shù)改正氣象插值改正距離差分改正高差差分改正8)、變形趨勢圖實時顯示 動態(tài)顯示變形趨勢圖，以此來判斷目標(biāo)點點位是否有位移。9)、測量數(shù)據(jù)報表輸出 可根據(jù)不同需要，對數(shù)據(jù)進(jìn)行刷選與組合，然后將數(shù)據(jù)，如觀 測周期、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)等輸出到Excel中進(jìn)行管理。,10)、壓縮工程數(shù)據(jù) 可對工程數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s

13、以更好地利用存儲空間。11)、通過網(wǎng)絡(luò)實時傳送觀測數(shù)據(jù) 因在實測場地實施的是無人值守自動監(jiān)測，為方便用戶在不到實測場地就能實時獲得觀測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供有通過網(wǎng)絡(luò)實時傳送觀測數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程指定服務(wù)器。,四 固定式全自動變形監(jiān)測系統(tǒng)功能,使用Geo_DAMOS軟件系統(tǒng)進(jìn)行變形監(jiān)測的步驟和過程如下：,1）基本參數(shù)設(shè)置新建或打開工程初始化全站儀單位和坐標(biāo)系設(shè)置測站設(shè)置2）自動測量參數(shù)設(shè)置初始測量測點分組觀測時間定制

14、連接點組與定時器測量限差設(shè)置自動測量參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)存儲方式選擇,3）自動測量自動測量圖形顯示4）測量數(shù)據(jù)處理輸入目標(biāo)高坐標(biāo)重計算計算日平均參考點分區(qū)數(shù)據(jù)差分處理5）成果輸出輸出成果,下面一一敘述各個步驟：,1 基本參數(shù)設(shè)置,1）新建或打開工程2）初始化全站儀3）單位和坐標(biāo)系設(shè)置4）測站設(shè)置,1）新建（打開）工程 選擇主界面中的主菜單“工程管理”中的對應(yīng)子菜單或工具欄對應(yīng)按鈕或數(shù)據(jù)管理

15、相應(yīng)按鈕即可完成相應(yīng)任務(wù)。,新建工程界面,打開工程界面,2）初始化全站儀,初始化全站儀操作目的： 保證全站儀與計算機(jī)通信通暢無阻。設(shè)置參數(shù)有：串口號（默認(rèn)值為COM_1 ） 波特率（默認(rèn)值為9600 ） 儀器型號（默認(rèn)值為TCA2003 ） 補(bǔ)償器開關(guān) （默認(rèn)值為打開 ） 目標(biāo)識別開關(guān) （默認(rèn)值為開 ）否為小視場 （默認(rèn)值為是小視場）報錯時長 （默認(rèn)值為10秒）,初始化全站儀界面,3）單位、坐標(biāo)系設(shè)置,主

16、要設(shè)置參數(shù)有：坐標(biāo)系類型（默認(rèn)為左手系）距離單位及其小數(shù)位數(shù)（單位默認(rèn)米，小數(shù)位數(shù)默認(rèn)4位）角度單位及其小數(shù)位數(shù)（單位默認(rèn)度.分秒 ，小數(shù)位數(shù)默認(rèn)5位）,單位坐標(biāo)系設(shè)置界面,4）測站設(shè)置,主要設(shè)置參數(shù)有：周期測站名測站的X、Y和Z坐標(biāo)儀器高定向點定向方位角,測站設(shè)置界面,2 自動測量參數(shù)設(shè)置,1）初始測量2）測點分組3）觀測時間定制4）連接點組與定時器5）測量限差設(shè)置6）自動測量參數(shù)設(shè)置7）數(shù)據(jù)存儲方式選

17、擇,1）初始測量,目 的： 初始測量用以獲取所有監(jiān)測點的點位信息，以便在自動測量過程中可以根據(jù)這這些點位信息進(jìn)行監(jiān)測點的自動搜尋。 操作步驟： 1）單擊學(xué)習(xí)測量按鈕，啟動儀器測量監(jiān)測點數(shù)據(jù)； 2）輸入監(jiān)測點基本信息，如點名、備注等； 3）單擊保存結(jié)果按鈕將監(jiān)測點初始測量數(shù)據(jù)保存。,初始測量界面,2）測點分組,目 的： 測點分組的主要目的是在自動測量過程中控制儀器應(yīng)測量哪些

18、監(jiān)測點，并且按照什么順序測量這些點。 操作步驟： 1）新建點組，輸入點組名； 2）從左列表中選擇需要?dú)w入當(dāng)前點組的測點； 3）單擊保存點組按鈕將保存點組數(shù)據(jù)。,測點分組界面,3）觀測時間定制,操作步驟： 1）設(shè)置自動測量的開始日期和開始時間、結(jié)束日期和結(jié)束時間以及測量周期； 2）單擊添加定時器按鈕可保存觀測時間定制設(shè)置；,觀測時間定制界面,目 的： 控制監(jiān)測點在何時啟動自動測量，實現(xiàn)無

19、人值守，提高工作效率，真正達(dá)到自動化效果。,注 意： 最多只能設(shè)置3個定時器。,4）連接點組與定時器,目 的： 控制儀器實現(xiàn)指定點組中的測點在指定時間內(nèi)進(jìn)行自動測量。 操作步驟： 1）在左邊列表中選擇定時器，然后再在右邊下拉框中選擇對應(yīng)點組； 2）單擊保存連接設(shè)置即可完成點組與定時器連接工作。,連接點組與定時器界面,5）自動測量限差設(shè)置,目 的： 設(shè)置各項限差，用

20、于保證自動測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。 設(shè)置參數(shù)：水平角測角中誤差天頂距測角中誤差測距中誤差X方向中誤差Y方向中誤差Z方向中誤差X方向位移限差Y方向位移限差Z方向位移限差,自動測量限差設(shè)置界面,6）自動測量參數(shù)設(shè)置,設(shè)置參數(shù)：度盤選擇測量次數(shù)測距模式點位遮擋處理方式測量超限處理方式測站傾斜量記錄方式,自動測量限差設(shè)置界面,7）數(shù)據(jù)存儲方式選擇,設(shè)置參數(shù)：自動測量過程中是否更新各監(jiān)測點的學(xué)習(xí)初測值；點

21、位測量數(shù)據(jù)存儲方式,數(shù)據(jù)存儲方式選擇界面,3 自動測量,1）自動測量2）圖形顯示,1）自動測量,自動測量界面,2）圖形顯示（一）,圖形顯示界面——測點位置圖,2）圖形顯示（二）,圖形顯示界面——單個測點不同周期變形曲線圖,2）圖形顯示（三）,圖形顯示界面——多個測點同一周期變形曲線圖,4 測量數(shù)據(jù)處理,1）輸入目標(biāo)高2）參考點設(shè)置3）坐標(biāo)重計算4）計算日平均5）參考點分區(qū)6）數(shù)據(jù)差分處理,1）輸入目標(biāo)高,目標(biāo)高輸入界面,

22、目標(biāo)高輸入是指輸入每次儀器設(shè)站時所量測的監(jiān)測點目標(biāo)高信息，包括點組名、周期、點名、目標(biāo)高（單位為m）和觀測日期等。,2）參考點設(shè)置,參考點輸入界面,設(shè)置參考點的目的是用以差分改正，以此消除或減弱某些測量誤差，從而達(dá)到提高觀測數(shù)據(jù)精度的目的。一般，參考點個數(shù)應(yīng)多于兩個。,3）坐標(biāo)重計算,坐標(biāo)重計算功能是根據(jù)數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的參考點數(shù)據(jù)與測站點數(shù)據(jù)重新計算變形點坐標(biāo)的功能，這一功能只是對原始觀測數(shù)據(jù)的X、Y和Z坐標(biāo)重新計算。,4）計算日平均

23、,計算日平均界面,計算日平均是求取某一或某些指定監(jiān)測日期內(nèi)各觀測周期數(shù)據(jù)的平均值，然后將數(shù)據(jù)保存至日平均數(shù)據(jù)表中，方便后續(xù)的變形分析。,步 驟：1）先在左邊日期列表框中選擇需要計算平均數(shù)據(jù)的日期，2）然后再單擊界面中的確定完成計算。,5）參考點分區(qū),參考點分區(qū)界面,參考點分區(qū)功能是數(shù)據(jù)差分計算的重要環(huán)節(jié)，其分區(qū)的好壞將決定著差分計算成果的好壞，所以分區(qū)時慎重，一般下先根據(jù)幾個參考點的位置和觀測數(shù)據(jù)來綜合考慮該選擇哪個或哪幾個參

24、考點負(fù)責(zé)某一區(qū)域的變形點差分計算。,6）數(shù)據(jù)差分處理,數(shù)據(jù)差分處理,數(shù)據(jù)差分改正處理方式： 水平角差分改正 距離差分改正 垂直角差分改正 插值氣象改正 距離差分改正+垂直角差分改正 插值氣象改正+垂直角差分改正,5 成果輸出,成果輸出是將自動測量觀測成果及其后處理成果以Excel電子表格輸出，包括： 輸出點位原始測量數(shù)據(jù) 輸出點位原始變形數(shù)據(jù) 輸出周期平均后處理數(shù)據(jù) 輸出周期平均后處理變形數(shù)據(jù) 輸出日平

25、均后處理數(shù)據(jù) 輸出日平均后處理變形數(shù)據(jù) 輸出點位后處理數(shù)據(jù) 輸出點位后處理變形數(shù)據(jù),1）上圖為點位原始測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出界面；2）下圖為點位原始測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出至Excel的樣板格式；,五 應(yīng)用實例,一）金坪子滑坡二）野貓面滑坡三）黃臘石滑坡,一） 金坪子滑坡,金坪子滑坡全貌圖,`,金坪子滑坡,烏東德壩址及金坪子滑坡區(qū)衛(wèi)片,Ⅳ區(qū)——金坪子村之上、當(dāng)多村之下高程1100~1400m之間的中部“基巖”梁子；,Ⅰ區(qū)——“基巖”梁子之上的當(dāng)

26、多堆積體斜坡；,Ⅱ區(qū)——“基巖”梁子?xùn)|側(cè)的強(qiáng)烈變形區(qū)；,Ⅲ區(qū)——“基巖”梁子之下的金坪子堆積體斜坡；,Ⅴ區(qū)——金坪子斜坡前緣金沙江右岸江邊基巖出露區(qū)。,金坪子滑坡DTM模型,,,,,,Ⅰ區(qū),Ⅱ區(qū),Ⅲ區(qū),Ⅳ區(qū),Ⅴ區(qū),金坪子滑坡 DEM模型,從各個角度觀看金坪子斜坡,金坪子滑坡---TIN模型,,金　 沙 　 江,,金坪子滑坡監(jiān)測系統(tǒng)布置圖,,,監(jiān)測點群三維動畫演示,金坪子滑坡體測量機(jī)器人站,金坪子滑坡變形網(wǎng)監(jiān)測現(xiàn)場 （一）,金坪子滑坡變