麥偉民，陶 俊，陳尚智，朱佳南，秦大為

(1.常州市城市照明管理處，江蘇 常州 213000;2.鹽城師范學院物電學院，江蘇 鹽城 224002;3.鹽城師范學院實驗中心，江蘇 鹽城 224002）

0 引言

路燈燈桿安裝質量檢測系統(tǒng)主要對燈桿垂直偏移、燈臂仰角、燈具安裝高度等質量指標進行現(xiàn)場檢測和數(shù)據(jù)分析，以便及時校正路燈安裝過程中的誤差并對路燈的安裝質量進行現(xiàn)場檢測。因此，路燈燈桿安裝質量檢測在施工中有著極其重要的地位。

此系統(tǒng)將全站儀、平板電腦等硬件有機結合，利用VB編寫的配套軟件直接驅動硬件以完成燈桿安裝質量的測量，操作簡單、便捷，數(shù)據(jù)精確，穩(wěn)定性好。檢測系統(tǒng)具有一定的創(chuàng)新性，能有效地提高國內城市道路照明施工質量驗收的科學性、精確度和可信度，提高城市道路照明施工質量驗收的工作效率，降低施工質量驗收的勞動強度，提高公路出行水平和交通服務水平，也將填補國內城市道路照明施工質量驗收設備的空白，具有良好的社會、經(jīng)濟效益。

1 設計指標與設計思想

1.1 設計指標

(1）角度測量

精度:3'

(2）距離測量

測程:1.7 m ～100 m

精度:±5 mm

(3）使用環(huán)境

工作環(huán)境溫度:－20℃ ～+45℃

1.2 設計思想

系統(tǒng)采用全站儀作為具有取特征點功能的主機，將平板電腦、GPS模塊和無線收發(fā)模塊與之有機結合，并對全站儀主機部分硬件做了必要的改進，實現(xiàn)了主機與其他模塊時間的連接，同時還利用VB軟件編寫好配套的系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)軟件直接驅動硬件，即將全站儀對準測試點后，只需點擊鼠標就可完成測量和分析工作，簡化了操作程序。數(shù)據(jù)也可直接保存在電腦中，克服了以往在全站儀中存儲數(shù)據(jù)時出現(xiàn)的操作復雜、存儲容量小等問題。檢測系統(tǒng)還可實時記錄和處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)軟件帶有強大的數(shù)據(jù)庫功能，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的調用和查看，還可將所測數(shù)據(jù)和分析所得數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送到接收機上，方便遠程管理。

2 路燈燈桿安裝質量檢測系統(tǒng)硬件的設計

路燈燈桿安裝質量檢測系統(tǒng)由全站儀、三腳架、平板電腦、GPS和無限模塊組成，將GPS和無限模塊安裝在平板電腦上，并將這些整合成一個整體，利用固定裝置固定在三腳架上，然后利用數(shù)據(jù)線將平板電腦與固定在三角架上的全站儀連接起來，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 路燈燈桿安裝質量檢測系統(tǒng)硬件系統(tǒng)框圖

數(shù)據(jù)傳送模塊采用兩無線收發(fā)模塊制作而成，一個安裝在平板電腦上，另一個則安裝在接收機上，在接收機上安裝好配套的接收軟件，這樣可以實現(xiàn)所測數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。

GPS數(shù)據(jù)采集模塊是將GPS安裝在平板電腦上，通過GPS測量出燈桿的經(jīng)緯度，所測數(shù)據(jù)則可以通過平板電腦顯示，方便對所測燈桿的定位。為防止GPS信號的干擾，此處還安裝一個開關，在不需要測量GPS數(shù)據(jù)時可關閉GPS模塊。

全站儀置零時需用到置零輔助裝置，由加工過的尼龍棍和指南針制作而成，指南針固定在尼龍棍頂端，校準時先在一個空曠的場地上將置零輔助裝置安裝在調平好的全站儀主機把手上，將主機鏡頭轉到正北方向，使鏡頭方向與指針在一直線上，此時固定好主機，防止主機轉動，此時在置零輔助裝置上標記好，以便下次置零時能夠快速找到正北方向。

3 路燈燈桿安裝質量檢測系統(tǒng)軟件的設計

由于VB編寫的軟件可視性和界面較好，該系統(tǒng)采用VB編寫配套的驅動軟件來控制全站儀主機取點，并在軟件內部進行數(shù)據(jù)分析。具體建模如圖2。

圖2 全站儀測量原理示意圖

測量主機測出被測目標點C的斜距(SAC），垂直角(βAC），坐標方位角(αAC），可通過下列公式算出目標點的空間三維坐標。

由下式可先計算平距

因而可算出C點三維坐標為

其中，XA，YA，ZA為主機所在位置的三維坐標。在燈桿上選取任意兩點可根據(jù)式(2）計算出三維坐標，則可求出空間任意兩點的距離和給出空間的直線方程，進而也可求出空間任意兩條直線間的夾角。因此，只要取點適當就可以求出燈桿驗收中所需的燈桿垂直偏移、燈臂仰角、燈臂中心線與燈具中心線夾角、燈具橫向水平、燈具安裝高度、燈臂中心線與道路縱向線夾角等主要質量指標。

4 軟件界面

軟件界面主要包括數(shù)據(jù)顯示區(qū)和數(shù)據(jù)采集區(qū)，系統(tǒng)測量界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)測量界面

5 標定與實測

5.1 研究距離測量精度

方法:將直尺豎直固定在墻上，在直尺上取兩點，測量兩點之間的距離與實際距離比較。

結論:距離測量的精度比較高，誤差不大(表1）。

表1

5.2 研究光的強弱與測試精度的關系

方法:分別在陽光、弱光、強光和日光燈下進行測量，從而判斷光強對測量精度的影響。

結論:(1）背景光對測試精度無影響(表2）。(2）重復測試精度不變(特指包括測試人員的改變）。

表2

5.3 研究不同角度所測絕對誤差

方法:將量角器水平固定在墻上，測不同角度從而得到不同的絕對誤差。

結論:角度測量精度比較高，誤差不大，個別角度測試絕對誤差超過0.5°(表3）。

表3

5.4 研究同一目標物在不同位置測量對精度的影響

方法:將量角器水平固定在墻上，在多個位置測不同角度。

結論:改變位置對精度影響不大(表4）。

表4

6 小結

此課題采用相位法激光測距和光柵增量式數(shù)字角度傳感器等現(xiàn)代化測量手段，以及計算機數(shù)據(jù)采集、分析技術，實現(xiàn)了路燈安裝質量驗收檢測工作的數(shù)字化和智能化，摒棄了傳統(tǒng)全站儀復雜的測量步驟，利用軟件控制全站儀測量，對數(shù)據(jù)進行實時記錄和處理。軟件帶有的強大數(shù)據(jù)庫功能可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的調用，為路燈燈桿安裝質量檢測提供了定量的數(shù)據(jù)分析，有效地提高城市道路照明施工質量驗收效率。

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