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        徠卡機(jī)器人在水庫大壩監(jiān)測中的應(yīng)用

        2016-12-28 03:09:24葛恒山瀘州市納溪區(qū)黃桷壩水庫管理站四川瀘州646300
        低碳世界 2016年24期
        關(guān)鍵詞:黃桷準(zhǔn)線壩頂

        葛恒山(瀘州市納溪區(qū)黃桷壩水庫管理站,四川瀘州646300)

        徠卡機(jī)器人在水庫大壩監(jiān)測中的應(yīng)用

        葛恒山(瀘州市納溪區(qū)黃桷壩水庫管理站,四川瀘州646300)

        本文主要對TCA2003自動(dòng)全站儀以及觀測系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的介紹,同時(shí)也介紹了TCA2003監(jiān)測網(wǎng)以及監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的建設(shè),并且對數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了闡述,簡單的介紹了徠卡機(jī)器人在水庫大壩監(jiān)測中的應(yīng)用。

        TCA2003自動(dòng)全站儀;大壩監(jiān)測;數(shù)據(jù)處理

        1 引言

        隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也越來越重視,因此基礎(chǔ)設(shè)施逐漸的趨向完善。很多建筑和大中型水庫大壩工程的建設(shè)施工以及運(yùn)行監(jiān)測逐漸的被重視起來,它們關(guān)系到建筑和工程的質(zhì)量以及運(yùn)行安全。徠卡機(jī)器人由于在大中型水庫大壩工程和建筑的監(jiān)測方面有著豐富的測量經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)的技術(shù),突破了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)的限制,大量應(yīng)用了先進(jìn)的測量技術(shù)、多傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及通訊技術(shù),創(chuàng)建了新型的全自動(dòng)水庫大壩監(jiān)測系統(tǒng)。

        2 工程案例介紹

        本文主要簡單介紹了黃桷壩水利工程,水庫總庫容為3105.2萬m3,設(shè)計(jì)灌溉面積10.56萬畝,為中型水利工程。大壩為混凝土面板堆石壩,大壩壩頂長226m,壩頂寬度6.0m,壩頂高程402.3m,最大壩高51m,上游壩坡為1:1.4,采用混凝土面板防滲,下游壩坡為1:2.0,采用預(yù)制混凝土板護(hù)坡,設(shè)一級(jí)馬道,高程為383.0m。為了對黃桷壩水庫大壩的外部進(jìn)行監(jiān)測,需要在大壩的壩頂及下游設(shè)置四條視準(zhǔn)線。采取TCA2003自動(dòng)全站儀對壩頂EL+3和EL-3視準(zhǔn)線、下游側(cè)EL-40和EL-84視準(zhǔn)線進(jìn)行監(jiān)測。傳統(tǒng)的視準(zhǔn)線的觀測方法主要是覘牌法與小角法,而傳統(tǒng)的視準(zhǔn)線觀測方法在對水庫大壩進(jìn)行監(jiān)測過程中容易出現(xiàn)以下幾個(gè)問題:①會(huì)造成土石壩嚴(yán)重變形,嚴(yán)重超過覘牌量程;②在進(jìn)行視準(zhǔn)線觀測的時(shí)候會(huì)靠近大壩,這過程中會(huì)導(dǎo)致視線抖動(dòng)或者折射,使得觀測的最終數(shù)據(jù)很難達(dá)到一定的精度;③該監(jiān)測方法只能夠?qū)ι舷掠畏较虻淖冃芜M(jìn)行監(jiān)測,但是垂直變形就進(jìn)行水準(zhǔn)測量;④在進(jìn)行每次監(jiān)測之前,必須要先對中間的工作基點(diǎn)進(jìn)行校測。我們結(jié)合黃桷壩水庫大壩的實(shí)際情況,將水庫的視準(zhǔn)線的觀測采取TCA2003自動(dòng)全站儀進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測。該視準(zhǔn)線觀測方法不但能夠使得觀測更加精確,有效的提高了效率,而且還能夠滿足對土石壩的變形監(jiān)測。大壩外部變形觀測方法主要有垂直位移觀測、水平位移觀測以及三維位移觀測,水平位移觀測是采取極坐標(biāo)法,垂直位移觀測采取的是幾何水準(zhǔn)法,觀測采取TCA2003全站儀,其主要的配置有:棱鏡、專用測量與通訊軟件、TCA2003自動(dòng)全站儀。

        3 TCA2003自動(dòng)全站儀及測量軟件

        測量機(jī)器人該自動(dòng)全站儀具有自動(dòng)化與智能化等性能,可以很方便輕松的對水庫大壩的外部變形進(jìn)行三維位移觀測。TCA自動(dòng)全站儀可以進(jìn)行自動(dòng)正倒鏡觀測、電子整平以及自動(dòng)的將觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄等活動(dòng),另外只有其特有的ATR(Automatic Target Recognition)功能,能夠讓TCA自動(dòng)全站儀對目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。ATR具有智能性,和望遠(yuǎn)鏡同軸,而且其功能性能較為穩(wěn)定。TCA自動(dòng)全站儀發(fā)出的紅外線經(jīng)反射棱鏡返回,這時(shí)候全站儀內(nèi)部安裝的CCD像機(jī)經(jīng)過判斷且接收以后,馬達(dá)則會(huì)將自動(dòng)全站儀驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向反射棱鏡,同時(shí)調(diào)整反射棱鏡中心的確切位置。因此工作人員就沒有必要進(jìn)行確切的照準(zhǔn)以及調(diào)焦,只需要大概的照準(zhǔn)反射棱鏡,TCA自動(dòng)全站儀就能夠找到準(zhǔn)確目標(biāo),同時(shí)自動(dòng)照準(zhǔn)和調(diào)焦,這樣就使得工作效率大幅度提高。TCA自動(dòng)全站儀需要配合使用特定的測量軟件,這就能夠在計(jì)算機(jī)上對整個(gè)觀測過程進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)了智能化與自動(dòng)化。

        對于黃桷壩水庫大壩壩頂及下游壩坡的監(jiān)測過程中,采取了TCA2003自動(dòng)全站儀進(jìn)行監(jiān)測。該自動(dòng)全站儀是目前世界上測量最精確的儀器之一,該自動(dòng)全站儀測量測距精度范圍在±(1mm+1ppm×Dkm),標(biāo)稱測角精度為±0.5″,單棱鏡測程為1.2km。對于大壩外部變形的監(jiān)測,則采取了(INspectiny V1.0)自動(dòng)全園測量軟件,這項(xiàng)軟件是我國自主研發(fā)的自動(dòng)全園測量系統(tǒng)。它是根據(jù)我國的觀測規(guī)范進(jìn)行合理的研發(fā)而成,界面清晰易懂,操作流程方便簡單,工作人員很容易即可進(jìn)行操作。它可以對TCA2003自動(dòng)全站儀進(jìn)行控制,根據(jù)自動(dòng)全園觀測法,對大壩變形點(diǎn)的垂直角、水平角、儀器狀態(tài)以及斜距等進(jìn)行智能化采集。

        4 TCA監(jiān)測系統(tǒng)

        對于大壩外部變形TCA自動(dòng)全站儀監(jiān)測系統(tǒng)主要包括:TCA自動(dòng)全站儀、通訊、基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)以及變形點(diǎn)。

        5 基準(zhǔn)控制網(wǎng)

        對于大壩外部變形TCA觀測,其基準(zhǔn)控制網(wǎng)如圖1所示。

        圖1 TCA基準(zhǔn)控制網(wǎng)點(diǎn)圖

        選擇TCA2003自動(dòng)全站儀對基準(zhǔn)控制網(wǎng)進(jìn)行觀測。按照三等三角測量的要求對平面控制進(jìn)行邊角監(jiān)測。選擇DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀與條碼尺對高程進(jìn)行觀測,其中DNA03可以自動(dòng)讀數(shù)、記錄數(shù)據(jù)以及控制測站限差,選擇DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀有效的提高了工作效率和觀測的準(zhǔn)確度。

        基準(zhǔn)控制網(wǎng)的計(jì)算一般會(huì)選擇NASEW95平差軟件,這項(xiàng)軟件能夠適用于所有測量控制平差的計(jì)算,也能夠?qū)Ω叱炭刂凭W(wǎng)以及所有規(guī)模的平面進(jìn)行設(shè)計(jì)、平差和概算,而且不需要進(jìn)行編程。可以自動(dòng)對控制網(wǎng)路線閉合差進(jìn)行求解,并且能夠提供大量的自動(dòng)剔除與粗差定位功能。

        表1

        6 變形點(diǎn)的TCA監(jiān)測

        變形點(diǎn)的TCA監(jiān)測主要包括:變形點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)以及基準(zhǔn)點(diǎn),主要使用逐個(gè)監(jiān)測站、觀測組,分組后采用極坐標(biāo)法方法進(jìn)行變形點(diǎn)監(jiān)測。

        6.1 變形點(diǎn)的分組

        因?yàn)槊恳粭l視準(zhǔn)線有著大量的變形點(diǎn),在進(jìn)行監(jiān)測的過程中,不可能一下子全部監(jiān)測,所以要進(jìn)行變形點(diǎn)的分組。而且每一組的點(diǎn)不能太多,如果偏多則會(huì)使得棱鏡的使用量增多、觀測時(shí)間增加,觀測條件有了改變。每一組的點(diǎn)也不能太少,如果偏少則會(huì)使得點(diǎn)組變多,使得工作量增加。結(jié)合黃桷壩水庫大壩的監(jiān)測條件和,將大壩上的變形點(diǎn)分為2組,每組監(jiān)測的時(shí)間大約是10min。

        6.2 TCA監(jiān)測

        因?yàn)榇髩螇雾數(shù)淖冃尾皇呛芏啵@就要求監(jiān)測的準(zhǔn)確度夠高。選擇TCA2003自動(dòng)全站儀進(jìn)行觀測,水平角則要采用全圓觀測法進(jìn)行觀測,距離與天頂距則要逐點(diǎn)進(jìn)行觀測,在進(jìn)行距離觀測時(shí)需要確定天氣因素。EL+3和EL-3視準(zhǔn)線上的D1~D10共10個(gè)變形點(diǎn)監(jiān)測采取極坐標(biāo)法,儀器布置在J1監(jiān)測站,TCA2003自動(dòng)全站儀后視E4基準(zhǔn)點(diǎn)。在監(jiān)沒變形點(diǎn)同時(shí)觀測E8基準(zhǔn)點(diǎn),測得的E8基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)用于比對本次監(jiān)測精度的初判。

        大壩壩頂EL-3和下游EL-40及EL-84視準(zhǔn)線上的D6~D17共12個(gè)變形點(diǎn)監(jiān)測采取極坐標(biāo)法,儀器布置在J2監(jiān)測站,TCA2003自動(dòng)全站儀后視J1監(jiān)測站點(diǎn)。在監(jiān)沒變形點(diǎn)同時(shí)觀測E8基準(zhǔn)點(diǎn),測得的E8基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)用于比對本次監(jiān)測精度的初判。大壩壩頂?shù)腄6~D10變形點(diǎn)進(jìn)行了2次測量,可對測出的數(shù)據(jù)比對。

        7 數(shù)據(jù)分析處理

        利用 Excel表格與計(jì)算軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,對TCA觀測數(shù)據(jù)改正、計(jì)算和精度處理。

        7.1 數(shù)據(jù)的處理程序

        ①應(yīng)該是輸出TCA觀測數(shù)據(jù);②對邊長進(jìn)行改化和制定高差表;③計(jì)算平差;④進(jìn)行成果表輸出;⑤輸出位移量表和圖,最后將其錄入監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

        7.2 成果計(jì)算

        在對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行改正之后,將其輸進(jìn)NASEW3.0軟件,再進(jìn)行平差的處理計(jì)算。高程是把外業(yè)高差經(jīng)尺長改正、閉合差改正之后,制定的高差表,計(jì)算出大壩的所有點(diǎn)的坐標(biāo)。

        將大壩第一次觀測的變形點(diǎn)坐標(biāo)(X′p1、Y′p1、Zp1)當(dāng)做初始值,故此每個(gè)變形點(diǎn)的變形量是:△X′p=X′p-X′p1、△Y′p=Y′p-Y′p1、△Zp=Zp-Zp1。

        7.3 位移量表、圖

        把每個(gè)變形點(diǎn)的坐標(biāo)輸進(jìn)數(shù)據(jù)庫,然后通過程序可以得到每一個(gè)變形點(diǎn)的位移量,還有成果輸出。把每個(gè)變形點(diǎn)的位移量輸進(jìn)表格,則會(huì)自動(dòng)編制出垂直位移量圖與主變形位移量(見表1)。

        8 結(jié)束語

        綜上所述,采用TCA2003自動(dòng)全站儀可以有效的對水庫大壩進(jìn)行監(jiān)測,而且還能夠自動(dòng)記錄監(jiān)測數(shù)據(jù),降低了人為誤差因素,有效的提高了工作效率,從而使得監(jiān)測更加準(zhǔn)確。

        [1]黃聲亨,尹 暉,蔣 征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2001.

        [2]喻興旺,程鳴堅(jiān),徐忠陽,等.TCA2003全站儀在港口灣水庫大壩變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測,2015,27(5):48~50.

        [3]趙景瞻.TCA2003全站儀及其在二灘大壩外部變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測,2015,26(2):34~38.

        TP242

        A

        2095-2066(2016)24-0045-02

        2016-8-15

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