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)候會靠近大壩，這過程中會導(dǎo)致視線抖動或者折射，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自動全站儀進(jìn)行自動監(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自動全站儀。

3 TCA2003自動全站儀及測量軟件

測量機(jī)器人該自動全站儀具有自動化與智能化等性能，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自動全站儀可以進(jìn)行自動正倒鏡觀測、電子整平以及自動的將觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄等活動，另外只有其特有的ATR（Automatic Target Recognition）功能，能夠讓TCA自動全站儀對目標(biāo)進(jìn)行識別。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)則會將自動全站儀驅(qū)動轉(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自動全站儀就能夠找到準(zhǔn)確目標(biāo)，同時(shí)自動照準(zhǔn)和調(diào)焦，這樣就使得工作效率大幅度提高。TCA自動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自動全站儀進(jìn)行監(jiān)測。該自動全站儀是目前世界上測量最精確的儀器之一，該自動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）自動全園測量軟件，這項(xiàng)軟件是我國自主研發(fā)的自動全園測量系統(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自動全站儀進(jìn)行控制，根據(jù)自動全園觀測法，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自動全站儀監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：TCA自動全站儀、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?？梢宰詣訉刂凭W(wǎng)路線閉合差進(jìn)行求解，并且能夠提供大量的自動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，則會自動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].水電自動化與大壩監(jiān)測，2015，26（2）：34～38.

TP242

A

2095-2066（2016）24-0045-02

2016-8-15