劉爭(zhēng)

摘要：大壩安全的責(zé)任在于泰山，那里大壩安全監(jiān)測(cè)作為大壩安全控制的重要手段越來(lái)越重要，對(duì)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。地表變形監(jiān)測(cè)是我國(guó)90%以上大壩的重要安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，也是控制大壩安全的重要手段。監(jiān)視方法包括自動(dòng)監(jiān)視和手動(dòng)監(jiān)視，其中現(xiàn)有的常規(guī)變形自動(dòng)監(jiān)視方法包括真空激光標(biāo)準(zhǔn)化法、制導(dǎo)法、自動(dòng)垂直法、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)程序等。成本高昂、適應(yīng)性強(qiáng)、不準(zhǔn)確或尺寸不足，難以適應(yīng)大壩變形監(jiān)測(cè)的要求。本文的主要分析是基于測(cè)量機(jī)器人對(duì)徑流變形變化的精度分析。

關(guān)鍵詞：水利工程;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);測(cè)量機(jī)器人;變形監(jiān)測(cè)

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)大型水利工程建（構(gòu)）筑物越來(lái)越普遍，與之而來(lái)的沉降變形監(jiān)測(cè)顯得尤為重要?，F(xiàn)階段重點(diǎn)工程項(xiàng)目中常用的沉降變形監(jiān)測(cè)方法主要為精密水準(zhǔn)儀測(cè)量法，該方法測(cè)量精度高，但需耗費(fèi)大量的人力物力。三角高程測(cè)量方法由來(lái)已久，觀測(cè)方法簡(jiǎn)單，受地形限制較小，若將三角高程測(cè)量方法應(yīng)用至沉降變形監(jiān)測(cè)中，能很好地節(jié)省人力物力，但該方法高程精度受垂直角和測(cè)量距離影響較大。

1、系統(tǒng)構(gòu)成

為了分析測(cè)量機(jī)器人全自動(dòng)正弦工況如何受到垂直角度和實(shí)測(cè)距離的影響，本文用地圖測(cè)量了測(cè)量機(jī)器人（TM30）和自發(fā)光照明裝置。該系統(tǒng)組件是LKATM30測(cè)量?jī)x，與單個(gè)AIO監(jiān)控照明設(shè)備相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)人值守連續(xù)監(jiān)控。這個(gè)系統(tǒng)的尺寸要大得多。使用此系統(tǒng)，員工可以更好地評(píng)估邊坡是否安全，以及邊坡是否滿足指定的要求。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的最大測(cè)量值為ca。3000m、毫米精度、儀器的靈活性和安全性更高，有效避開(kāi)危險(xiǎn)點(diǎn)，適用于遠(yuǎn)距離無(wú)接觸監(jiān)測(cè)。

1.1TM30測(cè)量機(jī)器人

測(cè)量機(jī)器人即為高精度、能自動(dòng)監(jiān)測(cè)的全站儀，其測(cè)量原理與全站儀相同。其配有伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在一定的范圍內(nèi)，由系統(tǒng)控制，自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)、追蹤目標(biāo)并自動(dòng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)（水平角、垂直角、距離），且其一般配有外接電源，能夠晝夜連續(xù)測(cè)量。相比普通全站儀，測(cè)量機(jī)器人的監(jiān)測(cè)精度較高，本文實(shí)驗(yàn)選用徠卡公司的TM30，其測(cè)角精度標(biāo)稱為±0.5″，測(cè)距精度標(biāo)稱為±（1mm+1×10-6D）。且在此儀器的基礎(chǔ)上，對(duì)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，精確確定儀器的差分改正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度、氣壓、大氣折光等外部條件對(duì)測(cè)量距離、角度觀測(cè)值的實(shí)時(shí)差分改正，提高觀測(cè)的精度。

1.2自制一體式監(jiān)測(cè)照準(zhǔn)裝置

為了使與TM30配套的棱鏡能和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)一起發(fā)生沉降，本系統(tǒng)制作了塑料套管和金屬連接桿。塑料套管的兩端與監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)鋼筋和金屬連接桿相連，再將金屬連接桿與棱鏡連接。使棱鏡固定在監(jiān)測(cè)標(biāo)石上方，與監(jiān)測(cè)點(diǎn)同步下沉。

2、監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)方法選擇

用于監(jiān)測(cè)大壩形成情況的大陸架靜態(tài)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)觀測(cè)通常被使用，因?yàn)榇髩挝挥诟呱胶庸?，兩?cè)山坡陡峭，山坡傾斜60-70%，在更多條件下使用靜止全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)觀測(cè)更加困難。大壩在施工階段和運(yùn)行初期均按照基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。但是，由于運(yùn)行點(diǎn)的不穩(wěn)定性和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的同步問(wèn)題，很難準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)大壩的變化情況，使得大壩的運(yùn)行安全更加困難。出于這些原因，大壩結(jié)合笛卡爾量角器，使用高精度測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這是一個(gè)測(cè)量機(jī)器人的例子。測(cè)量機(jī)器人非常智能和自動(dòng)化，標(biāo)稱角度精度±0.5′和測(cè)量精度（0.6mm+1 ppm x d），具有自動(dòng)檢測(cè)功能，ATR具有4度角，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速180°僅為2.3s，鏡像僅為2.9s，具有1000m的棱鏡自動(dòng)搜索功能，測(cè)量機(jī)器人目標(biāo)棱鏡功能具有以下優(yōu)點(diǎn)：①外部觀測(cè)環(huán)境條件較少;②ATR-角度精度為±0.5′③測(cè)量距離精度為0.6mm+1x 10-6d;④準(zhǔn)確調(diào)整氣象要素;⑤通過(guò)自動(dòng)測(cè)量多轉(zhuǎn)測(cè)角的程序控制，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使正常運(yùn)行時(shí)間縮短了9/10倍;⑥全高度觀測(cè)是可能的;⑦觀察觀察過(guò)程中觀察到的缺陷，超過(guò)極限偏差時(shí)自動(dòng)跟蹤;⑧對(duì)同一站觀測(cè)結(jié)果作出快速反應(yīng)，有效克服外部因素的影響。從而可以有效地應(yīng)對(duì)大壩對(duì)河流電廠外部監(jiān)控的影響，提高監(jiān)控精度和效率，降低運(yùn)行難度和成本。

3、測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體運(yùn)用

3.1建立科學(xué)的監(jiān)測(cè)體系

結(jié)合該邊坡的自動(dòng)監(jiān)測(cè)特性，監(jiān)測(cè)干事需要確定適當(dāng)?shù)倪吰卤O(jiān)測(cè)范圍，全面了解該區(qū)域邊坡周圍的景觀設(shè)計(jì)和水文條件，并有效地使用測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)主要由測(cè)量機(jī)器人、棱鏡、監(jiān)控軟件及相關(guān)通信設(shè)備四部分組成。該測(cè)量機(jī)器人具有極高的精度和3000m的最大測(cè)量值，可通過(guò)使用自動(dòng)化全站裝置大大提高邊坡穩(wěn)定遠(yuǎn)程監(jiān)控的精度。棱鏡選擇xcal gpr 112棱鏡，并使用Intercard GeoMos專用監(jiān)控軟件對(duì)軟件進(jìn)行監(jiān)控。建立測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)監(jiān)測(cè)科學(xué)系統(tǒng)，不僅大大提高邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)的效率，而且確保最終監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)需要科學(xué)準(zhǔn)備，綜合分析測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)提交的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，以確保邊坡自動(dòng)化和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的成功實(shí)施。

3.2數(shù)據(jù)的快速采集和傳輸

邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)通過(guò)適當(dāng)建立測(cè)量機(jī)器人觀測(cè)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速采集和傳輸，該觀測(cè)臺(tái)通常測(cè)量測(cè)量的次數(shù)、反射鏡的準(zhǔn)確位置、間隔和各種通信參數(shù)。通過(guò)啟用測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，測(cè)量機(jī)器人可以對(duì)每個(gè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行循環(huán)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性的真正自動(dòng)監(jiān)測(cè)目標(biāo)。此外，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效傳輸主要是通過(guò)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)的，用于基于測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)使用特點(diǎn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。從站發(fā)送到GPRS模塊的信號(hào)一經(jīng)發(fā)送，RS232模塊即可快速轉(zhuǎn)換為TCP或IP信號(hào)并發(fā)送到特定IP地址，控制服務(wù)器系統(tǒng)和Internet接收模塊之間保持穩(wěn)定的連接，以便高效接收TCP或IP信號(hào)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，使邊坡自動(dòng)化監(jiān)控人員能夠更好地分析數(shù)據(jù)。

結(jié)束語(yǔ)

采用測(cè)量機(jī)器人構(gòu)建大壩變形監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)網(wǎng)，使該裝置功能強(qiáng)大、用戶友好。ATR精度優(yōu)于市場(chǎng)上任何其他儀器，在觀測(cè)方面提供了較高的精度，在尾流之間觀測(cè)方面提供了較高的速度。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，結(jié)果可靠準(zhǔn)確，為及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)地分析和預(yù)測(cè)大壩變形提供了可靠的數(shù)據(jù)，特別是為峽谷大壩建造了高度精確的基線網(wǎng)。

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