浅析基坑变形的测量机器人自动化监测钟伟华

浅析基坑变形的测量机器人自动化监测钟伟华

钟伟华

广州市增城区城乡规划与测绘地理信息研究院

摘要：测量机器人已广泛应用于各类工程的自动变形监测。在实际工作中，测量机器人一般由计算机用专用软件控制，实现测量机器人与计算机之间的数据交换。因此，良好的数据通信技术尤为重要。本文主要讨论了基坑变形测量机器人的自动监测研究。第一部分介绍了自动测量的一些基本情况，并对测量机器人进行了详细的阐述，针对自动测量的方法和流程。包括对目标的搜索，要考虑的问题，位置的确定，范围的划分以及监视点的基准测试等，逐一描述，然后描述数据处理的一些知识。

关键词：测量；机器人；自动化；检测；基坑变形

引言：随着中国人口的增加，有限的资源被无限期地分配，人均资源很少而且很少。为了更好地利用资源，城乡都开始制定相应的政策法规来保护资源，乡镇棚户区已经转变为城市规划，城镇规划就在上层。地板越高，建筑物底部的基坑越深。伴随着挖掘技术难度的增加。“监测技术规范”规定，基坑工程开挖深度大于或等于5m或开挖深度小于5m，但场地地质条件及周围环境及其他基坑应采用基坑工程监测。

一、系统需求分析

在我们的日常基坑监测工作中，引入了LeicaTCA2003测量机器人。为了能够充分地发挥测量机器人的功能，并最大范围地将其应用于日常测量任务中，我们整理了过去测量施工时所遇到的问题，针对这些问题，提出需求，并开发了一套自己的全自动测量系统。

1、项目管理

以往监测项目过程数据以文件、文件夹形式保存，容易混乱及丢失。故要求系统以项目形式进行管理，以数据库格式存储，保存着各期过程中的相关监测数据，包括基准点坐标、原始观测数据及结果数据等，方便数据分析、利用和经验积累。

2、自动测量

常规基坑监测，因需要多测回重复观测，作业人员须不停地来回跑动立尺。所以本系统需要满足：设站完成后，通过软件选择待观测监测点，测量机器人自动完成盘左、盘右多测回测量，遇到困难可自动智能处理。如当目标监测点遇到遮挡时，放弃当前测量，并根据设置的等待时间重新测量该点，或者在下一站补充测量。

3、安全预警

常规监测一般都是作业人员收工后，将数据传输至计算机，然后进行对比，在基坑变形比较快的情况下往往错失了最佳的报警时间。所以要求系统满足测量过程中实时报警，一是对当前测回的超限报警，如光学测微器两次重合读数差、半测回归零差、一测回内2C较差和同一方向值各测回较差等；二是对变化量进行报警，基坑监测的主要目的是为了工程安全顺利地进行，所以当监测点变形量、变化率或累计变化量超过预先设定的限差时，系统应能自动报警。

4、数据处理及图表输出

监测数据必须是及时的，做到当天测，当天反馈。所以要求系统能自动进行改正（包括气象改正、仪器加乘常数改正等）、整网平差、自动报表、输出变形趋势图及监测点各期坐标值等，尽可能少的干预，做到外业结束，内业亦同步结束。

二、系统设计

1、软硬件配置

硬件：TCA2003，大量预埋标，360度棱镜，便携式笔记本为满足基坑高精度特点，系统采用0.5°高精度测量机器人LeicaTCA2003，其在仪器内部安装了伺服马达，它通过内置的自动目标识别装置ATR1发射出的激光束经棱镜反射后由CCD相机接收，实现自动寻找和自动精确照准目标。

软件：VS2008，C#语言，GeoCOM系统使用C#语言，基于VisualStudio2008平台开发，并调用GeoCOM接口开发基坑变形的测量机器人自动化监测系统数据采集模块。

2、作业流程

预埋监测点标石，可安插360°全方位棱镜，作业前一次性安装好棱镜，除首次测量外，仪器定向后即可自动观测。

3、系统界面设计

多页面双屏管理，界面上方为数据，下方为图形，两者同步显示，可直观地了解到各监测点位置、属性及动态。界面上方显示监测点的观测记录等，下方显示底图及高亮显示监测点位置。每个测回中，已观测点红色显示，未观测点灰色显示。

4、软件模块设置

系统共有5个功能模块，各模块设有子项若干。

（1）模块结构图

（2）系统设置

根据测量机器人属性，设置系统连接的各项通讯参数，包括串口号、波特率、仪器型号等。同时还包括测量机器人的附件棱镜的设置（类型、常数等）；根据基坑监测的等级，设置观测等级及对应限差、测回数等；根据当日实时环境，设置气象信息等；除此之外的特殊情况设置，如点位遮挡、多目标、超限处理等。

（3）自动观测

项目第一次开展须进行首次测量，首次测量前须录入监测基准点及工作基点信息，而后在工作基点上架站，人工照准各个目标点，输入各点点号，获取目标点概略空间位置信息，以便于计算机控制测量机器人自动测量。自动观测可根据系统设置的信息、控制点及目标点坐标信息，自动完成多测回观测。可根据需要选择监测点及分组。

（4）数据处理

数据处理模块满足不同架站模式的数据处理功能，除已知点架站模式外，还兼容自由网架站模式。同时考虑到作业中的操作失误，增加了数据的后期修改功能。数据处理前须对观测值进行改正，包括气象改正、水平角差分改正等。在数据处理流程中，拟稳平差用于针对基准网进行平差处理，在对基准网进行拟稳平差处理后，可在基准网修正数据的基础上，采用经典平差方法对监测网进行平差。

拟稳平差坐标的互协因数矩阵

其中，I为3n阶的单位阵；F、E为3n阶的方阵，除拟稳点所对应的列由3×3的单位阵组成外，其他列元素均为零。数据处理过程中，如果发现超限，系统自动报警。

（5）成果输出

建筑基坑监测的目的在于：检验设计计算理论、模型和参数的正确性；及时反馈，指导基坑开挖和支护结构的施工；确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全；提高基坑工程设计和施工水平积累工程经验。所以系统在数据处理完成后，自动输出阶段性报表，在项目完全结束后，输出总结性报表。包括本次测量值、单次变化值、变形速率、累计变形等信息，并附注折线图。对达到或超过监测报警值的监测点做报警标示，结合各期数据，生成基坑变形模型并预测变形走势，对监测项目给予判断性结论。

应用案例

以JY8项目为背景，增加该系统的应用实例情况，分析在作业效率和精度方面的提升。

结束语:基坑测量机器人变形自动监测的研究是针对未来监测的发展方向。在科技进步中，废弃物一直处于发展趋势，传统的监测模式跟不上科技发展的潮流。只能淹没在红潮的历史中。自动监控可以释放人力，还可以获得更准确的监控结果。这一显着的优势在于其领先的资本，从手动到半自动，再到全自动，凝聚了人类智慧的结晶。智能机器人和计算机的结合是绘图的新篇章。

参考文献：

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