测量机器人在变形监测中的应用研究Word下载.doc

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摘要

随着测绘仪器的发展，由电动马达和程序控制的全站仪结合激光通讯及CCD技术，可以实现测量的自动化，集自动目标识别、自动照准、自动测角、自动记录于一体，像机器人一样对成百上千个目标进行持续和重复观测，可实现测量观测的全自动化。

测量机器人通过CCD影像传感器和其它传感器对现实测量世界中的“目标”进行识别，迅速做出分析、判断与推理，实现自我控制，并自动完成照准、读数等操作，以完全代替人的手工操作。

测量机器人再与能够制订测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理与分析的软件系统相结合，完全可以代替人完成许多测量任务。

在工程建筑物的变形自动化监测方面，测量机器人正渐渐成为首选的自动化测量技术设备。

固定式全自动变形监测系统具有高效、全自动、准确、实时性强、结构简单、操作简便等特点，特别适用于小区域内的变形监测，可实现全自动的无人值守的形变监测。

而移动式半自动变形监测系统则因其采用与传统的变形监测网完全一致的观测量，但比传统方式具有高得多的效率。

关键词：

测量机器人；

测量的全自动化；

变形监测系统；

测量数据处理

ABSTRACT

Alongwiththedevelopmentofthesurveyingandmappinginstruments,ByelectricmotorandprogramcontroltachometercombinationoflasercommunicationandCCDtechnology,MeasuringrobotCanrealizetheautomaticmeasurement,integratingautomatictargetrecognition,automaticapprove,automaticmeasuringAngle,automaticrecords.MeasuringrobotthroughtheCCDimagesensorsandothersensorstomeasuretherealityoftheworld"

target"

identification,analysis,andjudgmenttomakerapidandreasoning,realizeselfcontrol,andautomaticallyapprove,readingoperationtocompletelyreplacethemanualoperation.Measuringrobotcanmakeplanswithagainmeasurement,controlmeasurementprocessmeasurement,dataprocessingandanalysissoftwaresystem,combiningcancompletelyreplacepeoplecompletedmanymeasurementtask.Inengineeringbuildingdeformationmonitoringautomation,measuringrobotisbecomingapreferredautomationmeasurementtechnologyequipment.Fixedautomaticdeformationmonitoringsystemhasthehighefficiency,fullyautomatic,accurate,goodreal-time,simplestructure,easyoperationandothercharacteristics,especiallysuitableforsmallareasofthedeformationmonitoring,canrealizetheautomaticunattendeddeformationmonitoring.Andmobilesemi-automaticdeformationmonitoringsystemforitsuseofthedeformationmonitoringnetworkwiththetraditionalcompletelyconsistentobservedquantity,butthantraditionalwayhasamuchhigherefficiency.

Keywords:

Measuringrobot;

Measurementofthefullautomation;

Deformationmonitoringsystem;

Measurementdataprocessing

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1变形监测的目的和意义 1

1.2国内外的研究现状 2

1.2.1测量机器人的发展 2

1.2.2测量机器人的应用现状及趋势 3

1.3本文的研究内容 5

第2章测量机器人及其工作原理的介绍 6

2.1测量机器人的结构组成 6

2.2测量机器人的软件功能模块 8

2.3测量机器人工作的基本原理 9

2.3.1自动目标识别与照准 9

2.3.2导向光EGL 9

2.4测量机器人测距与测角原理 10

2.4.1测距原理 10

2.4.2测角原理 11

2.5本章小结 11

第3章测量机器人系统的开发环境 12

3.1典型测量机器人 12

3.2TPS系统 12

3.3GeoBasic简介 13

3.4GeoBasic的编程框架 14

3.5VB6.0简介 16

3.6本章小结 17

第4章变形自动化监测系统的数据处理研究 18

4.1变形监测网 18

4.1.1相对网 18

4.1.2绝对网 18

4.2监测网平差模型 18

4.2.1经典自由网平差模型 19

4.2.2自由网拟稳平差模型 20

4.2.3秩亏自由网平差模型 22

4.3本章小结 24

第5章测量机器人在实地变形监测中的的应用 26

5.1以某矿山为例测量机器人的应用和分析 26

5.1.1监测网布设 26

5.1.2施测方案 27

5.1.3监测过程及数据处理 28

5.2测量机器人在高寒地区水电建筑的变形监测 30

5.2.1工程概况 30

5.2.2观测仪器 30

5.2.3水平位移观测 31

5.2.4观测结果分析 31

5.3本章小结 32

结论 33

参考文献 34

致谢 35

IV

第1章绪论

1.1变形监测的目的和意义

变形是自然界普遍存在的现象,它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。

变形体的范畴非常广泛，包括：

地壳板块运动、地壳变形、地震引发的岩层及地表位置的变化、海底扩张、大盐湖湖水蒸发以后造成的地面上升、滑坡位移、工程建筑物的变形、桥梁基础的位移与倾斜、桥梁上部构造受动荷载及温度和风力影响下的挠度、水工大坝受水库水位变化及温度变化而产生的周期性变化和不可逆变化等自然现象；

也包括人类开发利用自然资源的活动影响地壳上部土层的结构，从而造成地面变形，例如：

地下采矿与油田采油引起的地面下沉、局部范围的城市地下大量抽水和回灌引起的地面沉降和回升、工程建筑物基坑开挖时的回弹、隧道开挖时及建成后受山体压力的变形与错位或整段滑动。

变形监测是利用测量仪器与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。

其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征，并且根据变形体的性质与地基情况，重点全面的反映变形体的变化情况，了解变形规律，监测变形体的安全。

人类社会的快速发展，加快了工程建设的进程，而工程建筑物在施工和运用期间，由于受到多种主观和客观因素的影响，会产生变形。

变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全：

甚至发生灾害，威胁人民的生命，使财产带来巨大的损失。

尽管工程建筑物在设计时考虑多种内因和外荷载的影响，但是由于设计和施工中不可能完全准确的估计所有因素，工程在运行过程中受到各种内因和外因的影响，可能发生某些不利的变化因素，使得一些工程出现事故。

例如：

美国93米高的提堂（Teton）土坝1976年溃决；

法国67米高的马尔巴塞（Malpasset）拱坝1959年垮坝。

我国河南省板桥和石漫滩两座土坝1975年8月洪水漫坝失事；

2004年10月25日，上海中环线某地铁工程发生基坑坍塌事故，坍塌范围长近40米，深约10米；

2005年7月2l广州海珠城由于基坑存在安全隐患发生坍塌事件。

2005年11月，北京市地铁十号线22标段发生坍塌事故，造成至少400平方米范围内的基坑塌陷10余米。

特别是板块运动引起的地壳变形，而发生的地震，更是灾难巨大，如：

2008年5月12日，发生在四川汶川8.0级特大地震，给人民生命和国家财产带来了巨大的损失。

因此，变形监测工作显的非常重要，要预防这些灾害的发生就必须对变形体进行监测，总结变形体发生变形的原因和规律，对于可以控制的变形，控制其变形的发展方向，对于不可控制的变形，通过不同时期监测的变形资料，预测变形体变形的方向和大小，分析变形造成的影响，提前采取有效的措施，使可能发生的灾害造成的损失降到最小。

总之，变形监测就是科学、准确的获取变形体的变形信息，结合实际工程特点，对已有的变形分析模型进行科学的改进，建立新的变形分析及预测模型，选出最适合的变形模型，使之能够快速、精确的反映变形体的变形规律，并反馈指导工程的设计、安全施工和运营，以及建立更加有效的变形预测模型。

1.2国内外的研究现状

1.2.1测量机器人的发展

随着科学技术的飞速发展，测量仪器也发生了翻天覆地的变化。

测量机器人（MeasurementRobot）是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并且获取其角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它是在全站仪基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并且配置智能化的控制及应用软件发展而形成的。

测量机器人的技术组成包括坐标系统、操纵器、换能器、计算机和控制器、闭路控制传感器、决定制作、目标捕获和集成传感器等8大部分。

坐标系统采用球面坐标系统，即望远镜能绕仪器的纵轴和横轴旋转，能在水平面360。

和在竖面180。

范围内寻找目标；

操纵器主要是控制机器人的转动；

换能器可将电能转化为机械能驱动步进马达运动；

计算机和控制器的功能是从设计开始到终止操纵系统、存储观测数