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浅谈测量机器人在地铁运营隧道监测中的应用

时间:2013-07-27来源:易品网 点击:

1.测量机器人简介
  测量机器人,是对现在用广泛应用的全自动全站仪的一种俗称,在全站仪中安装智能芯片,在全站仪接收到指令后进行规律性的测量,不仅满足了一般测量的要求,还满足了现在各种高强度,高精度等肉眼无法完成的连续监测要求。
  第一代高精度应用较广测量机器人应属Leica的TCA1800,之后Leica的TCA2003的出现,则令测量机器人的测量精度有了很大的提高,随着科技进步,Leica的TS30、TM30系列的高效率高精度测量机器人已逐步在现有变形监测中广泛应用。

2.测量机器人在变形监测中的应用简述
  2.1自动化测量系统的组成
  自动化测量系统是基于一台测量机器人的有合作目标(照准棱镜)的变形监测系统,可实现全天候的无人值守监测,其实质为自动极坐标测量系统。
  (1)基站
  基站为极坐标系统的原点,用来架设测量机器人,要求有良好的通视条件和牢固稳定。
  (2)参考点
  参考点(三维坐标已知)应位于变形区域之外的稳固不动处,点上采用强制对中装置放置棱镜,一般应有3~4个,要求覆盖整个变形区域。参考系除提供方位外,还为数据处理提供距离及高差差分基准。
  (3)目标点
  均匀地布设于变形体上能体现区域变形的部位。
  (4)控制中心
  由计算机和监测软件构成,通过通信电缆控制测量机器人做全自动变形监测,可直接放置在基站上,若要进行长期的无人值守监测,应建专用机房。
  2.2隧道监测
  测量机器人在变形监测一般应用在运营隧道无人值守测量中,其监测思路分以下几步:
  (1)在隧道变形影响范围外设置观测基准点(棱镜),每次测量基准棱镜并消除因仪器自身位移对隧道产生的影响;
  (2)采用全自动实时差分原理,有效消除气象等,外界误差的影响,提高测角、测距精度;
  (3)每个断面上设4-7个监测点,互相比较,防止因外界条件影响造成测量误差误判;
  (4)每日实时监测结束后,系统会自动计算并生各测点变形数据,通过一系列的数据处理,客观地反映地铁隧道的变形情况。
  (5)充分发挥测量机器人自动搜索、自动瞄准、自动测量功能,并对车辆遮挡、进行重新测量。
  (6)通过互联网,实现系统远程控制,无人值守。
  其具体流程如图1所示
  图1自动化监测系统架构

3.以下为某运营地铁隧道监测简述
  广州市某商业广场基坑支护工程位于广州市天河区,基坑面积13000m2,基坑开挖深度约13.0m,基坑东临地铁某站南下行区间,水平净距离约46.0m,影响管线长约100m。
  根据相关的规范要求,在基坑影响区域隧道内布设20个监测断面,每个断面布设7个监测点(见图2、图3),共计140点。监测频率为开挖期间每天3次,支护结构施工及基坑回填后每天监测1次。根据地铁隧道结构条件的限制监测精度的要求,拟采用技术先进的自动化测量方法,以获取高精度的监测数据及更高的工作效率。
  图2监测点及测量机器人布置示意图
  图3监测点及测量机器人布置示意图
  (1)自动化监测系统架构主要包括以下几个模块:
  1)动态基准实时测量系统
  该监测系统用1台全站仪设站进行隧道监测区整体实时监测;建立坐标系统;为隧道监测区域各变形变位监测点提供监测即时的基准数据。
  2)自动变形监测系统
  在隧道中,根据监测区域监测点的特征给自动全站仪配置相应的ADMS。利用DBRMS系统提供的监测即时的自动全站仪位置数据为基准,监测各自隧道区域内的变形监测点的即时变形变位情况;将监测信息通过电缆或信号通讯(无线)系统传输给功控机。
  3)监测处理中心
  自动测量后监测数据传输给功控机输入计算机进行数据采集、处理。
  (2)监测仪器及其他设备配置
  1)监测点和基准点采用徕卡大棱镜、徕卡小棱镜;
  2)LeicaTS30自动全站仪
  3)功控机、台式计算机和信息解调系统;
  4)电源箱、电力电缆、信号设备、信号电缆若干;
  5)满足本项目现场要求的自动监测软件。
  (3)数据处理及监测结果
  1)通过仪器测出的监测结果;
  2)经过软件快速分析平差处理后输出实际所得变形量;
  3)将变形量导入到固定格式的监测报告中;
  4)分析变形量较大的测点,如有需要则进行复测以确定监测结果;
  5)确定监测结果无误后,将监测数据报表(见图4)传输到委托方指定的邮箱,并简要通知委托方监测结果。
  图4监测数据报表

4.对测量机器人在变形监测应用的总结
  4.1测量机器人能代替常规测量并有效降低测量误差;
  4.2测量机器人在地铁测量中,应合考虑因地铁运营列车移动时所产生的测量误差,对于变形突然变大的测点应及时复测,仔细对比同截面及邻近截面测点变形情况;
  4.3测量机器人能在其他高精度变形监测广泛应用。  

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