徕卡机器人在水库大坝监测中的应用

葛恒山（泸州市纳溪区黄桷坝水库管理站，四川泸州646300）

徕卡机器人在水库大坝监测中的应用

葛恒山（泸州市纳溪区黄桷坝水库管理站，四川泸州646300）

本文主要对TCA2003自动全站仪以及观测系统进行了简单的介绍，同时也介绍了TCA2003监测网以及监测基准网的建设，并且对数据处理进行了阐述，简单的介绍了徕卡机器人在水库大坝监测中的应用。

TCA2003自动全站仪；大坝监测；数据处理

1 引言

随着我国经济的快速发展，我国对基础设施的建设也越来越重视，因此基础设施逐渐的趋向完善。很多建筑和大中型水库大坝工程的建设施工以及运行监测逐渐的被重视起来，它们关系到建筑和工程的质量以及运行安全。徕卡机器人由于在大中型水库大坝工程和建筑的监测方面有着丰富的测量经验与先进的技术，突破了传统监测技术的限制，大量应用了先进的测量技术、多传感器技术、数据处理技术以及通讯技术，创建了新型的全自动水库大坝监测系统。

2 工程案例介绍

本文主要简单介绍了黄桷坝水利工程，水库总库容为3105.2万m3，设计灌溉面积10.56万亩，为中型水利工程。大坝为混凝土面板堆石坝，大坝坝顶长226m，坝顶宽度6.0m，坝顶高程402.3m，最大坝高51m，上游坝坡为1：1.4，采用混凝土面板防渗，下游坝坡为1：2.0，采用预制混凝土板护坡，设一级马道，高程为383.0m。为了对黄桷坝水库大坝的外部进行监测，需要在大坝的坝顶及下游设置四条视准线。采取TCA2003自动全站仪对坝顶EL+3和EL-3视准线、下游侧EL-40和EL-84视准线进行监测。传统的视准线的观测方法主要是觇牌法与小角法，而传统的视准线观测方法在对水库大坝进行监测过程中容易出现以下几个问题：①会造成土石坝严重变形，严重超过觇牌量程；②在进行视准线观测的时候会靠近大坝，这过程中会导致视线抖动或者折射，使得观测的最终数据很难达到一定的精度；③该监测方法只能够对上下游方向的变形进行监测，但是垂直变形就进行水准测量；④在进行每次监测之前，必须要先对中间的工作基点进行校测。我们结合黄桷坝水库大坝的实际情况，将水库的视准线的观测采取TCA2003自动全站仪进行自动监测。该视准线观测方法不但能够使得观测更加精确，有效的提高了效率，而且还能够满足对土石坝的变形监测。大坝外部变形观测方法主要有垂直位移观测、水平位移观测以及三维位移观测，水平位移观测是采取极坐标法，垂直位移观测采取的是几何水准法，观测采取TCA2003全站仪，其主要的配置有：棱镜、专用测量与通讯软件、TCA2003自动全站仪。

3 TCA2003自动全站仪及测量软件

测量机器人该自动全站仪具有自动化与智能化等性能，可以很方便轻松的对水库大坝的外部变形进行三维位移观测。TCA自动全站仪可以进行自动正倒镜观测、电子整平以及自动的将观测数据进行记录等活动，另外只有其特有的ATR（Automatic Target Recognition）功能，能够让TCA自动全站仪对目标进行识别。ATR具有智能性，和望远镜同轴，而且其功能性能较为稳定。TCA自动全站仪发出的红外线经反射棱镜返回，这时候全站仪内部安装的CCD像机经过判断且接收以后，马达则会将自动全站仪驱动转向反射棱镜，同时调整反射棱镜中心的确切位置。因此工作人员就没有必要进行确切的照准以及调焦，只需要大概的照准反射棱镜，TCA自动全站仪就能够找到准确目标，同时自动照准和调焦，这样就使得工作效率大幅度提高。TCA自动全站仪需要配合使用特定的测量软件，这就能够在计算机上对整个观测过程进行控制，实现了智能化与自动化。

对于黄桷坝水库大坝坝顶及下游坝坡的监测过程中，采取了TCA2003自动全站仪进行监测。该自动全站仪是目前世界上测量最精确的仪器之一，该自动全站仪测量测距精度范围在±（1mm+1ppm×Dkm），标称测角精度为±0.5″，单棱镜测程为1.2km。对于大坝外部变形的监测，则采取了（INspectiny V1.0）自动全园测量软件，这项软件是我国自主研发的自动全园测量系统。它是根据我国的观测规范进行合理的研发而成，界面清晰易懂，操作流程方便简单，工作人员很容易即可进行操作。它可以对TCA2003自动全站仪进行控制，根据自动全园观测法，对大坝变形点的垂直角、水平角、仪器状态以及斜距等进行智能化采集。

4 TCA监测系统

对于大坝外部变形TCA自动全站仪监测系统主要包括：TCA自动全站仪、通讯、基准点、监测点以及变形点。

5 基准控制网

对于大坝外部变形TCA观测，其基准控制网如图1所示。

图1 TCA基准控制网点图

选择TCA2003自动全站仪对基准控制网进行观测。按照三等三角测量的要求对平面控制进行边角监测。选择DNA03数字水准仪与条码尺对高程进行观测，其中DNA03可以自动读数、记录数据以及控制测站限差，选择DNA03数字水准仪有效的提高了工作效率和观测的准确度。

基准控制网的计算一般会选择NASEW95平差软件，这项软件能够适用于所有测量控制平差的计算，也能够对高程控制网以及所有规模的平面进行设计、平差和概算，而且不需要进行编程。可以自动对控制网路线闭合差进行求解，并且能够提供大量的自动剔除与粗差定位功能。

表1

6 变形点的TCA监测

变形点的TCA监测主要包括：变形点、监测点以及基准点，主要使用逐个监测站、观测组，分组后采用极坐标法方法进行变形点监测。

6.1 变形点的分组

因为每一条视准线有着大量的变形点，在进行监测的过程中，不可能一下子全部监测，所以要进行变形点的分组。而且每一组的点不能太多，如果偏多则会使得棱镜的使用量增多、观测时间增加，观测条件有了改变。每一组的点也不能太少，如果偏少则会使得点组变多，使得工作量增加。结合黄桷坝水库大坝的监测条件和，将大坝上的变形点分为2组，每组监测的时间大约是10min。

6.2 TCA监测

因为大坝坝顶的变形不是很多，这就要求监测的准确度够高。选择TCA2003自动全站仪进行观测，水平角则要采用全圆观测法进行观测，距离与天顶距则要逐点进行观测，在进行距离观测时需要确定天气因素。EL+3和EL-3视准线上的D1～D10共10个变形点监测采取极坐标法，仪器布置在J1监测站，TCA2003自动全站仪后视E4基准点。在监没变形点同时观测E8基准点，测得的E8基准点数据用于比对本次监测精度的初判。

大坝坝顶EL-3和下游EL-40及EL-84视准线上的D6～D17共12个变形点监测采取极坐标法，仪器布置在J2监测站，TCA2003自动全站仪后视J1监测站点。在监没变形点同时观测E8基准点，测得的E8基准点数据用于比对本次监测精度的初判。大坝坝顶的D6～D10变形点进行了2次测量，可对测出的数据比对。

7 数据分析处理

利用 Excel表格与计算软件对数据进行分析处理，对TCA观测数据改正、计算和精度处理。

7.1 数据的处理程序

①应该是输出TCA观测数据；②对边长进行改化和制定高差表；③计算平差；④进行成果表输出；⑤输出位移量表和图，最后将其录入监测数据系统。

7.2 成果计算

在对观测数据进行改正之后，将其输进NASEW3.0软件，再进行平差的处理计算。高程是把外业高差经尺长改正、闭合差改正之后，制定的高差表，计算出大坝的所有点的坐标。

将大坝第一次观测的变形点坐标（X′p1、Y′p1、Zp1）当做初始值，故此每个变形点的变形量是：△X′p=X′p-X′p1、△Y′p=Y′p-Y′p1、△Zp=Zp-Zp1。

7.3 位移量表、图

把每个变形点的坐标输进数据库，然后通过程序可以得到每一个变形点的位移量，还有成果输出。把每个变形点的位移量输进表格，则会自动编制出垂直位移量图与主变形位移量（见表1）。

8 结束语

综上所述，采用TCA2003自动全站仪可以有效的对水库大坝进行监测，而且还能够自动记录监测数据，降低了人为误差因素，有效的提高了工作效率，从而使得监测更加准确。

[1]黄声亨，尹 晖，蒋 征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2001.

[2]喻兴旺，程鸣坚，徐忠阳，等.TCA2003全站仪在港口湾水库大坝变形监测中的应用[J].水电自动化与大坝监测，2015，27（5）：48～50.

[3]赵景瞻.TCA2003全站仪及其在二滩大坝外部变形监测中的应用[J].水电自动化与大坝监测，2015，26（2）：34～38.

TP242

A

2095-2066（2016）24-0045-02

2016-8-15