测量机器人测量自动化.ppt

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1、测量机器人测量自动化教学实习,一 测量机器人概述,1 测量机器人定义,测量机器人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获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。它是现代多项高技术集成应用于测量仪器制造领域的最杰出的代表，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，迅速作出分析、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接合，完全可以代替人完成许多测量任务。,Leica TCA2003 型测量机器人,2 测量机器人组

2、成,测量机器人由八大部分组成：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集成传感器,3 测量机器人分类,测量机器人可分为三类：被动式三角测量或极坐标法测量 在被测物体上设置标志,主要是以反射棱镜为合作目标。主动式三角测量 以结构光作为照准标志,由两台带步进马达和CCD 传感器的视频电子经纬仪和计算机组成，通过空间前方角度交会法来确定被测点的坐标。无合作目标测量 第三种不需要合作目标,根据物体的特征点、轮廓线和纹理,用影像处理的方法自动识别、匹配和照准目标,采用空间前方交会的原理获取物体的三维坐标及形状。,极坐标法测量原理,前方交会法测量原理,4 测量机器人的测量原理,测量

3、机器人在工程建筑物变形自动化监测中的应用,1 概 述,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，而Leica测量机器人则以其高精度、高稳定性、高可靠性等非凡的品质，赢得了多数用户的青睐。利用测量机器人进行工程建筑物的自动化变形监测，一般可根据实际情况采用两种方式：一种是固定式全自动变形监测系统；另一种是移动式网观测及自动化数据处理系统。测量机器人参观教学实习是以参观为主的一次教学实习，将以Leica测量机器人为例参观测量机器人基于以上两种方式的变形监测应用。,2 固 定 式 全 自 动 变 形 监 测,固定式全自动变形监测是指在测站上建立测量机器人监测房，

4、配设供电、控制、计算、通信装置，且每个被监测的目标点上配设专门的反射棱镜，进行持续监测。针对这种模式的变形监测工作，配置有测量机器人变形监测自动化软件系统。,固定式全自动变形监测模式（一）,固定式全自动变形监测模式（二）,固定式全自动变形监测模式（三）,3 移 动 式 网 观 测,在每个测量机器人测站上对目标监测点作周期观测，每个观测周期根据要求可设计为数小时到数天，周期之间的间隔时间可设地为一周、一旬或一月乃至数月。针对这种模式的变形监测工作，配置有移动式网观测机载软件以及自动化数据处理软件系统。,移动式网观测模式示意图,三 固定式全自动变形监测系统概述,1 系 统 概 述,测量机器人变形监

5、测自动化软件系统Geo_DAMOS（Georobot Deformation Automatic Monitoring Software System）是采用测量机器人(如徕卡TCA2003)对各种工程进行自动化安全监测和数据处理的通用软件系统。可对各监测点进行实时监控、自动测量和变形过程显示等功能，适用于对滑坡或边坡以及大坝、桥梁、地铁、隧道等各种工程建筑物的自动化监测。,2 系统主界面,生成编号表输入鉴定表输入气象值输入目标高计算周期平均计算日平均计算方位角修改棱镜高显示变形量坐标重计算参考点分区数据后处理,仪器遥操作搜寻目标点读取当前位置仪器定位于配置度盘初始测量,工程管理(P)系统设置

6、(S)初始测量(L)自动测量(A)数据整理(E)成果输出(O)窗口(W)帮助(H),新建工程(N)打开工程(O)工程另存为(S)删除工程(D)压缩当前工程最近使用工程打印设置(P)退出系统(E),测点分组观测时间定制连接点组与定时器测量限差设置自动测量参数设置数据存储方式选择自动测量图形显示,差分数据处理方式,3 系统主框 图,4 系统特点,界面友好舒畅、色调协调，各项参数可以进行人性化的更改，容错功能强；实现无人值守、全天时、持续自动变形监测，节约了大量人力、物力和财力；采用距离差分、高差差分和气象改正等技术对监测数据进行处理，减少或削弱了某些影响误差，从而提供测量精度；实时进行数据处理、数

7、据分析、报表输出、变形趋势图形显示与输出等；当被监测对象发生大变形时，可以实现自动报警，为决策支持提供依据；利用网络通讯技术，实现远程监控，让用户不必亲临现场，而在办公室就能及时地了解、监控与管理被监测场地的情况；系统维护与更新方便，运行成本低。,5 系统功能设计,1)、工程管理 每个变形监测项目都以工程形式进行管理，工程中保存着该变形监测项目的监测过程中的相关数据。2)、系统初始化 系统初始化实现测量机器人与计算机串口相连的各项通讯参数设置以及测量机器人的初始化设置等。3)、学习测量 学习测量即是对所需观测的目标点进行首次人工测量，获取目标点概略空间位置信息,以便日后计算机控制测量机器人自动

8、搜寻定位目标点,完成自动测量。,4)、自动测量 根据设置的自动观测时间段，控制测量机器人在指定的时间段内实施无人值守的自动观测。5)、智能处理遮挡处理放弃当前点测量；根据设置的等待时间重新测量该点；超限处理根据设置的重测次数，重新测量超限点数据；6)、自动报警 当测点变形量超过预先设定的限差时，进行自动报警。,7)、数据处理 实现目标点坐标计算以及变形分析。包括：投影改正仪器加乘常数改正气象插值改正距离差分改正高差差分改正8)、变形趋势图实时显示 动态显示变形趋势图，以此来判断目标点点位是否有位移。9)、测量数据报表输出 可根据不同需要，对数据进行刷选与组合，然后将数据，如观 测周期、X坐标、

9、Y坐标和Z坐标等输出到Excel中进行管理。,10)、压缩工程数据 可对工程数据进行适当的压缩以更好地利用存储空间。11)、通过网络实时传送观测数据 因在实测场地实施的是无人值守自动监测，为方便用户在不到实测场地就能实时获得观测数据，系统提供有通过网络实时传送观测数据至远程指定服务器。,四 固定式全自动变形监测系统功能,使用Geo_DAMOS软件系统进行变形监测的步骤和过程如下：,1）基本参数设置新建或打开工程初始化全站仪单位和坐标系设置测站设置2）自动测量参数设置初始测量测点分组观测时间定制连接点组与定时器测量限差设置自动测量参数设置数据存储方式选择,3）自动测量自动测量图形显示4）测量数据

10、处理输入目标高坐标重计算计算日平均参考点分区数据差分处理5）成果输出输出成果,下面一一叙述各个步骤：,1 基本参数设置,1）新建或打开工程2）初始化全站仪3）单位和坐标系设置4）测站设置,1）新建（打开）工程 选择主界面中的主菜单“工程管理”中的对应子菜单或工具栏对应按钮或数据管理相应按钮即可完成相应任务。,新建工程界面,打开工程界面,2）初始化全站仪,初始化全站仪操作目的：保证全站仪与计算机通信通畅无阻。设置参数有：串口号（默认值为COM_1）波特率（默认值为9600）仪器型号（默认值为TCA2003）补偿器开关（默认值为打开）目标识别开关（默认值为开）否为小视场（默认值为是小视场）报错时长

11、（默认值为10秒）,初始化全站仪界面,3）单位、坐标系设置,主要设置参数有：坐标系类型（默认为左手系）距离单位及其小数位数（单位默认米，小数位数默认4位）角度单位及其小数位数（单位默认度.分秒，小数位数默认5位）,单位坐标系设置界面,4）测站设置,主要设置参数有：周期测站名测站的X、Y和Z坐标仪器高定向点定向方位角,测站设置界面,2 自动测量参数设置,1）初始测量2）测点分组3）观测时间定制4）连接点组与定时器5）测量限差设置6）自动测量参数设置7）数据存储方式选择,1）初始测量,目 的：初始测量用以获取所有监测点的点位信息，以便在自动测量过程中可以根据这这些点位信息进行监测点的自动搜寻。操作

12、步骤：1）单击学习测量按钮，启动仪器测量监测点数据；2）输入监测点基本信息，如点名、备注等；3）单击保存结果按钮将监测点初始测量数据保存。,初始测量界面,2）测点分组,目 的：测点分组的主要目的是在自动测量过程中控制仪器应测量哪些监测点，并且按照什么顺序测量这些点。操作步骤：1）新建点组，输入点组名；2）从左列表中选择需要归入当前点组的测点；3）单击保存点组按钮将保存点组数据。,测点分组界面,3）观测时间定制,操作步骤：1）设置自动测量的开始日期和开始时间、结束日期和结束时间以及测量周期；2）单击添加定时器按钮可保存观测时间定制设置；,观测时间定制界面,目 的：控制监测点在何时启动自动测量，实

13、现无人值守，提高工作效率，真正达到自动化效果。,注 意：最多只能设置3个定时器。,4）连接点组与定时器,目 的：控制仪器实现指定点组中的测点在指定时间内进行自动测量。操作步骤：1）在左边列表中选择定时器，然后再在右边下拉框中选择对应点组；2）单击保存连接设置即可完成点组与定时器连接工作。,连接点组与定时器界面,5）自动测量限差设置,目 的：设置各项限差，用于保证自动测量数据的准确性与可靠性。设置参数：水平角测角中误差天顶距测角中误差测距中误差X方向中误差Y方向中误差Z方向中误差X方向位移限差Y方向位移限差Z方向位移限差,自动测量限差设置界面,6）自动测量参数设置,设置参数：度盘选择测量次数测距

14、模式点位遮挡处理方式测量超限处理方式测站倾斜量记录方式,自动测量限差设置界面,7）数据存储方式选择,设置参数：自动测量过程中是否更新各监测点的学习初测值；点位测量数据存储方式,数据存储方式选择界面,3 自动测量,1）自动测量2）图形显示,1）自动测量,自动测量界面,2）图形显示（一）,图形显示界面测点位置图,2）图形显示（二）,图形显示界面单个测点不同周期变形曲线图,2）图形显示（三）,图形显示界面多个测点同一周期变形曲线图,4 测量数据处理,1）输入目标高2）参考点设置3）坐标重计算4）计算日平均5）参考点分区6）数据差分处理,1）输入目标高,目标高输入界面,目标高输入是指输入每次仪器设站时

15、所量测的监测点目标高信息，包括点组名、周期、点名、目标高（单位为m）和观测日期等。,2）参考点设置,参考点输入界面,设置参考点的目的是用以差分改正，以此消除或减弱某些测量误差，从而达到提高观测数据精度的目的。一般，参考点个数应多于两个。,3）坐标重计算,坐标重计算功能是根据数据库中已经存在的参考点数据与测站点数据重新计算变形点坐标的功能，这一功能只是对原始观测数据的X、Y和Z坐标重新计算。,4）计算日平均,计算日平均界面,计算日平均是求取某一或某些指定监测日期内各观测周期数据的平均值，然后将数据保存至日平均数据表中，方便后续的变形分析。,步 骤：1）先在左边日期列表框中选择需要计算平均数据的日

16、期，2）然后再单击界面中的确定完成计算。,5）参考点分区,参考点分区界面,参考点分区功能是数据差分计算的重要环节，其分区的好坏将决定着差分计算成果的好坏，所以分区时慎重，一般下先根据几个参考点的位置和观测数据来综合考虑该选择哪个或哪几个参考点负责某一区域的变形点差分计算。,6）数据差分处理,数据差分处理,数据差分改正处理方式：水平角差分改正 距离差分改正 垂直角差分改正 插值气象改正 距离差分改正+垂直角差分改正 插值气象改正+垂直角差分改正,5 成果输出,成果输出是将自动测量观测成果及其后处理成果以Excel电子表格输出，包括：输出点位原始测量数据 输出点位原始变形数据 输出周期平均后处理数

17、据 输出周期平均后处理变形数据 输出日平均后处理数据 输出日平均后处理变形数据 输出点位后处理数据 输出点位后处理变形数据,1）上图为点位原始测量数据导出界面；2）下图为点位原始测量数据导出至Excel的样板格式；,五 应用实例,一）金坪子滑坡二）野猫面滑坡三）黄腊石滑坡,一）金坪子滑坡,金坪子滑坡全貌图,金坪子滑坡,乌东德坝址及金坪子滑坡区卫片,区金坪子村之上、当多村之下高程11001400m之间的中部“基岩”梁子；,区“基岩”梁子之上的当多堆积体斜坡；,区“基岩”梁子东侧的强烈变形区；,区“基岩”梁子之下的金坪子堆积体斜坡；,区金坪子斜坡前缘金沙江右岸江边基岩出露区。,金坪子滑坡DTM模型,区,区,区,区,区,金坪子滑坡 DEM模型,从各个角度观看金坪子斜坡,金坪子滑坡-TIN模型,金 沙 江,金坪子滑坡监测系统布置图,监测点群三维动画演示,金坪子滑坡体测量机器人站,金坪子滑坡变形网监测现场（一）,金坪子滑坡变形网监测现场（二）,表一 网观测比较分析一,表二 变形体监测比较分析,二）野猫面滑坡,野猫面滑坡,三）黄蜡石滑坡,黄蜡石滑坡,谢 谢 大 家！,