全站仪自动化变形监测.pptVIP

全站仪自动化变形监测系统 AutoMoS SubMoS林新烁 深圳市博飞仪器有限公司2013 05深圳 目录 一 变形监测精度要求 地铁 大坝 二 全站仪极坐标测量精度分析三 自动化变形监测系统对全站仪的要求四 自动化变形监测误差处理技术五 全站仪自动化变形监测系统六 总结附录 SubMoS 地铁结构变形自动化监测系统 一 变形监测精度要求 地铁隧道围岩收敛控制标准 参考值 1 洞室收敛 30mm 2 拱顶下沉 20mm t 一 地铁结构变形监测精度要求 变形监测精度要求 m 1 1 1 2 p 变形允许值t 为置信区间内允许误差与中误差之比值 t 2p 为概率值 相对位移一般可取p 0 995 一 变形监测精度要求 大坝变形监测精度要求 1 混泥土坝 1mm 2 土石坝 3 5mm 二 全站仪极坐标测量精度分析 1 极坐标测量原理 极坐标测量示意图 O x Scos cos y Scos sin z Ssin x y z P S 二 全站仪极坐标测量精度分析 2 极坐标测量精度计算公式 三维坐标分量精度计算 2 m 2 m m2 22 y xz z my S y S S 点位精度计算 x 2 D D yz x D 2 2 mz m2 2 2 2 2 2 0 S x 222 2 2 mS m m S D mP 二 全站仪极坐标测量精度分析 3 极坐标测量精度理论估计 450 mS 1mm 1ppm m m 0 5 设 0 10 二 全站仪极坐标测量精度分析 全站仪极坐标测量精度检测装置俯视示意图 激光干涉仪 Di Di 1 i i 全站仪 4 自动化全站仪极坐标实测精度统计 自动目标照准 室内30m双频激光干涉基线比测示意图 导轨小车全站仪极坐标测量精度检测装置立面示意图 激光干涉仪 全站仪 二 全站仪极坐标测量精度分析 4 自动化全站仪极坐标实测精度统计 自动目标照准 室内30m双频激光干涉基线比测部分结果 m P 0 15mm n T P 二 全站仪极坐标测量精度分析 4 自动化全站仪极坐标实测精度统计 自动目标照准 室外200m距离测微平台比测部分结果 JZ1 JZ0 X Y 变形点GD4JZ3 北 主坝轴线 坝肩轴线 JZ2 二 全站仪极坐标测量精度分析 4 自动化全站仪极坐标实测精度统计 自动目标照准 室外200m距离测微平台比测部分结果 在X方向锯齿型误差为 0 19mm 在Y方向锯齿型误差为0 16mm 转化为角度误差为 0 24 三 自动化监测系统对全站仪要求 1 全站仪的自动化 全站仪轴系驱动自动化 全站仪目标照准自动化 自动照准精度 1mm 200m 自动照准距离 1000m 自动照准分辨能力 具备特殊能力 就近照准法则 小视场 主动目标 自动照准目标类型 圆棱镜 360 棱镜 反射片 全站仪目标测量过程控制自动化 提供丰富的计算机控制指令 便于编程开发 三 自动化监测系统对全站仪要求1 全站仪的自动化 三 自动化监测系统对全站仪要求 1 全站仪的自动化 多棱镜目标自动化识别技术 一般的自动照准全站仪 非就近照准法则 视场内有2个棱镜 不能正常测量 索佳自动化全站仪 就近照准法则 视场内有2个棱镜 仍能正常测量 三 自动化监测系统对全站仪要求 2 可以自动化照准的合作目标 360 棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配H 0 H 30 自动照准点随着棱镜的水平方向转动 自动照准点上下会有偏差 可达 2 5mm H 60 三 自动化监测系统对全站仪要求 在水平方向上有2 3mm的变化棱镜水平方向转动 自动照准点左右会有误差 2 可以自动化照准的合作目标 360 棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配自动照准点 H 0 H H 三 自动化监测系统对全站仪要求 H 0 H 30 H 60 自动照准点新型360 棱镜 即使改变棱镜方向 自动照准点也几乎不偏移 2 可以自动化照准的合作目标 360 棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配 三 自动化监测系统对全站仪要求 2 可以自动化照准的合作目标 360 棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配 3 2 1 0 1 2 3 60 45 30 1501530棱镜水平方向转动角度 deg 45 60 測定誤差 mm 水平上下距離 索佳360 棱镜 徕卡360 棱镜 3 2 1 0 1 2 3 60 45 30 150棱镜水平方向转动角度 1530 deg 45 60 測定誤差 mm 水平上下距離 三 自动化监测系统对全站仪要求 索佳360 棱镜 3 2 1 0 1 2 60 45 30 1501530棱镜水平方向转动角度 deg 45 60 測定誤差 mm Trimble360 棱镜 3 2 1 0 1 2 60 45 30 1501530棱镜水平方向转动角度 deg 45 60 測定誤差 mm 水平上下距離 2 可以自动化照准的合作目标 360 棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配 3 水平上下距離 3 四 自动化监测误差处理技术 1 大气折射对全站仪测量结果的影响 大气折射对电磁波测距的影响 测定大气温度 气压等 对测距结果进行修正 利用数字气象设备 可以实现大气参数采集的自动化 一般在车站附近测定气象参数 存在较大的代表性误差问题 大气折光对垂直角测量的影响 地球弯曲及大气折光对垂直测量的影响与气候 地理环境等因素有关 无法直接利用有关设备直接测定 一般在已知高差 或对向三角高程观测求解球气差系数 为了实现变形点三维监测 必须解决球气差的影响问题 四 自动化监测误差处理技术2 极坐标三维监测多重差分改正原理 利用基准点信息求差分改正数 四 自动化监测误差处理技术 2 极坐标三维监测多重差分改正原理 大气折射对测距影响的差分改正 全站仪在基准点设站 对另一基准点上的棱镜测距 利用测距值d 与基 J 准值d0之间的较差 求定大气折射对测距影响的改正系数 J d d0 d J J J d 如果同一时刻测得某变形点的斜距为d P 那么经气象差分改正后的真实斜距为 d d d d PPP 四 自动化监测误差处理技术 2 极坐标三维监测多重差分改正原理 球气差对垂直角 三角高程 影响的差分改正 全站仪在基准点设站 对另一基准点上的棱镜观测求得三角高差hJ 与两基准点间的已知高差h0比较 求解球气差系数C 如果同一时刻测得某变形点的三角高程 经球气差改正后的高差结果为 2d cos2 h hJ c J 0 hP dP sin c dP cos ih ah 2 2 四 自动化监测误差处理技术 2 极坐标三维监测多重差分改正原理 水平方位角的差分改正 全站仪水平度盘零方向受仪器稳定性 外界条件的变化等因素的影响会发生变化 把基准点第一次测量的方位角作为基准方位角HZJ0 其它周期对基准点测量的方位角HZJ 与基准方位角相比 有一差值 H H H0ZZJZJ 如果同一时刻观测其他变形点 其准确的方位角值为 HZP HZP HZ 2 极坐标三维监测多重差分改正原理 监测点三维位移量计算 经上述多重差分改正后 消除大气等外部环境的综合影响 求得准确的监测三维坐标 与第一周期的三维坐标相比 计算其他周期的三维位移量 X D cosH X0 Z h Z0 sinH Y0 Y D PP ZP P P ZP P P X X X1 Z Z Z1 YP YP YP PPP 1 PP P 四 自动化监测误差处理技术 3 不同基准距离差分改正变形点精度影响理论分析单位 mm 四 自动化监测误差处理技术 4 实际应用案例差分改正效果统计 某大坝变形监测点位分布图 X Y S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 监测站 JZ1 JZ2 JZ3 北 主坝轴线 坝肩轴线 1020马道 四 自动化监测误差处理技术 四 自动化监测误差处理技术4 实际应用案例差分改正效果统计 某大坝变形监测点差分改正效果统计 1个月664个周期 4 实际应用案例差分改正效果统计 某大坝变形监测点差分改正实测精度统计 把其中1个或2个基准点当作 变形点 其位移量即为误差影响量 显而易见 长边基准差分改正短边变形点 有利于保证监测精度 四 自动化监测误差处理技术 5 监测误差处理技术新突破 自适应方法极坐标测量原理可知 要获得准确的测量结果 必须有效解决大气折射率对测距的影响 以及球气差对三角高程测量的影响 仪器在稳定基准点设站 多重差分技术 仪器在欠稳定的工作基点设站 自适应拟稳技术无需观测大气气象参数 并顾及球气差对单向三角高程观测的影响 四 自动化监测误差处理技术 四 自动化监测误差处理技术5 监测误差处理技术新突破 自适应方法 五 全站仪自动化变形监测系统 1 自动化变形监测系统的组成 单台站系统 大坝监测 五 全站仪自动化变形监测系统 X Y Z X Y Z X Y Z 1 自动化变形监测系统的组成 单台站系统 大坝监测基准点自然表面 太阳能板市电 220v 全站仪监测站AutoMoS专业版软件 数据通讯 变形点 www z 五 全站仪自动化变形监测系统 1 自动化变形监测系统的组成 多台站系统 分布式 大坝监测 www z 五 全站仪自动化变形监测系统 1 自动化变形监测系统的组成 多台站系统 分布式 大坝监测 供电与通信系统 公司局域网 水电大楼远程监控计算机 功控计算机 1 功控计算机 2 视频监视器 功控计算机 5 功控计算机 4 功控计算机 3 监控中心服务器 自动全站仪观测站 L1 自动全站仪观测站 L2 自动全站仪观测站 L4 自动全站仪观测站 L3 自动全站仪观测站 L5 变形监测棱镜变形监测棱镜变形监测棱镜 变形监测棱镜 变形监测棱镜 为手机短信报警装置 五 全站仪自动化变形监测系统 1 自动化变形监测系统的组成 地铁监测系统 五 全站仪自动化变形监测系统 1 自动化变形监测系统的组成 单台站系统 地铁监测 五 全站仪自动化变形监测系统 1 自动化变形监测系统的组成 多台站系统 地铁监测 www z 五 全站仪自动化变形监测系统 2 测站设备安装 为测站设备 全站仪 提供稳定的架设条件 仪器墩 为测站设备提供必要的防护 测站小屋防盗窃防气候 雨 雪 风 阳光 防灰尘 五 全站仪自动化变形监测系统 2 测站设备安装 测站仪器墩 双层混泥土 或钢管 仪器墩 防土层移动 防温度影响 如可能 锚到基岩或稳定土层 注意与监测站房建筑结构的隔离 强制对中装置外环层缝隙中填入泡沫或沙子 俯视图 侧视图 内芯标不锈钢强制对中盘 五 全站仪自动化变形监测系统 2 测站设备安装 测站小屋 测站小屋的作用 保护全站仪 抵御外界环境影响 有利于提高监测精度 设计建造小屋时需要考虑的因素 满足监测点位的通视要求 开放式还是密闭式 测量视线是否要穿过玻璃 气候控制 空调 仪器墩的位置安排 考虑座椅空间 满足穿越电缆的需要 等等 www z 五 全站仪自动化变形监测系统 2 测站设备安装 测站小屋国内版 防护功能 兼顾旅游景点 五 全站仪自动化变形监测系统2 测站设备安装 测站小屋国内版 防护功能 兼顾旅游景点 五 全站仪自动化变形监测系统 2 测站设备安装 测站小屋国际版 防护功能 讲究实用 五 全站仪自动化变形监测系统 2 测站设备安装 测站小屋国际版 防护功能 讲究实用 五 全站仪自动化变形监测系统 3 镜站设备安装 特别注意让棱镜准确朝向仪器测站 特别是当距离超过500米时 如果有多个测站观测同一棱镜 则需使用360 棱镜 便宜的棱镜将会降低精度 影响测程 并缩短使用寿命 棱镜的安装方法取决与基础性质 岩石 泥土 混泥土等 如果在降雪区域 需要注意提升棱镜高度 避免被后雪掩埋 五 全站仪自动化变形监测系统 3 镜站设备安装 国内版 注重防护 比较复杂 五 全站仪自动化变形监测系统 3 镜站设备安装 国际版 结构简单 讲究实用 五 全站仪自动化变形监测系统 4 地铁监测设备安装 监测站 五 全站仪自动化变形监测系统 4 地铁监测设备安装 目标棱镜 五 全站仪自动化变形监测系统5 通信系统 一般通过串口实现全站仪通信 最简单的方法通过RS232的Y型电缆进行联机通讯 但通讯距离有限 小于30m 因此当进行远距离通讯时 需要采用以下之一的通讯方法 RS485 无线电台 移动无线网络 LAN 五 全站仪自动化变形监测系统 5 通信系统 有线方式 电缆 RS232 RS485等 光缆 光端机设备 接全站仪 含供电 AC220V电源 通讯电缆 电缆通信与供电盒 光端机和接线盒 www z 五 全站仪自动化变形监测系统 5 通信系统 有线方式 五 全站仪自动化变形监测系统 5 通信系统 无线方式 数传电台常用的电台 Satel PacificCrestandFreewave电台Satelline2ASand3AS模块 典型通讯距离 典型通讯波特率 最大约为 1km9600bps 五 全站仪自动化变形监测系统5 通信系统 无线方式 数传电台 五 全站仪自动化变形监测系统 5 通信系统 无线方式 无线网络 GPRS 通过RS232连接全站仪与通讯服务器 通过通讯服务器进入局域网或因特网 通讯服务器有固定的IP地址 计算机建立一个虚拟的COM端口 以便计算机象从RS232中读取数据一样 从因特网中读取数据 W T58231Com ServerHighspeedCompact 五 全站仪自动化变形监测系统 5 通信系统 无线方式 无线网络 GPRS GSM GPRS模式 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 软件主界面 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 全站仪的联机控制 设备初始化 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 监测点位的学习功能 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 自动化监测 点组定义 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 自动化监测 点组定义 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 自动化监测 定时器设置 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 自动化监测 连接点组与定时器 五 全站仪自动化变形监测系统 6 监测系统软件 自动化监测 无人值守 自动运行 按事先定义好的定时器和点组 自动运行监测系统 实时显示监测点位的位移过程曲线 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 报表输出 选择报表输出内容 五 全站仪自动化变形监测系统6 监测系统软件 报表输出 报表打印或另存文本文件 五 全站仪自动化变形监测系统 6 监测系统软件 变形监测分析与预报 趋势分析 多元线性回归分析 灰色系统分析 GM 1 1 模型 时间序列分析 ARMA模型 多种模型组合分析 趋势分析 时序分析 GM模型 时序分析 五 全站仪自动化变形监测系统 6 监测系统软件 变形监测分析与预报GM 1 1 模型拟合得到的拟合与残差曲线 10 80 60 40 20 0 21 0 4 6 11 16 21 26 31 36 41 曲线为原始变形曲线 曲线为拟合曲线 为残差曲线 五 全站仪自动化变形监测系统 6 监测系统软件 变形监测分析与预报 实测变形量与预报结果进行比较 考核预报效果 从表中可以看出 组合趋势 MA 4 模型预报精度较高 预报效果最好 五 全站仪自动化变形监测系统 7 实际应用案例精度统计 1 某混泥土重力坝 西北地区 坝顶总长 274m 主坝长144m 最大坝高 52m 库容 3355万m3 平均监测点边长约为200m 监测精度统计 mx 0 61mm my 0 24mm mz 0 54mm 五 全站仪自动化变形监测系统 7 实际应用案例精度统计 2 某混泥土面板堆石坝 华东地区 坝顶长 252m 最大坝高 68m 库容 9 41亿m3 平均监测点边长约为350 监测精度统计 mx 0 57mm my 0 23mm mz 1 01mm 五 全站仪自动化变形监测系统 7 实际应用案例精度统计 3 某混泥土面板堆石坝 东北地区 主坝坝顶长 902m 最大坝高 72m 库容 41 8亿m3 平均监测点边长约为600m 监测精度统计 mx 1 16mm my 0 72mm mz 1 54mm 五 全站仪自动化变形监测系统 8 某大坝全站仪监测系统方案改造 1 大坝基本情况 主坝 混凝土面板堆石坝 坝顶长902m 最大坝高72m 库容41 8亿m3 副坝 粘土墙堆石坝 坝顶长度332m 最大坝高47 2m 五 全站仪自动化变形监测系统 8 某大坝全站仪监测系统方案改造 2 原监测方案 下游河滩地区 布设2台自动化全站仪监测站 L4 L6 目标为双层单棱镜 前方交会观测方法 五 全站仪自动化变形监测系统 8 某大坝全站仪监测系统方案改造 3 原监测方案主要问题 许多点不能完成自动化测量 监测精度不能满足要求 全站仪与计算机之间的通信系统不稳定 整个系统迟迟不能投入正常运行 五 全站仪自动化变形监测系统 8 某大坝全站仪监测系统方案改造 4 主要改造内容之一 在不增加监测站的条件下 把交会法观测方法改为极坐标法 并进行合理的监测点组分配 尽可能缩短测站与监测点之间的距离 五 全站仪自动化变形监测系统 8 某大坝全站仪监测系统方案改造 4 主要改造内容之二 要求水库管理部门 改造监测站的密封方法 用平板玻璃替换有机玻璃 减少玻璃等因素的影响 确保监测精度 五 全站仪自动化变形监测系统 8 某大坝全站仪监测系统方案改造 4 主要改造内容之三 把原来的基于电话线调制解调器的通信系统 改为基于RS482的电缆通信系统 最终使用光缆通信系统 提高通信系统的稳定性 接全站仪 含供电 AC220V电源 通讯电缆 六 总结 全站仪自动化极坐标监测系统测量精度1 在200m左右的监测范围内 比较容易实现亚毫米的三维监测精度2 在400m左右的监测范围内 通过合理配置差分改正与系统运行方案 三维监测精度可达1 2mm3 在800m左右的监测范围内 通过合理配置差分改正与系统运行方案 三维监测精度可达2 3mm附 极坐标测量精度理论估计 六 总结 全站仪自动化极坐标监测系统主要特点 1 利用严密的多重实时差分改正原理 最大限度地消除或减弱大气等外界环境对测量精度的影响 并为系统自动化运行创造了条件 2 无需外接数字气象等附加设备 简化了系统组成 降低了系统成本 提高了系统运行的可靠性 3 在无人值守的情况下 可在全天24小时内周期性自动启动系统进行监测 如遇特殊情况 如变形量超过限差值 可通过短信等方式自动报警 4 监测点变形过程趋势实时多态图解显示 可以同时显示用户设置断面上的所有点的位移量 5 监测数据可按照用户要求自定义格式 进行报表输出 6 可以自动地执行用户编制的外部程序 具有良好的开放性 7 计算机遭遇突然断电等故障 重新开机后系统可自动初始化全站仪 按照原来的各项参数设置自动开始下一周期的测量 8 系统组成简单 维护方便 增加监测点位比较方便 加设普通棱镜即可 附录 83 地铁结构变形监测专用系统 SubMoS 目录 84 一 市场机遇与需求 二 国内最专业地铁监测系统 SubMoS三 SubMoS性能特点四 SubMoS系统组成五 总结 1 市场机遇与需求 1 1国地铁建设加速发展引发市场机遇 85 1 市场机遇与需求 1 2既有地铁安全运行保障需求 地铁周边基坑开挖房地产开发 其他工程项目介绍 86 1 2既有地铁安全运行保障需求 地铁换乘站新线建设对既有线的影响 87 1 市场机遇与需求 2 1历史经验的积累 广州地铁陈家祠站 2001 国内首次应用 2 国内最专业地铁监测系统 SubMoS 88 89 2 1历史经验的积累 广州地铁黄沙站 2003 首创组网监测新模式 2 国内最专业地铁监测系统 SubMoS 2 国内最专业地铁监测系统 SubMoS 2 2独门绝技 专门为地铁变形监测而研发 双线多测站组网实时监测方案 国内首创SubMoS支持地铁隧道上 下行双线多个测站的组网实时监测 即在狭长的地铁隧道中设置多个自动化全站仪测站 解决隧道弯曲对视线通视的影响 满足大区域地铁隧道结构变形自动化监测的需求 STN1 STN4 JZ1 JZ2 JZ3 JZ4 JZ1 JZ2 JZ4 JZ3 上行线 下行线 STN2 STN3 90 2 国内最专业地铁监测系统 SubMoS 2 2独门绝技 专门为地铁变形监测而研发 自适应数据处理技术 国际领先多年前 辰维科技在国内首次提出的 多重差分 变形监测技术 已被业界普遍认可 广泛引用 辰维科技再次创新 在世界上首次研发 自适应 监测技术 再次实现新的突破 有了 自适应 监测技术 有效解决了全站仪在非稳定区设站的问题 使地铁隧道环境下多测站组网监测成为可能 91 2 国内最专业地铁监测系统 SubMoS 2 2独门绝技 专门为地铁变形监测而研发 抗干扰功能设计 智能可靠为了实现24小时无人值守自动化监测 必须有效解决地铁列车运行期间对SubMoS监测环境产生干扰的问题 列车通过变形监测区域时 会带来震