本發(fā)明涉及大型水電工程大壩外形監(jiān)測，尤其是涉及基于測量機器人的一體化大壩監(jiān)測站及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、大型水電工程大壩外形監(jiān)測是一項重要的工程監(jiān)測項目，旨在確保大壩的結(jié)構(gòu)安全和效能。監(jiān)測的目的是及時發(fā)現(xiàn)大壩的變形、位移、裂縫或其他結(jié)構(gòu)問題，從而采取適當(dāng)?shù)木S護和修復(fù)措施。

2、為了實現(xiàn)多角度的視覺檢測，通常采用全站儀專用的支撐件來支撐測量元件，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，提供更大的拍攝角度，然而在具體的大型水電工程大壩外形監(jiān)測項目中，在監(jiān)測大壩目標(biāo)上的多個監(jiān)測點對應(yīng)布置多個棱鏡，通常測量機器人與多個棱鏡的距離監(jiān)測就可以實現(xiàn)對監(jiān)測大壩目標(biāo)的變形、位移、裂縫或其他結(jié)構(gòu)問題的監(jiān)測，然而這些位移的監(jiān)測實際上是相對位移，也就是全站儀本身與棱鏡之前出現(xiàn)位移變化才會被監(jiān)測到，若全站儀與棱鏡之間距離不大，在極端情況下，若由于區(qū)域微小地震等情況導(dǎo)致的全站儀與棱鏡同步位移，則全站儀監(jiān)測到的數(shù)據(jù)就不能真實反映監(jiān)測大壩目標(biāo)的位移數(shù)據(jù)，甚至不能監(jiān)測到發(fā)生了位移。

3、因此，為了保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，設(shè)計基于測量機器人的一體化大壩監(jiān)測站能抵抗外界環(huán)境因素帶來的細小位移的測量機器人是大型水電工程大壩外形監(jiān)測亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供基于測量機器人的一體化大壩監(jiān)測站及監(jiān)測方法。采用如下的技術(shù)方案：

2、基于測量機器人的一體化大壩監(jiān)測站，包括墩體、測量機器人和綜合氣象傳感器組件，墩體底部固定安裝在測量點的地面預(yù)制件處，測量機器人包括支撐座、位移補償裝置、測量全站儀、三個位移發(fā)生監(jiān)測組件和基于芯片的位移補償控制器，支撐座的底部可拆卸安裝在墩體的頂部，位移補償裝置的底部可拆卸安裝在支撐座的頂面，位移補償裝置頂部設(shè)有位置調(diào)整部，測量全站儀的底部安裝面可拆卸安裝在位置調(diào)整部，位移發(fā)生監(jiān)測組件包括定位監(jiān)測元件和標(biāo)定發(fā)生器，定位監(jiān)測元件安裝在測量全站儀的殼體上，標(biāo)定發(fā)生器設(shè)置在距離測量全站儀外至少一公里，且測量全站儀與標(biāo)定發(fā)生器之間無遮擋物，三個位移發(fā)生監(jiān)測組件的定位監(jiān)測元件分別安裝在測量全站儀除鏡頭面以外的其他三面中部，位移補償控制器每隔設(shè)定時間分別控制三個位移發(fā)生監(jiān)測組件的定位監(jiān)測元件分別與標(biāo)定發(fā)生器進行距離測量，設(shè)置距離標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)判斷出現(xiàn)距離測量值與距離標(biāo)準(zhǔn)值的差值超過設(shè)定差值閾值時，位移補償控制器控制位移補償裝置的位置調(diào)整部動作，使距離測量值等于距離標(biāo)準(zhǔn)值；

3、綜合氣象傳感器組件通過支架安裝在墩體上，并位于測量機器人的上方。

4、通過采用上述技術(shù)方案，具體的采用一體化大壩監(jiān)測站來檢測大壩目標(biāo)的測量點進行位移監(jiān)測，同時綜合氣象傳感器組件采集監(jiān)測點位置的氣象信息，氣象信息包括雨量、風(fēng)向、紫外線等；測量全站儀采用徠卡ts60測量機器人；

5、大壩區(qū)域內(nèi)的同步位移導(dǎo)致的測量全站儀區(qū)域與大壩目標(biāo)區(qū)域同步位移，這種位移發(fā)生后，測量全站儀無法測得位移的發(fā)生，或者只是測得微小的位移發(fā)生；

6、為了應(yīng)對這種情況，采用位移補償控制器分別控制三個位移發(fā)生監(jiān)測組件每隔設(shè)定時間對測量全站儀的位置進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，若出現(xiàn)輕微的位移偏差則需要對測量全站儀的位置進行位移補償調(diào)整，具體的采用位移補償裝置實現(xiàn)位置的調(diào)整，位移補償裝置可以實現(xiàn)平面位置的調(diào)整，例如平面電機、平面滑臺等結(jié)構(gòu)，對測量全站儀進行位置調(diào)整后，測量全站儀測得的大壩目標(biāo)監(jiān)測點的位移量更加精準(zhǔn)；

7、由于標(biāo)定發(fā)生器設(shè)置在距離測量全站儀外至少一公里，一般設(shè)置根據(jù)地質(zhì)情況進行設(shè)置，在激光測距儀的量程內(nèi)進行選擇，在除了監(jiān)測方向以外的三個不同方向進行位置監(jiān)測，大概率能監(jiān)測到由于大壩區(qū)域位移導(dǎo)致的測量全站儀位移；

8、能解決大壩區(qū)域內(nèi)的同步位移導(dǎo)致的測量全站儀區(qū)域與大壩目標(biāo)區(qū)域同步位移的大壩位移監(jiān)測問題。

9、可選的，所述位移補償裝置包括安裝板、平面位置調(diào)整機構(gòu)和全站儀支撐板，所述安裝板可拆卸安裝在支撐座的頂面，平面位置調(diào)整機構(gòu)的底部可拆卸在安裝板的頂面上，所述平面位置調(diào)整機構(gòu)設(shè)有位置調(diào)整部，所述全站儀支撐板的底面可拆卸安裝在位置調(diào)整部的頂面上，測量全站儀的底部可拆卸安裝在全站儀支撐板的頂面。

10、可選的，平面位置調(diào)整機構(gòu)是伺服平面滑臺。

11、通過采用上述技術(shù)方案，位移補償裝置主要基于伺服平面滑臺來實現(xiàn)，伺服平面滑臺的平面移動精度一般是微米級，能實現(xiàn)行程范圍內(nèi)平面任意位置的調(diào)整，可以滿足測量全站儀平面位置的調(diào)整。

12、可選的，位移補償裝置還包括高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的底部可拆卸安裝在安裝板的頂面上，所述平面位置調(diào)整機構(gòu)的底部安裝在高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的伸縮部上，所述位移補償控制器控制高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的執(zhí)行動作。

13、可選的，高度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括伺服電缸和高度調(diào)整支撐板，所述伺服電缸的底部可拆卸安裝在安裝板的頂面上，所述高度調(diào)整支撐板的底面可拆卸安裝在伺服電缸的活塞桿端部，所述高度調(diào)整支撐板和伺服電缸的活塞桿組成高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的伸縮部，平面位置調(diào)整機構(gòu)的底部可拆卸在高度調(diào)整支撐板的頂面上。

14、通過采用上述技術(shù)方案，高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的目的是應(yīng)對大壩目標(biāo)區(qū)域的垂向位移，當(dāng)平面位置調(diào)整機構(gòu)調(diào)整無法完成位置補償目標(biāo)時，還可以控制高度調(diào)節(jié)機構(gòu)動作配合完成位置補償目標(biāo)調(diào)整。

15、可選的，定位監(jiān)測元件是激光測距傳感器，標(biāo)定發(fā)生器是激光發(fā)射器，三個位移發(fā)生監(jiān)測組件的三個激光發(fā)射器分別安裝在距離測量全站儀外至少一公里處的三個方向的固定位置，三個激光測距傳感器分別安裝在測量全站儀除鏡頭面以外的其他三面中部，激光測距傳感器接收激光發(fā)射器發(fā)出的激光束，激光測距傳感器與位移補償控制器通信連接，交互激光測距數(shù)據(jù)。

16、通過采用上述技術(shù)方案，激光測距傳感器在一公里的距離下，精度可以達到1mm，采用三個不同方向的激光發(fā)射器來進行位置標(biāo)定，這個固定位置可以尋找可靠的安裝點，例如建筑物頂部等位置固定點，激光測距傳感器與激光發(fā)射器的位置關(guān)系實際上可以互換，為了數(shù)據(jù)傳輸便捷還是將激光測距傳感器安裝在測量全站儀這里，便于數(shù)據(jù)直接傳輸給位移補償控制器后進行處理并進行后續(xù)的位移補償控制。

17、可選的，位移補償控制器包括存儲器、數(shù)據(jù)分析芯片和控制芯片，所述存儲器與三個位移發(fā)生監(jiān)測組件的定位監(jiān)測元件通信連接，交互激光測距數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分析芯片分析激光測距數(shù)據(jù)，與控制芯片通信交互判斷結(jié)果，并將判斷結(jié)果存儲在存儲器，所述控制芯片分別控制平面位置調(diào)整機構(gòu)和高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的執(zhí)行動作。

18、通過采用上述技術(shù)方案，數(shù)據(jù)分析芯片可以對測距數(shù)據(jù)進行高效處理，并輸出判斷結(jié)果，控制芯片可以控制平面位置調(diào)整機構(gòu)和高度調(diào)節(jié)機構(gòu)執(zhí)行動作。

19、可選的，位移補償控制器還包括無線通信模塊，所述存儲器通過無線通信模塊與遠端服務(wù)器無線通信連接。

20、通過采用上述技術(shù)方案，無線通信模塊可以是4g/5g無線模塊等無線通信形式，可以實現(xiàn)與遠端服務(wù)器的無線通信。

21、可選的，綜合氣象傳感器組件包括外殼體組件、氣象監(jiān)測支架、氣象傳感器模塊和棱鏡組件，外殼體組件包括墩體外殼部和機器人外殼部，墩體外殼部安裝在墩體外部，外側(cè)還設(shè)有檢修梯，機器人外殼部底部對接安裝在墩體外殼部的頂部，并罩在測量機器人上方，機器人外殼部的四周設(shè)有用于測量機器人監(jiān)測的多個透明部，氣象監(jiān)測支架的底部可拆卸安裝在機器人外殼部的頂部，氣象傳感器模塊包括雨量監(jiān)測器、風(fēng)速監(jiān)測傳感器、風(fēng)向監(jiān)測傳感器和紫外線強度監(jiān)測傳感器，雨量監(jiān)測器、風(fēng)速監(jiān)測傳感器、風(fēng)向監(jiān)測傳感器和紫外線強度監(jiān)測傳感器分別安裝在氣象監(jiān)測支架上，并分別通過無線通信模塊與遠端服務(wù)器無線通信連接，棱鏡組件包括棱鏡支架和多個棱鏡，棱鏡支架的底部通過位置調(diào)整裝置可拆卸安裝在機器人外殼部的頂部，并通過位置調(diào)整裝置調(diào)整水平位置和朝向，多個棱鏡分別安裝在棱鏡支架上。

22、通過采用上述技術(shù)方案，外殼體組件在提供外罩的同時，提供檢修梯和氣象監(jiān)測支架的安裝位，為測量機器人提供更穩(wěn)定的測量場景保障，氣象傳感器模塊可以對監(jiān)測位區(qū)域的雨量、與機器人配套，可同時監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量等環(huán)境參數(shù)，還可以布置溫濕度傳感器、氣壓傳感器進行溫度、濕度、氣壓的監(jiān)測，外殼材質(zhì)采用抗氧化能力優(yōu)于abs材料的asa材料；數(shù)據(jù)接口為標(biāo)準(zhǔn)rs485接口，支持modbus協(xié)助，無縫兼容測量機器人監(jiān)測軟件。

23、基于測量機器人的一體化大壩監(jiān)測站控制方法，采用基于測量機器人的一體化大壩監(jiān)測站對大壩目標(biāo)進行測量，包括以下步驟：

24、步驟1，測量全站儀完成并完成測量鏡頭對準(zhǔn)大壩目標(biāo)后，控制芯片分別控制三個位移發(fā)生監(jiān)測組件同時開啟測量距離標(biāo)準(zhǔn)值，并存儲在存儲器分別記為sa1、sb1和sc1；

25、步驟2，測量全站儀對大壩目標(biāo)的測量點進行監(jiān)測測量；

26、步驟3，間隔五到十分鐘，控制芯片分別控制三個位移發(fā)生監(jiān)測組件同時開啟位移發(fā)生測量，并存儲在存儲器分別記為sa2、sb2和sc2；

27、數(shù)據(jù)分析芯片分別計算距離測量值與距離標(biāo)準(zhǔn)值的差值，分別記為dsa1、dsb1和dsc1；dsa1＝|sa2-sa1|，dsb1＝|sb2-sb1|，dsc1＝|sc2-sc1|；設(shè)定差值閾值dsx，數(shù)據(jù)分析芯片判斷若存在dsa1、dsb1和dsc1至少一個大于dsx，則向控制芯片交互需要進行位置補償?shù)呐袛嘟Y(jié)果，控制芯片進行步驟4，反之則不進行補充；每隔五到十分鐘重復(fù)步驟3；

28、步驟4，控制芯片根據(jù)步驟3差值計算結(jié)果生成控制平面位置調(diào)整機構(gòu)的指令，平面位置調(diào)整機構(gòu)的位置調(diào)整部動作，并同步重復(fù)步驟3進行差值計算，直到數(shù)據(jù)分析芯片分別計算距離測量值與距離標(biāo)準(zhǔn)值的差值均小于1mm。

29、可選的，若步驟4中經(jīng)過平面位置調(diào)整機構(gòu)的位置調(diào)整部動作后還存在距離測量值與距離標(biāo)準(zhǔn)值的差值大于等于1mm，則控制芯片控制高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的伸縮部每次向上或向下微調(diào)1mm，并數(shù)據(jù)分析芯片同步重復(fù)步驟3進行差值計算，并判斷差值變化趨勢，若差值變小，且均小于1mm，則完成位置補償，反之則數(shù)據(jù)分析芯片輸出異常位移的判斷結(jié)果，并通過無線通信模塊與遠端服務(wù)器通信警報。

30、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

31、本發(fā)明能提供基于測量機器人的一體化大壩監(jiān)測站及監(jiān)測方法，為了應(yīng)對大壩區(qū)域內(nèi)的同步位移導(dǎo)致的測量全站儀區(qū)域與大壩目標(biāo)區(qū)域同步位移導(dǎo)致的測量全站儀無法測得位移的發(fā)生，采用位移補償控制器分別控制三個位移發(fā)生監(jiān)測組件每隔設(shè)定時間對測量全站儀的位置進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，若出現(xiàn)輕微的位移偏差則需要對測量全站儀的位置進行位移補償調(diào)整，具體地采用位移補償裝置實現(xiàn)位置的調(diào)整，使測量全站儀測得的大壩目標(biāo)監(jiān)測點的位移量更加精準(zhǔn)；能解決大壩區(qū)域內(nèi)的同步位移導(dǎo)致的測量全站儀區(qū)域與大壩目標(biāo)區(qū)域同步位移的大壩位移監(jiān)測問題。