王明權(quán)，朱清海

(重慶市勘測院重慶400020)

測量機器人自動化測量技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

王明權(quán)，朱清海

(重慶市勘測院重慶400020)

介紹了測量機器人ATR技術(shù)原理和自動化測量技術(shù)的二次開發(fā)理論，并詳細闡述了測量機器人自動化測量技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用。

測量機器人；ATR；自動化測量技術(shù)；橋梁監(jiān)測

1 測量機器人ATR技術(shù)原理

測量機器人（Survey robot）是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準目標并獲取角度、距離、三維坐標以及影像等信息的智能型電子全站儀。它是在全站儀基礎(chǔ)上集成步進馬達、CCD影像傳感器構(gòu)成的視頻成像系統(tǒng)，并配置智能化的控制及應(yīng)用軟件發(fā)展而形成的。

測量機器人采用了自動目標識別技術(shù)ATR（automatic target recognition），實現(xiàn)了普通棱鏡長距離自動識別與精確照準，為測量機器人自動化測量奠定了基礎(chǔ)。其工作原理如圖1和圖2，通過CCD影像傳感器構(gòu)成的視頻成像和其他傳感器對現(xiàn)實測量世界中的目標進行識別，迅速做出分析、判斷與推理，實現(xiàn)自我控制，并自動完成照準、讀數(shù)等操作。

圖1 ATR工作原理圖

圖2 ATR工作流程圖

2 測量機器人自動化技術(shù)的二次開發(fā)

在橋梁監(jiān)測中，多采用全站儀測邊測角方法對變形點進行觀測，獲取其幾何位移量的變化。通常采用人工觀測，存在觀測量少，其觀測精度受人為因素影響較大，作業(yè)效率低下的缺陷。為了實現(xiàn)橋梁監(jiān)測的自動化，在測量機器人ATR技術(shù)上，結(jié)合橋梁監(jiān)測的技術(shù)，開發(fā)適合橋梁監(jiān)測的自動化技術(shù)。

測量機器人支持GeoBasic、GeoC++的二次開發(fā)，軟件內(nèi)置在測量機器人上，通過調(diào)用其內(nèi)部提供的函數(shù)可實現(xiàn)測量機器人自動觀測和數(shù)據(jù)的存儲等功能，結(jié)合后期的數(shù)據(jù)處理平臺實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理。這種機載軟件模式僅實現(xiàn)測量機器人自動化采集功能，未實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)處理和分析，適用于恒載條件下的橋梁監(jiān)測。

測量機器人提供了外部串行接口，通過GSI接口與指令，實現(xiàn)儀器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置、讀取，實現(xiàn)向儀器輸入、輸出觀測數(shù)據(jù)；通過GeoCom接口，實現(xiàn)客戶端（外部應(yīng)用程序）與服務(wù)器（測量機器人）的相互響應(yīng)。這就為開發(fā)橋梁自動化監(jiān)測系統(tǒng)提供了條件，實現(xiàn)實時自動化采集與數(shù)據(jù)處理，結(jié)合通訊技術(shù)，可對橋梁實現(xiàn)遠程無人值守的監(jiān)測，適用于實時連續(xù)橋梁監(jiān)測。

3 機載自動化技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

機載自動化技術(shù)的系統(tǒng)流程見圖3。

圖3 機載自動化技術(shù)系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)采用GeoBasic為開發(fā)環(huán)境，以Leica TCA2003為載體，共設(shè)置八個模塊，分別為工程管理、測量限差設(shè)置、初始化測量、測站設(shè)置、定向設(shè)置、自動觀測、角度測回差檢查、自動測距離，其界面如圖4所示。

圖4 機載自動化技術(shù)系統(tǒng)主界面

在自動觀測過程中，軟件自動根據(jù)設(shè)置的限差進行觀測精度控制，超限時自動給出提示并進行重測，在觀測條件發(fā)生變化無法找到目標時給出重試和人工觀測的選擇，從而保證了觀測的有序進行，同時也保證了數(shù)據(jù)的可靠性和及時性。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)自動化數(shù)據(jù)處理軟件采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)存儲與管理數(shù)據(jù)，將各個測站的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到一個統(tǒng)一的工程中進行管理，包括對各站數(shù)據(jù)進行整理、檢查、測站平差及將合格的角度、距離數(shù)據(jù)按規(guī)范規(guī)定的格式以標準外業(yè)手簿的形式自動輸出報表。其處理結(jié)構(gòu)見圖5，界面見圖6。

圖5 數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)圖

圖6 機載自動化技術(shù)的數(shù)據(jù)處理界面

4 遠程控制自動化技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

遠程控制自動化系統(tǒng)基于GeoCOM應(yīng)用開發(fā)接口，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)遠程實時控制測量機器人進行自動變形監(jiān)測，以及對監(jiān)測過程中所采集的數(shù)據(jù)進行管理與處理的軟件系統(tǒng)。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖7所示。

圖7 監(jiān)測系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)與野外測量機器人建立連接，通過室內(nèi)計算機進行工程管理、系統(tǒng)設(shè)置、制定觀測計劃，控制測量機器人進行觀測，并實時獲取觀測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析、圖表繪制、報表輸出、超限報警，實現(xiàn)真正的無人值守觀測，提高了工作效率，降低了勞動強度與作業(yè)風(fēng)險，能為橋梁健康安全監(jiān)測提供保障，其系統(tǒng)主界面如圖8所示。

圖8 遠程實時控制監(jiān)測系統(tǒng)界面

5 觀測精度比較

為了了解測量機器人自動化測量技術(shù)的精度，對重慶某橋變形點進行水平角觀測，并與人工觀測的數(shù)據(jù)進行比較，其比較結(jié)果見表1、表2。

從表1可知，其最大水平角較差為1.75″，滿足規(guī)范要求，表明機載自動化測量技術(shù)的觀測精度能滿足橋梁健康安全監(jiān)測的要求。

從表2可知，其最大水平角較差為1.33″，滿足規(guī)范要求，表明遠程控制自動化測量技術(shù)的觀測精度能滿足橋梁健康安全監(jiān)測的要求。

6 結(jié)束語

測量機器人自動化測量技術(shù)觀測精度可靠，滿足規(guī)范要求，適用于橋梁健康安全監(jiān)測。特別是基于測量機器人遠程控制自動化技術(shù)實現(xiàn)了自動化觀測、智能化控制功能，可實時進行數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、圖表輸出、超限報警，實現(xiàn)無人值守觀測，提高了工作效率，降低了勞動強度與作業(yè)安全風(fēng)險，能為橋梁的健康安全檢測提供可靠保障。

表1 機載自動化測量技術(shù)測量數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)比較表

表2 遠程控制自動化技術(shù)測量數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)比較表

[1]張正祿.測量機器人介紹[J].測繪通報，2005，（5）：17.

[2]郭際明，梅文勝，張正祿，黃全義.測量機器人系統(tǒng)構(gòu)成與精度研究[J].武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報，2000，25（5）：421-425.

[3]梅文勝，張正祿，郭際明，黃全義.測量機器人變形監(jiān)測系統(tǒng)軟件研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2002，27（2）：165-171.

責(zé)任編輯：余詠梅

Application of Automation Measurement Technology of Survey Robot in Bridge-Monitoring

This article describes the principle of ATR measuring technology of Survey Robot and automation measurement theory of its Secondary Development，and detailed applications of automation measurement of survey robot in bridge-monitoring are expounded in the full text.

survey robot;automatic target recognition;automation;measurement technology;monitoring of bridges

TU18

：A

：1671-9107（2010）10-0046-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.10.046

2010-6-24

王明權(quán)（1972-），高級工程師，主要從事測繪技術(shù)、質(zhì)量管理工作。