CN108195341A - 一种仪器移站无需再学习的自动变形监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仪器移站无需再学习的自动变形监测方法，该方法通过首次学习或者输入监测点的坐标，当全站仪发生移动时，只需将全站仪架设于任意合适的位置，整平无需对中，然后通过观测非变形区的两个或三个固定点进行自由设站，便可继续对变形区的监测点进行监测记录，从而省去了再次学习的过程。与现有技术相比，本发明具有大大节省系统设置的作业时间等优点。

Description

一种仪器移站无需再学习的自动变形监测方法

技术领域

本发明涉及构筑物的变形监测技术，尤其是涉及一种仪器移站无需再学习的自动变形监测方法。

背景技术

目前我国很多城市都在大力开展工程建设，如桥梁施工，隧道施工，基坑开挖等。工程结构本身及其周边建筑物由于受到各种外部应力的作用必然会产生形变，因此需要不间断地对工程结构本身及其周边建筑物进行形变观测，以确保其形变处于安全范围之内。

对于构筑物的变形监测，国内存在很多不同类型的自动变形监测系统，而这些监测系统在数据自动化采集之前都必须进行监测点的学习，否则自动全站仪无法自主找到待检测点的位置。但当工程环境复杂、监测点较多、施工现场出现遮挡时，自动全站仪需要经常更换位置，通常仪器需要重新定位并对监测点重新学习，然而众多监测点的学习将是一个非常繁琐的操作步骤，如果能够省去这个步骤将大大提高整个监测系统的工作效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仪器移站无需再学习的自动变形监测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种仪器移站无需再学习的自动变形监测方法，该方法通过首次学习或者输入监测点的坐标，当全站仪发生移动时，只需将全站仪架设于任意合适的位置，整平无需对中，然后通过观测非变形区的两个或三个固定点进行自由设站，便可继续对变形区的监测点进行监测记录，从而省去了再次学习的过程。

优选地，该方法具体包括以下步骤：

101，首先，输入非变形区的控制点在监测坐标系下的坐标；然后，使用仪器观测非变形区的控制点，获取控制点在仪器坐标系下的坐标，完成后执行步骤102；

102，利用非变形区的控制点在监测坐标系和仪器坐标系下的两套坐标，计算出两个坐标系之间的坐标转换参数，然后执行步骤103；

103，进行自由设站，首先，根据步骤102中计算的坐标转换参数，计算出仪器中心在监测坐标系下的坐标；然后，利用仪器中心坐标和控制点坐标设定仪器方位角，完成后执行步骤104；

104，利用已知控制点，对步骤103的自由设站结果进行检核，若检核错误，则返回步骤101；若检核正确，则执行步骤105；

105，若监测点坐标未学习或输入，则执行步骤106；若监测点坐标已学习或输入，则跳过步骤106，直接执行步骤107；

106，对监测点坐标进行首次学习或输入，然后执行步骤107；

107，启动自动监测，然后执行步骤108；

108，判断仪器是否发生碰动或移动，若发生，则返回步骤101；若未发生，则执行步骤109；

109，利用仪器中心坐标和监测点坐标，反算出监测点相对于当前仪器位置的水平角和方位角，然后执行步骤110；

110，系统利用反算出的水平角和竖直角，指引自动全站仪对监测点进行自动照准，并观测记录监测点的监测坐标，然后执行步骤111；

111，若不结束观测，则系统操作自动全站仪对各监测点进行不间断的监测记录；若结束观测，则本次变形监测任务完整结束。

优选地，所述的103中自由设站具体为：

首先，将自动全站仪架设于任意位置，整平无需对中，然后观测控制点并记录其坐标，此时，控制点的观测坐标属于左侧的仪器坐标系；然后，根据已知控制点的监测坐标，计算仪器坐标系与监测坐标系的坐标转换参数；最后，利用求出的坐标转换参数，计算出仪器中心在监测坐标系下的坐标，并根据已知控制点对仪器进行定向，完成自动全站仪在监测坐标系下的自由设站。

优选地，自由设站完成后，进行监测点的首次学习，学习可通过观测的方式进行，若监测点坐标已知，亦可直接在系统中输入，省去首次学习的过程。

优选地，所述的109中的反算具体为：

首次学习或监测点坐标首次输入完成后，系统利用自由设站后仪器中心坐标和监测点坐标进行坐标反算，计算出监测点相对于当前仪器中心的水平角和竖直角。

优选地，通过反算出的水平角和竖直角，系统便可操作仪器对监测点进行自动照准和观测。

在工程监测过程中，由于工程现场的复杂性，测量机器人的移动很难避免。此时，就需要对测量机器人进行重新设站、学习。

传统的设站定向方法，需要在现场建立观测墩，并设置后视棱镜，也可省去重新学习的过程。但是，观测墩一般距离监测点较近，往往位于变形区域中，且由于工程现场的复杂性，观测墩的位置很难保证稳定可靠，因此使用该方法进行变形监测，将严重影响监测的精度和可靠性。

传统的自由设站方法，设站后需要重新学习监测点的位置，而当监测点较多(几十甚至上百个)时，学习过程将耗费大量的时间，降低作业效率。

本发明中，为了克服上述缺陷，使用位于非变形区的控制点建立整个监测系统的坐标基准；测量机器人通过记录监测点的坐标，完成首次学习之后，若测量机器人发生碰动，系统只需利用非变形区的控制点重新对仪器进行自由设站，便可开始新一轮的观测任务，省去了重新学习的过程，将大大节省系统设置的作业时间。并且，若监测点的概略坐标已知，也可直接输入系统，省去首次学习的过程。

由于工程监测现场的复杂性，测量机器人往往处于变形区，而测量机器人微小的移动并不会影响其正常工作，且难以发现，但会严重影响监测的精度，特别是对精度要求较高的大型构筑物的监测，其影响尤为严重。为了克服该缺陷，本发明中，利用位于非变形区域的基准点为测量机器人提供位置校正，用户亦可根据自身需求和现场情况决定是否需要进行校正，以保证监测的精度和可靠性。

附图说明

图1为自由设站示意图；

图2为坐标反算示意图；

图3为移站不学习示意图；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明中，首先，在非变形区域，布设两个或三个控制点，作为整个监测系统的基准；然后，在变形区域，布设若干合适的监测点，用于工程的监测。自动变形监测系统设置时，首先，通过观测非变形区域的两个或三个控制点，进行自由设站，以确定自动全站仪当前的位置和方向。然后，学习监测点以便获取监测点的三维坐标，若监测点坐标已知，也可直接输入系统中，省去了首次学习的过程。当自动全站仪发生碰动或移动后，可将自动全站仪安置于任意合适的位置，无需对中，整平后只需通过观测非变形区的控制点进行自由设站，便可开始自动监测过程，省去了再次学习的过程。其主要方法过程如下：

1.自由设站

如图1所示，以非变形区布设三个控制点为例，若布设两个控制点亦可。左侧坐标系为仪器坐标系，O点为仪器中心，其在仪器坐标系下的三维坐标为(0，0，0)；右侧坐标系为监测坐标系，由位于非变形区的三个控制点确定。观测时，首先，将自动全站仪架设于任意合适的位置，整平无需对中，然后观测控制点并记录其坐标，此时，控制点的观测坐标属于左侧的仪器坐标系；然后，根据已知的控制点的监测坐标(即属于右侧监测坐标系的控制点坐标)，计算仪器坐标系与监测坐标系的坐标转换参数；最后，利用求出的坐标转换参数，计算出仪器中心在监测坐标系下的坐标，并根据已知控制点对仪器进行定向，完成自动全站仪在监测坐标系下的自由设站。

2.坐标反算

坐标反算建立在自由设站的基础上才有意义。以下所提到的坐标均位于监测坐标系下，如图2所示。自由设站完成后，进行监测点的首次学习，学习可通过观测的方式进行，若监测点坐标已知，亦可直接在系统中输入，省去首次学习的过程。

本发明中，监测点的首次学习记录的是监测点的坐标。首次学习(或监测点坐标首次输入)完成后，系统利用自由设站后仪器中心坐标和监测点坐标进行坐标反算，计算出监测点相对于当前仪器中心的水平角和竖直角。通过反算出的水平角和竖直角，系统便可操作仪器对监测点进行自动照准和观测。

3.移站不学习过程

当全站仪发生碰动或移动后，重新将全站仪安置于任意合适的位置整平(无需对中)，如图3所示，全站仪由位置1移动到位置2。然后观测三个或两个控制点，根据上述自由设站的方法，系统便可计算出新的仪器中心(本例为仪器中心位置2)在监测坐标系下的坐标。由于，首次学习(或输入)的监测点坐标位于监测坐标系下，因此，此时无需再学习，系统便可通过坐标反算的方法找到监测点的位置，指引仪器进行自动照准和观测，省去繁琐的再次学习过程。

如图4所示为本发明的算法及操作流程图，以下对图中的各步骤进行详细描述：

在步骤401中，首先，输入非变形区的控制点在监测坐标系下的坐标；然后，使用仪器观测非变形区的控制点，获取控制点在仪器坐标系下的坐标。完成后执行步骤402。

在步骤402中，利用非变形区的控制点在监测坐标系和仪器坐标系下的两套坐标，计算出两个坐标系之间的坐标转换参数，然后执行步骤403。

在步骤403中，进行自由设站。首先，根据步骤402中计算的坐标转换参数，计算出仪器中心在监测坐标系下的坐标；然后，利用仪器中心坐标和控制点坐标设定仪器方位角。完成后执行步骤404。

在步骤404中，利用已知控制点，对步骤403的自由设站结果进行检核。若检核错误，则返回步骤401；若检核正确，则执行步骤405。

在步骤405中，若监测点坐标未学习或输入，则执行步骤406；若监测点坐标已学习或输入，则跳过步骤406，直接执行步骤407。

在步骤406中，对监测点坐标进行首次学习或输入，然后执行步骤407。

在步骤407中，启动自动监测，然后执行步骤408。

在步骤408中，判断仪器是否发生碰动或移动，若发生，则返回步骤401；若未发生，则执行步骤409。

在步骤409中，利用仪器中心坐标和监测点坐标，反算出监测点相对于当前仪器位置的水平角和方位角，然后执行步骤410。

在步骤410中，系统利用反算出的水平角和竖直角，指引自动全站仪对监测点进行自动照准，并观测记录监测点的监测坐标，然后执行步骤411。

在步骤411中，若不结束观测，则系统操作自动全站仪对各监测点进行不间断的监测记录；若结束观测，则本次变形监测任务完整结束。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种仪器移站无需再学习的自动变形监测方法，其特征在于，该方法通过首次学习或者输入监测点的坐标，当全站仪发生移动时，只需将全站仪架设于任意合适的位置，整平无需对中，然后通过观测非变形区的两个或三个固定点进行自由设站，便可继续对变形区的监测点进行监测记录，从而省去了再次学习的过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

101，首先，输入非变形区的控制点在监测坐标系下的坐标；然后，使用仪器观测非变形区的控制点，获取控制点在仪器坐标系下的坐标，完成后执行步骤102；

102，利用非变形区的控制点在监测坐标系和仪器坐标系下的两套坐标，计算出两个坐标系之间的坐标转换参数，然后执行步骤103；

103，进行自由设站，首先，根据步骤102中计算的坐标转换参数，计算出仪器中心在监测坐标系下的坐标；然后，利用仪器中心坐标和控制点坐标设定仪器方位角，完成后执行步骤104；

104，利用已知控制点，对步骤103的自由设站结果进行检核，若检核错误，则返回步骤101；若检核正确，则执行步骤105；

105，若监测点坐标未学习或输入，则执行步骤106；若监测点坐标已学习或输入，则跳过步骤106，直接执行步骤107；

106，对监测点坐标进行首次学习或输入，然后执行步骤107；

107，启动自动监测，然后执行步骤108；

108，判断仪器是否发生碰动或移动，若发生，则返回步骤101；若未发生，则执行步骤109；

109，利用仪器中心坐标和监测点坐标，反算出监测点相对于当前仪器位置的水平角和方位角，然后执行步骤110；

110，系统利用反算出的水平角和竖直角，指引自动全站仪对监测点进行自动照准，并观测记录监测点的监测坐标，然后执行步骤111；

111，若不结束观测，则系统操作自动全站仪对各监测点进行不间断的监测记录；若结束观测，则本次变形监测任务完整结束。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的103中自由设站具体为：

首先，将自动全站仪架设于任意位置，整平无需对中，然后观测控制点并记录其坐标，此时，控制点的观测坐标属于左侧的仪器坐标系；然后，根据已知控制点的监测坐标，计算仪器坐标系与监测坐标系的坐标转换参数；最后，利用求出的坐标转换参数，计算出仪器中心在监测坐标系下的坐标，并根据已知控制点对仪器进行定向，完成自动全站仪在监测坐标系下的自由设站。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，自由设站完成后，进行监测点的首次学习，学习可通过观测的方式进行，若监测点坐标已知，亦可直接在系统中输入，省去首次学习的过程。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的109中的反算具体为：

首次学习或监测点坐标首次输入完成后，系统利用自由设站后仪器中心坐标和监测点坐标进行坐标反算，计算出监测点相对于当前仪器中心的水平角和竖直角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过反算出的水平角和竖直角，系统便可操作仪器对监测点进行自动照准和观测。