CN108362215B - 用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统及方法，包括：数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块，所述的数据采集模块用于采集监测点的三维坐标；所述的核心控制模块为服务器端计算机，用于实现数据采集模块的实时控制；所述的数据通讯模块用于实现数据采集模块与核心控制模块之间的双向通讯；所述的数据采集模块包括多种不同品牌的测量机器人和任意多个目标棱镜或反射片，所述的任意多个目标棱镜或反射片固定于监测点上。与现有技术相比，本发明具有多测站观测、自由设站、远程控制、网络查询等优点。

Description

用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统及方法

技术领域

本发明涉及自动变形监测系统领域，具体涉及一种用于多种测量机器人自由设站的网络化自动变形监测系统及方法。

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，但从对数据采集、数据处理到成果输出和保存的整套监测系统的研究的不断深入，总结具体监测过程以及各监测数据处理软件的使用，发现目前监测系统存在着如下问题：

1、多测站问题：(1)不同测量机器人的生产厂商，仪器的控制方式和控制代码并不相同，导致整个监测系统只能使用相同品牌的测量机器人。(2)一台计算机只能控制一台测量机器人，各计算机间需要进行局域网通讯才能实现多测站功能，造成资源的浪费且稳定性不佳。(3)整个监测系统虽然可由一台计算机控制，但测量机器人的观测需要逐个进行(即前一台仪器观测完成后，后一台仪器才能进行观测)，彼此制约，严重影响监测效率。

2、自由设站问题：(1)目前的自动变形监测系统，虽然可以进行自由设站，但当仪器位置发生移动时，则需要重新学习，监测点较多时将严重影响作业效率，并不能达到真正自由设站的目的。(2)仪器自由设站后，完全不考虑基准点坐标或过度依赖基准点坐标。

3、数据传输与控制问题：(1)目前的自动变形监测系统，多采用Access作为整个系统的数据库，无法支持网络查询。(2)PC机与仪器需要通过电台或串口线连接，无法实现远程控制。(3)服务器端与客户端之间进行数据传输时，需要两者均网络在线(即实时观测，实时传输)，若有一方网络不稳定则无法进行数据传输，极易丢失数据，严重影响数据传输的稳定性且可扩展性不佳。

经过检索，中国专利公开号为CN206095225U公开了一种大坝变形监测系统，包括设置于大坝内部的监测管道、测量桩、测量装置和信号传输单元，以及设置于地面的信号处理器和信号显示装置；测量桩垂直于监测管道并固定于监测管道外部的大坝体内；测量桩上设置有测量装置；用于接收从外部传送的测量驱动信号，并驱动测量装置采集测量桩的位置数据；发送到设置于地面的信号处理器中进行分析处理；信号处理器将处理结果输入到信号显示装置中输出大坝变形监测结果。本发明提供的大坝变形监测系统通过采集监测管道上的测量桩的状态信息，从而计算出大坝形变程度，并通过显示装置显示出监测结果，或者采用报警的形式发送报警信号，该监测系统能自动实现大坝变形的检测。但该发明针对的是大坝内部，虽然也使用测量机器人，却是当监测到大坝出现预警信号时，才启动测量机器人对产生预警信号处的大坝进行检测，而且也实现不了多种测量机器人的自动设站。

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用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统，包括：数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块；

所述的数据采集模块用于采集监测点的三维坐标；

所述的核心控制模块为服务器端计算机，用于实现数据采集模块的实时控制；

所述的数据通讯模块用于实现数据采集模块与核心控制模块之间的双向通讯；

所述的数据采集模块包括多种不同品牌的测量机器人和任意多个目标棱镜或反射片，所述的任意多个目标棱镜或反射片固定于监测点上。

优选地，所述的数据采集模块还包括若干个基准点棱镜，所述的基准点棱镜固定于非变形区，作为整个监测系统的基准。

优选地，所述的基准点棱镜的数量不少于两个。

优选地，所述的服务器端计算机安装自动变形监测软件和MySQL数据库，所述的数据采集模块采集的监测数据存储到MySQL数据库中，所述的MySQL数据库支持网络查询功能，客户端计算机可通过网络查询服务器端计算机中的监测数据。

优选地，所述的数据通讯模块包括：网络、GPRS模块、SIM卡和RS232串口通讯线，所述的GPRS模块内部安装SIM卡，所述的测量机器人通过RS232串口通讯线连接GPRS模块，所述的服务器端计算机通过网络与测量机器人端的 GPRS模块进行双向通讯，所述的服务器端计算机通过GPRS模块实现对测量机器人的远程控制。

优选地，所述的测量机器人的品牌包括索佳、莱卡和拓普康。

一种所述的用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统的方法，包括以下步骤：

在步骤401中，监测系统首先连接MySQL服务器，并新建一个数据库实例，然后执行步骤402；

在步骤402中，将各基准点的坐标输入监测系统中，并配置各项系统基本参数，包括是否进行开机自启动、自启动等待时间、和极限误差值，然后执行步骤 403；

在步骤403中，服务器端计算机通过网络连接测量机器人，如果有多台不同品牌的测量机器人可依次完成连接，连接成功后执行步骤405；

在步骤405中，进行全站仪设站操作，完成设站后，若监测点未学习，则执行步骤406；若监测点已经学习，则执行步骤407；

在步骤406中，测量机器人通过两种方式学习监测点位置，即仪器观测坐标和人工输入坐标，通过记录监测点的坐标，即使监测过程中仪器发生移动或碰动，重新设站后并不需要重新学习，测量机器人通过坐标反算的方式成功找到监测点的位置并继续进行监测，真正实现了自由设站的目的；学习完成后，执行步骤407；

在步骤407中，配置自动监测参数，包括设置各测段时间间隔和选择用于测站校正的基准点，其中，选择用于测站校正的基准点时，至少需选择两个基准点，在自动监测各测段中，测量机器人会首先观测基准点，然后以基准点所维护的坐标系为准进行测站校正，以保证仪器轻微的移动不影响最终的监测精度，然后执行步骤408；

在步骤408中，测量机器人自动进行监测，在自动监测过程中，若所选基准点少于两个，或成功观测的基准点少于两个，将不对测站进行校正，但并不影响系统的正常运行；

在步骤410中，各测量机器人所采集的数据最终都存储于服务器端计算机中，对监测数据统一进行查询、处理与分析；

在步骤411中，多台客户端计算机同时通过网络查询服务器端数据库中的数据，然后执行步骤412；

在步骤412中，客户端计算机对查询到的数据进行处理与分析。

优选地，所述的设站的方式有三种，包括设站定向方式、两点后视定向方式、三点后视定向方式；其中，两点后视定向方式和三点后视定向方式采用任意大角度三维空间坐标系转换算法，实现全站仪的自由设站。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、多种测量机器人配合的优点

不同的仪器厂商生产的测量机器人，其控制方式和控制代码并不相同，本发明根据不同测量机器人的特性进行开发研究，可以使多种不同品牌的测量机器人相互配合，达到共同监测的目的。即一台服务器端计算机可以同时控制多台不同品牌的测量机器人共同进行监测，且测量机器人之间的监测过程是相互独立的，彼此之间不存在约束关系，若某一台测量机器人出现问题，并不影响其他测量机器人的正常监测工作。本发明将大大提高资源分配的合理性，并且提高作业效率和作业稳定性。

2、自由设站的优点

在工程监测过程中，由于工程现场的复杂性，测量机器人的碰动很难避免。此时，就需要对测量机器人进行重新设站，使用传统的自由设站方法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，使用基准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，只需要根据基准点重新自由设站，测量机器人便可根据监测点的首次监测坐标找到各监测点位置，省去了重新学习的过程，将大大节省作业时间。并且，若监测点的概略坐标已知，也可直接输入计算机，省去首次学习的过程。

由于工程监测现场的复杂性，测量机器人与监测点可能均处于变形区域，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影响尤为严重。本发明中，位于非变形区域的基准点可为测量机器人提供位置校正，用户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稳定性。

3、数据传输与控制的优点

传统的实时测、实时传的作业方式，在数据传输的稳定性和数据查询的便利性方面存在严重的缺陷。本发明中，使用MySQL数据库作为整个系统的数据存储工具，可支持网络查询功能。只需服务器端计算机网络在线，多个客户端计算机便可同时通过网络对服务器端计算机中的数据进行查询调阅，大大提高了数据传输的稳定性和数据查询的便利性。

传统的测量机器人控制中，计算机使用电台或者RS232串口通讯线与测量机器人进行双向通讯，在稳定性和距离拓展方面均存在严重的不足。本发明中，通过网络与各个不同的测量机器人进行双向通讯，真正实现了多种测量机器人的远程控制。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的服务器端计算机软件流程图；

图3为本发明的客户端计算机软件流程图。

其中为 11为若干个测量机器人，12为若干个个目标棱镜和反射片，13为若干个基准点棱镜，2为服务器端计算机，31为网络，32为若干个GPRS模块，33 为RS232串口通讯线，4为客户端计算机。

具体实施方式

下面将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。

如图1所示，一种用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统，包括：数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块，所述的数据采集模块用于采集监测点的三维坐标，所述的核心控制模块为服务器端计算机2，用于实现数据采集模块的实时控制，所述的数据通讯模块用于实现数据采集模块与核心控制模块之间的双向通讯，所述的数据采集模块包括多种不同品牌的测量机器人11和若干个目标棱镜或反射片12，所述的若干个目标棱镜或反射片12固定于监测点上。

所述的数据采集模块还包括若干个基准点棱镜13，所述的基准点棱镜13固定于非变形区，作为整个监测系统的基准。

所述的基准点棱镜13的数量不少于两个。

所述的服务器端计算机2安装自主开发的自动变形监测软件和MySQL数据库，所述的数据采集模块采集的监测数据存储到MySQL数据库中，所述的MySQL 数据库支持网络查询功能，客户端计算机4可通过网络查询服务器端计算机中的监测数据。

所述的数据通讯模块包括：网络31、GPRS模块32、SIM卡和RS232串口通讯线33，所述的GPRS模块32内部安装SIM卡，所述的测量机器人11通过RS232 串口通讯线33连接GPRS模块32，所述的服务器端计算机2通过网络31与测量机器人端的GPRS模块32进行双向通讯，所述的服务器端计算机2通过GPRS模块32实现对测量机器人11的远程控制。

所述的测量机器人11的品牌包括索佳，莱卡和拓普康。

如图2所示，在步骤401中，监测系统首先连接MySQL服务器并新建(连接) 一个数据库实例，然后执行步骤402。

在步骤402中，将各基准点13的坐标输入测量系统中，并配置各项系统基本参数，包括是否进行开机自启动，自启动等待时间，极限误差值等，然后执行步骤 403。

在步骤403中，服务器端电子计算机2通过网络31连接测量机器人11，如果有多台不同品牌的测量机器人可依次完成连接，连接成功后执行步骤405。

在步骤405中，本系统提供三种设站方式，包括传统的设站定向方式、两点后视定向方式、三点后视定向方式。其中，两点后视定向方式和三点后视定向方式采用任意大角度三维空间坐标系转换算法，可实现全站仪的自由设站。完成设站后，若监测点未学习，则执行步骤406；若监测点已经学习，则执行步骤407。

在步骤406中，测量机器人11可通过两种方式学习监测点12位置，即仪器观测坐标和人工输入坐标。通过记录监测点12的坐标，即使监测过程中仪器发生移动或碰动，重新设站后并不需要重新学习，测量机器人11便可以通过坐标反算的方式成功找到监测点12的位置并继续进行监测，真正实现了自由设站的目的。学习完成后，执行步骤407。

在步骤407中，配置自动监测参数，包括设置各测段时间间隔和选择用于测站校正的基准点13。其中，选择用于测站校正的基准点13时，至少需选择两个基准点13，在自动监测各测段中，测量机器人11会首先观测基准点13，然后以基准点13所维护的坐标系为准进行测站校正，以保证仪器轻微的移动不影响最终的监测精度。然后执行步骤408。

在步骤408中，测量机器人11自动进行监测，在自动监测过程中，若所选基准点13少于两个，或成功观测的基准点13少于两个，将不对测站进行校正，但并不影响系统的正常运行。

在步骤410中，各测量机器人11所采集的数据最终都存储于服务器端计算机 2中，可对监测数据统一进行查询、处理与分析。

如图3所示，在步骤411中，多台客户端计算机4可同时通过网络31查询服务器端计算机2数据库中的数据，然后执行步骤412。

在步骤412中，客户端计算机4可对查询到的数据进行处理与分析。

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 (4)

1.一种采用用于多种测量机器人自由设站的自动变形监测系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

在步骤401中，监测系统首先连接MySQL服务器，并新建一个数据库实例，然后执行步骤402；

在步骤402中，将各基准点的坐标输入监测系统中，并配置各项系统基本参数，包括是否进行开机自启动、自启动等待时间、和极限误差值，然后执行步骤403；

在步骤403中，服务器端计算机通过网络连接测量机器人，如果有多台不同品牌的测量机器人可依次完成连接，连接成功后执行步骤405；

在步骤405中，进行全站仪设站操作，完成设站后，若监测点未学习，则执行步骤406；若监测点已经学习，则执行步骤407；

在步骤406中，测量机器人通过两种方式学习监测点位置，即仪器观测坐标和人工输入坐标，通过记录监测点的坐标，即使监测过程中仪器发生移动或碰动，重新设站后并不需要重新学习，测量机器人通过坐标反算的方式成功找到监测点的位置并继续进行监测，真正实现了自由设站的目的；学习完成后，执行步骤407；

在步骤407中，配置自动监测参数，包括设置各测段时间间隔和选择用于测站校正的基准点，其中，选择用于测站校正的基准点时，至少需选择两个基准点，在自动监测各测段中，测量机器人会首先观测基准点，然后以基准点所维护的坐标系为准进行测站校正，以保证仪器轻微的移动不影响最终的监测精度，然后执行步骤408；

在步骤408中，测量机器人自动进行监测，在自动监测过程中，若所选基准点少于两个，或成功观测的基准点少于两个，将不对测站进行校正，但并不影响系统的正常运行；

在步骤410中，各测量机器人所采集的数据最终都存储于服务器端计算机中，对监测数据统一进行查询、处理与分析；

在步骤411中，多台客户端计算机同时通过网络查询服务器端数据库中的数据，然后执行步骤412；

在步骤412中，客户端计算机对查询到的数据进行处理与分析；

其中自动变形监测系统，包括：数据采集模块、核心控制模块和数据通讯模块；

所述的数据采集模块用于采集监测点的三维坐标；

所述的核心控制模块为服务器端计算机，用于实现数据采集模块的实时控制；

所述的数据通讯模块用于实现数据采集模块与核心控制模块之间的双向通讯；

所述的数据采集模块包括多种不同品牌的测量机器人和任意多个目标棱镜或反射片，所述的任意多个目标棱镜或反射片固定于监测点上；

所述的数据采集模块还包括若干个基准点棱镜，所述的基准点棱镜固定于非变形区，作为整个监测系统的基准；

使用基准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，只需要根据基准点重新自由设站，测量机器人便可根据监测点的首次监测坐标找到各监测点位置；位于非变形区域的基准点可为测量机器人提供位置校正，用户根据自身需求和现场情况决定是否需要进行校正；

所述的服务器端计算机安装自动变形监测软件和MySQL数据库，所述的数据采集模块采集的监测数据存储到MySQL数据库中，所述的MySQL数据库支持网络查询功能，客户端计算机可通过网络查询服务器端计算机中的监测数据；

所述的数据通讯模块包括：网络、GPRS模块、SIM卡和RS232串口通讯线，所述的GPRS模块内部安装SIM卡，所述的测量机器人通过RS232串口通讯线连接GPRS模块，所述的服务器端计算机通过网络与测量机器人端的GPRS模块进行双向通讯，所述的服务器端计算机通过GPRS模块实现对测量机器人的远程控制；

根据不同测量机器人的特性进行开发研究，使多种不同品牌的测量机器人相互配合，达到共同监测的目的；一台服务器端计算机同时控制多台不同品牌的测量机器人共同进行监测，且测量机器人之间的监测过程是相互独立的，彼此之间不存在约束关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的基准点棱镜的数量不少于两个。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的测量机器人的品牌包括索佳、莱卡和拓普康。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的设站的方式有三种，包括设站定向方式、两点后视定向方式、三点后视定向方式；其中，两点后视定向方式和三点后视定向方式采用任意大角度三维空间坐标系转换算法，实现全站仪的自由设站。

Images