CN113865560B - 用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，包括全站仪、棱镜安装支架、棱镜装置固定支架、棱镜、感应摄像头，调节装置和控制装置，所述全站仪上面通过棱镜装置固定支架连接调节装置，所述调节装置连接棱镜安装支架，所述棱镜安装支架上安装棱镜和感应摄像头，所述全站仪、调节装置和感应摄像头连接控制装置。本发明的装置操作简单、能显著降低劳动力，明显提高测量精度，并且受天气和其他环境因素影响小，测量效率能显著提高，并能减少工程时间的浪费，对于提升工程精度和效率具有积极意义。

Description

用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置

技术领域

本发明涉及一种地下隧道掘进施工中的联系测量装置，尤其是用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜测量装置。

背景技术

联系测量是将地面坐标和高程系统传递到地下，从而确定地下控制点、控制边作为地下导线的起算数据的测量工作，传统竖井联系测量较多主要有投点仪加陀螺仪定向、垂线加陀螺仪定向、联系三角形、竖直导线，根据现场工况不同采用相应的方法。目前在竖井联系测量通常采用联系三角形测量和竖直导线定向法，以上两种方法均以人工测量为主。

联系三角形测量在使用时需在投点的位置架设支架安装钢丝，在钢丝底部吊坠垂球，将垂球浸入有阻尼液体的桶内进行稳定。利用垂球原理将钢丝顶部的平面坐标传递至钢丝底部进行投点。传统钢丝投点法进行投点操作时需要搭设钢丝吊架、安装垂球、安设阻尼桶、加装定位靶标等一系列准备操作，十分繁琐且费时费力。另一方面，受天气影响和施工现场周围震动源会增大钢丝稳定性，影响测量成果精度。

竖直导线定向是沿竖井的竖直方向布设导线点，通过测定相邻导线点之间的水平角和导线边长根据井上已知边和已知点坐标推算井下待定边的方位角和待定点坐标的一种方法，相对联系三角形测量法该方法具有布设方便实测简单的优势，同样能满足工程实际要求，但该方法通常只在竖井深度较浅的工况中使用，因为该方法在水平角观测中具有边长短、倾角大等特点，会在测量观测中受到仪器误差、目标瞄准误差、目标偏心误差等因素会产生较大测量误差，影响测量成果精度。定向精度和点位传递精度随竖井深度增加而降低。而有效提高精度的方法是采用测量机器人组成自动联系测量系统，通过测量机器人自动搜索目标减弱人工瞄准误差，同时增加测回数，产生大量的有效测量数据，当测量的数据据量达到一定量级时，通过海量的有效数据平差得到一组最接近真值的测量成果，保证在超深竖井中高精度的联系测量。

总的来说，传统联系测量技术该项工艺准备工作复杂，且受天气和其他环境因素影响较大，测量成果稳定性较差，测量精度和时效性会随竖井深度和施工工况影响而降低，无法满足施工高精度测量要求。

发明内容

本发明就是为了解决上述测量技术的不足，提供一种用于超深竖井自动联系测量系统棱镜装置，该装置操作简单、能显著降低劳动力，明显提高测量精度，并且受天气和其他环境因素影响小，测量效率显著提高，减少了工程时间的浪费，对于提升工程精度和效率具有积极意义。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是：一种用于超深竖井自动联系测量系统棱镜装置，包括全站仪、棱镜安装支架、棱镜装置固定支架、棱镜、感应摄像头，调节装置和控制装置，所述全站仪上面通过棱镜装置固定支架连接调节装置，所述调节装置连接棱镜安装支架，所述棱镜安装支架上安装棱镜和感应摄像头，所述全站仪、调节装置和感应摄像头连接控制装置。

所述调节装置包括：棱镜调节舵机、摄像头调节舵机、舵机连接轴、旋转云台、直线平移电机，所述棱镜调节舵机安装在棱镜轴侧边，通过控制装置自动控制棱镜上下翻转至相应的角度，所述摄像头调节舵机安装在摄像头旋转轴侧边，通过控制装置控制感应摄像头翻转，从而自动搜寻所需瞄准的前后测站的位置，所述旋转云台为自动旋转云台，安装在直线平移电机的中心位置，能随着摄像头自动跟踪而旋转相应的角度保证棱镜正向对准前后测站目标；所述直线平移电机通过固定螺丝固定连接在棱镜装置固定支架上部中心位置，用于在棱镜初始位置的校正时进行左右方向的微调。

进一步，所述棱镜调节舵机为20kg以上扭矩的180°单轴舵机；所述摄像头调节舵机为20kg以上扭矩的180°单轴舵机。

进一步，所述控制装置包括：无线传输模块、传感器控制通讯模块、直线电机控制通讯模块、数据线、Y型数据传输线、电源线、锂电池、笔记本电脑。摄像头调节舵机通过Y型数据传输线连接无线传输模块；感应摄像头通过数据线连接传感器控制通讯模块，直线平移电机通过数据线连接直线电机控制通讯模块，电源线连接锂电池，笔记本电脑连接无线传输模块。

进一步，所述无线传输模块为无线数据接发收模块；传感器控制通讯模块通过数据线连接控制摄像头调节舵机和旋转云台，通过笔记本电脑控制摄像头调节舵机和旋转云台；Y型数据传输线用于连接全站仪和无线数据接发收模块，电源线分别连接传感器控制模块和锂电池，笔记本电脑连接无线数据模块，并通过编写程序控制感应摄像头所识别的前后视控制棱镜进行上下翻转和左右旋转。

进一步，所述全站仪为自动搜寻目标智能型自动测量全站仪。

进一步，所述棱镜装置固定支架为黄铜材质的定制支架，通过螺丝连接固定在全站仪上部。

进一步，所述棱镜安装支架为由ABS材质定制的U型支架。

进一步，所述棱镜为标准棱镜，安装在U型支架上部的中心位置，横轴连接可上下翻转。

进一步，所述感应摄像头为双目夜视型目标识别跟踪摄像头，安装在U型支架中部的中心位置。

本发明的有益效果是：本发明的装置操作简单、能显著降低劳动力，明显提高测量精度，并且受天气和其他环境因素影响小，测量效率能显著提高，并能减少工程时间的浪费，对于提升工程精度和效率具有积极意义。

附图说明

图1是本发明的棱镜测量装置的示意图；

图2为本发明的棱镜调节上下翻转运作示意图；

图3为本发明的棱镜调节左右平移运作示意图；

图4为本发明的棱镜调节左右旋转运作示意图；

图5是本发明棱镜测量装置使用方法示意图。

具体实施方式

以下将结合附图与实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图4所示，本发明的一种用于超深竖井自动联系测量系统棱镜装置，包括全站仪1、棱镜安装支架2、棱镜装置固定支架3、固定螺丝31、连接螺丝32、棱镜4、感应摄像头5，调节装置和控制装置。全站仪1上面通过连接螺丝32固定连接棱镜装置固定支架3，棱镜装置固定支架3上面通过调节装置连接棱镜安装支架2，棱镜安装支架2上安装棱镜4和感应摄像头5，全站仪1、调节装置和感应摄像头5连接控制装置。

调节装置包括：棱镜调节舵机61、摄像头调节舵机62、舵机连接轴63、旋转云台64、连接螺丝65、直线平移电机66。棱镜调节舵机61为20kg以上扭矩的180°单轴舵机安装在棱镜轴侧边，在联系测量过程中通过程序自动控制棱镜4上下翻转至相应的角度，摄像头调节舵机62为20kg以上扭矩的180°单轴舵机安装在摄像头旋转轴侧边，在联测测量过程中控制感应摄像头5翻转，从而自动搜寻所需瞄准的前后测站的位置，旋转云台64为自动旋转云台，安装在直线平移电机66的中心位置，可随着摄像头自动跟踪而旋转相应的角度保证棱镜4正向对准前后测站目标；连接螺丝65安装在旋转云台中心位置并连接棱镜安装支架底部，直线平移电机66，为高精度平移电机，通过固定螺丝31在棱镜装置固定支架3上部中心位置，在棱镜初始位置的校正时可进行左右方向的微调。

全站仪为自动搜寻目标智能型自动测量全站仪。棱镜安装支架2为由ABS材质的定制的U型支架，按照所需组件尺寸进行加工制作。棱镜装置固定支架3为黄铜材质的定制支架，通过螺丝连接固定在全站仪上部。棱镜4为标准棱镜，安装在U型支架上部的中心位置，横轴连接可上下翻转。感应摄像头5为双目夜视型目标识别跟踪摄像头，安装在U型支架中部的中心位置。

控制装置包括：无线传输模块71、传感器控制通讯模块72、直线电机控制通讯模块73、数据线74、Y型数据传输线75、电源线76、锂电池77、笔记本电脑78。摄像头调节舵机62通过Y型数据传输线75连接无线传输模块71；感应摄像头5通过数据线74连接传感器控制通讯模块72，直线平移电机66通过数据线74连接直线电机控制通讯模块73，电源线76连接锂电池77，笔记本电脑78连接无线传输模块71。

无线传输模块71为无线数据接发收模块；传感器控制通讯模块72通过数据线连接控制摄像头调节舵机62和旋转云台64，通过终端控制摄像头调节舵机62和旋转云台64；Y型数据传输线75用于连接全站仪1和无线数据接发收模块71，电源线76分别连接传感器控制模块72和锂电池77，笔记本电脑78连接无线数据模块71，并通过编写程序控制感应摄像头5所识别的前后视控制棱镜4进行上下翻转和左右旋转。

如图1，5所示，使用本发明的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜测量装置的具体方法：

1)全站仪1整平架设在测量点位上；安装棱镜装置固定支架3至全站仪1上部；在棱镜装置固定支架3上部中心位置通过固定螺丝31固定直线平移电机66，在直线平移电机66的中心位置安装旋转云台64，拼装棱镜安装支架2，安装棱镜4、感应摄像头5；棱镜调节舵机61利用连接轴63安装在棱镜4侧面、摄像头调节舵机62利用连接轴63安装在感应摄像头5测面；通过Y型数据传输线75连接无线传输模块71；通过数据线74连接传感器控制通讯模块72，通过数据线74连接直线电机控制通讯模块73，电源线76连接锂电池77，笔记本电脑78连接无线传输模块71；硬件安装完成。

2)笔记本电脑78连接无线传输模块71通过程序连接控制棱镜调节舵机61和摄像头调节舵机62恢复初始设定零位，笔记本电脑78通过程序连接感应摄像头5和旋转云台64，笔记本电脑78通过程序连接直线平移电机66；通过测量后确认位置，笔记本电脑78控制直线平移电机66平移使棱镜装置固定支架3的棱镜4中心位置与全站仪1的竖轴中心重合，调试控制棱镜调节舵机61和摄像头调节舵机62确认上下翻转功能正常。调试旋转云台64确认左右旋转功能正常。软件调试完成。

3)如图2分别在井上井下架设a、b、c、d、e五个测站，a0为地面后视测点，首先由笔记本电脑78测站a全站仪1进行：以测点a0为后视，测点b为前视的自动导线测量，测站a测量完毕后，通过程序控制测站a全站仪上感应摄像头5和旋转云台64自动追踪测站b的位置，并通过控制棱镜调节舵机61使棱镜4和翻转到测站b的后视的角度；同时，通过程序控制测站c全站仪上感应摄像头5和旋转云台64自动追踪测站b的位置，并通过控制棱镜调节舵机61使棱镜4翻转到测站b的前视的角度。以此类推，导线自动测量至测站e；对数据进行分析、平差、计算，完成超深竖井自动联系测量。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，包括全站仪、棱镜安装支架、棱镜装置固定支架、棱镜、感应摄像头，调节装置和控制装置，其特征在于：所述全站仪上面通过棱镜装置固定支架连接调节装置，所述调节装置连接棱镜安装支架，所述棱镜安装支架上安装棱镜和感应摄像头，所述全站仪、调节装置和感应摄像头连接控制装置；所述调节装置包括：棱镜调节舵机、摄像头调节舵机、舵机连接轴、旋转云台、直线平移电机，所述棱镜调节舵机安装在棱镜轴侧边，通过控制装置自动控制棱镜上下翻转至相应的角度，所述摄像头调节舵机安装在摄像头旋转轴侧边，通过控制装置控制感应摄像头翻转，从而自动搜寻所需瞄准的前后测站的位置，所述旋转云台为自动旋转云台，安装在直线平移电机的中心位置上，能随着摄像头自动跟踪而旋转相应的角度保证棱镜正向对准前后测站目标；所述直线平移电机通过固定螺丝固定连接在棱镜装置固定支架上部中心位置，用于在棱镜初始位置的校正时进行左右方向的微调。

2.根据权利要求1所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述棱镜调节舵机为20kg以上扭矩的180°单轴舵机；所述摄像头调节舵机为20kg以上扭矩的180°单轴舵机。

3.根据权利要求1所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述控制装置包括：无线传输模块、传感器控制通讯模块、直线电机控制通讯模块、数据线、Y型数据传输线、电源线、锂电池、笔记本电脑；摄像头调节舵机通过Y型数据传输线连接无线传输模块；感应摄像头通过数据线连接传感器控制通讯模块，直线平移电机通过数据线连接直线电机控制通讯模块，电源线连接锂电池，笔记本电脑连接无线传输模块。

4.根据权利要求3所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述无线传输模块为无线数据接发收模块；传感器控制通讯模块通过数据线连接控制摄像头调节舵机和旋转云台，通过笔记本电脑控制摄像头调节舵机和旋转云台；Y型数据传输线用于连接全站仪和无线数据接发收模块，电源线分别连接传感器控制模块和锂电池，笔记本电脑连接无线数据模块，并通过编写程序控制感应摄像头所识别的前后视控制棱镜进行上下翻转和左右旋转。

5.根据权利要求1所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述全站仪为自动搜寻目标智能型自动测量全站仪。

6.根据权利要求1所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述棱镜装置固定支架为黄铜材质的定制支架，通过螺丝连接固定在全站仪上部。

7.根据权利要求1所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述棱镜安装支架为由ABS材质定制的U型支架。

8.根据权利要求7所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述棱镜为标准棱镜，安装在U型支架上部的中心位置，横轴连接可上下翻转。

9.根据权利要求7所述的用于超深竖井自动联系测量系统的棱镜装置，其特征在于：所述感应摄像头为双目夜视型目标识别跟踪摄像头，安装在U型支架中部的中心位置。