摘要：測(cè)量機(jī)器人相較于人工觀測(cè)等監(jiān)測(cè)方法，在測(cè)量精度、適應(yīng)不規(guī)則建筑物形狀、變形觀測(cè)量程、建設(shè)和運(yùn)行成本等方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，特別適合土石壩智能變形監(jiān)測(cè)。結(jié)合雙測(cè)量機(jī)器人應(yīng)用于土石壩智能變形監(jiān)測(cè)的實(shí)例，闡述了監(jiān)測(cè)信息的集成和分析方法，研究了變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整編分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)誤差修正、整理與計(jì)算。在集成測(cè)量機(jī)器人表面變形信息的基礎(chǔ)上，研發(fā)了滿足監(jiān)測(cè)整編分析的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量機(jī)器人變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)智能化分析。

　　關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測(cè);大壩安全;整編分析;雙測(cè)量機(jī)器人;系統(tǒng)集成;土石壩

　　隨著水利信息化建設(shè)的快速發(fā)展，自動(dòng)化、信息化、智能化的大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為大壩安全監(jiān)測(cè)的重要發(fā)展方向。土石壩是世界大壩工程建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛一種壩型，其表面變形監(jiān)測(cè)是重要安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，表面變形監(jiān)測(cè)是判斷大壩安全狀態(tài)的重要途徑之一。水庫大壩的表面變形監(jiān)測(cè)一般采用人工觀測(cè)，這種觀測(cè)方法在觀測(cè)場(chǎng)景，測(cè)量精度、觀測(cè)量程等方面均具有明顯短板。基于雙測(cè)量機(jī)器人的土石壩智能變形監(jiān)測(cè)成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“無人值守”的現(xiàn)代水庫管理模式。在保證觀測(cè)精度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了大壩安全自動(dòng)化監(jiān)管，有效改善了大壩表面變形觀測(cè)的難題。結(jié)合應(yīng)用實(shí)例觀測(cè)信息進(jìn)行大壩表面變形智能變形監(jiān)測(cè)分析與系統(tǒng)集成顯得尤為重要。研究變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整編分析方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)誤差修正、整理與計(jì)算、整編分析和數(shù)據(jù)發(fā)布，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量機(jī)器人變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)智能化分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大壩安全分析，預(yù)測(cè)大壩變形趨勢(shì)，進(jìn)行預(yù)警報(bào)警，加強(qiáng)安全監(jiān)管，可彌補(bǔ)工程管理信息化短板。

　　1 系統(tǒng)組成

　　雙測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成包括基站、參考點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、計(jì)算機(jī)和安防系統(tǒng)[1]。基站由觀測(cè)墩、測(cè)量機(jī)器人、觀測(cè)房組成，測(cè)量機(jī)器人架設(shè)于基點(diǎn)上，基準(zhǔn)點(diǎn)組成控制網(wǎng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在變形體表面，由觀測(cè)墩、正對(duì)基站的棱鏡、數(shù)字式溫度計(jì)和氣壓計(jì)組成。根據(jù)工程實(shí)際和規(guī)范要求，監(jiān)測(cè)點(diǎn)較均勻地布設(shè)于變形體有代表性的橫縱斷面上。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)軟件通過光纜與測(cè)量機(jī)器人通信，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)量、轉(zhuǎn)換、計(jì)算和存儲(chǔ)等功能。智能化大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)見圖1。

　　2 信息集成

　　信息集成主要是實(shí)現(xiàn)測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、傳輸、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)所用，并為后期的資料整編和分析評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

　　測(cè)量機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)清晰、便于后期的調(diào)試與維護(hù)。主要有GeoCOM連接、參數(shù)設(shè)置、測(cè)站配置、測(cè)量控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)接收解析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理7個(gè)功能模塊，各模塊通過Visual Studi0 2015開發(fā)的系統(tǒng)界面操作實(shí)現(xiàn)，其業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

　　GeoCOM是一個(gè)用于建立通信的動(dòng)態(tài)鏈接庫，該連接模塊負(fù)責(zé)上位機(jī)與全站儀之間的通訊，用戶可通過界面改變系統(tǒng)的串口號(hào)、波特率、校驗(yàn)碼和協(xié)議等4個(gè)參數(shù)。

　　測(cè)量模塊是智能測(cè)量系統(tǒng)的核心模塊，用于數(shù)據(jù)測(cè)量工作。可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要功能：

　　(1)執(zhí)行測(cè)量命令，并將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到繪圖模塊和數(shù)據(jù)顯示與管理模塊。

　　(2)采用循環(huán)監(jiān)控的方式，實(shí)時(shí)顯示儀器角度參數(shù)(垂直角、水平角)，便于用戶隨時(shí)了解當(dāng)前全站儀望遠(yuǎn)鏡的位置。

　　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理模塊通過ADO接口實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)庫文件的讀寫操作。

　　數(shù)據(jù)顯示與處理模塊用于將水平角H、垂直角V、斜距、高程、北坐標(biāo)、東坐標(biāo)等測(cè)量數(shù)據(jù)顯示在MSFLXGRD網(wǎng)格上，以及通過內(nèi)部算法計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)北坐標(biāo)、東坐標(biāo)、高程上的位置關(guān)系。

　　測(cè)量機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行解析后存儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，既要能滿足表面變形觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用的需要，又要符合數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則，存儲(chǔ)表結(jié)構(gòu)及關(guān)系如圖3所示。

　　(1)表面垂直位移監(jiān)測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)或水準(zhǔn)工作(起測(cè))基點(diǎn)表(表名DSM_ DFR_SRVRDSBP)，用于存儲(chǔ)表面垂直位移監(jiān)測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)或工作(起測(cè))基點(diǎn)的考證信息。

　　(2)表面垂直位移表(表名DSM_ DFR_SRVRDS)，用于存儲(chǔ)表面垂直位移測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)成果。

　　(3)表面垂直位移測(cè)點(diǎn)表(表名DSM_DFR_SRVRDSMP)，用于存儲(chǔ)表面垂直位移測(cè)點(diǎn)的考證信息。

　　3 資料整理整編

　　各種觀測(cè)數(shù)據(jù)為水庫大壩的運(yùn)行工況提供了第一手資料。通過對(duì)第一手資料進(jìn)行去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里處理，才能作出正確的判斷，獲得規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，保證水庫安全和合理運(yùn)用，為設(shè)計(jì)、施工、管理和科學(xué)研究提供依據(jù)。以上工作統(tǒng)稱為資料整理整編，其重點(diǎn)是計(jì)算、查證原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

　　監(jiān)測(cè)資料整理整編工作主要包括歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)錄、原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)算、閾值法數(shù)據(jù)剔除、粗大誤差清洗以及特征值計(jì)算等[2]。

　　(1)歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)錄。基于數(shù)據(jù)鉆取的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化可視化整編，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失時(shí)段時(shí)，應(yīng)利用人工觀測(cè)記錄進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)補(bǔ)錄。

　　(2)原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)算。通過計(jì)算，將頻率、溫度、模數(shù)等原始物理量轉(zhuǎn)換為結(jié)果值，確定并錄入儀器基準(zhǔn)值。

　　(3)閾值法數(shù)據(jù)剔除。通過設(shè)定監(jiān)測(cè)儀器測(cè)值變化范圍，自動(dòng)查找不滿足閾值范圍的測(cè)值及對(duì)應(yīng)時(shí)間，通過顏色標(biāo)注，并支持用戶編輯。

　　(4)粗大誤差清洗。通過尖峰識(shí)別法(見圖4)、標(biāo)準(zhǔn)差法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)測(cè)值進(jìn)行誤差分析，對(duì)粗差進(jìn)行自動(dòng)判別及剔除。對(duì)隨機(jī)誤差或偶然誤差，按正態(tài)分布規(guī)律，采用常規(guī)誤差理論進(jìn)行分析處理。對(duì)于系統(tǒng)誤差，可通過校正儀器來消除。

　　(5)特征值計(jì)算。通過實(shí)時(shí)計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、最大變幅、超歷史最高等特征值，結(jié)合數(shù)據(jù)變化過程，判斷特征值合理性。

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