TCA测量机器人在大坝变形监测中的应用浅谈

李明

李明

中国水利水电第七工程局试验检测研究院四川省成都市611730

摘要：随着我国社会经济的不断发展，相关部门开始注重对水利枢纽工程的建设。为了能够更好的保证工程中水利设施运营的安全性，则需要施工单位注重对大坝安全监测这个项目。基于此，本文主要就以某地大坝变形监测系统为例，全面介绍TCA测量机器人自动观测系统方案，以及在其中的应用。以期能够为其他相关工程的开展提供一定的参考意见，确保水利枢纽工程质量达到相关标准。

关键词：TCA测量机器人；大坝变形监测；应用浅谈

结合实际能够清楚的发现，当前相关单位在工程中的变形监测网的施测方法有很多，具体表现在:传统方法、测量机器人和GPS方法。在传统方法上，主要就是通过测距仪和经纬仪来对其进性施测。在此过程中，主要以人工观测为主。对于GPS，其具有实时性和连续性等特点。在变形监测网的应用，取得较好的试验发展成果。但是因水利工程主要位于地形较为复杂的陡峭地段，因而存在卫星信号被遮挡的问题。而测量机器人，属于智能型电子全战仪。在实际应用中，其主要是通过相关的传感器，也就是CCD，来识别目标。在此过程中，其还会在相关软件的控制下，进行自动搜索、跟踪、识别以及精确照准目标等信息，因而成为现阶段施工单位在测量工作中最常用技术。对此，下文主要以某工程为例，对TCA测量机器人在大坝变形监测中的应用进行全面分析。以此能够在一定程度上提高我国在这方面的能力。

一、工程概述

某地水利枢纽水利工程不仅作我国实施西部大开发十大标志性工程之一，同时也是当地规划初期基础设施建设的重点工程。在实际中，该工程主要位于岷江上游下段，距离市中心大约60km，而岷江上游河段是处于峡谷地带，且水流湍急，自然落差比较大[1]。另外，岷江上游河段的还处于暴雨频发区，在每年的6-9月，暴雨洪水的出现，都会给当地安全带来严重的威胁。

因该水利枢纽工程是当地重要的水源工程，因而属于大I型水利枢纽工程。施工单位在建筑物设计上，要以最大的洪水标准进行。

二、徕卡测量机器人及其测量软件

对于瑞士徕卡公司所生产的TCA系列自动全站仪，也被称为测量机器人。这种设备具有一定的智能化和自动化性能，因而能够让施工单位在工程施工中更好的进行大坝外部变形的3维位移观测。在实际中，TCA自动全站仪能够确保电子整平、自动正倒镜观测以及自动记录观测数据，因而具有独特的ATR模式。促使全站仪在大坝监测中的应用能够进行自动识别目标[2]。在此过程中，当全站仪所发送的红外光经过棱角反射中，并经仪器内置中的CCD像机判断接受后，则会自动精确并确定棱镜具体的中心位置。在这种方式下，就不需要相关人员以人工形式精确照准和调焦,进而在一定程度上提高工作效果。

另外，TCA自动全站仪需要配以专业软件，以此能够使得整个大坝变形在监测过程中在计算机有效控制下，自动操作。现场数据采集时，还应对测站及测点的干湿温及气压同步观测，以便于在后期数据处理提高精度。在大坝变形监测中使用TCA自动全站仪，能够确保测角精度为±0.5，测距精度则为±（1mm+1ppm+Dkm），单棱镜测程为1.2km。所有观测仪器及辅助仪表、工具都按《计量法》的要求，在法定计量检验单位进行了检定，检定结果均在有效期内，在使用前也按规范和《技术要求》的要求进行了检验。使用的仪器精度可靠，满足观测精度要求。

三、监测网观测

（一）限差设定

在通常情况下，TCA2003自动跟踪全站仪的观察和记录这个环节，都是由仪器自动完成的。因而需要进行人工干预。因该软件系统内有相关规范要求，因而符合相关规定中的观测手簿记录格式。在这其中，如果出现超限值，则会自动报警，施测人员根据要求进行重测，直到符合限差要求。

（二）监测网基本图形

因平面位移基准网主要是由8个基准点所构成的，也就是101-108，而起算方向则为105-103。并计34个观测方向和21条观测边，具体如下图所示。

图一平面位移基准网网形示意图

（三）平面基准网边长观测

在这其中，需要相关人员在不同时段往返四测，并在每测回照准一次则要读数四次。对于各个时段的观测时间和不同时段间隔时间的掌握，主要是以不影响观测精度作为原则[3]。另外，在对气象元素的测定上，相关人员则需要结合实际，利用测站和棱镜站，来测定气压、干温和温湿。

（四）平面基准网水平角观测

结合相关标准，在进行平面基准网水平观测上，相关人员必须要按照相关标准和要求，使用全圆方向法。在此期间，要求其至少观测12个测回。在实际中，观测主要在测站地面气温与大气温度的差异比较小情况下进行，因而使得总的观测气象比较好[4]。有利于相关工作人员在相同的时间段内连续观测。如果遇到个别观测站气象条件较差的情况，相关工作人员则可使用分时段方式进行观测。

四、水平位移基准网起算点的稳定性分析和监测点的位移分析

相关工作人在进行稳定性分析和位移分析工作时，需要注重以下两个方面。一是，结合实际情况，选择合适的方法来排除或减少测量误差干扰[5]。在此工作中，还需要相关人员根据所观察的数据，选择相应的平差方式进行处理。之后，还要按照相关要求，计算两个不同时期网点位置的差异量；二是，注重对这些差异量是否属于误差干扰和坐标位移的相关信息进行深入分析。

（一）对水平位移基准起算点的稳定性分析

对于如何分析水平位移基准起算点的稳定性，相关人员可通过对复测的坐标计算，即105-103的边长与原坐标边长进行比较，以此能够将其所计算出的方位角进行比较。

（二）对水平位移监测点的稳定性进行分析

所谓的水位平移监测点，就是通过进行固定基准来进行较为自由的网经典平差，其次，需要相关人员通过对数据统计的合理利用，来假设所检验的理论。具体来说就是在原先给定的水平ɑ下，对临监网块进行整体稳定的检验。在此过程中，如果整体检验没有通过相关标准，这时就需要相关人员进行单点t检验。之所以这样做，主要是为了能够在最大程度上衡量各个点位移量的显著性。在实际中，因只有一个主网，使得不能够对其进行F检验。针对这种情况，相关人员则就可按照相关要求，使用变形误差椭圆方法来对整个网观测资料进行位移分析。关于变形椭圆法，则就是在各个点中作取K倍中误差作为极限误差椭圆。在这之后，还要结合实际点位移向量落在椭圆内外的实际情况[6]。只有这样才能够更好的判断出该位移是否显著。

结语：

综合上述，在大坝变形监测中应用测量机器人，能够清楚的发现，在此次水利枢纽工程中的，变形监测方案在设计上是合理的。在这其中，工作基点较为稳，且在监测点上也在一定程度上体现出整个边坡的具体变形情况。因TCA2003测量机器人在监测网自动测量系统上，具有较为精确的精度，工作效率也比高，是传统方法不具有的优势。因而在实应用中极大的满足复杂地形条件下的大坝变形观测需求。结合当前我信息技术水平的不断提升，使得相关施工单位在大坝变形监测系统完善上更加全面，进而保障水利工程质量。

参考文献:

[1]赵飞燕.大坝坝体变形监测的技术方法与应用[J].杨凌职业技术学院学报,2018,17(01):32-34.

[2]徐雪.GPS技术在水库大坝变形监测中的应用[J].科技创新与应用,2018(04):131-132.

[3]胡明罡,郭久波,左丰收,黄鑫.物联网技术在密云水库大坝变形监测系统中的应用[J].北京水务,2017(05):55-59.

[4]布艾杰尔·库尔班,阿布都艾尼·阿布都克热木,阿卜杜塔伊尔·亚森,艾力夏提·玉山,刘代芹,李桂荣,王晓强,苏力坦·玉散.利用GPS技术监测大坝表面变形[J].地震地磁观测与研究,2017,38(04):165-171.

[5]黄佳宾.GPS在天荒坪大坝变形监测中的应用[J].住宅与房地产,2017(17):246.

[6]王维洋.无人机摄影测量快速建模技术及其工程应用[D].华北水利水电大学,2017.