一种亚毫米级精度位移自动监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种监测大坝、桥梁、边坡和地壳变形的自动监测仪器，其特征在于主计算机８控制多个观测站上的多套高精度自动测距系统１及相应的计算机通讯装置４，安置在监测点上的反射棱镜组５，加上系统软件６而构成。它精度高，能够早期发现异常移动，便于尽早采取措施，防止事故产生；可准确、长期记录大坝安全有关的资料，实时提供大坝安全的准确信息。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种监测大坝、桥梁、边坡和地壳变形的自动监测仪器，特别是用大地测量方法测量变形或位移的自动监测系统。在大坝、桥梁、边坡与地壳等的变形监测中，有“内观”与“外观”两类仪器。(下面以大坝为例加以说明)内观是用岩土工程仪器和方法，测量大坝内部的温度、应力、应变、渗透、扬压力与收敛等等，它能较好地反映局部的状况及其变化，便于自动监测，但是不能直观反映出大坝整体的变形与移动；外观能够直观反映出大坝整体的变形，对于大坝的安全非常重要。外观是用测量几何尺寸变化的仪器测量监测点相对于参考点的位移。参考点若是大坝基岩，用正锤线和倒锤线测量装置测量大坝坝顶相对于基岩的水平位移，但是基岩可能移动；参考点是位于大坝的移动区外，这就只能用大地测量的方法进行；参考点或是绕地球转动的卫星，则采用GPS系统进行监测；后两种方法能够真正测量出大坝在空间的位移，这是最理想的。对于一个理想的变形监测系统要同时满足高的测量精度、自动化程度、可视化程度、可靠性和实时性，并能测定三维坐标等，还要满足安全监测的各项要求，特别是测量精度，越高越好，能够实时报警，早期发现异常变形及变形的规律，及时解决问题。目前，在自动监测仪器中，能从移动区外测定(大坝)绝对变形的自动监测仪器系统有两种，一是瑞士LEICA公司的APS(自动极坐标测量系统)，二是GPS系统。但是，应用并不广，主要问题是测量精度不够，测量精度都在毫米量级，如APS WIN系统为±8～10mm／Km；GPS的实时性不够，高程精度更差。本专利技术的目的是提供一种亚毫米级精度的位移自动监测系统，用大地测量方法，从移动区外解决电站大坝、桥梁、边坡及地震预报等位移或变形监测中的问题，即不但具有高的测量精度，而且能同时解决多点、连续、自动监测、三维坐标测定、实时测量与实时数据处理、可视化显示、超限报警等问题。用该系统装备大坝，就能够长期、连续、动态监测被监测对象的变形及安全状况，早期发现异常变形，及早采取措施，保证大坝、桥梁、边坡的安全或给地震预报特别是临震预报提供准确的信息。本专利技术为完成上述任务，采用的技术方案是用计算机控制分别置于三个观测站上的多套(一般为三套)高精度自动测距系统，同时对置于监测点上的反射棱镜组进行高精度测距，用三边交会法实时计算出监测点的三维坐标及其变化并用图形、曲线、表格等在计算机屏幕上显示出来。它是(见附图说明图1)由安置在中央控制室的主计算机8控制多个(一般为三个)观测站上的多套(一般为三套)高精度自动测距系统1、2、3及相应的计算机通讯装置4，安置在监测点上的反射棱镜组5，气温气压遥测遥控装置7加上系统软件6而构成的亚毫米级精度位移自动监测系统实现的。下面结合附图作进一步说明图1亚毫米级精度位移自动监测系统构成总框图；图2亚毫米级精度位移自动监测系统的高精度自动测距系统构成框图。1．图1中的高精度自动测距系统1、2、3，每套由图2展示。它由系统主机11，自动电子全站仪12，高精度光电测距仪频率校准仪13，高精度通风温度计14，高精度数字气压计15，数字湿度计16，强制对中仪器座17，校准棱镜18，数据通信部分19，UPS电源及直流稳压电源20，激光打印机21等组成。图2展示了各部分间的具体接法系统主机11本身是一台工业控制计算机，486及486以上机型皆可。机箱中装有扩展的4个RS232接口卡，一块图象采集卡，还装有频率测量与数据采集板，板上带三个输入频率的高频插口以及输入湿度数据的RS232接口，采集板经过一个RS232接口与主机11相连；自动电子全站仪12经自带Y型电缆与系统主机11的RS232串口相接；高精度光电测距仪频率校准仪13与高精度通风温度计14输出的频率信号经过高频电缆与系统主机11中的数据采集板的高频插口相接；高精度数字气压计15输出的视频信号与系统主机11的图象采集板的视频输入端相接；数字湿度计16经电缆与系统主机11中的数据采集板的RS232口相接；数据通信部分19由系统主机11的RS232口经过MODEM与通信电缆相接，而电缆与其他观测站及中央控制室相接；激光打印机21经过并口与系统主机11相接；市电经过UPS给系统主机11供电；稳压电源给自动电子全站仪12供电。图2中的自动电子全站仪12，在计算机控制下，自动精确瞄准目标，测距的标称精度优于±(2mm+2PPm·D)；仪器经过严格检测，充分掌握其各项误差，选择使用。本专利技术选用的自动电子全站仪2是瑞士LEICA公司的TCA系列的适当型号产品，如TCA1800，TCA2003等，也可以采用其他厂家生产的同性能仪器，但是控制系统软件的测距与测角程序需要作相应改变。图2中的高精度光电测距仪频率校准仪13，以非接触方式测定测距仪的频率；测量频率的范围应大于50MHz，频率计的时基必须用彩电副载波校准，其频率准确度与测频准确度都优于10-8，并可用计算机控制，自动测量频率；选用长沙市莱塞光电子技术研究所生产的EFC-6型光电测距仪频率校准仪，保证用非接触方式测定测距仪的调制频率，准确到10-8以上。图2中的高精度通风温度计14，用马达通风，测空气温度的精确度优于±0．1℃，一般应该采用±0．05℃产品，由计算机控制测定温度。如采用计算机控制的高精度石英通风温度计等产品。图2中的高精度数字气压计15，测定空气气压的精确度优于±0．3hPa，性能长期稳定，由计算机控制；采用长沙市莱塞光电子技术研究所生产的PD-1高精度数字气压计。图2中的数字湿度计16，精确度优于±5％，可以由计算机进行测量。可供选择的产品较多；图2中的强制对中仪器座17，由不锈钢制造的圆形底盘与圆锥形轴套、轴杠等组成。轴杠作为对中螺栓与自动电子全站仪相连接，底盘固定于水泥墩上，保证仪器的对中误差小于±0．05mm；图2中的校准棱镜18，用于观测站间对向测距，作基线校准用；通过简单的支架安装在自动电子全站仪上方；支架取代自动电子全站仪的提手，以便安装棱镜；采用LEICA公司的360度全方向棱镜或普通锥体棱镜。图2中的数据通信部分19，建立各观测站的计算机之间的数据通信以及观测站与中央控制室间的数据通信，数据通信通过RS232口与MODEM进行；数据通信也可以通过四至五台计算机组成的有线或无线局域网进行；图2中的UPS电源及直流稳压电源20，由UPS给计算机提供长期，无干扰，稳定的供电；由直流稳压电源12给自动电子全站仪供电；图2中的激光打印机21，其作用是将需要的数据、曲线、表格等打印出来。2．图1中的计算机通讯装置9，是在多个(一般为三个)观测站的系统主机11，气温气压遥测遥控装置7以及它们与中央控制室的主计算机8之间实现数据通讯的有线、无线和红外通讯装置。有线通讯作为主要数据通信手段，经过各观测站间架设的电缆传送信号。无线与红外光通信作为辅助手段。无线通信采用无线MO-DEM双工通信；红外光通信采用数字信号直接调制红外光通信，以收发光学系统对向瞄准传送信号。中央控制室的主计算机经过调制解调器经电话线路联网，可使网上的计算机能随时查询监测数据。3．图1中的反射棱镜组5，由2或3块锥体反射棱镜组合而成，单块棱镜的位置可调，以便分别对准三个观测站，调好后可固定并用膨胀螺钉固定于监测对象上。4．系统软件6，用中央控制室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚毫米级精度位移自动监测系统涉及一种监测大坝、桥梁、边坡和地壳变形的自动监测仪器，其特征在于中央控制室的主计算机８控制多个（一般为三个）观测站上的多套（一般为三套）高精度自动测距系统１、２、３及相应的计算机通讯装置４，安置在监测点上的反射棱镜组５，气温气压遥测遥控装置７加上系统软件６而构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张学庄，王爱公，张驰，简务人，张艳祥，
申请(专利权)人：中南工业大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]