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索佳AutoMoS自动化监测系统

发布时间:2011-12-7      来源:admin      阅读次数:2889

  
  1.概述
  AutoMoS(AutomaticMonitoringSystem)是可以实现完全无人职守的全自动化变形监测系统。该系统在智能化计算机软件的管理之下,通过有线或无线的方式控制索佳的高精度自动化全站仪,实现对变形点的自动化三维监测。AutoMoS以极坐标测量原理为基础,集成独创的边角多重差分核心技术,在24小时无人职守的情况下,以亚毫米级的精度全天候监测变形目标;并能以手机短信等方式对系统运行不正常、变形点的位移量超出预设限差等进行实时报警。
  AutoMoS无疑是大坝、大桥、隧道(特别是地铁)、滑坡体等建、构物自动化变形监测的理想解决方案。
  2.产品优势
  (1)世界最高测量精度。系统主要硬件设备之一的NET05自动化全站仪具有世界上最高的测量精度:测角精度0.5″;棱镜测距精度0.8mm+1ppm,反射片测距精度0.5mm+1ppm,无棱镜测距精度1mm+1ppm。
  (2)独创的多重差分技术。在高精度基准点的基础上,采用实时多重差分的测量方案,可以最大限度地消除或减弱多种误差的影响,从而大幅度地提高测量结果的精度。
  (3)简化了气象等附加设备。由于采用了独特的差分技术,无需为距离测量等提供气象改正参数,因此可以简化数字气象等附加设备,简化了系统组成,降低了系统成本,提高了系统运行的可靠性。
  (4)无人职守全自动化运行方案。在自动化全站仪固定设站的条件下,整个系统由计算机软件控制,按事先设定的周期定时启动系统,全天24小时无人职守自动化采集数据并处理,实现平面与高程的三维自动化变形监测。
  (5)手机短信自动报警。如果系统运行出现异常,或监测点位位移超出预警值等,系统会给指定的手机号码发送报警信息,以便系统管理人员及时处理。
  (6)可定制开发用户特需功能。可以根据用户的要求,专门开发定制软件模块。
  3.主要应用领域
  索佳AutoMoS自动化监测系统,具有测量精度高、水平位移与垂直沉降三维同步监测、无人职守24小时自动化运行等特点,广泛应用水库大坝变形监测、大桥变形监测、滑坡体变形监测、地铁等隧道结构变形监测等领域。
  图1AutoMos主要应用领域
  4.AutoMoS自动化变形监测系统基本配置
  4.1单站AutoMoS自动化变形监测系统
  以水库大坝自动化变形监测系统为例,单站AutoMoS自动化变形监测系统的基本组成如图2所示。
  图2AutoMos基本组成图
  (1)全站仪监测站
  根据现场条件,选择自动变形监测系统监测站。该站最好建在基岩基础的基点或工作基点上,并有稳固的仪器墩安置自动化全站仪(如NET05)。为了仪器防护、保温等需要,并保证有较好的通视条件,还需专门设计、建造监测站房(如图1、图2)。
  (2)通讯与供电系统
  为了实现计算机对全站仪的远程自动控制,监测系统采用特制的有线通讯技术。因全站仪监测站离中心机房距离较远(几百~几千米),必需采用光隔技术将通讯信号加以放大隔离处理,方能进行远程通讯(如图2)。
  (3)控制中心
  如图2,控制中心(计算机房)一般选在办公区附近,有较好的供电等条件。在控制机房内和监测站房之间埋设专用电缆,实现机房中心计算机和监测站全站仪之间的数据通讯,在控制中心机房实时全面了解监测站全站仪的运行情况。
  (4)远程监控系统
  现代计算机技术,提供了强大的远程控制能力。如远在几百上千公里以外的管理中心可以通过因特网的方式,远程监控非现场的AutoMos监测系统。除了可以查看系统运行情况外,还可以远程修改系统运行的配置参数,等等。
  图3AutoMos的远程监控系统
  4.2多站AutoMoS自动化变形监测系统
  对于大型工程,当单站的AutoMoS系统不能满足整个项目的自动化变形监测时,可以采用多个监测站的系统组成方案(如图4)。
  供电与通信系统因特网远程监控计算机工控计算机(1)工控计算机(2)视频监视器工控计算机(5)工控计算机(4)工控计算机(3)监控中心服务器自动全站仪观测站(L1)自动全站仪观测站(L2)自动全站仪观测站(L4)自动全站仪观测站(L3)自动全站仪观测站(L5)变形监测棱镜变形监测棱镜变形监测棱镜变形监测棱镜变形监测棱镜为手机短信报警装置
  图4多站AutoMos自动化变形监测系统组成图多站AutoMoS自动化变形监测系统的工作原理与单站系统相同,但必要的时候可以采用2台(或2台以上)全站仪对同一变形点进行边角前方交会的方法实现数据采集与处理。另外,在软件运行的平台上增加了中心服务器,即工控计算机上运行的软件主要负责全站仪设备的管理与数据采集,而原始数据的差分计算、监测点的变形分析、报表输出与结果查看等则在监控中心的服务器上进行。
  5.AutoMoS多重差分原理简介
  5.1距离的差分改正
  在极坐标变形监测系统中,必须考虑大气条件的变化对距离测量的影响。一般情况下,为了准确求得距离的大气折射率改正,需要测定大气中的气象元素。但是,如果利用监测站与各基准点间的已知距离信息,可实现无需测定气象元素的距离大气折射率实时差分改正。
  设监测站至某基准点的已知斜距为,在变形监测过程中,某一时刻实测的斜距为,两者间的差异可以认为是因气象条件变化引起的,按下式可求出气象改正比例系数:0Jd'JddΔ'J0J'Jdddd−=Δ(1)
  5.2球气差的改正
  为了准确测定变形点的三维坐标,在极坐标的单向测量中,必须考虑球气差对高差测量的影响。监测站与各基准点之间经精密水准测量,高差是已知的。如上述的距离测量一样,如果某一时刻测得监测站与某基准点间的单向三角高差为:0hΔJh
  JJJJaisindh−+α⋅=(2)
  式中:α—垂直角,—仪器高,—棱镜高。JiJa
  那么,根据下式可求出球气差改正系数:cα⋅−Δ=22JJ0cosdhhc(3)
  在每周期变形点的监测量过程中,由于测量时间较短(约几十分钟左右,监测点太多时可分组),可以认为c值对基准点及与基准点相近区域的变形点具有相同的影响,所以可以考虑把(3)式计算出的球气差c用于变形点三角高差计算中的球气差改正。
  5.3方位角的差分改正
  在长期的变形监测过程中,难以保证仪器的绝对稳定。因水平度盘零方向的变化和大气水平折光等因素的影响,需考虑水平方位角差分改正。在实际变形监测中,所求的变形量一般是相对第一周期而言的,故可把基准点第一次测量的方位角作为基准方位角,其它周期对基准点测量的方位角与基准方位角相比,有一差异:0JZH'JZHZHΔ
  0JZ'JZZHHH−=Δ(4)
  这一差异主要是因仪器不稳定引起的水平度盘零方向的变化、大气水平折光等对方位角的影响而引起的。此差异对变形点的测量有同等的影响,故在变形点每周期的方位角测量值
  TPLLJB日本株式会社索佳北京代表处电话:010-65056066传真:010-65056068-4-
  中,实时加入由同期基准点求得的ZHΔ改正值,可准确求得变形点的方位角。PZH
  5.4变形点三维坐标和变形量的计算
  综合以上各项差分改正,按极坐标计算公式可准确求得每周期各变形点的三维坐标:
  ?????+Δ=+⋅=+⋅=0PP0PZPP0PZPPZhZYHsinDYXHcosDX(5)
  式中:——为监测站的坐标值。000ZYX、、
  若以变形点第一周期的坐标值(,,)作为初始值,则各变形点相对于第一周期的变形量为:1PX1PY1PZ
  1PPP1PPP1PPPZZZYYYXXX−=Δ−=Δ−=Δ(6)
  6.AutoMoS系统软件功能简介
  AutoMOS系统软件是通过实际的工程应用,并结合国内用户的实际需求而研制出的本地化智能型自动变形监测中文软件。
  AutoMOS软件的主要功能有:
  1)监测点位的初始的学习;
  2)自动启动系统运行的定时器设置;
  3)变形监测点的分组观测设置;
  4)目标被遮挡、测量误差超限等智能化地处理;
  5)实时多重差分改正,最大限度地消除或减弱多种误差影响;
  6)具有自动化实现多周期取平均,或周日取平均功能;
  7)变形趋势实时多态图解显示;
  8)支持同点位不同周期、同周期不同点位的位移信息显示;
  9)测量数据可按照用户所要求的格式进行报表输出;
  10)变形量超过限差值时自动手机短信报警。
  11)全部中文界面,操作简单,符合国人习惯;
  12)针对不同的测量环境与要求,软件可以做出相应的更改。
  7.AutoMoS系统主要硬件――NET05/NET1主要技术指标
  本系统使用的自动化监测系统的主要硬件是索佳NET系列自动化3D全站仪,其中NET05是目前世界上测量精度最高的自动化全站仪,其主要技术指标如下表所示。
  索佳NET系列自动化3D全站仪主要技术参数一览表
  项目
  NET1
  NET05
  测角原理
  对径绝对编码度盘测角
  测角精度
  1.0″
  0.5″
  补偿器类型
  自动液体双轴补偿器
  补偿器补偿范围
  3′
  测距部分
  同轴红色激光,相位法测距
  无棱镜(90%反射)
  0.3~200m
  0.3~40m
  反射片(50*50mm)
  1.3~300m
  1.3~200m
  测距范围
  (一般气象条件)
  AP单棱镜
  1.3~3000m
  1.3~3000m
  无棱镜(精测)
  3.0mm+1ppm
  1.0mm+1ppm
  反射片(精测)
  1.0mm+1ppm
  0.5mm+1ppm
  测距精度
  AP单棱镜
  1.5mm+1ppm
  0.8mm+1ppm
  目标自动照准
  CCD光学成像传感器
  AP01单棱镜
  1000m
  自动照准
  RS50N-R反射片
  5~50m
  马达转动速度
  45°/秒
  环境指标
  工作温度
  -10℃~+50℃
  温度范围
  存放温度
  -30℃~+70℃
  防尘防水
  IP64
   

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