测量机器人(湖南)

测量机器人“行走”在“数字湖南”建设的行列1、什么是测量机器人？测量机器人又称自动全站仪，是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台。它的技术组成包括坐标系统、操纵器、换能器、计算机和控制器、闭路控制传感器、决定制作、目标捕获和集成传感器等八大部分。坐标系统为球面坐标系统,望远镜能绕仪器的纵轴和横轴旋转,在水平面360°、竖面180°范围内寻找目标；操纵器的作用是控制机器人的转动；换能器可将电能转化为机械能以驱动步进马达运动；计算机和控制器的功能是从设计开始到终止操纵系统、存储观测数据并与其他系统接口,控制方式多采用连续路径或点到点的伺服控制系统；闭路控制传感器将反馈信号传送给操纵器和控制器,以进行跟踪测量或精密定位；决定制作主要用于发现目标,如采用模拟人识别图像的方法(称试探分析)或对目标局部特征分析的方法(称句法分析)进行影像匹配；目标获取用于精确地照准目标,常采用开窗法、阈值法、区域分割法、回光信号最强法以及方形螺旋式扫描法等；集成传感器包括采用距离、角度、温度、气压等传感器获取各种观测值。由影像传感器构成的视频成像系统通过影像生成、影像获取和影像处理,在计算机和控制器的操纵下实现自动跟踪和精确照准目标,从而获取物体或物体某部分的长度、厚度、宽度、方位、2维和3维坐标等信息,进而得到物体的形态及其随时间的变化。有些自动全站仪还为用户提供了一个二次开发平台，利用该平台开发的软件可以直接在全站仪上运行。利用计算机软件实现测量过程、数据记录、数据处理和报表输出的自动化，从而在一定程度上实现了监测自动化和一体化。2、测量机器人能够干些什么？主要应用于精密工程测量、机械引导及各类监测。广泛用于精密控制测量、高速公路、铁路施工、高铁客运专线轨道施工、安装测量、铁路轨道检测测量、工业设计测量、科学实验特种精密工程、隧道桥梁等大型工程精密测量、大坝等大型建筑物与构筑物变形监测、矿山测量、煤矿高边坡、滑坡体监测、工业与民用建筑施工测量、地质勘测、矿山测量、水利水电测量、城市规划，等等。3、省第一测绘院装备的“测量机器人”4、测量机器人LeicaTCA2003的工程应用及优、特点5、经典案例：远程无线遥控测量机器人变形监测系统---无线CDMA/GPRS通讯方式系统网路方案简介某大坝监测实景示意图◆系统框架远程无线遥控测量机器人变形监测和分析系统主要由三个单元组成：控制单元、无线通讯单元和数据采集单元。控制单元一般安放在办公室内，通过具有固定IP的万维网发送指令和接收数据；无线通讯单元与数据采集单元通过有线形式连接，将控制单元的指令转发给数据采集单元并将数据采集单元的数据简单处理后转发给控制中心；数据采集单元置于作业现场，根据控制单元的指令采集相应数据。基于徕卡TCA2003系列全站仪的远程无线遥控测量机器人变形监测系统，拓展了全站仪的功能，大大提高了观测质量和工作效率。◆硬件构成远程无线遥控测量机器人变形监测和分析系统硬件主要由以下几项构成：1）、测量机器人为实现远程控制采集数据，系统要求测量机器人具有马达驱动和目标自动识别等功能。根据精度要求，用户可以选用相应级别的测量机器人，TCA2003静态测角精度分别为±0.5＂，测距精度分别为1mm+1ppm。自动目标识别的有效距离可达1000m，望远镜照准精度2mm/500m。2）、无线通讯模块要实现通过控制中心控制测量机器人采集数据，必须在两者之间建立可靠的通讯链路，理论上，有以下几种方式可以选择：①、直接通过数据线将测量机器人与控制中心连接。优点是成本低，在短距离内数据传输相对可靠；缺点是随着数据线长度的增加，信号衰减严重，需要增加信号放大设备，即便如此，其作用距离一般在100米以内。对于滑坡监测来讲，该数据链路显然不合适。②、通过数传电台建立通讯链路。优点是几乎可以在任何地方工作，不用考虑是否具备网络信号和卫星信号；缺点是扩展性差，作用距离最多只能达到二十多公里，并且需要得到无线电管理委员会等相关管理部门的审批。③、基于移动或联通信号网络的短信模式。即测量机器人和控制中心各连接一个短信模块，控制指令和采集到的数据以短消息的形式发送。优点是只要有手机信号即可，距离不受限制；缺点是短信会有延迟、丢失现象，实时性差，通讯效率低。④、通过Internet建立通讯链路。可分为有线方式和无线方式：有线方式是在测量机器人端连接一个调制解调器，然后通过网线或光纤接入互联网，同时将控制中心接入互联网，从而可以建立一个专用的通讯链路。该方式可以稳定、高效的实现远程控制和数据传输，并且不受距离限制，但是，实际的监测现场条件一般都比较恶劣，甚至是在深山峡谷之中，将网线或光纤接入到现场是不现实的。无线方式是在测量机器人端连接一个无线通讯模块（CDMA或GPRS），控制中心与具有固定IP地址的万维网连接，无线模块打开后，自动上线并且自动访问控制中心的固定IP，进而建立通讯链路。本案中，采用基于Internet的无线通讯数据传输方式。3）、系统控制中心系统控制中心的服务器或者工作站上需要安装可以连接公网的调制解调器或者网卡，并且拥有网络路由器分配的可通过公网访问的固定公网IP地址，用来接收通过公网传输的GPRS或者CDMA无线传输数据，此任务由专门的远程中心控制软件完成。◆软件构成无线遥控测量机器人变形监测和分析系统软件主要有三部份组成：即测量机器人机载软件、无线通讯软件模块和控制中心软件包。1）、测量机器人机载软件主要是遵照国家三角测量作业规范编写的“测量机器人多测回自动观测机载软件”，负责自动照准目标、自动测角、自动测距及超限或目标丢失等异常情况的自动处理。徕卡为测量机器人的用户提供了可以自主开发的机载编程平台，使得测量机器人能够做一些测量以外的额外工作，从而使得测量效率大大提高。2）、无线通讯模块程序主要负责建立通讯链路，用来转发指令或数据。通讯模块收到控制中心指令后，解析出指令内容，然后转发给测量机器人；收到测量机器人数据后，按照约定的数据格式，打包后发送到控制中心。3）、控制中心软件主要实现发送开关机、观测、测温等控制指令和接收观测状态、测量数据。这一部分命令为开放指令，可以根据实际需要灵活定制项目的中心控制软件界面。此外，该控制中心软件还包含有SQLServer数据库管理和三维网数据后处理平差模块。通过Internet接收到的无线数据包经过SQLServer数据库管理模块直接自动输入到SQLServer大型数据库中，通过控制中心软件的图形用户界面，用户还可以实时了解前端测量机器人自动测量的实时完成状态。◆系统特点及适用工程1）、基于性能稳定、功能卓越的徕卡TCA1000系列测量机器人；2）、系统结构灵活，远程GPRS/CDMA无线控制和“现场＋事后处理”两种模式均可适用；3）、多台测量机器人可同时自动并行工作，系统通讯和计算荷载分配平衡；4）、真正意义上实现了自动化、智能化和内外业一体化作业；5）、数据接口开放，可以根据应用定制中心控制程序。该系统特别适合应用于高速公路、铁路、露采矿山、水利工程、工厂等人工高陡边坡、自然边坡或滑坡的变形监测。◆实践效果：系统性能稳定性很高，操控简便，精度基本满足用户需求。软件功能齐全配套，便于后续处理。