一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，涉及市政沉井施工測(cè)量領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括兩臺(tái)全站儀，分別安裝在兩個(gè)已知工程坐標(biāo)的觀測(cè)墩上；一個(gè)安裝在沉井的側(cè)壁上傾斜儀，用于測(cè)定沉井下沉行進(jìn)過(guò)程中的姿態(tài)角度；三個(gè)分布在沉井頂部目標(biāo)棱鏡，并事先測(cè)量出其在沉井坐標(biāo)系中的相對(duì)位置；一個(gè)便攜式計(jì)算機(jī)以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信模塊。計(jì)算機(jī)作為控制中心，利用無(wú)線通信模塊向全站儀和傾斜儀發(fā)送指令并自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，然后根據(jù)空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，求得沉井坐標(biāo)系和工程坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而推算出沉井中心以及預(yù)留孔洞中心的平面位置與高程，通過(guò)和設(shè)計(jì)下沉位置與沉降量的比較，實(shí)時(shí)指導(dǎo)沉井施工下沉。
【專利說(shuō)明】
一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及沉井施工測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在市政工程施工過(guò)程中，沉井廣泛應(yīng)用于給排水栗站、水廠水池、橋墩、豎井等。由于沉井結(jié)構(gòu)規(guī)模大、工區(qū)土層復(fù)雜、逐層拼接施工等原因，沉井在下沉施工過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生傾斜、扭轉(zhuǎn)、超沉等問(wèn)題，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量以及周邊建構(gòu)筑物安全，因此，在沉井在施工過(guò)程中必須對(duì)沉井的位置和姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證沉井安全、準(zhǔn)確、快速地下沉到設(shè)計(jì)位置。
[0003]沉井的定位測(cè)量主要包括井體垂直度和下沉標(biāo)高的測(cè)量。垂直度測(cè)量主要是控制井體下沉姿態(tài)，防止出現(xiàn)傾斜和偏移，監(jiān)測(cè)的方法較多，常見(jiàn)的有如下幾種:
[0004](I)經(jīng)瑋儀直接觀測(cè)中線法:在井壁上標(biāo)出縱橫十字中線，將經(jīng)瑋儀架設(shè)在縱橫中線控制粧上，直接觀測(cè)中線。這種方法簡(jiǎn)單，成本低，應(yīng)用最為廣泛；
[0005](2)利用水準(zhǔn)儀測(cè)定井體角點(diǎn)或中線端點(diǎn)高程，推算出傾斜角度；
[0006](3)垂線球法:在井壁內(nèi)標(biāo)注出中心線，將垂球掛在中心線位置，利用鋼尺測(cè)量垂球偏移量，從而計(jì)算其傾斜度。
[0007]下沉標(biāo)高的測(cè)量主要是控制井體下沉量。一般采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)常埋設(shè)在井體下沉深度3倍范圍外，不受施工影響的穩(wěn)定區(qū)域，并在井體上設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
[0008]上述常規(guī)測(cè)量手段方法相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低廉，主要由人工根據(jù)工程進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，一般用于規(guī)模不大的中小型沉井定位測(cè)量。針對(duì)施工環(huán)境復(fù)雜、施工精度要求較高、以及有預(yù)留孔洞定位的特殊沉井工程，常規(guī)手段難以滿足施工需求，并且存在工作量大、信息少、自動(dòng)化程度低、多部門(mén)信息共享困難的缺點(diǎn)，難以適應(yīng)主管部門(mén)、施工部門(mén)、監(jiān)理部門(mén)三方共同協(xié)作相互監(jiān)督的施工機(jī)制。
[0009]目前，很多大型沉井作業(yè)受施工效率的驅(qū)動(dòng)，也在逐步嘗試自動(dòng)化測(cè)量手段，較為成熟的有基于GPS差分定位技術(shù)的自動(dòng)化定位測(cè)量，以及利用攝影測(cè)量技術(shù)的全過(guò)程位移監(jiān)測(cè)。但是前者需要四臺(tái)GPS精確安置在沉井軸線上，這對(duì)施工環(huán)境具有較高的要求，并且在施工過(guò)程中不能遮擋GPS信號(hào)，另外GPS成本較高，在沉井下沉過(guò)程中也容易受損;對(duì)于攝影測(cè)量技術(shù)而言，其同樣存在施工環(huán)境要求高、數(shù)據(jù)量大、系統(tǒng)維護(hù)難等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，對(duì)沉井下沉過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得出井體垂直度偏差和下沉量，指導(dǎo)施工方及時(shí)調(diào)整方案，保證沉井精確下沉到設(shè)計(jì)位置;同時(shí)，在信息共享平臺(tái)自動(dòng)生成沉井下沉變化曲線以及沉井中心位移變化曲線，讓項(xiàng)目參與各方更加直觀和動(dòng)態(tài)地了解施工進(jìn)度和施工成果。
[0011]本實(shí)用新型是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，包括兩臺(tái)用于采集沉井位置的全站儀、一臺(tái)用于采集沉井姿態(tài)的傾斜儀、多個(gè)和沉井相對(duì)位置固定的目標(biāo)棱鏡、一個(gè)用于全站儀定向的后視棱鏡、一套無(wú)線通信模塊、以及一個(gè)位于控制中心的計(jì)算機(jī);所述的無(wú)線通信模塊包括一個(gè)主站和三個(gè)分站，其中一個(gè)分站通過(guò)串口線和傾斜儀連接，另外兩個(gè)分站通過(guò)串口線分別和全站儀連接，三個(gè)分站將采集的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至主站，主站與控制中心計(jì)算機(jī)連接;后視棱鏡和全站儀安裝在已知坐標(biāo)的固定點(diǎn)位上，后視棱鏡滿足兩個(gè)全站儀的后視要求。
[0012]優(yōu)選的，所述的兩臺(tái)全站儀均采用徠卡TM30高精度全站儀，分別安裝在兩個(gè)已知坐標(biāo)的觀測(cè)墩上，兩個(gè)觀測(cè)墩應(yīng)分別位于沉井施工現(xiàn)場(chǎng)的兩側(cè);安裝在上面的全站儀能夠觀測(cè)到后視棱鏡和需要測(cè)量的目標(biāo)棱鏡。
[0013]優(yōu)選的，所述的兩個(gè)觀測(cè)墩埋設(shè)在距離施工現(xiàn)場(chǎng)三倍沉降高度以外的區(qū)域，且在沉井下沉期間不會(huì)產(chǎn)生位移和沉降。
[0014]優(yōu)選的，所述的傾斜儀采用雙軸傾斜儀，安裝在沉井內(nèi)壁靠上的部位。
[0015]優(yōu)選的，所述的雙軸傾斜儀采用NA4200高精度傾角傳感器。
[0016]優(yōu)選的，在沉井頂部安裝三個(gè)目標(biāo)棱鏡，三個(gè)目標(biāo)棱鏡中心不在同一水平高度上且均勻分布。
[0017]優(yōu)選的，所述的目標(biāo)棱鏡采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。
[0018]優(yōu)選的，主站通過(guò)RS232串口線與計(jì)算機(jī)連接，兩臺(tái)全站儀和一臺(tái)傾斜儀各自通過(guò)RS232或RS485通訊串口線和從站連接。
[0019]優(yōu)選的，所述的控制中心計(jì)算機(jī)采用具有串口的便攜式計(jì)算機(jī)，或具有串口轉(zhuǎn)換功能的個(gè)人掌上電腦、安卓系統(tǒng)手機(jī)。
[0020]優(yōu)選的，所述的沉井可以是一次制作下沉，也可以是分節(jié)制作下沉，不受截面形式、制作材料、施工方法的影響。
[0021]本實(shí)用新型的有益效果是:該沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置通過(guò)利用兩臺(tái)全站儀對(duì)三個(gè)目標(biāo)棱鏡進(jìn)行測(cè)量，保證了每次測(cè)量都可以獲得沉井的空間姿態(tài);借助傾斜儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)沉井的姿態(tài)角進(jìn)行了修正，進(jìn)一步提高定位精度，計(jì)算機(jī)作為控制中心，利用無(wú)線通信模塊向全站儀和傾斜儀發(fā)送指令并自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，然后根據(jù)空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，求得沉井坐標(biāo)系和工程坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而推算出沉井中心以及預(yù)留孔洞中心的平面位置與高程，通過(guò)和設(shè)計(jì)下沉位置與沉降量的比較，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)了解沉井下沉定位情況，指導(dǎo)沉井施工下沉，無(wú)需配備專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。另外，沉井施工現(xiàn)場(chǎng)只需安裝棱鏡和傾斜儀，安裝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境要求不高，且當(dāng)沉井分節(jié)下沉?xí)r，可以快速實(shí)現(xiàn)棱鏡和傾斜儀的安拆，即使在施工過(guò)程中對(duì)上述設(shè)備造成破壞，其經(jīng)濟(jì)損失也較小，大大降低成本風(fēng)險(xiǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0023]圖中:1、全站儀，2、傾斜儀，3、目標(biāo)棱鏡，4、后視棱鏡，5、分站，6、主站，7、計(jì)算機(jī)，
8、觀測(cè)墩，9、沉井。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
[0025]如圖1所示，一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置有兩臺(tái)用于采集沉井9位置的全站儀1、一臺(tái)用于采集沉井姿態(tài)角度的傾斜儀2、三個(gè)用于姿態(tài)解算的目標(biāo)棱鏡3以及一個(gè)后視棱鏡4;一套包含三個(gè)分站5和一個(gè)主站6的無(wú)線通信模塊組，以及一臺(tái)位于控制中心的計(jì)算機(jī)7;其中傾斜儀2采用雙軸傾斜儀。
[0026]兩臺(tái)全站儀I均采用徠卡TM30高精度全站儀，采用電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)與異型拋物鏡面?zhèn)鬏敿夹g(shù)，具有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和目標(biāo)自動(dòng)照準(zhǔn)功能，確保即使在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，仍能夠保證測(cè)量達(dá)到最佳精度，從而保證姿態(tài)解算數(shù)據(jù)高效可靠。在小視場(chǎng)多個(gè)棱鏡時(shí)縮小目標(biāo)可視范圍，準(zhǔn)確鎖定目標(biāo)。具備優(yōu)異的自動(dòng)跟蹤性能，更高驅(qū)動(dòng)速度180° /秒，最大加速度360° /秒。測(cè)角精度0.5”，測(cè)距精度0.6mm+1 ppm。
[0027]用于安裝全站儀的觀測(cè)墩8，其中心的坐標(biāo)是已知的。兩個(gè)觀測(cè)墩8應(yīng)埋設(shè)在距離施工現(xiàn)場(chǎng)三倍沉降高度以外的區(qū)域，且在沉井下沉期間不會(huì)產(chǎn)生位移和沉降；兩個(gè)觀測(cè)墩應(yīng)分別位于沉井施工現(xiàn)場(chǎng)的兩側(cè)，保證安裝在上面的全站儀能夠觀測(cè)到后視棱鏡和需要測(cè)量的目標(biāo)棱鏡;條件允許的情況下，可以設(shè)置在周?chē)ㄖ锏臉琼敗?br>[0028]全站儀2在開(kāi)始測(cè)量之前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境指定需要觀測(cè)的目標(biāo)棱鏡，并根據(jù)追蹤測(cè)量功能搜索目標(biāo)棱鏡，一旦鎖定目標(biāo)后即進(jìn)行精確測(cè)量，并以當(dāng)前測(cè)量的坐標(biāo)反算出下次的跟蹤方向，直至沉井下沉到預(yù)定位置。當(dāng)沉井出現(xiàn)較大偏移、傾斜或突沉，全站儀在預(yù)計(jì)跟蹤方向無(wú)法找到目標(biāo)棱鏡時(shí)，則自動(dòng)逐步擴(kuò)大搜索范圍，直至找到目標(biāo)為止。鑒于沉井下沉速度一般比較緩慢，當(dāng)全站儀在觀測(cè)時(shí)間間隔小于10分鐘每次的情況下，不會(huì)出現(xiàn)跟丟目標(biāo)的情況;另外，如果出現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)棱鏡被遮擋或其他情況無(wú)法觀測(cè)時(shí)，控制中心也可以根據(jù)已知的兩個(gè)棱鏡坐標(biāo)和傾斜儀數(shù)據(jù)計(jì)算出第三個(gè)目標(biāo)的理論坐標(biāo)，從而保證下次測(cè)量，全站儀可以搜索到該目標(biāo)。
[0029]雙軸傾斜儀采用NA4200高精度傾角傳感器，其采用雙軸結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)采集沉井縱軸和橫軸兩個(gè)方向的傾斜角度，具有測(cè)量范圍寬(± 5°?± 180° )，精度高(0.05° )，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)；可以輸出RS232和RS485兩種信號(hào)，相應(yīng)時(shí)間0.2S，供電電壓9-30V，可以通過(guò)便攜式電源進(jìn)行持續(xù)供電；具有良好的抗電磁干擾能力、耐振動(dòng)沖擊性能、良好的可靠性和穩(wěn)定性、低噪音、無(wú)時(shí)漂，特別符合沉井振動(dòng)下沉施工。
[0030]傾斜儀安裝完畢后，還應(yīng)對(duì)傾斜儀進(jìn)行初始狀態(tài)標(biāo)定，即將固定好傾斜儀的當(dāng)前縱向和橫向角度置零。也可以不對(duì)傾斜儀進(jìn)行初始標(biāo)定，但要記下當(dāng)前縱橫軸的讀數(shù)α’和β’，作為已知參數(shù)輸?shù)较到y(tǒng)中，作為縱橫傾角常數(shù)。沉井下沉過(guò)程中的瞬時(shí)角度Δα = α-α’，A β = β_β’，其中，<^Ρβ為傾斜儀瞬時(shí)讀數(shù)。
[0031 ]目標(biāo)棱鏡3采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。三個(gè)目標(biāo)棱鏡通過(guò)預(yù)制的剛性組件焊接在沉管頂部，三個(gè)棱鏡的安裝高度差不小于20cm。確認(rèn)棱鏡安裝完成并固定后，應(yīng)及時(shí)測(cè)量其在沉井坐標(biāo)系中的相對(duì)位置。施工過(guò)程中，盡量避免施工機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間遮擋棱鏡，采用水下開(kāi)挖下沉?xí)r，還應(yīng)避免泥漿濺到棱鏡鏡頭上。另外，還應(yīng)避免施工過(guò)程對(duì)棱鏡相對(duì)位置造成的影響，否則應(yīng)暫停施工，重新測(cè)量棱鏡的相對(duì)位置。
[0032]沉井可以是一次制作下沉，也可以是分節(jié)制作下沉，不受截面形式、制作材料、施工方法的影響。沉井在進(jìn)行分節(jié)制作時(shí)，則需要在每次分節(jié)下沉開(kāi)始前重新安裝棱鏡和傾斜儀，并重新測(cè)量三個(gè)目標(biāo)棱鏡在沉井坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以及獲取傾斜儀的初始讀數(shù)，同時(shí)重新為全站儀指定目標(biāo)棱鏡的跟蹤方位。
[0033]后視棱鏡4同樣應(yīng)設(shè)置在位置固定的已知坐標(biāo)上，其位置的選取應(yīng)能滿足兩臺(tái)全站儀均可進(jìn)行后視定向，并且后視棱鏡距離兩臺(tái)全站儀的距離應(yīng)不小于250m。
[0034]通訊模塊采用一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線數(shù)傳方式，其中主站通過(guò)RS232串口線與計(jì)算機(jī)連接，兩臺(tái)全站儀和一臺(tái)傾斜儀各自通過(guò)RS232或RS485通訊串口線和從站連接，這樣即形成一主站和三分站的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)。由于該網(wǎng)絡(luò)通信通道是半雙工的，通訊協(xié)調(diào)完全由主站控制，主站采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令，分站全部都接受，并根據(jù)地址碼的比較，選擇響應(yīng)。每個(gè)分站體積小，功耗低，穩(wěn)定性及可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸、檢測(cè)和控制。
[0035]計(jì)算機(jī)7可以是帶有串口的便攜式計(jì)算機(jī)，也可以是具有串口轉(zhuǎn)換功能的個(gè)人掌上電腦或安卓系統(tǒng)手機(jī)。計(jì)算機(jī)通過(guò)串口線與主站連接，該串口線可以直接從計(jì)算機(jī)上的物理串口接出，也可以通過(guò)串口虛擬軟件將USB接口轉(zhuǎn)換成RS232串口，以滿足和主站的連接?？刂浦行某素?fù)責(zé)遠(yuǎn)程遙控采集數(shù)據(jù)外，還具有對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的功能，通過(guò)內(nèi)置的沉井定位自動(dòng)測(cè)量軟件，根據(jù)全站儀采集的位置數(shù)據(jù)和傾斜儀采集的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算，計(jì)算出沉井下沉過(guò)程中瞬時(shí)的位置偏差、傾斜偏差以及沉降量，從而指導(dǎo)施工方調(diào)整施工方案，確保沉井中心以及預(yù)留洞口下沉到預(yù)定位置。另外，控制中心還可以借助互聯(lián)網(wǎng)將沉井沉降量變化曲線以及中心位移變化曲線以圖表的形式實(shí)時(shí)傳送到信息共享平臺(tái)，讓項(xiàng)目所有參與方更加直觀、動(dòng)態(tài)地了解沉井施工過(guò)程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:包括兩臺(tái)用于采集沉井位置的全站儀、一臺(tái)用于采集沉井姿態(tài)的傾斜儀、多個(gè)和沉井相對(duì)位置固定的目標(biāo)棱鏡、一個(gè)用于全站儀定向的后視棱鏡、一套無(wú)線通信模塊、以及一個(gè)位于控制中心的計(jì)算機(jī);所述的無(wú)線通信模塊包括一個(gè)主站和三個(gè)分站，其中一個(gè)分站與傾斜儀連接，另外兩個(gè)分站分別和全站儀連接，三個(gè)分站將采集的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至主站，主站與控制中心計(jì)算機(jī)連接;后視棱鏡和全站儀安裝在已知坐標(biāo)的固定點(diǎn)位上，后視棱鏡滿足兩個(gè)全站儀的后視要求。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的兩臺(tái)全站儀均采用徠卡TM30高精度全站儀，分別安裝在兩個(gè)已知坐標(biāo)的觀測(cè)墩上，兩個(gè)觀測(cè)墩應(yīng)分別位于沉井施工現(xiàn)場(chǎng)的兩側(cè);安裝在上面的全站儀能夠觀測(cè)到后視棱鏡和需要測(cè)量的目標(biāo)棱Ho3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)觀測(cè)墩埋設(shè)在距離施工現(xiàn)場(chǎng)三倍沉降高度以外的區(qū)域。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的傾斜儀采用雙軸傾斜儀，安裝在沉井內(nèi)壁靠上的部位。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的雙軸傾斜儀采用NA4200高精度傾角傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:在沉井頂部安裝三個(gè)目標(biāo)棱鏡，三個(gè)目標(biāo)棱鏡中心不在同一水平高度上且均勻分布。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的目標(biāo)棱鏡采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:主站通過(guò)RS232串口線與計(jì)算機(jī)連接，兩臺(tái)全站儀和一臺(tái)傾斜儀各自通過(guò)RS232或RS485通訊串口線和從站連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種沉井定位自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的控制中心計(jì)算機(jī)采用具有串口的便攜式計(jì)算機(jī)，或具有串口轉(zhuǎn)換功能的個(gè)人掌上電腦、安卓系統(tǒng)手機(jī)。
【文檔編號(hào)】E21B47/02GK205532581SQ201620094930
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日
【發(fā)明人】王涵, 李云科, 宋士娟, 陳保義, 劉冰, 王頊琛, 王波, 袁遠(yuǎn), 周博, 譚榮昕
【申請(qǐng)人】徐州市市政設(shè)計(jì)院有限公司