一種沉井定位自動測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種沉井定位自動測量裝置，涉及市政沉井施工測量領域。本實用新型包括兩臺全站儀，分別安裝在兩個已知工程坐標的觀測墩上；一個安裝在沉井的側壁上傾斜儀，用于測定沉井下沉行進過程中的姿態角度；三個分布在沉井頂部目標棱鏡，并事先測量出其在沉井坐標系中的相對位置；一個便攜式計算機以及用于數據傳輸的無線通信模塊。計算機作為控制中心，利用無線通信模塊向全站儀和傾斜儀發送指令并自動采集數據，然后根據空間坐標轉換模型，求得沉井坐標系和工程坐標系之間的轉換參數，從而推算出沉井中心以及預留孔洞中心的平面位置與高程，通過和設計下沉位置與沉降量的比較，實時指導沉井施工下沉。
【專利說明】
一種沉井定位自動測量裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及沉井施工測量技術領域，具體是一種沉井定位自動測量裝置。
【背景技術】
[0002]在市政工程施工過程中，沉井廣泛應用于給排水栗站、水廠水池、橋墩、豎井等。由于沉井結構規模大、工區土層復雜、逐層拼接施工等原因，沉井在下沉施工過程中往往會產生傾斜、扭轉、超沉等問題，嚴重影響工程質量以及周邊建構筑物安全，因此，在沉井在施工過程中必須對沉井的位置和姿態進行監測，以保證沉井安全、準確、快速地下沉到設計位置。
[0003]沉井的定位測量主要包括井體垂直度和下沉標高的測量。垂直度測量主要是控制井體下沉姿態，防止出現傾斜和偏移，監測的方法較多，常見的有如下幾種:
[0004](I)經瑋儀直接觀測中線法:在井壁上標出縱橫十字中線，將經瑋儀架設在縱橫中線控制粧上，直接觀測中線。這種方法簡單，成本低，應用最為廣泛；
[0005](2)利用水準儀測定井體角點或中線端點高程，推算出傾斜角度；
[0006](3)垂線球法:在井壁內標注出中心線，將垂球掛在中心線位置，利用鋼尺測量垂球偏移量，從而計算其傾斜度。
[0007]下沉標高的測量主要是控制井體下沉量。一般采用水準儀進行測量，基準點經常埋設在井體下沉深度3倍范圍外，不受施工影響的穩定區域，并在井體上設置監測點。
[0008]上述常規測量手段方法相對簡單，成本低廉，主要由人工根據工程進度進行實時測量，一般用于規模不大的中小型沉井定位測量。針對施工環境復雜、施工精度要求較高、以及有預留孔洞定位的特殊沉井工程，常規手段難以滿足施工需求，并且存在工作量大、信息少、自動化程度低、多部門信息共享困難的缺點，難以適應主管部門、施工部門、監理部門三方共同協作相互監督的施工機制。
[0009]目前，很多大型沉井作業受施工效率的驅動，也在逐步嘗試自動化測量手段，較為成熟的有基于GPS差分定位技術的自動化定位測量，以及利用攝影測量技術的全過程位移監測。但是前者需要四臺GPS精確安置在沉井軸線上，這對施工環境具有較高的要求，并且在施工過程中不能遮擋GPS信號，另外GPS成本較高，在沉井下沉過程中也容易受損;對于攝影測量技術而言，其同樣存在施工環境要求高、數據量大、系統維護難等缺點。

【發明內容】

[0010]為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型提供一種沉井定位自動測量裝置，對沉井下沉過程進行自動實時監測，得出井體垂直度偏差和下沉量，指導施工方及時調整方案，保證沉井精確下沉到設計位置;同時，在信息共享平臺自動生成沉井下沉變化曲線以及沉井中心位移變化曲線，讓項目參與各方更加直觀和動態地了解施工進度和施工成果。
[0011]本實用新型是以如下技術方案實現的:一種沉井定位自動測量裝置，包括兩臺用于采集沉井位置的全站儀、一臺用于采集沉井姿態的傾斜儀、多個和沉井相對位置固定的目標棱鏡、一個用于全站儀定向的后視棱鏡、一套無線通信模塊、以及一個位于控制中心的計算機;所述的無線通信模塊包括一個主站和三個分站，其中一個分站通過串口線和傾斜儀連接，另外兩個分站通過串口線分別和全站儀連接，三個分站將采集的數據無線傳輸至主站，主站與控制中心計算機連接;后視棱鏡和全站儀安裝在已知坐標的固定點位上，后視棱鏡滿足兩個全站儀的后視要求。
[0012]優選的，所述的兩臺全站儀均采用徠卡TM30高精度全站儀，分別安裝在兩個已知坐標的觀測墩上，兩個觀測墩應分別位于沉井施工現場的兩側;安裝在上面的全站儀能夠觀測到后視棱鏡和需要測量的目標棱鏡。
[0013]優選的，所述的兩個觀測墩埋設在距離施工現場三倍沉降高度以外的區域，且在沉井下沉期間不會產生位移和沉降。
[0014]優選的，所述的傾斜儀采用雙軸傾斜儀，安裝在沉井內壁靠上的部位。
[0015]優選的，所述的雙軸傾斜儀采用NA4200高精度傾角傳感器。
[0016]優選的，在沉井頂部安裝三個目標棱鏡，三個目標棱鏡中心不在同一水平高度上且均勻分布。
[0017]優選的，所述的目標棱鏡采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。
[0018]優選的，主站通過RS232串口線與計算機連接，兩臺全站儀和一臺傾斜儀各自通過RS232或RS485通訊串口線和從站連接。
[0019]優選的，所述的控制中心計算機采用具有串口的便攜式計算機，或具有串口轉換功能的個人掌上電腦、安卓系統手機。
[0020]優選的，所述的沉井可以是一次制作下沉，也可以是分節制作下沉，不受截面形式、制作材料、施工方法的影響。
[0021]本實用新型的有益效果是:該沉井定位自動測量裝置通過利用兩臺全站儀對三個目標棱鏡進行測量，保證了每次測量都可以獲得沉井的空間姿態;借助傾斜儀的觀測數據，對沉井的姿態角進行了修正，進一步提高定位精度，計算機作為控制中心，利用無線通信模塊向全站儀和傾斜儀發送指令并自動采集數據，然后根據空間坐標轉換模型，求得沉井坐標系和工程坐標系之間的轉換參數，從而推算出沉井中心以及預留孔洞中心的平面位置與高程，通過和設計下沉位置與沉降量的比較，實時動態了解沉井下沉定位情況，指導沉井施工下沉，無需配備專業人員進行現場測量。另外，沉井施工現場只需安裝棱鏡和傾斜儀，安裝過程相對簡單，對環境要求不高，且當沉井分節下沉時，可以快速實現棱鏡和傾斜儀的安拆，即使在施工過程中對上述設備造成破壞，其經濟損失也較小，大大降低成本風險。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型結構不意圖；
[0023]圖中:1、全站儀，2、傾斜儀，3、目標棱鏡，4、后視棱鏡，5、分站，6、主站，7、計算機，
8、觀測墩，9、沉井。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明
[0025]如圖1所示，一種沉井定位自動測量裝置有兩臺用于采集沉井9位置的全站儀1、一臺用于采集沉井姿態角度的傾斜儀2、三個用于姿態解算的目標棱鏡3以及一個后視棱鏡4;一套包含三個分站5和一個主站6的無線通信模塊組，以及一臺位于控制中心的計算機7;其中傾斜儀2采用雙軸傾斜儀。
[0026]兩臺全站儀I均采用徠卡TM30高精度全站儀，采用電陶瓷驅動技術與異型拋物鏡面傳輸技術，具有馬達驅動和目標自動照準功能，確保即使在高速旋轉狀態下，仍能夠保證測量達到最佳精度，從而保證姿態解算數據高效可靠。在小視場多個棱鏡時縮小目標可視范圍，準確鎖定目標。具備優異的自動跟蹤性能，更高驅動速度180° /秒，最大加速度360° /秒。測角精度0.5”，測距精度0.6mm+1 ppm。
[0027]用于安裝全站儀的觀測墩8，其中心的坐標是已知的。兩個觀測墩8應埋設在距離施工現場三倍沉降高度以外的區域，且在沉井下沉期間不會產生位移和沉降；兩個觀測墩應分別位于沉井施工現場的兩側，保證安裝在上面的全站儀能夠觀測到后視棱鏡和需要測量的目標棱鏡;條件允許的情況下，可以設置在周圍建筑物的樓頂。
[0028]全站儀2在開始測量之前，應根據現場環境指定需要觀測的目標棱鏡，并根據追蹤測量功能搜索目標棱鏡，一旦鎖定目標后即進行精確測量，并以當前測量的坐標反算出下次的跟蹤方向，直至沉井下沉到預定位置。當沉井出現較大偏移、傾斜或突沉，全站儀在預計跟蹤方向無法找到目標棱鏡時，則自動逐步擴大搜索范圍，直至找到目標為止。鑒于沉井下沉速度一般比較緩慢，當全站儀在觀測時間間隔小于10分鐘每次的情況下，不會出現跟丟目標的情況;另外，如果出現一個目標棱鏡被遮擋或其他情況無法觀測時，控制中心也可以根據已知的兩個棱鏡坐標和傾斜儀數據計算出第三個目標的理論坐標，從而保證下次測量，全站儀可以搜索到該目標。
[0029]雙軸傾斜儀采用NA4200高精度傾角傳感器，其采用雙軸結構，可以同時采集沉井縱軸和橫軸兩個方向的傾斜角度，具有測量范圍寬(± 5°?± 180° )，精度高(0.05° )，結構簡單，可靠性高，性能穩定、抗干擾能力強等特點；可以輸出RS232和RS485兩種信號，相應時間0.2S，供電電壓9-30V，可以通過便攜式電源進行持續供電；具有良好的抗電磁干擾能力、耐振動沖擊性能、良好的可靠性和穩定性、低噪音、無時漂，特別符合沉井振動下沉施工。
[0030]傾斜儀安裝完畢后，還應對傾斜儀進行初始狀態標定，即將固定好傾斜儀的當前縱向和橫向角度置零。也可以不對傾斜儀進行初始標定，但要記下當前縱橫軸的讀數α’和β’，作為已知參數輸到系統中，作為縱橫傾角常數。沉井下沉過程中的瞬時角度Δα = α-α’，A β = β_β’，其中，<^Ρβ為傾斜儀瞬時讀數。
[0031 ]目標棱鏡3采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。三個目標棱鏡通過預制的剛性組件焊接在沉管頂部，三個棱鏡的安裝高度差不小于20cm。確認棱鏡安裝完成并固定后，應及時測量其在沉井坐標系中的相對位置。施工過程中，盡量避免施工機械長時間遮擋棱鏡，采用水下開挖下沉時，還應避免泥漿濺到棱鏡鏡頭上。另外，還應避免施工過程對棱鏡相對位置造成的影響，否則應暫停施工，重新測量棱鏡的相對位置。
[0032]沉井可以是一次制作下沉，也可以是分節制作下沉，不受截面形式、制作材料、施工方法的影響。沉井在進行分節制作時，則需要在每次分節下沉開始前重新安裝棱鏡和傾斜儀，并重新測量三個目標棱鏡在沉井坐標系下的坐標，以及獲取傾斜儀的初始讀數，同時重新為全站儀指定目標棱鏡的跟蹤方位。
[0033]后視棱鏡4同樣應設置在位置固定的已知坐標上，其位置的選取應能滿足兩臺全站儀均可進行后視定向，并且后視棱鏡距離兩臺全站儀的距離應不小于250m。
[0034]通訊模塊采用一點對多點的無線數傳方式，其中主站通過RS232串口線與計算機連接，兩臺全站儀和一臺傾斜儀各自通過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線通訊網絡。由于該網絡通信通道是半雙工的，通訊協調完全由主站控制，主站采用帶地址碼的數據幀發送數據或命令，分站全部都接受，并根據地址碼的比較，選擇響應。每個分站體積小，功耗低，穩定性及可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數據信號傳輸、檢測和控制。
[0035]計算機7可以是帶有串口的便攜式計算機，也可以是具有串口轉換功能的個人掌上電腦或安卓系統手機。計算機通過串口線與主站連接，該串口線可以直接從計算機上的物理串口接出，也可以通過串口虛擬軟件將USB接口轉換成RS232串口，以滿足和主站的連接。控制中心除了負責遠程遙控采集數據外，還具有對數據實時處理的功能，通過內置的沉井定位自動測量軟件，根據全站儀采集的位置數據和傾斜儀采集的姿態數據進行聯合解算，計算出沉井下沉過程中瞬時的位置偏差、傾斜偏差以及沉降量，從而指導施工方調整施工方案，確保沉井中心以及預留洞口下沉到預定位置。另外，控制中心還可以借助互聯網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時傳送到信息共享平臺，讓項目所有參與方更加直觀、動態地了解沉井施工過程。
【主權項】
1.一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:包括兩臺用于采集沉井位置的全站儀、一臺用于采集沉井姿態的傾斜儀、多個和沉井相對位置固定的目標棱鏡、一個用于全站儀定向的后視棱鏡、一套無線通信模塊、以及一個位于控制中心的計算機;所述的無線通信模塊包括一個主站和三個分站，其中一個分站與傾斜儀連接，另外兩個分站分別和全站儀連接，三個分站將采集的數據無線傳輸至主站，主站與控制中心計算機連接;后視棱鏡和全站儀安裝在已知坐標的固定點位上，后視棱鏡滿足兩個全站儀的后視要求。2.根據權利要求1所述的一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:所述的兩臺全站儀均采用徠卡TM30高精度全站儀，分別安裝在兩個已知坐標的觀測墩上，兩個觀測墩應分別位于沉井施工現場的兩側;安裝在上面的全站儀能夠觀測到后視棱鏡和需要測量的目標棱Ho3.根據權利要求2所述的一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:所述的兩個觀測墩埋設在距離施工現場三倍沉降高度以外的區域。4.根據權利要求1所述的一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:所述的傾斜儀采用雙軸傾斜儀，安裝在沉井內壁靠上的部位。5.根據權利要求4所述的一種沉井定位自動測量裝置，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.根據權利要求1所述的一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:在沉井頂部安裝三個目標棱鏡，三個目標棱鏡中心不在同一水平高度上且均勻分布。7.根據權利要求1或6所述的一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:所述的目標棱鏡采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。8.根據權利要求1所述的一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:主站通過RS232串口線與計算機連接，兩臺全站儀和一臺傾斜儀各自通過RS232或RS485通訊串口線和從站連接。9.根據權利要求8所述的一種沉井定位自動測量裝置，其特征在于:所述的控制中心計算機采用具有串口的便攜式計算機，或具有串口轉換功能的個人掌上電腦、安卓系統手機。
【文檔編號】E21B47/02GK205532581SQ201620094930
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月29日
【發明人】王涵, 李云科, 宋士娟, 陳保義, 劉冰, 王頊琛, 王波, 袁遠, 周博, 譚榮昕
【申請人】徐州市市政設計院有限公司