CN108318011B - 一种通过无人机搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过无人机平台搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法，本发明通过无人机、减震云台、全站仪及数据库来监测地铁施工场地周边的位移变化，设置的测点和基准点具有科学合理、监测方便、数据准确、效率高之特点，监测过程自动化进行，节约了大量的人力资源，减少了在城市复杂地带仪器转站过程，提高了监测效率与精度，为地铁以及其它地下建筑物施工提供科学依据。

Description

一种通过无人机搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法

技术领域

本发明属于地铁工程施工监测技术领域，尤其是一种通过无人机搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法。

背景技术

地铁工程施工过程中其自身会产生一定变形，同时也会对周边环境产生一定影响，为保证地铁工程安全施工，需要对地铁工程及周边环境进行位移监测。

目前地铁周边环境的位移主要采用水准仪或全站仪进行监测。地铁施工主要位于城市核心区域，场地周边存在大量建筑物且施工场地狭小及场地周边条件复杂，没有良好的通视条件，造成测量仪器需多次转站才能完成监测，这样就会导致监测路线过长而影响测量精度，并同时导致测量效率低。

也有使用影像法并通过对比前后影像计算出目标点位移，但此方法监测精度低，无法满足现场施工要求。

通过无人机搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法还未见到相关报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种通过无人机平台搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法，该方法通过无人机、减震云台、全站仪及数据库来监测地铁施工场地周边的位移变化，具有科学合理、监测方便、数据准确、效率高之特点，为地铁以及其它地下建筑物施工提供科学依据。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种通过无人机搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法，该方法使用到无人机、减震云台、全站仪及数据库，数据库存储监测数据和专有位移计算公式，其特征是：

①在无人机下方安装固定减震云台，将相同配置的第一全站仪、第二全站仪和第三全站仪分别固定在减震云台的下方并使第一全站仪、第二全站仪和第三全站仪成等边三角形分布，等边三角形各边长相等并录入数据库中，第一全站仪、第二全站仪和第三全站仪在同一方向下的水平度盘均设置为零位并使三台全站仪在转动相同角度时其三个水平度盘的数据保持一致；

②在施工场地周边范围内及周边需要监测的位置配置数个测点并分别做出对应记号标记，在影响区域外配置多个基准点并使无人机在观测每个所述测点时都能观测到不少于两个所述基准点，无论是所述基点还是所述测点处均埋设有各自棱镜；

每个所述基点对应标记依次分别为A1、A2、…、Ax、Ay，每个测点对应标记依次分别为B1、B2、…、Bz，x、y、z为自然正整数且x小于y；

③施工前先通过在地面架设的全站仪并采用常规测量方法在同一坐标系下监测出各所述测点与任意两所述基准点的三维坐标值，所有监测出的带有标记的三维坐标值均被分别录入数据库中以便查对；

④将无人机飞至各所述测点附近，先将第一全站仪瞄准能观测到的任意所述基准点A_x，再将第二全站仪瞄准另一个能观测到的所述基准点A_y，最后将第三全站仪瞄准所要观测的所述测点B_z，三台全站仪同时监测，第一全站仪测出第一全站仪到所述基准点A_x的水平角、竖直角和距离；第二全站仪测量出第二全站仪到所述基准点A_y的水平角、竖直角和距离，通过数据库已经储存的所述基准点A_x和所述基准点A_y的三维坐标值建立三维坐标系并通过所述位移计算公式自动计算出第三全站仪的三维坐标值，然后再通过第三全站仪测量出第三全站仪到所述基准点B_z的水平角、竖直角和距离，在上述刚建立好的三维坐标系里通过所述位移计算公式自动计算出所述测点B_z的三维坐标值；

⑤通过数据库对比新计算出的所述测点B_z三维坐标值与原始储存的所述测点B_z三维坐标值就能监测出该所述测点的位移变化量；

⑥重复上述④和⑤步骤即可完成所有所述测点的位移变化量。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1)本发明通过无人机搭载全站仪进行测点的位移监测，监测过程自动化进行，节约了大量的人力资源。

2)本发明在空中完成监测，减少了在城市复杂地带仪器转站过程，提高了监测效率与精度。

具体实施方式

本发明是一种通过无人机搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法。本发明使用的无人机、减震云台和全站仪均可以在市场购得，数据库可以通过电脑自建，专有的位移计算公式比较复杂但是给定。

本发明的方法已在所述技术方案陈述，以下补充内容只是用于进一步解释所述技术方案而已。

在无人机下方安装的固定减震云台上配置有相同的第一全站仪、第二全站仪和第三全站仪，三台全站仪成等边三角形即正三角形分布，由于等边三角形的各边长相等且三台全站仪在同一方向下的水平度盘均设置零，使三台全站仪在转动相同角度时三个水平度盘的数据一致，因此能将三台全站仪均设置为同一三维坐标系，这为后续所述测点的监测提供了平台。

沿施工场地周边范围内及周边需要监测的位置配置数个测点，在影响区域外，布置多个基准点，使无人机可以在观测每个测点时都必须能观测到不少于两个基准。刚测量完成的测点，仅可在马上测量下一测点时临时当做基准点进行测量。无论是所述基点还是所述测点处均埋设有各自棱镜。

施工前先通过在地面架设全站仪，通过全站仪在同一坐标系下测量出基准点和测点的三维坐标。将且被录入数据库中以便查对。

将无人机飞至各所述测点附近，将第一台全站仪瞄准可观测到任意基准点A_x,将第二台全站仪瞄准另一个可观测到基准点A_y，将第三台全站仪瞄准所要观测的测点B_z。三台全站仪同时测量，第一台全站仪测量出，第一台全站仪自身到基准点A_x水平角、竖直角和距离；第二台全站仪测量出，第二台全站仪自身到基准点A_y水平角、竖直角和距离。通过数据库已经储存的基准点A_x和A_y的三维坐标建立三维坐标系，计算出为无人机的三维坐标；通过第三台全站仪测量出，第三台全站仪自身到基准点B_z水平角、竖直角和距离，在刚建立好的坐标系里计算出测点B_z的三维坐标。

施工过程中可以随时对各所述测点进行位移监测，比如通过第一全站仪和第二全站仪能够监测出两个所述基准点此时与第一全站仪和第二全站仪水平角、竖直角和距离，由数据库已经储存好的基准点三维坐标位置能够计算出无人机的三维坐标，通过无人机的三维坐标和第三台全站仪测量出的与测点的水平角、竖直角和距离，计算出测点的三维坐标。通过数据库对比新计算出测点的三维坐标与数据原始储存的三维的，确定测点位移的变化量。

很明显，本发明不仅可用于地铁施工场地周边位移的监测，也可用于其它地下建筑物如隧道施工场地周边位移的监测。

Claims (1)

1.一种通过无人机搭载全站仪监测施工场地周边位移的方法，该方法使用到无人机、减震云台、全站仪及数据库，数据库存储监测数据和专有位移计算公式，其特征是：

①在无人机下方安装固定减震云台，将相同配置的第一全站仪、第二全站仪和第三全站仪分别固定在减震云台的下方并使第一全站仪、第二全站仪和第三全站仪成等边三角形分布，等边三角形各边长相等并录入数据库中，第一全站仪、第二全站仪和第三全站仪在同一方向下的水平度盘均设置为零位并使三台全站仪在转动相同角度时其三个水平度盘的数据保持一致；

②在施工场地周边范围内及周边需要监测的位置配置数个测点并分别做出对应记号标记，在影响区域外配置多个基准点并使无人机在观测每个所述测点时都能观测到不少于两个所述基准点，无论是所述基准点还是所述测点处均埋设有各自棱镜；

每个所述基准点对应标记依次分别为A₁、A₂、…、A_x、A_y，每个所述测点对应标记依次分别为B₁、B₂、…、B_z，x、y、z为自然正整数且x小于y；

③施工前先通过在地面架设的全站仪并采用常规测量方法在同一坐标系下监测出各所述测点与任意两所述基准点的三维坐标值，所有监测出的带有标记的三维坐标值均被分别录入数据库中以便查对；

④将无人机飞至各所述测点附近，先将第一全站仪瞄准能观测到的任意所述基准点A_x，再将第二全站仪瞄准另一个能观测到的所述基准点A_y，最后将第三全站仪瞄准所要观测的所述测点B_z，三台全站仪同时监测，第一全站仪测出第一全站仪到所述基准点A_x的水平角、竖直角和距离；第二全站仪测量出第二全站仪到所述基准点A_y的水平角、竖直角和距离，通过数据库已经储存的所述基准点A_x和所述基准点A_y的三维坐标值建立三维坐标系并通过所述位移计算公式自动计算出第三全站仪的三维坐标值，然后再通过第三全站仪测量出第三全站仪到所述测点B_z的水平角、竖直角和距离，在上述三维坐标系里通过所述位移计算公式自动计算出所述测点B_z的三维坐标值；

⑤通过数据库对比新计算出的所述测点B_z三维坐标值与原始储存的所述测点B_z三维坐标值就能监测出该所述测点的位移变化量；

⑥重复上述④和⑤步骤即可完成所有所述测点的位移变化量。