近些年來，隨著科技的快速發展，測量機器人的應用也越來越多。其技術發展也越來越先進。測量機器人具有全時工作、偶然誤差影響小的特點。在危險的環境里面應用廣泛。隨著市政建設發展加速、大型基礎設施建設、精密安裝工程的快速發展。測量機器人將會產生更廣的應用。這其中就主要體現在變形監測方面。

一、固定式全自動持續監測方式的系統及實現

1、系統組成

該方式是基于一臺測量機器人的有合作目標（照準棱鏡）的變形監測系統，可實現全天候的無人值守監測，其實質為自動極坐標測量系統，其結構與組成方式。如圖：

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圖1：測量機器人變形監測系統組成

（1）基站

基站為極坐標系統的原點，用來架設測量機器人，要求有良好的通視條件和牢固穩定。

（2）參考點

參考點（ 三維坐標已知）應位于變形區域之外的穩固不動處，點上采用強制對中裝置放置棱鏡，一般應有3～4個，要求覆蓋整個變形區域。參考系除提供方位外，還為數據處理提供距離及高差差分基準。

（3） 目標點

均勻地布設于變形體上能體現區域變形的部位。

（4） 控制中心

由計算機和監測軟件構成，通過通信電纜控制測量機器人做全自動變形監測，可直接放置在基站上，若要進行長期的無人值守監測，應建專用機房。

2、軟件功能模塊及軟件實現

主要包括工程管理、系統初始化、學習測量、自動測量、數據處理、數據查詢、成果輸出、工具、幫助等功能模塊。

工程管理：將變形監測項目作為一項工程來管理，對應一個數據庫文件，保存所有該變形監測項目的所有數據，如初始設置信息、原始觀測值和計算分析成果等。

系統初始化：計算機與測量機器人的串口通訊參數設置；測量機器人初始化，如自動目標識別、目標鎖定、補償器開關狀態，搜尋范圍、測距模式設置，距離、角度、溫度、氣壓的單位設置；測前測量機器人的檢校，如2C互差、指標差和自動目標識別照準差等。

學習測量：通過初始訓練獲取目標點概略空間位置信息。

自動測量：按設計的觀測方案及觀測限差控制測量機器人自動做周期觀測。觀測方案包括總觀測期數、兩期觀測間隔時間、每期測回數、是否盤右觀測等。自動觀測中，軟件能自動處理一些異常情況，如超限時，自動判斷并指揮測量機器人按要求重測；若目標被擋，軟件會控制測量機器人做三次重測嘗試，不成功則暫時放棄，待其余目標觀測完畢再試，若仍不成功則等待一段時間（一般 1/10期間隔）后補測，還不成功則會最終放棄并記錄相應說明信息。自動報警用聲音或屏幕提示等方式在測量過程中實現。

數據處理：包括對原始觀測值做特殊的距離差分和高差差分處理、目標點坐標的計算和變形分析。數據查詢與成果輸出：查詢和用報表的形式輸出選定時期和目標點的觀測、計算和分析成果。

工具：提供自由設站觀測與計算工具，用來檢查基站的穩定性或基站不穩的情況下得到基站的精確坐標。

二、移動式半自動變形監測系統組成與實現

固定式全自動變形監測系統可實現全天候的無人值守監測，并有高效、全自動、準確、實時性強等特點。但也有其缺點：

（1）沒有多余觀測量，測量的精度隨著距離的增長而顯著地降低，且不易檢查發現粗差；

（2）系統所需的測量機器人、棱鏡、計算機等設備因長期固定而需采取特殊的措施保護起來；

（3）這種方式需要有雄厚的資金做保證，測量機器人等昂貴的儀器設備只能在一個變形監測項目中專用。

移動式半自動變形監測系統的作業與傳統的觀測方法一樣，在各觀測墩上安置整平儀器，輸入測站點號，進行必要的測站設置，后視之后測量機器人會按照預置在機內的觀測點順序、測回數、全自動地尋找目標，精確照準目標、記錄觀測數據，計算各種限差，做超限重測或等待人工干預等。完成一個測點的工作之后，人工將儀器搬到下一個施測的點上，重復上述的工作，直至所有外業工作完成。這種移動式網觀測模式可大大減輕觀測者的勞動強度，所獲得的成果精度更好。

對于該模式我們采用測量機器人機載半自動外業觀測軟件加微機自動化數據處理軟件共同構成測量機器人移動式變形監測系統。

1、機載半自動外業觀測軟件設計

軟件在Leica公司提供的機載應用程序專用開發語言―GeoBASIC上進行，GeoBASIC能通過簡單地調用儀器的內部庫函數來使用儀器已有的內置功能及菜單。用戶可以很快地開發出所需要的應用程序，并可上載到儀器內部存儲器中，與儀器的系統軟件融為一體。

GeoBASIC主要由四個部分組成： GeoBASIC編譯器；GeoBASIC解釋程序；TPS1000仿真器（可在PC機Windows平臺上模擬出儀器面板和一個調試窗口，用戶可在仿真環境上直接開發）；用戶文檔（包括例子程序和詳細的函數調用說明）。

GeoBASIC提供了大量的功能及系統調用函數。GeoBASIC函數分為標準函數與系統函數兩大部分，標準函數主要是標準BASIC提供的函數；系統函數主要是與儀器系統相關的一些函數。機載半自動外業觀測軟件主要包括作業管理、限差設置、測站設置、初始觀測、后視定向、水平角自動測量、測回差檢查、距離自動測量、觀測數據自動記錄、文件操作功能等功能模塊。其作業過程為：由儀器PCMCIA卡中的數據文件，建立起實際控制網點的概略位置信息，儀器在某個網點上安置好后，首先進行測站設置，主要包括測站限差、角度及距離測回數、測站名設置、天氣狀況、觀測時間等，再后視定向，之后儀器將按機載軟件預先在此點上設定的觀測點集、順序以及測回數依次按規范要求對觀測目標進行邊、角測量、將觀測結果記錄到全站儀PCMCIA存儲卡的文件中，并及時與相關規范的限差自動進行比對，若超差則報警，彈出對話框等待人工干預。當最終取得合格外業觀測數據文件后，該數據文件可直接輸入到自動化數據處理軟件中。

2、自動化數據處理軟件開發

自動化數據處理軟件以Microsoft Visual Basics語言為編程環境，并采用數據庫技術來存儲與管理各種數據。該軟件可將存儲在PCMCIA卡中的各個測站的數據導入到一個統一的工程中進行管理；包括對各站數據的整理、檢查、測站平差；將合格角度、距離數據按規范規定的格式以標準外業手簿的形式自動輸出；當整個工程外業觀測完成后，可直接在軟件中進行網平差計算，也可以外部文件的形式輸出“科傻”系統或清華“山維”接受的平差數據文件在“科傻”或清華“山維”軟件中平差。該軟件除具有上述自動化數據處理功能外，還移植了機載軟件的所有功能，軟件通過計算機與測量機器人在線通訊的方式完成機載軟件的所有自動觀測、限差檢查、自動記錄等功能。

測量機器人技術是近年來發展起來的自動化測量技術，在固定式全自動變形監測方面具有高效、快速、省時省力等諸多優勢，是測繪行業發展的一個熱點方向。而移動式半自動變形監測系統則因其采用與傳統的變形監測網完全一致的觀測量，但比傳統方式具有高得多的效率。

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