自动化监测软件的思考与建议

2015-02-06宋军

测绘通报 2015年1期

关键词：基准点测站监测点

宋军

(深圳市建设综合勘察设计院有限公司，广东深圳518000)

一、引言

20世纪80年代，测量机器人的出现给数据采集及处理方式带来了革命性的变化，特别是在变形监测领域，由于存在大量的重复观测，测量机器人的应用极大地提高了作业效率和数据精度，减轻了测绘人员的劳动强度。

在国外自动化监测系统的带动下，国内测绘行业针对该系统的软件开发也取得了不少成果，各测绘院校、专业公司都推出了不同的解决方案。通过多年来在不同监测项目使用各种软件系统，笔者对目前的全站仪自动化监测软件提出几点改进意见。

二、系统现状

测量机器人是在全站仪的基础上集成驱动马达、CCD传感器、激光及人工智能技术，通过CCD传感器识别目标并对接收的电磁波强度进行探测判断，计算机控制驱动马达实现目标的自动识别和精确照准，自动采集和记录测量数据。测量机器人自动监测系统由硬件系统和软件系统组成。

1．硬件系统

硬件系统由3部分组成:①测站:当采用无人值守自动化模式时，测站由测量机器人、观测墩、通信模块、供电系统及气象数据采集系统组成，部分特殊区域如轨道交通运营线路，还有震动探测控制系统，半自动观测模式则不需要供电及通信模块;②基准点:也称参考点，设置在变形区域外的稳固处，作为监测系统的方位参考或为数据处理时的距离及高差差分提供计算基准，一般在3个以上;③监测点:监测点由布置在变形体上的棱镜或反射膜片组成。

2．软件系统

软件系统主要由3部分组成:①数据采集控制:通过学习测量确定观测点位，设置各项观测限差和测回数，自动观测时间控制;②数据处理分析:数据平差处理，绘制图表及曲线，分析及预估;③信息发布传输:向测量机器人发布采集指令，接收数据，将数据处理成果传输给指定位置。

3．系统特点

目前的软件系统按照载体不同有两种形式:①分离式系统:测量机器人安装机载数据采集控制系统，计算机安装后处理系统，两者既可通过网络连接进行实时化监测，也可单独采集数据，下载到计算机中进行后处理;②一体化系统:所有软件模块均安装在计算机上，网络远程控制测量机器人，采集数据并传输到计算机中，实时处理。

国内软件主要研发方向在于数据采集控制方式和数据处理形式，而数据采集精度受制于硬件系统，只能在抗干扰方面进行改进，如加装震动探测器，在外部震动强烈时控制仪器暂停测量;气象数据采集器，可以将采集的气象数据传输到软件中，实时改正边长测量值。

三、改进方向

针对市面上流行的软件，结合实际工作中的使用情况，提出一点看法和建议，更好地为工程监测服务。

1．初始值

按照相关测量规范，初始值应该采集两次，未超限的情况下取其平均值作为初始值。在实际工作中，由于工程施工环境复杂，监测点损毁的情况时有发生，在及时补点的同时，需要在学习测量的环节中加入新增点位，同时在数据库中应将该点损毁前的累积变化值与新增点位初始值叠加，以保证数据的连续性。

2．基准点

在每期测量后，首先应该对基准点的稳定性作出评价，即对基准点间的空间相对关系与初始值进行比较，判断各基准点是否稳定可靠。若有基准点相对位置的变化值超出限差的情况，在无法自动改正处理时，应自动报警由人工进行处理，在解算监测点坐标数据时屏蔽该基准点(本次测量误差造成超限)，或赋予该点新值(点位发生位移造成超限)，避免将基准点的粗差带入监测点数据中，以保证监测数据的准确性。

3．采集控制

自动化监测软件的工作模式一般是每期对基准点和监测点全部观测后，以基准点为固定点解算所有监测点的坐标。但是在实际工作中，并不是每期观测均能够完整测量全部监测点，施工围挡的变化和施工机械的位置都会对测站视线造成影响，无法在一个固定测站上采集到所有监测点数据。

建议在半自动观测模式下引入分组观测的方式，当无法在一个测站上完成本期观测时，首先采集大部分监测点数据作为第一组，然后移动测站，第二组观测被遮挡的监测点及部分第一组中的点位作为公共点，由于间隔时间极短，可以认为在本期观测内公共点的位置是未发生变化的。同理可进行第三组或更多组数的观测，后期处理由软件将所有分组数据合并进行，以保持监测数据的完整性。

4．成果输出

变形监测虽然作为一个多学科汇聚的专业，但在数据采集方面还是应遵循测绘专业标准。目前的很多国产软件只注重了最终成果的处理与输出，而在各类原始记录，如各测回边长和角度数据的处理与输出方面则未作要求，建议在软件中设置相关记录和输出模块，以便于人工检查和验证。

变形观测采集的各点空间位置，目前大多数软件只进行单点的变化趋势比较，点间相对关系和变化未作处理。因此，增加相关处理功能，可以对断面收敛、差异沉降等变化值更好地进行统计。

5．数据处理

在特殊情况下，测站会设置在变形区域，一般采用后方交会的方法进行观测，但是受交会角的影响较大，在通视困难，基准点设置条件差，交会图形不好时精度很难达到要求。目前有采用多台仪器联合作业的解决方案，但是工作量和成本均有增加，笔者尝试改进目前使用的后方交会算法，在实际工作中有较好效果，还需在理论上进一步论证，也希望各位同行在这方面给出较好的解决方法。

四、工程实例

某基坑开挖面积6600 m2，深度11 m，其中一项监测内容为围护结构顶部位移，采用全站仪自动化监测方式，监测点使用小棱镜固定在围护结构顶部，由于现场通视条件限制，测站只能布置在基坑周边，处于不稳定区域，因此在基坑影响范围外的建筑物上布置4个棱镜作为基准点，采用后方交会法进行观测。所有观测、计算及成果输出均使用软件自动进行。

为验证软件处理成果，所有自动观测数据均提取角度和边长观测数据，采用人工验算方法进行检测。由于测站位于不稳定区域，首先使用极坐标法解算出所有基准点和监测点的假定坐标，然后以基准点作为公共点，以首期观测值为基准，采用六参数仿射变换法解算各监测点坐标，与自动化观测数据进行比对，符合情况良好。