摘要：測量機(jī)器人相較于人工觀測等監(jiān)測方法，在測量精度、適應(yīng)不規(guī)則建筑物形狀、變形觀測量程、建設(shè)和運(yùn)行成本等方面均具有明顯的優(yōu)勢，特別適合土石壩智能變形監(jiān)測。結(jié)合雙測量機(jī)器人應(yīng)用于土石壩智能變形監(jiān)測的實(shí)例，闡述了監(jiān)測信息的集成和分析方法，研究了變形監(jiān)測數(shù)據(jù)整編分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲管理、數(shù)據(jù)誤差修正、整理與計算。在集成測量機(jī)器人表面變形信息的基礎(chǔ)上，研發(fā)了滿足監(jiān)測整編分析的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測量機(jī)器人變形監(jiān)測數(shù)據(jù)智能化分析。

　　關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測;大壩安全;整編分析;雙測量機(jī)器人;系統(tǒng)集成;土石壩

　　隨著水利信息化建設(shè)的快速發(fā)展，自動化、信息化、智能化的大壩安全監(jiān)測技術(shù)已成為大壩安全監(jiān)測的重要發(fā)展方向。土石壩是世界大壩工程建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛一種壩型，其表面變形監(jiān)測是重要安全監(jiān)測項目，表面變形監(jiān)測是判斷大壩安全狀態(tài)的重要途徑之一。水庫大壩的表面變形監(jiān)測一般采用人工觀測，這種觀測方法在觀測場景，測量精度、觀測量程等方面均具有明顯短板。基于雙測量機(jī)器人的土石壩智能變形監(jiān)測成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“無人值守”的現(xiàn)代水庫管理模式。在保證觀測精度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了大壩安全自動化監(jiān)管，有效改善了大壩表面變形觀測的難題。結(jié)合應(yīng)用實(shí)例觀測信息進(jìn)行大壩表面變形智能變形監(jiān)測分析與系統(tǒng)集成顯得尤為重要。研究變形監(jiān)測數(shù)據(jù)整編分析方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)誤差修正、整理與計算、整編分析和數(shù)據(jù)發(fā)布，可實(shí)現(xiàn)測量機(jī)器人變形監(jiān)測數(shù)據(jù)智能化分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大壩安全分析，預(yù)測大壩變形趨勢，進(jìn)行預(yù)警報警，加強(qiáng)安全監(jiān)管，可彌補(bǔ)工程管理信息化短板。

　　1 系統(tǒng)組成

　　雙測量機(jī)器人系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成包括基站、參考點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)、計算機(jī)和安防系統(tǒng)[1]。基站由觀測墩、測量機(jī)器人、觀測房組成，測量機(jī)器人架設(shè)于基點(diǎn)上，基準(zhǔn)點(diǎn)組成控制網(wǎng)，監(jiān)測點(diǎn)布置在變形體表面，由觀測墩、正對基站的棱鏡、數(shù)字式溫度計和氣壓計組成。根據(jù)工程實(shí)際和規(guī)范要求，監(jiān)測點(diǎn)較均勻地布設(shè)于變形體有代表性的橫縱斷面上。數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件通過光纜與測量機(jī)器人通信，實(shí)現(xiàn)全自動測量、轉(zhuǎn)換、計算和存儲等功能。智能化大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)見圖1。

　　2 信息集成

　　信息集成主要是實(shí)現(xiàn)測量機(jī)器人監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時獲取、傳輸、轉(zhuǎn)換和存儲，經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)所用，并為后期的資料整編和分析評價提供數(shù)據(jù)支撐。

　　測量機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，這種設(shè)計的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)清晰、便于后期的調(diào)試與維護(hù)。主要有GeoCOM連接、參數(shù)設(shè)置、測站配置、測量控制、測量、數(shù)據(jù)接收解析、數(shù)據(jù)存儲管理7個功能模塊，各模塊通過Visual Studi0 2015開發(fā)的系統(tǒng)界面操作實(shí)現(xiàn)，其業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

　　GeoCOM是一個用于建立通信的動態(tài)鏈接庫，該連接模塊負(fù)責(zé)上位機(jī)與全站儀之間的通訊，用戶可通過界面改變系統(tǒng)的串口號、波特率、校驗碼和協(xié)議等4個參數(shù)。

　　測量模塊是智能測量系統(tǒng)的核心模塊，用于數(shù)據(jù)測量工作。可實(shí)現(xiàn)兩個主要功能：

　　(1)執(zhí)行測量命令，并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到繪圖模塊和數(shù)據(jù)顯示與管理模塊。

　　(2)采用循環(huán)監(jiān)控的方式，實(shí)時顯示儀器角度參數(shù)(垂直角、水平角)，便于用戶隨時了解當(dāng)前全站儀望遠(yuǎn)鏡的位置。

　　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理模塊通過ADO接口實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)庫文件的讀寫操作。

　　數(shù)據(jù)顯示與處理模塊用于將水平角H、垂直角V、斜距、高程、北坐標(biāo)、東坐標(biāo)等測量數(shù)據(jù)顯示在MSFLXGRD網(wǎng)格上，以及通過內(nèi)部算法計算出測量點(diǎn)北坐標(biāo)、東坐標(biāo)、高程上的位置關(guān)系。

　　測量機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行解析后存儲到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，既要能滿足表面變形觀測數(shù)據(jù)存儲利用的需要，又要符合數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則，存儲表結(jié)構(gòu)及關(guān)系如圖3所示。

　　(1)表面垂直位移監(jiān)測水準(zhǔn)基點(diǎn)或水準(zhǔn)工作(起測)基點(diǎn)表(表名DSM_ DFR_SRVRDSBP)，用于存儲表面垂直位移監(jiān)測水準(zhǔn)基點(diǎn)或工作(起測)基點(diǎn)的考證信息。

　　(2)表面垂直位移表(表名DSM_ DFR_SRVRDS)，用于存儲表面垂直位移測點(diǎn)的監(jiān)測成果。

　　(3)表面垂直位移測點(diǎn)表(表名DSM_DFR_SRVRDSMP)，用于存儲表面垂直位移測點(diǎn)的考證信息。

　　3 資料整理整編

　　各種觀測數(shù)據(jù)為水庫大壩的運(yùn)行工況提供了第一手資料。通過對第一手資料進(jìn)行去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里處理，才能作出正確的判斷，獲得規(guī)律性的認(rèn)識，保證水庫安全和合理運(yùn)用，為設(shè)計、施工、管理和科學(xué)研究提供依據(jù)。以上工作統(tǒng)稱為資料整理整編，其重點(diǎn)是計算、查證原始觀測數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

　　監(jiān)測資料整理整編工作主要包括歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)錄、原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計算、閾值法數(shù)據(jù)剔除、粗大誤差清洗以及特征值計算等[2]。

　　(1)歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)錄。基于數(shù)據(jù)鉆取的監(jiān)測點(diǎn)變化可視化整編，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失時段時，應(yīng)利用人工觀測記錄進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)補(bǔ)錄。

　　(2)原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計算。通過計算，將頻率、溫度、模數(shù)等原始物理量轉(zhuǎn)換為結(jié)果值，確定并錄入儀器基準(zhǔn)值。

　　(3)閾值法數(shù)據(jù)剔除。通過設(shè)定監(jiān)測儀器測值變化范圍，自動查找不滿足閾值范圍的測值及對應(yīng)時間，通過顏色標(biāo)注，并支持用戶編輯。

　　(4)粗大誤差清洗。通過尖峰識別法(見圖4)、標(biāo)準(zhǔn)差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性檢驗，結(jié)合相關(guān)測值進(jìn)行誤差分析，對粗差進(jìn)行自動判別及剔除。對隨機(jī)誤差或偶然誤差，按正態(tài)分布規(guī)律，采用常規(guī)誤差理論進(jìn)行分析處理。對于系統(tǒng)誤差，可通過校正儀器來消除。

　　(5)特征值計算。通過實(shí)時計算監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、最大變幅、超歷史最高等特征值，結(jié)合數(shù)據(jù)變化過程，判斷特征值合理性。

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