一種長區間地鐵隧道監測基準傳遞裝置的製作方法
2023-05-10 22:28:46
本實用新型屬於變形監測技術領域，具體涉及一種長區間地鐵隧道監測基準傳遞裝置。
背景技術：
在基於測量機器人的長區間地鐵隧道變形監測中，單站測量系統無法覆蓋整個變形區域，需要通過多個測站對隧道斷面的變形點進行監測。由於距離和測量精度等要求，位於變形區域中間位置的測站點無法直接測量處於變形區域之外的穩定的基準點，導致各期變形觀測中這些測站點的坐標無法統一，從而使得監測成果無效；而在監測過程中需要用到稜鏡進行測繪，稜鏡的精度對測量結果影響很大，在地鐵隧道變形監測中，測量儀器需要從不同角度照準稜鏡，這一般需要人工旋轉稜鏡，而當進行自動測量的時候，測量周期往往很長，有時候測量環境也不允許有人，此時人工旋轉稜鏡是不可能的；目前在這種長期自動觀測環境下，採取的解決方案是360度全方位稜鏡，而這種360度稜鏡價格要麼非常昂貴，大幅提高了工程成本，要麼精度太低，無法滿足精密測量的要求；因此，為了通過穩定的基準點獲得處於變形區域中間位置的測站點的坐標，有必要設計一種面向長區間地鐵隧道變形監測的基準傳遞裝置，該裝置應用一種可遠程控制旋轉角度的主動式智能稜鏡。
技術實現要素：
針對現有技術存在的問題，本實用新型為解決現有技術中存在的問題採用的技術方案如下：
一種長區間地鐵隧道監測基準傳遞裝置，包括基準點、公共連接點和測站點，其特徵在於：所述的基準點位於地鐵隧道變形區域之外的穩定區域，所述的基準點上安裝普通稜鏡，所述的測站點位於變形區域內的各測站上，所述的測站點上安裝有測量機器人，所述的公共連接點位於基準點與測站點之間或測站點與測站點之間，所述的公共連接點上安裝有全方位稜鏡。
所述的全方位稜鏡為360°稜鏡，該稜鏡由6塊角反射稜鏡上下交錯拼組成一個正六面柱體，可以實現對水平方向上的任何角度入射的信號進行測量。
所述的全方位稜鏡為主動式稜鏡，該主動式稜鏡包括底部控制基座5、設置於控制基座5上端的圓稜鏡1，圓稜鏡1通過轉軸2與控制基座5內部步進電機連接，所述的控制基座5上設置有光電開關4，圓稜鏡1下方連接有歸零指針3，在零點位置歸零指針3處於光電開關4正上方，對光電開關遮擋，當歸零指針3隨著圓稜鏡1旋轉至其他位置時均不對光電開關4造成遮擋。
所述的控制基座5內部設置有單片機MCU、通訊模塊、步進電機、步進電機驅動和電源，單片機MCU分別與通訊模塊、步進電機驅動、電源和光電開關4連接，電源分別與MCU、通訊模塊和步進電機連接供電，步進電機驅動帶動步進電機轉動，進而帶動與步進電機連接的外部轉軸2轉動，轉軸2帶動圓稜鏡1轉動，使得本主動式稜鏡可在外部控制下實現特定角度的旋轉。
上述位於變形區域內的各測站上的測量機器人，通過照準規定測量範圍內的位於基準點的普通稜鏡和位於公共連接點的360°稜鏡或主動式稜鏡獲得距離和角度測量值。
相鄰的兩個所述測站之間的公共連接點個數大於等於4，以保證坐標傳遞精度。
地鐵隧道變形區域首尾兩端穩定區域基準點的個數均大於等於四個，以保證足夠多的觀測數，提高測量精度。
上述各基準點、公共連接點和測站點公共組成一個動態基準控制網，各測站點上的測量機器人每一期對規定測量範圍內的基準點或公共連接點的邊角觀測值構成邊角網。在每一期的變形監測中，該動態基準控制網以已知的基準點坐標為起算數據，通過平差處理得到各測站的坐標，實現基準的傳遞與測站坐標的統一。
本實用新型具有如下優點：
在長區間地鐵隧道變形監測中，本實用新型中的基準傳遞裝置，通過對基準點、由360°稜鏡或主動式稜鏡構成的公共連接點和各測站點構建了動態基準控制網，並平差獲得各測站點的坐標。實現了將位於穩定區域的基準點坐標傳遞到位於變形區域中間位置的測站點的目的，為通過測站點展開斷面變形點的監測打下了基礎。
附圖說明
圖1為本實用新型動態基準控制網示意圖；
圖2為本實用新型主動式稜鏡結構示意圖；
圖3為本實用新型主動式稜鏡內部結構原理圖；
其中：1-圓稜鏡，2-轉軸，3-歸零指針，4-光電開關，5-控制基座。
圖1中■代表測站點，●代表公共連接點，▲代表基準點，J1-8代表基準點1-8，S1-3代表測站點1-3，G1-8代表公共連接點1-8。
具體實施方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明，如圖1-3所示，一種長區間地鐵隧道監測基準傳遞裝置，包括若干基準點、公共連接點和測站點，其中基準點位於地鐵隧道變形區域之外的穩定區域，各基準點上安裝普通圓稜鏡，若干測站點位於變形區域內的各測站上，測站點上安裝有測量機器人，各公共連接點位於基準點與測站點之間或測站點與測站點之間，公共連接點上安裝有全方位稜鏡，該全方位稜鏡為360°稜鏡或主動式稜鏡, 位於變形區域內的各測站上的測量機器人，通過照準規定測量範圍內的位於基準點的普通稜鏡和位於公共連接點的360°稜鏡或主動式稜鏡，獲得各測站點到基準點或公共連接點之間的距離和角度測量值。
360°稜鏡由6塊角反射稜鏡上下交錯拼組成一個正六面柱體，可以實現對水平方向上的任何角度入射的信號進行測量。
主動式稜鏡為可在遠程控制下自動旋轉特定角度的稜鏡，該主動式稜鏡包括底部控制基座5、設置於控制基座5上端的圓稜鏡1，圓稜鏡1通過轉軸2與控制基座5內部步進電機連接，所述的控制基座5上設置有光電開關4，圓稜鏡1下方連接有歸零指針3，在零點位置歸零指針3處於光電開關4光槽內，對光電開關光槽進行遮擋，當稜鏡發生旋轉時，歸零指針3從光槽內轉出，不會與光電開關發生碰撞，歸零指針3隨著圓稜鏡1旋轉至其他非零點位置時均不對光電開關4的光槽造成遮擋。
主動式稜鏡中的控制基座5內部設置有單片機MCU、通訊模塊、步進電機、步進電機驅動和電源，單片機MCU分別與通訊模塊、步進電機驅動、電源和光電開關4連接，電源分別與MCU、通訊模塊和步進電機連接供電，步進電機驅動帶動步進電機轉動，進而帶動與步進電機連接的外部轉軸2轉動，轉軸2帶動圓稜鏡1轉動。
其中圓稜鏡1選用Leica GPR1 圓稜鏡；步進電機選用42BYGH47型步進電機，光電開關4選用EE-SX671A型光電開關，MCU單片機模塊選用ATMEL- ATmega32型微處理器，通訊模塊選用H06型藍牙轉UART數據傳輸模塊，當需要擴大控制距離時，通訊模塊選用Xbee通訊模塊；電源選用12V2A的開關電源。將主控程序寫入MCU單片機後即可按圖3結構安裝本主動式稜鏡，使用時，將電腦的藍牙與主動式稜鏡的藍牙通訊模塊配對，此時，在電腦上會生成虛擬串口，在軟體中打開虛擬串口，向其發送指令，主動式稜鏡即可根據指令旋轉特定角度。
相鄰的兩個所述測站之間的公共連接點個數大於等於4，以保證坐標傳遞精度。
地鐵隧道變形區域首尾兩端穩定區域基準點的個數均大於等於四個，以保證足夠多的觀測數，提高測量精度。
各基準點、公共連接點和測站點共同組成一個動態基準控制網，各測站點上的測量機器人每一期對規定測量範圍內的基準點或公共連接點的邊角觀測值構成邊角網。在每一期的變形監測中，該動態基準控制網以已知的基準點坐標為起算數據，通過測量得到的觀測數據向量和已知基準點坐標向量，利用平差法解算出各測站點在基準坐標系下的坐標，以及公共連接點的坐標，利用公共連接點坐標作為轉折點，進一步解算出位於公共連接點之間的測站點的坐標，本實用新型整體結構中通過多個測站點對隧道斷面的變形點進行監測，再通過平差處理得到各測站的坐標，實現基準的傳遞與測站坐標的統一。
本實用新型是對硬體做出的創新，所有涉及到的方法都是現有技術，不屬於本實用新型的保護範圍；本實用新型的保護範圍並不限於上述的實施例，顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變形而不脫離本實用新型的範圍和精神。倘若這些改動和變形屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍內，則本實用新型的意圖也包含這些改動和變形在內。