基坑监测机器人的设计与应用

基坑监测机器人的设计与应用

吴小川

东莞市建青岩土检测有限公司广东省东莞市523000

摘要：基坑监测是基坑工程施工过程中的一个重要环节，基坑监测主要是在基坑开挖过程中对土坑周围的环境条件、岩土形状以及支护结构等方面进行观察和测量分析，这对进一步的基坑开挖起着至关重要的作用，为了更加快速和准确的检测到这些开挖过程中的信息，我们将机器人用于基坑监测施工中，进一步提高了施工的安全性和准确性，本文主要讲了测量机器人的系统设计以及在基坑监测的运用。

关键词：测量机器人，基坑监测，GIS，数据库

引言：

随着智能信息化在各行各业的普及，给人们的工作生活带来了极大的便利。我们将测量机器人用于基坑监测施工方面不仅可以更加快速、精确的检测到基坑开挖过程中基坑周围的环境条件、岩土形状以及支护结构的变化，而且可以及时将这些测量信息反馈回来，施工人员便可以以此为根据预测下一步的开挖情况，实现智能信息化施工建设。

一、莱卡TCA2003测量机器人简介

测量机器人实际上就是智能型的全站仪，它的开发主要是建立在全站仪的设计基础之上的。测量机器人将集成激光技术、精密机械技术、微型计算机、传感器以及人工智能技术有效的结合起来，使基坑监测实现了智能信息化施工[1]。如今，测量机器人已经在基坑检测施工当中被广泛应用，测量机器人主要是用来检测基坑施工中土坑周围各项数据的变化情况，技术人员可以根据这些数据反馈及时修改设计方案，保证基坑开挖的下一步工作安全、稳定的开展。

另外，测量机器人也具有自动寻找、精确照准以及自动测距等功能，它只需要7秒钟就可以观测记录下一个目标点，一个周期可以观测8个观测点以及2个后视定向点，而总用时也不过五分钟，观测速度相当之快。同时，它会将目标点相对于测站点的三维坐标记录下来，然后将其数据储存在计算机中。

二、测量机器人基坑监测的系统设计

基坑监测系统主要是由硬件和软件两部分构成。

（一）监测系统硬件组成

硬件系统主要由TCA2003测量机器人、基站、参考系、目标点构成。

其中，基站主要是用来摆放仪器的，一般要建立在视野比较好的地方，而且要相对稳定一些，这样的话就可以保证观测到所有的目标点；参考系是由无数多个参考点组成的，通常情况下至少要保证有三个参考点，这样的话就可以布设为控制网。另外，参考系要设立在监测区域以外的范围内，用来检测基点位置的变化情况，从而保证检测结果的有效性；目标点一般情况下分布在基坑的维护结构上，它的分布密度需要根据监测的需求来决定。每个点都必须装上反射单棱镜或者反射片，镜片要和监测站对准，而且必须保证目标点是在测量机器人的可视范围之内的。

（二）监测系统的软件组成

软件系统由数据采集模块、控制模块、数据处理模块、数据库管理模块、数据分析预警模块、信息传输模块六部分组成。

1、数据采集模块

数据采集模块可以在仪器上建立基坑监测网工作基点和各个监测点的概率坐标数据库，这样的话就可以让测量机器人在没有人监管操作的情况下在指定的时间内按照已设定好的程序进行自动搜索个测量，对基坑周围环境条件进行实时监测[2]。

2、控制模块

控制模块主要是用来实现自动化控制需求的，它可以根据施工人员的初始设置来完成监测工作，对于监测结果也能够实时保存和输出。

3、数据处理模块

数据处理模块主要是用来进行数据预处理、数据平差处理和数据输出工作的。它可以在基坑开挖施工中实时的进行数据分析，从而根据这些监测数据分析基坑结构是否出现不稳定因素，如果检测到一些比较严重的问题，就会进行预警处理。

4、数据库管理模块

数据库管理模块主要是用来管理复杂的观测数据，主要通过以下几个方面进行数据的管理和分类：用户、已知点、设站点、学习点、观测值、观测点集。

5、数据分析预警模块

数据分析预警模块主要是进行数据分析工作，它可以对两期以及两期以上的监测数据进行分析工作，在测量机器人工作中，对数据进行采集然后实时的将观测数据进行计算，检测这些数据的质量、测站平差以及和上一次数据进行比较处理，测评是否需要进行报警处理等过程。

6、信息传输模块

作为数据信息的传输通道，通信也是自动化监测系统的关键模块之一,是系统信息的“公路”和据处理、数据分析.报表输出,能根据预先设置的警“血管"。可以采用有线和无线两种方式通信，有线戒红线，自动报警。方式常用的是光纤传输和RS485串行总线传输两种;无线方式一般采用集成RS232接口的CDMA和GPRS调制解调器.这种方法不需要布线,方便实施，基坑监段测系统常采用后者。

三、测量机器人在基坑工程中使用情况

沉降监测的目的是保证施工安全和施工质量，而对于施工周期长、施工环境复杂、地质条件变化多样的工程，沉降监测需要每隔很短的时间监测一次，监测强度大，监测要求高，单纯的使用人工监测将会大大的提高工作强度。江苏某市政工程已经成功运用该基坑监测系统而且取得了显而易见的效果。

基坑监测系统监测的目标点有下面几项：

1、一般对于围护桩顶的水平位和竖直位移监测点布设为同一点，一般每隔20~25m左右布设一个测点,共布设44点，取其中10个监测点作为实时监测点进行不间断监测；

2、对于靠近交通道路或者建筑物的地方需布置沉降监测点，以此来保证周边道路及建筑物的安全，共布置12个监测点；

3、基坑周围的构筑物需布置4个监测点。

实际运用表明：该基坑监测系统优于人工监测，实际运行平稳，安全可靠，能够24小时连续监测；实时反映监测数据及分析数据变化的趋势，所测数据精确到亚毫米量级，数据精确，灵敏度高；考虑监测基准点的稳定性,优化后的先进数据处理方案，减小了误差因素对监测结果的影响，提高了监测结果的准确性；实时进行数据处理.数据分析报表输出,能根据预先设置的警戒红线，自动报警。

四、结束语

测量机器人的智能化以及精确度已经远远的超过了传统程度的测量仪和全站仪，不仅能够帮助施工人员更加安全、快速、准确的完成基坑监测工作，而且能够在没有人监管的情况下实时完成监测工作，并且将测量数据储存下来，大大地提高了施工现场的工作效率，避免了由于人工误差造成的数据测量偏差，在基坑监测工作中得到了广泛的应用。

参考文献：

[1]惠理军.测量机器人在基坑监测项目中的应用[J].工程技术研究,2017(3):124-126.

[2]石晶晶.基于徕卡TS30在深基坑监测过程中新方法的应用[J].甘肃科技,2017(22):19-20.