本發(fā)明涉及工程測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全站儀的自動化變形監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

全站儀自動化變形監(jiān)測廣泛應(yīng)用于鐵路、城市軌道交通、滑坡、大壩等形變監(jiān)測項目中。目前全站儀自動化變形監(jiān)測采用的方法通常為Windows系統(tǒng)的工業(yè)控制計算機(jī)(以下簡稱“工控機(jī)”)，通過線纜將全站儀、電源、工控機(jī)進(jìn)行連接，來實現(xiàn)工控機(jī)控制全站儀進(jìn)行自動化變形監(jiān)測。該方式存在如下不足：1、不能遠(yuǎn)程配置變形監(jiān)測的相關(guān)參數(shù)；2、工控機(jī)死機(jī)情況下，系統(tǒng)全面癱瘓；3、全站儀死機(jī)的情況下，系統(tǒng)全面癱瘓；4、耗電量大，在蓄電池供電的情況下，需要頻繁更換蓄電池；5、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在工控機(jī)中，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動遠(yuǎn)程傳輸；6、不具備遠(yuǎn)程視頻功能，在監(jiān)測現(xiàn)場有突發(fā)情況時，無法通過視頻第一時間了解現(xiàn)場。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種能遠(yuǎn)程配置變形監(jiān)測的相關(guān)參數(shù)、在死機(jī)情況下能夠自動重起的全站儀自動化變形監(jiān)測裝置。

本發(fā)明的另一目的是提供一種能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動遠(yuǎn)程傳輸并具備遠(yuǎn)程視頻功能的全站儀自動化變形監(jiān)測方法。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種全站儀的自動化變形監(jiān)測裝置，包括殼體以及封裝在該殼體內(nèi)的嵌入式linux主板、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、Wifi接收模塊、繼電器模塊和第1電源降壓模塊，在所述殼體上設(shè)置有電源輸入口、第1和第2天線接口、以太網(wǎng)接口以及全站儀接口；在所述嵌入式linux主板上設(shè)置有主板電源輸入口、第1串口、USB接口、3G模塊接口、主板以太網(wǎng)接口和電平信號引腳；所述第1電源降壓模塊分別連接所述電源輸入口和主板電源輸入口；所述Wifi接收模塊分別連接所述第1天線接口和USB接口；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊分別連接所述第2天線接口和3G模塊接口；所述以太網(wǎng)接口與所述主板以太網(wǎng)接口連接；所述第1串口和所述全站儀接口連接；所述繼電器模塊分別與所述電平信號引腳、全站儀接口和電源輸入口連接。

優(yōu)選的是，在所述殼體內(nèi)還設(shè)置有第2電源降壓模塊，在所述嵌入式linux主板上設(shè)置有第2串口，在所述殼體上設(shè)置有電子氣象計接口，所述第2電源降壓模塊分別連接所述電源輸入口和所述電子氣象計接口；所述電子氣象計接口與所述第2串口和電子氣象計分別連接。

優(yōu)選的是，在所述殼體上還設(shè)置有視頻攝像頭接線口，在所述嵌入式linux主板上設(shè)置有視頻信號輸入口，所述視頻攝像頭接口與所述視頻信號輸入口和視頻攝像頭分別連接。

一種全站儀的自動化變形監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1)參數(shù)配置：登錄CGI動態(tài)網(wǎng)頁，進(jìn)行全站儀、監(jiān)測點(diǎn)、測量點(diǎn)組、測量周期和電子氣象計的配置，

所述全站儀的配置包括：設(shè)置全站儀類型、通信串口、通信波特率和設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)；

所述監(jiān)測點(diǎn)的配置包括：設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)名稱、監(jiān)測點(diǎn)的觀測方式、監(jiān)測點(diǎn)的概略坐標(biāo)；

所述測量點(diǎn)的組配置包括：設(shè)置將哪些監(jiān)測點(diǎn)歸為一組，并設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)的觀測順序以及搜索范圍；

所述測量周期的配置包括：設(shè)置在規(guī)定的時間范圍內(nèi)觀測某一測量點(diǎn)組的監(jiān)測點(diǎn)的時間間隔；

所述氣象計的配置包括：設(shè)置氣象計的通信串口和通信波特率；

S2)讀取所述測量周期的配置信息，然后按設(shè)定的時間間隔連續(xù)探測是否到達(dá)某一測量點(diǎn)組的觀測時間；

S3)當(dāng)?shù)竭_(dá)某一測量點(diǎn)組的觀測時間時，

讀取全站儀的配置信息，通過第1串口和全站儀進(jìn)行通信，對全站儀進(jìn)行初始化；

讀取測量點(diǎn)組的配置信息，讀取測量點(diǎn)組的監(jiān)測點(diǎn)成員；

讀取氣象計配置信息，通過第2串口和電子氣象計進(jìn)行通信，讀取電子氣象計的溫度、氣壓和相對濕度；

S4)根據(jù)測量點(diǎn)組的監(jiān)測點(diǎn)成員的觀測順序逐個對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測，包括以下步驟：

1)通過全站儀的設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)及監(jiān)測點(diǎn)的概略坐標(biāo)計算水平角和垂直角；

2)將所述水平角和垂直角值通過第1串口賦予全站儀，全站儀的水平視準(zhǔn)軸和垂直視準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn)至指定的位置；

3)通過第1串口向全站儀發(fā)送精確照準(zhǔn)棱鏡的指令，全站儀在設(shè)定的搜索范圍內(nèi)搜索棱鏡并進(jìn)行精確照準(zhǔn)；

4)通過第1串口向全站儀發(fā)送測量距離的指令，全站儀進(jìn)行距離測量；

5)通過第1串口向全站儀發(fā)送獲取測量結(jié)果的指令，全站儀收到指令后向第1串口以字符串形式發(fā)送測量結(jié)果，自動化監(jiān)測程序從串口讀取并存儲測量結(jié)果；

6)進(jìn)行下一監(jiān)測點(diǎn)測量，重復(fù)步驟1)至5)，直至所有監(jiān)測點(diǎn)成員測量完畢后，執(zhí)行步驟S5；

S5)將測量數(shù)據(jù)通過因特網(wǎng)發(fā)往遠(yuǎn)程服務(wù)器，如果采用省電模式觀測，通過第1串口向全站儀發(fā)送關(guān)機(jī)指令，關(guān)閉全站儀；

S6)當(dāng)自動化監(jiān)測程序，通過第1串口連續(xù)3次向全站儀發(fā)送指令，全站儀均無回應(yīng)，則自動化監(jiān)測程序判定全站儀死機(jī)，則給繼電器高電平切斷全站儀電源，1秒后，給繼電器低電平接通全站儀電源，0.5秒后，通過串口向全站儀發(fā)送指令開機(jī)。

在上述的步驟5)中，所述測量結(jié)果包括水平角、垂直角和距離。

本發(fā)明的全站儀的自動化變形監(jiān)測裝置可以控制全站儀進(jìn)行自動化變形監(jiān)測；采集氣象值(氣溫、氣壓、相對濕度)用于改正全站儀監(jiān)測數(shù)據(jù)；可遠(yuǎn)程配置變形監(jiān)測參數(shù)(例如：測量周期、編輯測點(diǎn)信息等)；主機(jī)(嵌入式linux主板)死機(jī)的情況下可自動重新啟動；全站儀死機(jī)的情況下，可自動重新啟動全站儀；可使用省電模式進(jìn)行監(jiān)測；監(jiān)測數(shù)據(jù)可實時自動發(fā)往遠(yuǎn)程服務(wù)器；可通過視頻遠(yuǎn)程實時查看現(xiàn)場情況。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的全站儀的自動化變形監(jiān)測裝置組成框圖。

具體實施方式

本發(fā)明的全站儀的自動化變形監(jiān)測裝置包括：嵌入式linux主板1個、3G無線數(shù)據(jù)傳輸模塊1個、Wifi接收模塊1個、繼電器模塊1個、電源降壓模塊2個。

本發(fā)明中使用的嵌入式linux主板的包括以下配置：CPU為ARM系列；具有3G模塊接口、USB接口、模擬視頻信號輸入口，且具有視頻信號模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片；具有至少有2個串口、以太網(wǎng)接線口，內(nèi)存128M及以上，存儲空間為512M及以上，有能切換高低電平的引腳，有手機(jī)SIM卡座和看門狗芯片。

在本發(fā)明中，能與linux主板相匹配的3G無線數(shù)據(jù)傳輸模塊均可適用本發(fā)明。USB接口的Wifi接收模塊均可適用本發(fā)明。高電平激發(fā)電壓與嵌入式linux主板引腳高電平電壓相等的繼電器均可適用本發(fā)明。能將12V～24V電壓降壓至5V的電源降壓模塊均可適用本發(fā)明(圖1中的電壓降壓模塊1)。能將12V～24V電壓降壓至12V的電源降壓模塊均可適用本發(fā)明(圖1中的電壓降壓模塊2)。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的全站儀的自動化變形監(jiān)測裝置的組成及其監(jiān)測方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的全站儀的自動化變形監(jiān)測裝置包括：殼體以及封裝在該殼體內(nèi)的嵌入式linux主板、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、Wifi接收模塊、繼電器模塊和第1電源降壓模塊。殼體可以采用鋁合金，在所述殼體上設(shè)置有電源輸入口、第1和第2天線接口、以太網(wǎng)接口以及全站儀接口；在所述嵌入式linux主板上設(shè)置有主板電源輸入口、第1串口、USB接口、3G模塊接口、主板以太網(wǎng)接口和電平信號引腳；所述第1電源降壓模塊分別連接所述電源輸入口和主板電源輸入口；所述Wifi接收模塊分別連接所述第1天線接口和USB接口；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊分別連接所述第2天線接口和3G模塊接口；所述以太網(wǎng)接口與所述主板以太網(wǎng)接口連接；所述第1串口和所述全站儀接口連接；所述繼電器模塊分別與所述電平信號引腳、全站儀接口和電源輸入口連接。

另外，在所述殼體內(nèi)還設(shè)置有第2電源降壓模塊，在所述嵌入式linux主板上設(shè)置有第2串口，在所述殼體上設(shè)置有電子氣象計接口，所述第2電源降壓模塊分別連接所述電源輸入口和所述電子氣象計接口；所述電子氣象計接口與所述第2串口和電子氣象計分別連接。

在所述殼體上還設(shè)置有視頻攝像頭接線口，在所述嵌入式linux主板上設(shè)置有視頻信號輸入口，所述視頻攝像頭接口與所述視頻信號輸入口和視頻攝像頭分別連接。

在嵌入式Linux主板中安裝有如下軟件(以下軟件運(yùn)行環(huán)境均為arm linux 2.6.38或更高版本)：

1、系統(tǒng)自帶的軟件：boa webserver、3G撥號軟件、Wifi撥號軟件。boa webserver軟件用來提供Web服務(wù)，供用戶遠(yuǎn)程訪問本設(shè)備上的網(wǎng)頁。3G撥號軟件用來通過手機(jī)網(wǎng)將本設(shè)備接入因特網(wǎng)。Wifi撥號軟件用來通過Wifi將本設(shè)備接入因特網(wǎng)。

2、免費(fèi)開源軟件：mjpg-streamer、ssh。mjpg-streamer軟件用來采集視頻數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)頁以數(shù)據(jù)流的形式將視頻傳給遠(yuǎn)程客戶端。由于本設(shè)備沒有公網(wǎng)IP，不能遠(yuǎn)程通過公網(wǎng)IP直接訪問，利用ssh軟件在本設(shè)備和服務(wù)器間建立數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)服務(wù)器和本設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互。

3、參數(shù)配置軟件、數(shù)據(jù)自動采集軟件。參數(shù)配置軟件采用CGI動態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)，部署在boa webserver的虛擬目錄下，可通過網(wǎng)頁遠(yuǎn)程登錄設(shè)備進(jìn)行如下操作：①創(chuàng)建項目；②配置全站儀串口通信參數(shù)、設(shè)站參數(shù)；③編輯監(jiān)測點(diǎn)信息；④編輯測量點(diǎn)組；⑤編輯測量周期；⑥查看監(jiān)測數(shù)據(jù)與監(jiān)測消息；⑦配置電子氣象計串口通信參數(shù)。

數(shù)據(jù)自動采集軟件主要實現(xiàn)如下功能：①探測設(shè)備是否已接入因特網(wǎng)，如果沒有接入因特網(wǎng)，則啟動3G撥號軟件或者Wifi撥號軟件進(jìn)行撥號上網(wǎng)；②讀取當(dāng)前項目信息、全站儀串口通信參數(shù)、全站儀設(shè)站參數(shù)、監(jiān)測點(diǎn)信息、測量點(diǎn)組、測量周期、電子氣象計串口通信參數(shù)；③根據(jù)設(shè)定的測量周期，自動定時啟動測量任務(wù)；④根據(jù)測量點(diǎn)組逐個提取監(jiān)測點(diǎn)，根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)信息計算監(jiān)測點(diǎn)的位置，根據(jù)全站儀串口通信參數(shù)向串口發(fā)送指令控制全站儀旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)點(diǎn)位置進(jìn)行測距、測角；⑤根據(jù)全站儀串口通信參數(shù)向串口發(fā)送指令控制全站儀開機(jī)、關(guān)機(jī)；⑥根據(jù)電子氣象計串口通信參數(shù)向串口發(fā)送指令讀取電子氣象計的氣溫、氣壓、濕度；⑦測量任務(wù)完成，調(diào)用服務(wù)器的WebService函數(shù)，將監(jiān)測成果發(fā)送給服務(wù)器；⑧定時(5秒一次)訪問Linux主板中的看門狗芯片；⑧控制繼電器斷開、接通全站儀電源；⑨調(diào)用SSH軟件在本設(shè)備和服務(wù)器間建立數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)服務(wù)器和本設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互。

通過上述數(shù)據(jù)自動采集軟件可以探測該設(shè)備是否已接入因特網(wǎng)，如果沒有接入因特網(wǎng)，則啟動3G撥號軟件或者Wifi撥號軟件進(jìn)行撥號上網(wǎng)。

通過上述數(shù)據(jù)自動采集軟件，可以根據(jù)設(shè)置的測量周期(例如間隔2小時啟動一次測量任務(wù))來判斷是否到達(dá)開始測量任務(wù)的時間，如果到達(dá)開始測量任務(wù)時間，則通過圖1中的串口1向全站儀發(fā)送測量指令，全站儀接收到指令后執(zhí)行相應(yīng)的動作(例如：旋轉(zhuǎn)、測距、測角等)，并且將執(zhí)行的結(jié)果以字符串的形式通過串口返回，所述數(shù)據(jù)自動采集軟件通過解析返回的字符串得到測量結(jié)果。

在測量任務(wù)開始前，所述數(shù)據(jù)自動采集軟件通過第2串口向電子氣象計發(fā)送指令，電子氣象計接收到指令后以字符串的形式返回氣象值，S3中的數(shù)據(jù)自動采集軟件解析返回的字符串得到氣溫、氣壓以及相對濕度，然后對全站儀測量數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。

所述的參數(shù)配置軟件為CGI動態(tài)網(wǎng)頁，部署在boa webserver的虛擬目錄下，所述數(shù)據(jù)自動采集軟件通過調(diào)用SSH軟件在本設(shè)備和服務(wù)器間建立數(shù)據(jù)通道，客戶機(jī)登錄服務(wù)器，形成“客戶機(jī)->服務(wù)器<-嵌入式linux主板”的數(shù)據(jù)通道，客戶端遠(yuǎn)程打開S3中的參數(shù)配置軟件中的網(wǎng)頁實現(xiàn)變形監(jiān)測參數(shù)的配置。

所述數(shù)據(jù)自動采集軟件可以對嵌入式linux主板上的看門狗芯片5秒訪問一次，當(dāng)看門狗芯片在15秒內(nèi)沒有被訪問，則看門狗芯片發(fā)起脈沖讓嵌入式linux主板重新啟動，這樣可實現(xiàn)嵌入式linux主板死機(jī)后自動重新啟動(嵌入式linux主板死機(jī)后S3中的數(shù)據(jù)自動采集軟件不再運(yùn)行)。

所述數(shù)據(jù)自動采集軟件可以通過串口向全站儀發(fā)送指令，如果連續(xù)3次發(fā)送的指令，全站儀均沒有回應(yīng)，則判定全站儀死機(jī)，則給繼電器高電平切斷全站儀電源，1秒后，給繼電器低電平接通全站儀電源，0.5秒后，通過串口向全站儀發(fā)送指令開機(jī)。

在測量任務(wù)開始前，數(shù)據(jù)自動采集軟件通過第1串口向全站儀發(fā)送開機(jī)指令，開啟全站儀進(jìn)行測量，在任務(wù)結(jié)束后，通過第1串口向全站儀發(fā)送關(guān)機(jī)指令關(guān)閉全站儀，達(dá)到省電的效果。

在測量任務(wù)完成后，數(shù)據(jù)自動采集軟件調(diào)用服務(wù)器的WebService函數(shù)，將監(jiān)測成果發(fā)送給服務(wù)器。

數(shù)據(jù)自動采集軟件還可以通過調(diào)用SSH軟件在本設(shè)備和服務(wù)器間建立數(shù)據(jù)通道，客戶機(jī)登錄服務(wù)器，形成“客戶機(jī)->服務(wù)器<-嵌入式linux主板”的數(shù)據(jù)通道，S3中的mjpg-streamer視頻服務(wù)軟件采集視頻數(shù)據(jù)，然后以數(shù)據(jù)流的形式通過建立的數(shù)據(jù)通道傳給客戶機(jī)。