本實用新型屬于變形監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種長區(qū)間地鐵隧道監(jiān)測基準(zhǔn)傳遞裝置。

背景技術(shù)：

在基于測量機(jī)器人的長區(qū)間地鐵隧道變形監(jiān)測中，單站測量系統(tǒng)無法覆蓋整個變形區(qū)域，需要通過多個測站對隧道斷面的變形點進(jìn)行監(jiān)測。由于距離和測量精度等要求，位于變形區(qū)域中間位置的測站點無法直接測量處于變形區(qū)域之外的穩(wěn)定的基準(zhǔn)點，導(dǎo)致各期變形觀測中這些測站點的坐標(biāo)無法統(tǒng)一，從而使得監(jiān)測成果無效；而在監(jiān)測過程中需要用到棱鏡進(jìn)行測繪，棱鏡的精度對測量結(jié)果影響很大，在地鐵隧道變形監(jiān)測中，測量儀器需要從不同角度照準(zhǔn)棱鏡，這一般需要人工旋轉(zhuǎn)棱鏡，而當(dāng)進(jìn)行自動測量的時候，測量周期往往很長，有時候測量環(huán)境也不允許有人，此時人工旋轉(zhuǎn)棱鏡是不可能的；目前在這種長期自動觀測環(huán)境下，采取的解決方案是360度全方位棱鏡，而這種360度棱鏡價格要么非常昂貴，大幅提高了工程成本，要么精度太低，無法滿足精密測量的要求；因此，為了通過穩(wěn)定的基準(zhǔn)點獲得處于變形區(qū)域中間位置的測站點的坐標(biāo)，有必要設(shè)計一種面向長區(qū)間地鐵隧道變形監(jiān)測的基準(zhǔn)傳遞裝置，該裝置應(yīng)用一種可遠(yuǎn)程控制旋轉(zhuǎn)角度的主動式智能棱鏡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題采用的技術(shù)方案如下：

一種長區(qū)間地鐵隧道監(jiān)測基準(zhǔn)傳遞裝置，包括基準(zhǔn)點、公共連接點和測站點，其特征在于：所述的基準(zhǔn)點位于地鐵隧道變形區(qū)域之外的穩(wěn)定區(qū)域，所述的基準(zhǔn)點上安裝普通棱鏡，所述的測站點位于變形區(qū)域內(nèi)的各測站上，所述的測站點上安裝有測量機(jī)器人，所述的公共連接點位于基準(zhǔn)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棱鏡。

所述的全方位棱鏡為360°棱鏡，該棱鏡由6塊角反射棱鏡上下交錯拼組成一個正六面柱體，可以實現(xiàn)對水平方向上的任何角度入射的信號進(jìn)行測量。

所述的全方位棱鏡為主動式棱鏡，該主動式棱鏡包括底部控制基座5、設(shè)置于控制基座5上端的圓棱鏡1，圓棱鏡1通過轉(zhuǎn)軸2與控制基座5內(nèi)部步進(jìn)電機(jī)連接，所述的控制基座5上設(shè)置有光電開關(guān)4，圓棱鏡1下方連接有歸零指針3，在零點位置歸零指針3處于光電開關(guān)4正上方，對光電開關(guān)遮擋，當(dāng)歸零指針3隨著圓棱鏡1旋轉(zhuǎn)至其他位置時均不對光電開關(guān)4造成遮擋。

所述的控制基座5內(nèi)部設(shè)置有單片機(jī)MCU、通訊模塊、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和電源，單片機(jī)MCU分別與通訊模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、電源和光電開關(guān)4連接，電源分別與MCU、通訊模塊和步進(jìn)電機(jī)連接供電，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動帶動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動與步進(jìn)電機(jī)連接的外部轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸2帶動圓棱鏡1轉(zhuǎn)動，使得本主動式棱鏡可在外部控制下實現(xiàn)特定角度的旋轉(zhuǎn)。

上述位于變形區(qū)域內(nèi)的各測站上的測量機(jī)器人，通過照準(zhǔn)規(guī)定測量范圍內(nèi)的位于基準(zhǔn)點的普通棱鏡和位于公共連接點的360°棱鏡或主動式棱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(shù)大于等于4，以保證坐標(biāo)傳遞精度。

地鐵隧道變形區(qū)域首尾兩端穩(wěn)定區(qū)域基準(zhǔn)點的個數(shù)均大于等于四個，以保證足夠多的觀測數(shù)，提高測量精度。

上述各基準(zhǔn)點、公共連接點和測站點公共組成一個動態(tài)基準(zhǔn)控制網(wǎng)，各測站點上的測量機(jī)器人每一期對規(guī)定測量范圍內(nèi)的基準(zhǔn)點或公共連接點的邊角觀測值構(gòu)成邊角網(wǎng)。在每一期的變形監(jiān)測中，該動態(tài)基準(zhǔn)控制網(wǎng)以已知的基準(zhǔn)點坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，通過平差處理得到各測站的坐標(biāo)，實現(xiàn)基準(zhǔn)的傳遞與測站坐標(biāo)的統(tǒng)一。

本實用新型具有如下優(yōu)點：

在長區(qū)間地鐵隧道變形監(jiān)測中，本實用新型中的基準(zhǔn)傳遞裝置，通過對基準(zhǔn)點、由360°棱鏡或主動式棱鏡構(gòu)成的公共連接點和各測站點構(gòu)建了動態(tài)基準(zhǔn)控制網(wǎng)，并平差獲得各測站點的坐標(biāo)。實現(xiàn)了將位于穩(wěn)定區(qū)域的基準(zhǔn)點坐標(biāo)傳遞到位于變形區(qū)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(jiān)測打下了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本實用新型動態(tài)基準(zhǔn)控制網(wǎng)示意圖；

圖2為本實用新型主動式棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型主動式棱鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖；

其中：1-圓棱鏡，2-轉(zhuǎn)軸，3-歸零指針，4-光電開關(guān)，5-控制基座。

圖1中■代表測站點，●代表公共連接點，▲代表基準(zhǔn)點，J1-8代表基準(zhǔn)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，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明，如圖1-3所示，一種長區(qū)間地鐵隧道監(jiān)測基準(zhǔn)傳遞裝置，包括若干基準(zhǔn)點、公共連接點和測站點，其中基準(zhǔn)點位于地鐵隧道變形區(qū)域之外的穩(wěn)定區(qū)域，各基準(zhǔn)點上安裝普通圓棱鏡，若干測站點位于變形區(qū)域內(nèi)的各測站上，測站點上安裝有測量機(jī)器人，各公共連接點位于基準(zhǔn)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棱鏡，該全方位棱鏡為360°棱鏡或主動式棱鏡, 位于變形區(qū)域內(nèi)的各測站上的測量機(jī)器人，通過照準(zhǔn)規(guī)定測量范圍內(nèi)的位于基準(zhǔn)點的普通棱鏡和位于公共連接點的360°棱鏡或主動式棱鏡，獲得各測站點到基準(zhǔn)點或公共連接點之間的距離和角度測量值。

360°棱鏡由6塊角反射棱鏡上下交錯拼組成一個正六面柱體，可以實現(xiàn)對水平方向上的任何角度入射的信號進(jìn)行測量。

主動式棱鏡為可在遠(yuǎn)程控制下自動旋轉(zhuǎn)特定角度的棱鏡，該主動式棱鏡包括底部控制基座5、設(shè)置于控制基座5上端的圓棱鏡1，圓棱鏡1通過轉(zhuǎn)軸2與控制基座5內(nèi)部步進(jìn)電機(jī)連接，所述的控制基座5上設(shè)置有光電開關(guān)4，圓棱鏡1下方連接有歸零指針3，在零點位置歸零指針3處于光電開關(guān)4光槽內(nèi)，對光電開關(guān)光槽進(jìn)行遮擋，當(dāng)棱鏡發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，歸零指針3從光槽內(nèi)轉(zhuǎn)出，不會與光電開關(guān)發(fā)生碰撞，歸零指針3隨著圓棱鏡1旋轉(zhuǎn)至其他非零點位置時均不對光電開關(guān)4的光槽造成遮擋。

主動式棱鏡中的控制基座5內(nèi)部設(shè)置有單片機(jī)MCU、通訊模塊、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和電源，單片機(jī)MCU分別與通訊模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、電源和光電開關(guān)4連接，電源分別與MCU、通訊模塊和步進(jìn)電機(jī)連接供電，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動帶動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動與步進(jìn)電機(jī)連接的外部轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸2帶動圓棱鏡1轉(zhuǎn)動。

其中圓棱鏡1選用Leica GPR1 圓棱鏡；步進(jìn)電機(jī)選用42BYGH47型步進(jìn)電機(jī)，光電開關(guān)4選用EE-SX671A型光電開關(guān)，MCU單片機(jī)模塊選用ATMEL- ATmega32型微處理器，通訊模塊選用H06型藍(lán)牙轉(zhuǎn)UART數(shù)據(jù)傳輸模塊，當(dāng)需要擴(kuò)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(guān)電源。將主控程序?qū)懭隡CU單片機(jī)后即可按圖3結(jié)構(gòu)安裝本主動式棱鏡，使用時，將電腦的藍(lán)牙與主動式棱鏡的藍(lán)牙通訊模塊配對，此時，在電腦上會生成虛擬串口，在軟件中打開虛擬串口，向其發(fā)送指令，主動式棱鏡即可根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)特定角度。

相鄰的兩個所述測站之間的公共連接點個數(shù)大于等于4，以保證坐標(biāo)傳遞精度。

地鐵隧道變形區(qū)域首尾兩端穩(wěn)定區(qū)域基準(zhǔn)點的個數(shù)均大于等于四個，以保證足夠多的觀測數(shù)，提高測量精度。

各基準(zhǔn)點、公共連接點和測站點共同組成一個動態(tài)基準(zhǔn)控制網(wǎng)，各測站點上的測量機(jī)器人每一期對規(guī)定測量范圍內(nèi)的基準(zhǔn)點或公共連接點的邊角觀測值構(gòu)成邊角網(wǎng)。在每一期的變形監(jiān)測中，該動態(tài)基準(zhǔn)控制網(wǎng)以已知的基準(zhǔn)點坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，通過測量得到的觀測數(shù)據(jù)向量和已知基準(zhǔn)點坐標(biāo)向量，利用平差法解算出各測站點在基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以及公共連接點的坐標(biāo)，利用公共連接點坐標(biāo)作為轉(zhuǎn)折點，進(jìn)一步解算出位于公共連接點之間的測站點的坐標(biāo)，本實用新型整體結(jié)構(gòu)中通過多個測站點對隧道斷面的變形點進(jìn)行監(jiān)測，再通過平差處理得到各測站的坐標(biāo)，實現(xiàn)基準(zhǔn)的傳遞與測站坐標(biāo)的統(tǒng)一。

本實用新型是對硬件做出的創(chuàng)新，所有涉及到的方法都是現(xiàn)有技術(shù)，不屬于本實用新型的保護(hù)范圍；本實用新型的保護(hù)范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本實用新型的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本實用新型的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。