一种长区间地铁隧道监测基准传递装置的制作方法

本实用新型属于变形监测技术领域，具体涉及一种长区间地铁隧道监测基准传递装置。

背景技术：

在基于测量机器人的长区间地铁隧道变形监测中，单站测量系统无法覆盖整个变形区域，需要通过多个测站对隧道断面的变形点进行监测。由于距离和测量精度等要求，位于变形区域中间位置的测站点无法直接测量处于变形区域之外的稳定的基准点，导致各期变形观测中这些测站点的坐标无法统一，从而使得监测成果无效；而在监测过程中需要用到棱镜进行测绘，棱镜的精度对测量结果影响很大，在地铁隧道变形监测中，测量仪器需要从不同角度照准棱镜，这一般需要人工旋转棱镜，而当进行自动测量的时候，测量周期往往很长，有时候测量环境也不允许有人，此时人工旋转棱镜是不可能的；目前在这种长期自动观测环境下，采取的解决方案是360度全方位棱镜，而这种360度棱镜价格要么非常昂贵，大幅提高了工程成本，要么精度太低，无法满足精密测量的要求；因此，为了通过稳定的基准点获得处于变形区域中间位置的测站点的坐标，有必要设计一种面向长区间地铁隧道变形监测的基准传递装置，该装置应用一种可远程控制旋转角度的主动式智能棱镜。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种长区间地铁隧道监测基准传递装置，包括基准点、公共连接点和测站点，其特征在于：所述的基准点位于地铁隧道变形区域之外的稳定区域，所述的基准点上安装普通棱镜，所述的测站点位于变形区域内的各测站上，所述的测站点上安装有测量机器人，所述的公共连接点位于基准点与测站点之间或测站点与测站点之间，所述的公共连接点上安装有全方位棱镜。

所述的全方位棱镜为360°棱镜，该棱镜由6块角反射棱镜上下交错拼组成一个正六面柱体，可以实现对水平方向上的任何角度入射的信号进行测量。

所述的全方位棱镜为主动式棱镜，该主动式棱镜包括底部控制基座5、设置于控制基座5上端的圆棱镜1，圆棱镜1通过转轴2与控制基座5内部步进电机连接，所述的控制基座5上设置有光电开关4，圆棱镜1下方连接有归零指针3，在零点位置归零指针3处于光电开关4正上方，对光电开关遮挡，当归零指针3随着圆棱镜1旋转至其他位置时均不对光电开关4造成遮挡。

所述的控制基座5内部设置有单片机MCU、通讯模块、步进电机、步进电机驱动和电源，单片机MCU分别与通讯模块、步进电机驱动、电源和光电开关4连接，电源分别与MCU、通讯模块和步进电机连接供电，步进电机驱动带动步进电机转动，进而带动与步进电机连接的外部转轴2转动，转轴2带动圆棱镜1转动，使得本主动式棱镜可在外部控制下实现特定角度的旋转。

上述位于变形区域内的各测站上的测量机器人，通过照准规定测量范围内的位于基准点的普通棱镜和位于公共连接点的360°棱镜或主动式棱镜获得距离和角度测量值。

相邻的两个所述测站之间的公共连接点个数大于等于4，以保证坐标传递精度。

地铁隧道变形区域首尾两端稳定区域基准点的个数均大于等于四个，以保证足够多的观测数，提高测量精度。

上述各基准点、公共连接点和测站点公共组成一个动态基准控制网，各测站点上的测量机器人每一期对规定测量范围内的基准点或公共连接点的边角观测值构成边角网。在每一期的变形监测中，该动态基准控制网以已知的基准点坐标为起算数据，通过平差处理得到各测站的坐标，实现基准的传递与测站坐标的统一。

本实用新型具有如下优点：

在长区间地铁隧道变形监测中，本实用新型中的基准传递装置，通过对基准点、由360°棱镜或主动式棱镜构成的公共连接点和各测站点构建了动态基准控制网，并平差获得各测站点的坐标。实现了将位于稳定区域的基准点坐标传递到位于变形区域中间位置的测站点的目的，为通过测站点展开断面变形点的监测打下了基础。

附图说明

图1为本实用新型动态基准控制网示意图；

图2为本实用新型主动式棱镜结构示意图；

图3为本实用新型主动式棱镜内部结构原理图；

其中：1-圆棱镜，2-转轴，3-归零指针，4-光电开关，5-控制基座。

图1中■代表测站点，●代表公共连接点，▲代表基准点，J1-8代表基准点1-8，S1-3代表测站点1-3，G1-8代表公共连接点1-8。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明，如图1-3所示，一种长区间地铁隧道监测基准传递装置，包括若干基准点、公共连接点和测站点，其中基准点位于地铁隧道变形区域之外的稳定区域，各基准点上安装普通圆棱镜，若干测站点位于变形区域内的各测站上，测站点上安装有测量机器人，各公共连接点位于基准点与测站点之间或测站点与测站点之间，公共连接点上安装有全方位棱镜，该全方位棱镜为360°棱镜或主动式棱镜, 位于变形区域内的各测站上的测量机器人，通过照准规定测量范围内的位于基准点的普通棱镜和位于公共连接点的360°棱镜或主动式棱镜，获得各测站点到基准点或公共连接点之间的距离和角度测量值。

360°棱镜由6块角反射棱镜上下交错拼组成一个正六面柱体，可以实现对水平方向上的任何角度入射的信号进行测量。

主动式棱镜为可在远程控制下自动旋转特定角度的棱镜，该主动式棱镜包括底部控制基座5、设置于控制基座5上端的圆棱镜1，圆棱镜1通过转轴2与控制基座5内部步进电机连接，所述的控制基座5上设置有光电开关4，圆棱镜1下方连接有归零指针3，在零点位置归零指针3处于光电开关4光槽内，对光电开关光槽进行遮挡，当棱镜发生旋转时，归零指针3从光槽内转出，不会与光电开关发生碰撞，归零指针3随着圆棱镜1旋转至其他非零点位置时均不对光电开关4的光槽造成遮挡。

主动式棱镜中的控制基座5内部设置有单片机MCU、通讯模块、步进电机、步进电机驱动和电源，单片机MCU分别与通讯模块、步进电机驱动、电源和光电开关4连接，电源分别与MCU、通讯模块和步进电机连接供电，步进电机驱动带动步进电机转动，进而带动与步进电机连接的外部转轴2转动，转轴2带动圆棱镜1转动。

其中圆棱镜1选用Leica GPR1 圆棱镜；步进电机选用42BYGH47型步进电机，光电开关4选用EE-SX671A型光电开关，MCU单片机模块选用ATMEL- ATmega32型微处理器，通讯模块选用H06型蓝牙转UART数据传输模块，当需要扩大控制距离时，通讯模块选用Xbee通讯模块；电源选用12V2A的开关电源。将主控程序写入MCU单片机后即可按图3结构安装本主动式棱镜，使用时，将电脑的蓝牙与主动式棱镜的蓝牙通讯模块配对，此时，在电脑上会生成虚拟串口，在软件中打开虚拟串口，向其发送指令，主动式棱镜即可根据指令旋转特定角度。

相邻的两个所述测站之间的公共连接点个数大于等于4，以保证坐标传递精度。

地铁隧道变形区域首尾两端稳定区域基准点的个数均大于等于四个，以保证足够多的观测数，提高测量精度。

各基准点、公共连接点和测站点共同组成一个动态基准控制网，各测站点上的测量机器人每一期对规定测量范围内的基准点或公共连接点的边角观测值构成边角网。在每一期的变形监测中，该动态基准控制网以已知的基准点坐标为起算数据，通过测量得到的观测数据向量和已知基准点坐标向量，利用平差法解算出各测站点在基准坐标系下的坐标，以及公共连接点的坐标，利用公共连接点坐标作为转折点，进一步解算出位于公共连接点之间的测站点的坐标，本实用新型整体结构中通过多个测站点对隧道断面的变形点进行监测，再通过平差处理得到各测站的坐标，实现基准的传递与测站坐标的统一。

本实用新型是对硬件做出的创新，所有涉及到的方法都是现有技术，不属于本实用新型的保护范围；本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。