全站儀到底能不能進行振動監(jiān)測
2022-12-09
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全站儀產(chǎn)品最初定位是單點位置采集工具，通過EDM測距并結合度盤測量的角度計算單點位置，但我們在日常的測量中，除進行單點的位置采集外還會遇到很多動態(tài)測量的情景，例如風電塔和橋梁的振動監(jiān)測，而這些動態(tài)測量對全站儀測量頻率有較高的要求。
全站儀在不斷的發(fā)展過程中，先是加入了ATR功能，能夠跟蹤鎖定目標，之后的影像功能能夠導出影像位置的實時視頻流，那么技術的革新能否幫助滿足高頻振動監(jiān)測的需求呢？我們今天就此進行分析討論。
延續(xù)全站儀測量的思路，全站儀完成EDM測距并結合度盤測量的角度就可以計算出單點的位置，如果此過程非常迅速，就可以達到振動監(jiān)測的要求。
方法-01鎖定目標，測角&測距，計算3D動態(tài)變化圖片徠卡TS16/60全站儀均使用的是相位法測距技術，可以在連續(xù)測距下最快0.15s完成1次測距，那我們可以推斷出徠卡TS60/16每秒最快可以得出7次測量結果，根據(jù)奈奎斯特定理，意味著僅能檢測低于3.5Hz的自振頻率，這個頻率對于大多數(shù)的振動監(jiān)測來說，顯然不夠。而徠卡MS60掃描全站儀采用了另外一種WFD波形數(shù)字化測距技術，測距速度就有了很大的提升，最快可以0.05s測距1次，每秒可以采集20次結果，這樣就可將監(jiān)測頻率擴展至10Hz。
在這里，向大家介紹徠卡Survey Streaming軟件，可以實現(xiàn)對單一目標跟蹤，并對測量時間與采集終端時間進行精準同步，獲得具備毫秒時間戳的測量數(shù)據(jù)，方式輸出的過程并不依賴于全站儀本身的數(shù)據(jù)存儲，支持GSI、TCP port 和UDP port輸出。
方法-02鎖定目標僅測角，計算角度分辨動態(tài)變化圖片上一種方法要獲得更高頻的數(shù)據(jù)結果必須使用采用波形數(shù)字化測距技術的徠卡MS60實現(xiàn)，那么普通的測量機器人是否也可以能實現(xiàn)這一點呢？今天我們就討論第二種方法，僅測角，計算角度分辨橋梁振動動態(tài)變化。
橋梁振動監(jiān)測我們更關注是高程和水平方向的振幅，可以將兩個方向振幅分配到全站儀測量的水平角和豎直角上，僅需在開始的時候完成一次精密距離測量，就可以利用初始的測距值作為原始測距基礎，將角度測量變化值轉化為位移量，監(jiān)測橋梁振動情況。
徠卡全站儀Geocom指令集提供了只獲取當前角度的指令，可以在徠卡ATRplus非常強大的高速動態(tài)目標跟蹤的前提下，獲取純角度的高頻測量數(shù)據(jù)。
試驗表明，單純角度的獲取的頻率可以從7Hz提升至20Hz，這樣就可以根據(jù)獲取的高頻角度測量數(shù)據(jù)結合第一次的精密測距結果獲得橋梁的振動頻率。
方法-03基于高動態(tài)視頻流圖像處理識別振動信息圖片徠卡測量還為全站儀加入了概略相機和望遠鏡相機，尤其在徠卡TS60產(chǎn)品上提供的望遠鏡相機可實現(xiàn)高頻視頻流輸出，視頻流可以以最高30Hz的頻率被記錄，我們完全可以基于高動態(tài)視頻流圖像處理識別振動信息。
徠卡全站儀的望遠鏡相機均進行了嚴格的出廠校準，我們可以從全站儀上輸出相應的校準參數(shù)，比如校準后影像中心、焦距以及物理像素尺寸。徠卡TS60望遠鏡相機COMS陣列為2560px×1920px的分辨率，根據(jù)相機的校準參數(shù)可計算望遠鏡相機的角度測量分辨率為1.7"，可根據(jù)實時輸出的30Hz視頻流進行影像計算，識別橋梁振動信息。
采用基于影像的動態(tài)測量的另一個優(yōu)勢為不需要在橋梁上固定目標棱鏡。當然，光照條件是影響影像測量的重要因素，在黑暗的環(huán)境一般無法執(zhí)行影像測量，而在晚上利用影像傳感器進行振動測量的一個可行的方案為采用發(fā)光目標。
以上我們討論了全站儀實現(xiàn)振動監(jiān)測的可能性，徠卡測量還有兩種非常有效的監(jiān)測方式。
01我們可以使用徠卡GNSS設備，利用徠卡GM30接收機不間斷獲取20Hz的采樣數(shù)據(jù)，通過徠卡Spider軟件對高頻動態(tài)采集數(shù)據(jù)進行解算，獲取RTP的高頻監(jiān)測結果。GNSS的監(jiān)測方式，可以將橋梁的振動監(jiān)測結果與靜態(tài)位移監(jiān)測結果進行結合分析，更直觀的體現(xiàn)橋梁健康情況。
02新的大地測量傳感器如地基雷達的推出，使橋梁的靜態(tài)及動態(tài)變形監(jiān)測變得更簡單和高精度，既可以進行位移監(jiān)測，同時又可以進行振動監(jiān)測，IBIS-FS雷達作為毫米波雷達的典型代表，以200Hz的高頻和最高0.01mm的高精度采集橋梁的振動數(shù)據(jù)，在橋梁索力、橋梁動載試驗、橋梁靜荷載、運營橋梁動撓度的監(jiān)測中有較多的應用。
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