全站儀到底能不能進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)

　　全站儀產(chǎn)品最初定位是單點(diǎn)位置采集工具，通過EDM測(cè)距并結(jié)合度盤測(cè)量的角度計(jì)算單點(diǎn)位置，但我們?cè)谌粘５臏y(cè)量中，除進(jìn)行單點(diǎn)的位置采集外還會(huì)遇到很多動(dòng)態(tài)測(cè)量的情景，例如風(fēng)電塔和橋梁的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，而這些動(dòng)態(tài)測(cè)量對(duì)全站儀測(cè)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(biāo)，之后的影像功能能夠?qū)С鲇跋裎恢玫膶?shí)時(shí)視頻流，那么技術(shù)的革新能否幫助滿足高頻振動(dòng)監(jiān)測(cè)的需求呢？我們今天就此進(jìn)行分析討論。

　　延續(xù)全站儀測(cè)量的思路，全站儀完成EDM測(cè)距并結(jié)合度盤測(cè)量的角度就可以計(jì)算出單點(diǎn)的位置，如果此過程非常迅速，就可以達(dá)到振動(dòng)監(jiān)測(cè)的要求。

方法-01鎖定目標(biāo)，測(cè)角&測(cè)距，計(jì)算3D動(dòng)態(tài)變化圖片徠卡TS16/60全站儀均使用的是相位法測(cè)距技術(shù)，可以在連續(xù)測(cè)距下最快0.15s完成1次測(cè)距，那我們可以推斷出徠卡TS60/16每秒最快可以得出7次測(cè)量結(jié)果，根據(jù)奈奎斯特定理，意味著僅能檢測(cè)低于3.5Hz的自振頻率，這個(gè)頻率對(duì)于大多數(shù)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)距技術(shù)，測(cè)距速度就有了很大的提升，最快可以0.05s測(cè)距1次，每秒可以采集20次結(jié)果，這樣就可將監(jiān)測(cè)頻率擴(kuò)展至10Hz。

　　在這里，向大家介紹徠卡Survey Streaming軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單一目標(biāo)跟蹤，并對(duì)測(cè)量時(shí)間與采集終端時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)同步，獲得具備毫秒時(shí)間戳的測(cè)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(chǔ)，支持GSI、TCP port 和UDP port輸出。　

方法-02鎖定目標(biāo)僅測(cè)角，計(jì)算角度分辨動(dòng)態(tài)變化圖片上一種方法要獲得更高頻的數(shù)據(jù)結(jié)果必須使用采用波形數(shù)字化測(cè)距技術(shù)的徠卡MS60實(shí)現(xiàn)，那么普通的測(cè)量機(jī)器人是否也可以能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)呢？今天我們就討論第二種方法，僅測(cè)角，計(jì)算角度分辨橋梁振動(dòng)動(dòng)態(tài)變化。

　　橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)我們更關(guān)注是高程和水平方向的振幅，可以將兩個(gè)方向振幅分配到全站儀測(cè)量的水平角和豎直角上，僅需在開始的時(shí)候完成一次精密距離測(cè)量，就可以利用初始的測(cè)距值作為原始測(cè)距基礎(chǔ)，將角度測(cè)量變化值轉(zhuǎn)化為位移量，監(jiān)測(cè)橋梁振動(dòng)情況。

　　徠卡全站儀Geocom指令集提供了只獲取當(dāng)前角度的指令，可以在徠卡ATRplus非常強(qiáng)大的高速動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的前提下，獲取純角度的高頻測(cè)量數(shù)據(jù)。

　　試驗(yàn)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(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合第一次的精密測(cè)距結(jié)果獲得橋梁的振動(dòng)頻率。

　　方法-03基于高動(dòng)態(tài)視頻流圖像處理識(shí)別振動(dòng)信息圖片徠卡測(cè)量還為全站儀加入了概略相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡相機(jī)，尤其在徠卡TS60產(chǎn)品上提供的望遠(yuǎn)鏡相機(jī)可實(shí)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(dòng)態(tài)視頻流圖像處理識(shí)別振動(dòng)信息。

　　徠卡全站儀的望遠(yuǎn)鏡相機(jī)均進(jìn)行了嚴(yán)格的出廠校準(zhǔn)，我們可以從全站儀上輸出相應(yīng)的校準(zhǔn)參數(shù)，比如校準(zhǔn)后影像中心、焦距以及物理像素尺寸。徠卡TS60望遠(yuǎn)鏡相機(jī)COMS陣列為2560px×1920px的分辨率，根據(jù)相機(jī)的校準(zhǔn)參數(shù)可計(jì)算望遠(yuǎn)鏡相機(jī)的角度測(cè)量分辨率為1.7"，可根據(jù)實(shí)時(shí)輸出的30Hz視頻流進(jìn)行影像計(jì)算，識(shí)別橋梁振動(dòng)信息。

　　采用基于影像的動(dòng)態(tài)測(cè)量的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)為不需要在橋梁上固定目標(biāo)棱鏡。當(dāng)然，光照條件是影響影像測(cè)量的重要因素，在黑暗的環(huán)境一般無法執(zhí)行影像測(cè)量，而在晚上利用影像傳感器進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量的一個(gè)可行的方案為采用發(fā)光目標(biāo)。

　　以上我們討論了全站儀實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的可能性，徠卡測(cè)量還有兩種非常有效的監(jiān)測(cè)方式。

　　01我們可以使用徠卡GNSS設(shè)備，利用徠卡GM30接收機(jī)不間斷獲取20Hz的采樣數(shù)據(jù)，通過徠卡Spider軟件對(duì)高頻動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，獲取RTP的高頻監(jiān)測(cè)結(jié)果。GNSS的監(jiān)測(cè)方式，可以將橋梁的振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與靜態(tài)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行結(jié)合分析，更直觀的體現(xiàn)橋梁健康情況。

　　02新的大地測(cè)量傳感器如地基雷達(dá)的推出，使橋梁的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)變得更簡(jiǎn)單和高精度，既可以進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，同時(shí)又可以進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，IBIS-FS雷達(dá)作為毫米波雷達(dá)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(dòng)數(shù)據(jù)，在橋梁索力、橋梁動(dòng)載試驗(yàn)、橋梁靜荷載、運(yùn)營(yíng)橋梁動(dòng)撓度的監(jiān)測(cè)中有較多的應(yīng)用。

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