【摘要】介紹了TCA2003全自動全站儀的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)ATR。介紹了TCA2003在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用,并解決了全自動全站儀的數(shù)據(jù)遠程傳輸、數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)存儲管理問題。提出用數(shù)據(jù)庫管理帶有時間標(biāo)簽的滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的方法,并做了驗證。這些技術(shù)的開發(fā),為滑坡監(jiān)測研究做出了貢獻。
【關(guān)鍵詞】滑坡 監(jiān)測 全站儀 數(shù)據(jù)傳輸
1.概述
1.1 滑坡監(jiān)測
滑坡是山區(qū)和露天礦經(jīng)常發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害,每年都造成很大的人員和財物損失,要避免或減輕滑坡造成的損失,必須對滑坡進行監(jiān)測、分析和預(yù)報。
滑坡監(jiān)測的一種方法是,對潛在滑坡體上埋設(shè)的點位進行監(jiān)測,并在監(jiān)理到點位的顯著運動時,發(fā)出報警信息,具體的監(jiān)測手段是建立由兩個子網(wǎng)組成變形監(jiān)測網(wǎng),一個子網(wǎng)是穩(wěn)定的參考網(wǎng)站,通常由兩三個位于有變形趨勢地帶之外的點組成;另外一個子網(wǎng)是相對網(wǎng),就是一批位于潛在變形影響地帶之內(nèi)的被監(jiān)測點位,一般情況下,監(jiān)測點位的運動被認為是相對于上述一個或幾個參考站而言的,采用的滑坡監(jiān)測方法是:用固定在參考站上的TCA2003全站儀依次觀測位于滑坡地帶的各個棱鏡,分析各個棱鏡的位置變化情況,輔之以次數(shù)很少的人工邊角網(wǎng)觀測或者GPS觀測,對參考網(wǎng)進行檢查。
1.2滑坡監(jiān)測儀器介紹。TCA2003全站儀具有許多特性和特點:質(zhì)量高、壽命長、可靠性高、性能穩(wěn)定;適應(yīng)高溫、寒冷、潮濕、多雨、灰塵、震動、機械應(yīng)力和電磁場等惡劣環(huán)境;高精度(單次測量小于0.1s)且實際精度遠高于標(biāo)稱指標(biāo),該全站儀側(cè)角為0.5",標(biāo)稱測距精度為1mm+1ppm,近距(100m內(nèi)),優(yōu)于0.5mm;一般氣象條件下的測程為2500m;TCA2003可以對反射片進行測距;TCA2003有能力進行每秒8-10次的具有時間標(biāo)簽的測量,要用到該時間標(biāo)簽來確定滑坡觀測數(shù)據(jù)獲取的時間。
2.滑坡自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊
2.1接口描述。徠卡全站儀采用的接口是GSI(Geo Serial Inter-face)接口。GSI接口是一種通用的異步、半雙工串行接口,它用于徠卡電子測量儀器間的數(shù)據(jù)傳輸。除接口電平外,它遵從RS232C通訊標(biāo)準(zhǔn)。
2.2接口外部連接。徠卡全站儀實用GSI接口和計算機之間的物理連接的方法主要有:徠卡GIF2 RS232C接口、徠卡GIF3TTY(電流環(huán))接口、徠卡GMP1四路RS232/GSI對公EEE多通道、直接連接。在儀器與計算機之間的通訊中,除了提供數(shù)據(jù)的通道外,還必須給儀器提供電源(+12V直流),最好使用外接電池。
2.3接口的內(nèi)部連接。RS232接口使用兩根數(shù)據(jù)線,一個用來發(fā)送數(shù)據(jù)(TXD),一個用來接收數(shù)據(jù)(RXD)。兩根線連接的時候,接口連接器的第二針和第三針的功能取決于進行數(shù)據(jù)通訊的儀器的位置。有兩種設(shè)置的可能性:數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)和數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)。這里最重要的是,儀器的數(shù)據(jù)輸出(TXD)要與計算機的數(shù)據(jù)輸入(RXD)進行連接,反之亦然。
3.滑坡自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程傳輸
采用無線調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。計算機的通信時要求傳送數(shù)字信號,而信號無線傳輸需要用模擬信號,因此,在發(fā)送端使用調(diào)整器(MODEM)把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號,(該模擬信號攜帶了數(shù)據(jù)信號,稱為載波信號 ),模擬信號經(jīng)通信線傳送到接受方,接受方再以解調(diào)器(Demodulator),把模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。這要用到“調(diào)制解調(diào)器”Modem。
采用無線調(diào)制解調(diào)器可以實現(xiàn)TCA2003的無線數(shù)據(jù)通訊。
設(shè)備清單:1臺TCA全站儀;1根全站儀數(shù)據(jù)線;2臺無線通訊調(diào)制解調(diào)器;2根無線調(diào)制解調(diào)器電纜;1個Null Modem;1臺電腦。
全站儀位置:
利用全站儀數(shù)據(jù)線盒無線電調(diào)制解調(diào)器連接線把TCA全站儀與無線調(diào)制解調(diào)器和null modem連接;在儀器菜單內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)輸出方式為RS232;確定CSI和GeoCom的參數(shù)設(shè)置一致。
遠程數(shù)據(jù)通訊設(shè)置;用無線調(diào)制解調(diào)器連接線把電腦和無線調(diào)制解調(diào)器連上;打開Hyper Terminal,設(shè)置傳輸參數(shù)后,儀器測量的數(shù)據(jù)會自動傳輸?shù)揭呀?jīng)連接的電腦上。
4.滑坡自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲
4.1數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。滑坡自動監(jiān)測系統(tǒng)中,全站儀的獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)傳播環(huán)節(jié),經(jīng)過解碼和數(shù)據(jù)分流,存儲在一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫中,數(shù)據(jù)在入庫之前,要將數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換,將數(shù)據(jù)格式由GSI轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰母袷健?nbsp;
徠卡全站儀的數(shù)據(jù)格式為GSI格式。GSI數(shù)據(jù)格式有8位和16位兩種,區(qū)別在于數(shù)據(jù)字長不同。徠卡的數(shù)據(jù)文件為*.GSI文件,該文件可以用記事本打開,該文件每一行是一條記錄,每行記錄的內(nèi)容根據(jù)記錄模板不同而有所不同,儀換行符結(jié)束,數(shù)據(jù)中的每一行,由空格分隔出各個“字段”。每個“字段”前幾位稱為“字段索引”,用來標(biāo)示“字段”的性質(zhì)。每行第一個“字段”一定是點名。
4.2滑坡自動監(jiān)測的數(shù)據(jù)庫設(shè)計。觀測點坐標(biāo)是隨時間變化的,滑坡監(jiān)測時也要根據(jù)變化的數(shù)據(jù)做出判斷,因此,數(shù)據(jù)庫需要特殊設(shè)計,在數(shù)據(jù)表中應(yīng)該包含和時間的字段。首先,要尋找到一個時間的信息和來源。TCA2003的數(shù)據(jù)記錄格式可以定制為包含時間標(biāo)簽。采用的字段是“年月日時分”。時間信息不用計算機的系統(tǒng)時間,是因為計算機的時間調(diào)校有可能不準(zhǔn)確,也可能會經(jīng)常變化,如果該時間被外人隨意改動,則數(shù)據(jù)庫中的時間信息會混亂,會給滑坡數(shù)據(jù)處理帶來極其嚴(yán)重的錯誤。
4.3滑坡自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢和輸出
數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以進行查詢和輸出。輸出的方式包括直接輸出文本和坐標(biāo)變化曲線等。
5.結(jié)論與展望
以滑坡自動監(jiān)測作為背景,研究了全自動全站儀的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲問題,提出采用數(shù)據(jù)庫來管理觀測數(shù)據(jù)的方法,設(shè)計了數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表的樣式、各字段內(nèi)容和名稱等等。設(shè)計并制定了TCA2003全站儀的數(shù)據(jù)記錄格式(R-Mask),提出徠卡GSI數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法。但是全自動全站儀用于滑坡監(jiān)測,要解決的問題還有很多:(1)數(shù)據(jù)觀測設(shè)備成本問題。用TCA2003全自動全站儀觀測,目前需要安裝多個標(biāo)準(zhǔn)棱鏡,這些棱鏡價格還不便宜;安裝在現(xiàn)場的棱鏡是否會丟失是否會人為破壞,這是需要解決的問題;(2)監(jiān)測區(qū)域很大的情況下,需要多個全站儀配合監(jiān)測,需要解決多臺全站儀的控制和傳輸問題;(3)探討的只是滑坡自動監(jiān)測系統(tǒng)的一部分內(nèi)容,而滑坡分析和預(yù)測部分是難點。
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