【摘要】介绍了TCA2003全自动全站仪的工作原理和关键技术ATR。介绍了TCA2003在滑坡监测中的应用,并解决了全自动全站仪的数据远程传输、数据预处理和数据存储管理问题。提出用数据库管理带有时间标签的滑坡监测数据的方法,并做了验证。这些技术的开发,为滑坡监测研究做出了贡献。
【关键词】滑坡 监测 全站仪 数据传输
1.概述
1.1 滑坡监测
滑坡是山区和露天矿经常发生的地质灾害,每年都造成很大的人员和财物损失,要避免或减轻滑坡造成的损失,必须对滑坡进行监测、分析和预报。
滑坡监测的一种方法是,对潜在滑坡体上埋设的点位进行监测,并在监理到点位的显著运动时,发出报警信息,具体的监测手段是建立由两个子网组成变形监测网,一个子网是稳定的参考网站,通常由两三个位于有变形趋势地带之外的点组成;另外一个子网是相对网,就是一批位于潜在变形影响地带之内的被监测点位,一般情况下,监测点位的运动被认为是相对于上述一个或几个参考站而言的,采用的滑坡监测方法是:用固定在参考站上的TCA2003全站仪依次观测位于滑坡地带的各个棱镜,分析各个棱镜的位置变化情况,辅之以次数很少的人工边角网观测或者GPS观测,对参考网进行检查。
1.2滑坡监测仪器介绍。TCA2003全站仪具有许多特性和特点:质量高、寿命长、可靠性高、性能稳定;适应高温、寒冷、潮湿、多雨、灰尘、震动、机械应力和电磁场等恶劣环境;高精度(单次测量小于0.1s)且实际精度远高于标称指标,该全站仪侧角为0.5",标称测距精度为1mm+1ppm,近距(100m内),优于0.5mm;一般气象条件下的测程为2500m;TCA2003可以对反射片进行测距;TCA2003有能力进行每秒8-10次的具有时间标签的测量,要用到该时间标签来确定滑坡观测数据获取的时间。
2.滑坡自动监测系统的数据通讯
2.1接口描述。徕卡全站仪采用的接口是GSI(Geo Serial Inter-face)接口。GSI接口是一种通用的异步、半双工串行接口,它用于徕卡电子测量仪器间的数据传输。除接口电平外,它遵从RS232C通讯标准。
2.2接口外部连接。徕卡全站仪实用GSI接口和计算机之间的物理连接的方法主要有:徕卡GIF2 RS232C接口、徕卡GIF3TTY(电流环)接口、徕卡GMP1四路RS232/GSI对公EEE多通道、直接连接。在仪器与计算机之间的通讯中,除了提供数据的通道外,还必须给仪器提供电源(+12V直流),最好使用外接电池。
2.3接口的内部连接。RS232接口使用两根数据线,一个用来发送数据(TXD),一个用来接收数据(RXD)。两根线连接的时候,接口连接器的第二针和第三针的功能取决于进行数据通讯的仪器的位置。有两种设置的可能性:数据通讯设备(DCE)和数据终端设备(DTE)。这里最重要的是,仪器的数据输出(TXD)要与计算机的数据输入(RXD)进行连接,反之亦然。
3.滑坡自动监测数据的远程传输
采用无线调制解调器(MODEM)。计算机的通信时要求传送数字信号,而信号无线传输需要用模拟信号,因此,在发送端使用调整器(MODEM)把数字信号转换为模拟信号,(该模拟信号携带了数据信号,称为载波信号 ),模拟信号经通信线传送到接受方,接受方再以解调器(Demodulator),把模拟信号变为数字信号。这要用到“调制解调器”Modem。
采用无线调制解调器可以实现TCA2003的无线数据通讯。
设备清单:1台TCA全站仪;1根全站仪数据线;2台无线通讯调制解调器;2根无线调制解调器电缆;1个Null Modem;1台电脑。
全站仪位置:
利用全站仪数据线盒无线电调制解调器连接线把TCA全站仪与无线调制解调器和null modem连接;在仪器菜单内设置数据输出方式为RS232;确定CSI和GeoCom的参数设置一致。
远程数据通讯设置;用无线调制解调器连接线把电脑和无线调制解调器连上;打开Hyper Terminal,设置传输参数后,仪器测量的数据会自动传输到已经连接的电脑上。
4.滑坡自动监测系统的数据存储
4.1数据格式转换。滑坡自动监测系统中,全站仪的获取的数据经过数据传播环节,经过解码和数据分流,存储在一个关系数据库中,数据在入库之前,要将数据进行转换,将数据格式由GSI转变为需要的格式。
徕卡全站仪的数据格式为GSI格式。GSI数据格式有8位和16位两种,区别在于数据字长不同。徕卡的数据文件为*.GSI文件,该文件可以用记事本打开,该文件每一行是一条记录,每行记录的内容根据记录模板不同而有所不同,仪换行符结束,数据中的每一行,由空格分隔出各个“字段”。每个“字段”前几位称为“字段索引”,用来标示“字段”的性质。每行第一个“字段”一定是点名。
4.2滑坡自动监测的数据库设计。观测点坐标是随时间变化的,滑坡监测时也要根据变化的数据做出判断,因此,数据库需要特殊设计,在数据表中应该包含和时间的字段。首先,要寻找到一个时间的信息和来源。TCA2003的数据记录格式可以定制为包含时间标签。采用的字段是“年月日时分”。时间信息不用计算机的系统时间,是因为计算机的时间调校有可能不准确,也可能会经常变化,如果该时间被外人随意改动,则数据库中的时间信息会混乱,会给滑坡数据处理带来极其严重的错误。
4.3滑坡自动监测系统的数据查询和输出
数据库中的数据可以进行查询和输出。输出的方式包括直接输出文本和坐标变化曲线等。
5.结论与展望
以滑坡自动监测作为背景,研究了全自动全站仪的数据传输和数据存储问题,提出采用数据库来管理观测数据的方法,设计了数据库结构、数据表的样式、各字段内容和名称等等。设计并制定了TCA2003全站仪的数据记录格式(R-Mask),提出徕卡GSI数据格式转换的方法。但是全自动全站仪用于滑坡监测,要解决的问题还有很多:(1)数据观测设备成本问题。用TCA2003全自动全站仪观测,目前需要安装多个标准棱镜,这些棱镜价格还不便宜;安装在现场的棱镜是否会丢失是否会人为破坏,这是需要解决的问题;(2)监测区域很大的情况下,需要多个全站仪配合监测,需要解决多台全站仪的控制和传输问题;(3)探讨的只是滑坡自动监测系统的一部分内容,而滑坡分析和预测部分是难点。
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