中国建筑第八工程局有限公司钢结构工程公司 上海 200120
摘要：测量机器人具有高智能、高精度、方便编程的特点，从而在自动化监测领域被广泛的应用。因此本文依据国家会展中心项目（天津）中央大厅伞柱安装时测量机器人的应用实践进行论述，实际应用表明：该方式以高精度、自动化和及时提供可靠的动态监测数据为优势，用以科学指导伞柱的安装，在节省人力物力和精度控制上取得非凡的效果
关键词：钢结构；测量机器人；精度控制；伞柱安装
1 测量机器人简介
测量机器人Measurement、或称测地机器人（Georobot）是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。它是在全站仪基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并配置智能化 的控制及应用软件发展而形成的。测量机器人通过CCD影像传感器和其它传感器对现实测量世界中的“目标”进行识别，迅速做出分析、判断与推理，实现自我控制，并自动完成照准、读数等操作，以完全代替人的手工操作。测量机器人再与能够制订测量计划、控制测量过程、进行测数据处理与分析的软件系统相结合，完全可以代替人完成许多测量任务。目前世界许多厂家均推出自有特色的测量机器人，徕卡公司的TCA系列智能全站仪具有操作性能好、自动化程度高、稳定以及精度高等优势，仍是现代测量机器人技术发展较高的产品。其他厂家开发的新一代产品有 TOPCON 公司的 GPT和 GTS 系列机器人型全站仪，特点长测程和快速跟踪技术，在市场也具有相当的竞争力。
在高精度的构件安装上，测量机器人慢慢的成为主流的技术，因此国展将使用TCA系列的测量机器人进行伞柱构件的安装。
测量机器人的硬件部分包括电源、运动系统、操作系统、精密伺服马达、微处理器和存储器、信号传输系统、成像系统CCD等7大部分组成。其软件部分主要是固化在存储器中的相关系统程序，是测量机器人工作的核心。
全站仪的望远镜具有视准轴、测距光波的发射、接收光轴同轴化。同轴化的概念使得测距测角同时实现，具体方式是在望远物镜与调焦透镜间设置分光过该系统实现望远镜的多功能，即既可瞄准目标，使之成像于十字丝分划板，进行角度测量。同时其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后，经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；为测距需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传也送给光电二极管接收，进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。
CCD镜头安装在望远镜筒中。其工作原理为：首先CCD二极管光源发射一束红外ATR激光该光束通过前述光路系统被同轴地投影到望远镜轴上并发射出去，反射回来的光束经分光镜将 ATR 光束与可见光、测距光束分离出来，通过分光棱镜系统中的光导纤维将 ATR 光束导向到 CCD 阵列上，形成光点。CCD 阵列将接受到的光信号其转换成相应的影像，通过微处理器的处理计算，得到目标位置。再根据 CCD 阵列的中心与望远镜光轴间的固定位置，可以得到水平方向和垂直角。
ATR光束通过望远镜进入全站仪，而人眼接收到的光束则是通过眼球的晶状体进入眼睛；光束投影在光传感器上时，ATR光束是投影到 CCD 阵列上，使用像素，而人眼则是投影到视网膜上；ATR进行图像处理依靠全站仪的处理芯片，而人眼的图像处理则由人的大脑来完成。定位时，马达螺旋式地转动望远镜来照准棱镜的中心并使之处于预先设定的限差之内，一般情况下，十字丝只是位于棱镜中心附近。它之所以没有定位于棱镜中心，是为了优化测量速度。因为确定十字丝和光学照准间的偏差比靠马达准确地定位于棱镜中心要快些。在每一测量过程中，角度偏移量都被重新确定，相应地改正了水平方向和垂直角，进精确地测量出距离或计算出目标点坐标。
到目前为止，测量机器人的测量方式有了很大发展，其发展历程分为三个阶段：第一阶段测量时需在被测物体上设置反射棱镜作为测量目标，称为被动式三角测量或极坐标法测量；第二阶段可以直接使用被测目标的自身光作为照准标识，即直接扫描被测目标，两处已知坐标的点位测定角度与距离来确定被测点的位置，称为主动式三角测量，由两台具有马达和视频扫描功能的电子全站仪组成共同工作的测量系统；第三阶段使用测量机器人，它更加主动和智能化，直接根据待测目标的特点，用摄像头活动目标图像由装配的微处理器自动识别和锁定目标，直接获取目标的相关坐标甚至变化情况。
2 实际应用
介绍完了测量机器人的工作原理后我们把带入到现场施工作业中，在国展中央大厅的位置进行空间折线大悬挑树形结构安装时的精度测量控制：
空间折线大悬挑树形结构构件数量多，角度大，安装精度难以控制。通过树形结构三级平衡体系的建立，在每级平衡体系上增设多个测量控制点，在TEKLA软件模型中，标记树型结构分段单元的三维测量控制点并生成三维坐标，将其导入测量机器人程序中。增设的测量控制点见下图1：
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（图1）
在施工过程中，将三维控制点坐标导入测量机器人中，利用自动跟踪测量技术，实时对树型结构自平衡安装过程进行监测，保证过程的安装精度。树形结构关键部位测量控制有以下几点分类：
2.1 分叉拉杆的安装测量。（1）分叉拉杆与斜杆有对接，因此，在安装前，在各对接位置，标记出中心位置，安装时，调节分叉拉杆，确保各对接位置对接准确。对接完成后，复测顶部轴线，对比设计值是否有偏差，发现偏差及时微调。（2）在全部的分叉安装过程中，全程监控伞座底部支撑柱垂直度变化。
2.2内部分叉的安装测量。内部分叉与下部分叉有对接，因此在安装前，在各对接位置，标记出中心位置，安装时，调节内部分叉拉杆，确保各对接位置对接准确。对接完成后，复测顶部轴线，对比设计值是否有偏差，发现偏差及时微调。
2.3分叉拉杆的安装测量。分叉拉杆与下部、角部分叉有对接，因此，在安装前，在各对接位置，标记出中心位置，安装时，调节拉杆，确保各对接位置对接准确。对接完成后，复测顶部轴线，对比设计值是否有偏差，发现偏差及时微调。
2.4角部节点之间连梁的安装测量。角部节点之间连梁与顶部角节、中间节点有对接，因此，在安装前，在各对接位置，标记出中心位置，安装时，调节拉杆，确保各对接位置对接准确。对接完成后，复测顶部轴线，对比设计值是否有偏差，发现偏差及时微调。
3 结语
通过测量机器人在本工程中的具体应用可以发现：基于测量机器人的自动化测量，具有简便灵活、无人值守、实时动态的特点且不受个人因素影响，克服了传统测量方法的不足，极大的提高了工作效率。测量机器人为高精度构件的安装提供了准确、及时的观测数据，是未来实施安装的不可或缺的一环。随着时代的进步和科学技术的发展，测量机器人已经成为一种必不可少的测量方式，并发挥着日益重要的作用，未来的测量机器人将会向着更准确，更高精度的方向去发展，以便人们更方便的使用。
参考文献：
[1]裴运军 《测量机器人在地铁隧道自动化变形监测中的应用》深圳市长勘勘察设计有限公司 深圳市 518003
[2]梅文胜 张正禄 黄全义 《测量机器人在变形监测中的应用研究》武汉大学测绘学院 武汉 430079
[3]周敬 《大型建筑施工期变形实测与分析》重庆大学2013.10
[4]张衡 《机器人测量关键技术研究》 兰州理工大学 2013.04.22