本发明涉及沉井施工，具体为沉井施工定位自动测量装置及方法。
背景技术：
1、在市政工程施工过程中，沉井广泛应用于给排水泵站、水厂水池、桥墩、竖井等。由于沉井结构规模大、工区土层复杂、逐层拼接施工等原因，沉井在下沉施工过程中往往会产生倾斜、扭转、超沉等问题，严重影响工程质量以及周边建构筑物安全，因此，在沉井在施工过程中必须对沉井的位置和姿态进行监测，以保证沉井安全、准确、快速地下沉到设计位置。沉井的定位测量主要包括井体垂直度和下沉标高的测量。
2、垂直度测量主要是控制井体下沉姿态，防止出现倾斜和偏移，监测的方法较多，常见的有如下几种：
3、(1)经纬仪直接观测中线法：在井壁上标出纵横十字中线，将经纬仪架设在纵横中线控制桩上，直接观测中线。这种方法简单，成本低，应用最为广泛；
4、(2)利用水准仪测定井体角点或中线端点高程，推算出倾斜角度；
5、(3)垂线球法：在井壁内标注出中心线，将垂球挂在中心线位置，利用钢尺测量垂球偏移量，从而计算其倾斜度。
6、下沉标高的测量主要是控制井体下沉量。一般采用水准仪进行测量，基准点经常埋设在井体下沉深度3倍范围外，不受施工影响的稳定区域，并在井体上设置监测点。
7、上述常规测量手段方法相对简单，成本低廉，主要由人工根据工程进度进行实时测量，一般用于规模不大的中小型沉井定位测量。针对施工环境复杂、施工精度要求较高、以及有预留孔洞定位的特殊沉井工程，常规手段难以满足现代高效施工需求，并且存在工作量大、信息少、自动化程度低、多部门信息共享困难的问题，难以适应主管部门、施工部门、监理部门三方共同协作相互监督的施工机制。
8、为解决上述缺陷，市面有改进技术提出一种沉井定位自动测量装置，涉及市政沉井施工测量领域。该改进技术包括：两台全站仪，分别安装在两个已知工程坐标的观测墩上；一个倾斜仪，安装在沉井的侧壁上，用于测定沉井下沉行进过程中的姿态角度；三个目标棱镜，分布在沉井顶部，并事先测量出其在沉井坐标系中的相对位置；一个便携式计算机以及用于数据传输的无线通信模块。计算机作为控制中心，利用无线通信模块向全站仪和倾斜仪发送指令并自动采集数据，然后根据空间坐标转换模型，求得沉井坐标系和工程坐标系之间的转换参数，从而推算出沉井中心以及预留孔洞中心的平面位置与高程，通过和设计下沉位置与沉降量的比较，实时指导沉井施工下沉。
9、然而，上述改进技术，需要预先建造出两组观测墩，还要测定观测墩的中心坐标，且要保证两个观测墩应埋设在距离施工现场三倍沉降高度以外的区域，同时在沉井下沉期间需要保证观测墩不会产生位移和沉降。但实际较多施工现场就是因为场地不足，才实施的沉井施工，不一定有符合要求的范围制作观测墩，且观测墩制作工期增加了沉井施工的总时间。为解决上述问题，有必要开发沉井施工定位自动测量装置及方法。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了沉井施工定位自动测量装置及方法，解决了常规手段难以满足沉井施工需求，并且存在工作量大、信息少、自动化程度低、多部门信息共享困难的缺点，难以适应主管部门、施工部门、监理部门三方共同协作相互监督的施工机制的问题，同时解决了改进技术中施工场地要求高的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：沉井施工定位自动测量装置，包括地基、基坑、计算机、直线位移传感器、沉井本体以及四组无人机，所述基坑设置在地基中，所述基坑外围设置有四组供电箱，四组所述供电箱与四组无人机之间分别通过一组电缆电连接，所述无人机下壁从上到下依次固定连接有第一设备盒、第二设备盒，所述第一设备盒中设置有用于确认无人机当前高度及经纬度的坐标确认结构，所述基坑内侧下壁设置有承垫木，所述沉井本体设置在承垫木上壁，所述沉井本体通过分节制作完成且沉井本体上表面与水平面平行，所述沉井本体上沿口设置有四组固定座，四组所述固定座均以沉井本体上表面中心为圆心呈圆周等分分布，所述固定座上壁固定连接有电池仓，所述电池仓上端固定连接有外套管，所述外套管远离电池仓的一端内侧壁滑动连接有内套管，所述直线位移传感器设置在外套管外壁且直线位移传感器检测部分与内套管外壁固定连接，所述内套管与外套管之间设置有用于驱动内套管升降的升降驱动结构，所述内套管远离外套管的一端通过调节结构转动连接有靶盘，所述靶盘上表面且居中位置设置有凹槽，所述靶盘上表面且位于凹槽外围设置有用于方便无人机锁定靶盘位置的标记结构，所述凹槽内侧下壁与第二设备盒下壁之间设置有用于检测无人机与靶盘之间高度差的激光测距结构，所述第二设备盒下壁且靠近圆周外壁位置设置有四组用于识别标记结构的视觉传感器，四组所述视觉传感器均以第二设备盒下表面中心为圆心呈圆周等分分布。
5、优选的，所述坐标确认结构为gnss模块，所述gnss模块设置在第一设备盒内部，所述gnss模块为rtk高精度定位模块。
6、优选的，所述电池仓内侧壁固定连接有隔板，所述电池仓内部通过隔板分隔呈上下两个腔室，所述下腔室内部固定连接有第一电池组，所述上腔室内部固定连接有通信模块以及控制模块。
7、优选的，所述升降驱动结构包括电动伸缩杆、挡板，所述挡板固定连接在内套管内侧壁且位于上下方向居中位置，所述电动伸缩杆固定连接在外套管内侧下壁，所述电动伸缩杆伸出轴端部与挡板固定连接，所述内套管通过电动伸缩杆伸出轴伸出及缩回带动上升及下降。
8、优选的，所述调节结构包括第一关节、第二关节，所述第一关节、第二关节分别设置在内套管、靶盘相对一侧之间，所述第一关节为碗关节，所述第二关节为球关节，所述第一关节远离内套管的一端与第二关节远离靶盘的一端转动连接，所述第一关节、第二关节连接处通过锁紧螺丝锁紧。
9、优选的，所述标记结构包括四组校准图案，四组所述校准图案分别设置在四组靶盘上壁且均位于凹槽外围，四组所述校准图案图形内容均不相同。
10、优选的，所述激光测距结构包括反射面、激光测高仪，所述激光测高仪固定连接在第二设备盒下壁且位于第二设备盒下表面居中位置，所述反射面设置在凹槽内侧下壁。
11、优选的，所述靶盘上表面且靠近外缘处设置有用于检测靶盘上表面水平状态的气泡水平仪。
12、优选的，所述供电箱内部设置有用于向无人机供电的第二电池组。
13、根据上述的沉井施工定位自动测量装置的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：
14、s1、在地基上开挖基坑，并搭建工作台，在基坑下壁设置普设承垫木，在承垫木上分节制作沉井本体，确保沉井本体上表面与沉井本体外壁垂直且沉井本体上表面与水平面平行；
15、s2、安装靶盘，在沉井本体上表面安装四组装有靶盘的固定座，保持四组固定座以沉井本体上表面中心为圆心做圆周等分分布；
16、s3、调平靶盘，松开锁紧螺丝，通过气泡水平仪观察及确认靶盘上表面的水平状态，调整到水平位置后拧紧锁紧螺丝，将第一关节、第二关节锁紧，使得靶盘停留在水平状态，初始状态下，四组电动伸缩杆伸出轴均位于收缩状态；
17、s4、无人机放飞，通过计算机与无人机信号连接，将四组靶盘上的校准图案分别输入四组无人机，设定完成后将四组无人机分别从沉井本体前后左右四侧放飞升空，升空后通过每组无人机下壁的视觉传感器寻找对应的校准图案，寻找完成后无人机锁定校准图案使得无人机悬停在对应靶盘正上方，供电箱中第二电池组通过电缆持续向无人机供电；
18、s5、测量准备，无人机位置锁定后，通过gnss模块获取卫星信号和基站差分信息，精确测定无人机所在位置的经度、纬度以及高程等信息，通过计算机控制四组无人机悬停高度保持一致，悬停高度设置完成后，通过每组无人机下方的激光测高仪发射端向对应的反射面发出脉冲光束，并通过激光测高仪接收端接收反射面返回的脉冲光束，根据反射时间计算得到无人机与靶盘之间的高度差，通过四组电动伸缩杆伸出轴伸出动作，带动对应靶盘调整高度，配合直线位移传感器控制调整范围，使得四组靶盘与各自对应的无人机之间高度差完全一致；
19、s6、开始测量，测量准备完成后，实施沉井本体下沉作业，下沉过程中，实时通过四组激光测高仪测量沉井本体上四组靶盘的高度，并将测量数据实时传送到计算机，根据四组激光测高仪采集的高度信息，由计算机计算出沉井本体下沉过程中瞬时的位置偏差、倾斜偏差以及沉降量，根据计算结果指导沉井本体下沉时施工方案的调整，确保沉井中心以及预留洞口下沉到预定位置。
20、(三)有益效果
21、本发明提供了沉井施工定位自动测量装置及方法。具备以下有益效果：
22、1、相比现有技术，该沉井施工定位自动测量装置及方法，通过四组无人机悬停在沉井本体上方，由gnss模块获取卫星定位信息，精确测得无人机所在位置的经度、纬度以及高程等信息，再通过激光测高仪测量沉井上壁水平高度，下沉过程中，实时通过四组激光测高仪测量沉井本体上四组靶盘的高度，并将测量数据实时传送到计算机，根据四组激光测高仪采集的高度信息，由计算机计算出沉井本体下沉过程中瞬时的位置偏差、倾斜偏差以及沉降量，根据计算结果指导沉井本体下沉时施工方案的调整，确保沉井中心以及预留洞口下沉到预定位置，另外，计算机还可以借助互联网将沉井沉降量变化曲线以及中心位移变化曲线以图表的形式实时传送到信息共享平台，让项目所有参与方更加直观、动态地了解沉井施工过程，解决了以往技术难以适应主管部门、施工部门、监理部门三方共同协作相互监督的施工机制的问题。
23、2、相比现有技术，该沉井施工定位自动测量装置及方法，使用无人机悬停在沉井本体上方测量的方式，仅占用沉井上空范围，大大减少了对地基范围的需求，更加符合沉井施工的初衷。
24、3、相比现有技术，该沉井施工定位自动测量装置及方法，通过供电箱及缆线为无人机持续供电，可以使得无人机获得更长的续航时间，确保沉井施工工作顺利进行。
25、4、相比现有技术，该沉井施工定位自动测量装置及方法，作为测量基准的靶盘，可在施工完成后拆除，供后续新的沉井施工现场重复利用，大大减少了自动测量时工具的准备工作，提升了工作效率。
1.沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：包括地基(1)、基坑(2)、计算机(13)、直线位移传感器、沉井本体(3)以及四组无人机(16)，所述基坑(2)设置在地基(1)表面，所述地基(1)表面且位于基坑(2)外围设置有四组供电箱(14)，四组所述供电箱(14)与四组无人机(16)之间分别通过一组电缆(15)电连接，所述无人机(16)下壁从上到下依次固定连接有第一设备盒(26)、第二设备盒(27)，所述第一设备盒(26)中设置有用于确认无人机(16)当前高度及经纬度的坐标确认结构，所述基坑(2)内侧下壁设置有承垫木，所述沉井本体(3)设置在承垫木上壁，所述沉井本体(3)通过分节制作完成且沉井本体(3)上表面与水平面平行，所述沉井本体(3)上沿口设置有四组固定座(4)，四组所述固定座(4)均以沉井本体(3)上表面中心为圆心呈圆周等分分布，所述固定座(4)上壁固定连接有电池仓(5)，所述电池仓(5)上端固定连接有外套管(6)，所述外套管(6)远离电池仓(5)的一端内侧壁滑动连接有内套管(7)，所述直线位移传感器设置在外套管(6)外壁且直线位移传感器检测部分与内套管(7)外壁固定连接，所述内套管(7)与外套管(6)之间设置有用于驱动内套管(7)升降的升降驱动结构，所述内套管(7)远离外套管(6)的一端通过调节结构转动连接有靶盘(8)，所述靶盘(8)上表面且居中位置设置有凹槽(9)，所述靶盘(8)上表面且位于凹槽(9)外围设置有用于方便无人机(16)锁定靶盘(8)位置的标记结构，所述凹槽(9)内侧下壁与第二设备盒(27)下壁之间设置有用于检测无人机(16)与靶盘(8)之间高度差的激光测距结构，所述第二设备盒(27)下壁且靠近圆周外壁位置设置有四组用于识别标记结构的视觉传感器(29)，四组所述视觉传感器(29)均以第二设备盒(27)下表面中心为圆心呈圆周等分分布。
2.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述坐标确认结构为gnss模块(30)，所述gnss模块(30)设置在第一设备盒(26)内部，所述gnss模块(30)为rtk高精度模块。
3.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述电池仓(5)内侧壁固定连接有隔板(17)，所述电池仓(5)内部通过隔板(17)分隔呈上下两个腔室，所述下腔室内部固定连接有第一电池组(18)，所述上腔室内部固定连接有通信模块(19)以及控制模块(20)。
4.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述升降驱动结构包括电动伸缩杆(22)、挡板(21)，所述挡板(21)固定连接在内套管(7)内侧壁且位于上下方向居中位置，所述电动伸缩杆(22)固定连接在外套管(6)内侧下壁，所述电动伸缩杆(22)伸出轴端部与挡板(21)固定连接，所述内套管(7)通过电动伸缩杆(22)伸出轴伸出及缩回带动上升及下降。
5.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述调节结构包括第一关节(23)、第二关节(24)，所述第一关节(23)、第二关节(24)分别设置在内套管(7)、靶盘(8)相对一侧之间，所述第一关节(23)为碗关节，所述第二关节(24)为球关节，所述第一关节(23)远离内套管(7)的一端与第二关节(24)远离靶盘(8)的一端转动连接，所述第一关节(23)、第二关节(24)连接处通过锁紧螺丝(25)锁紧。
6.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述标记结构包括四组校准图案(11)，四组所述校准图案(11)分别设置在四组靶盘(8)上壁且均位于凹槽(9)外围，四组所述校准图案(11)图形内容均不相同。
7.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述激光测距结构包括反射面(10)、激光测高仪(28)，所述激光测高仪(28)固定连接在第二设备盒(27)下壁且位于第二设备盒(27)下表面居中位置，所述反射面(10)设置在凹槽(9)内侧下壁。
8.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述靶盘(8)上表面且靠近外缘处设置有用于检测靶盘(8)上表面水平状态的气泡水平仪(12)。
9.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置，其特征在于：所述供电箱(14)内部设置有用于向无人机(16)供电的第二电池组(31)。
10.根据权利要求1所述的沉井施工定位自动测量装置的测量方法，其特征在于：所述测量方法包括如下步骤：
