路灯灯杆安装质量检测系统的设计

摘要：本文对国内外路灯灯杆安装质量测试的方法进行了深入调研的基础上提出了以全站仪为技术平台的路灯灯杆安装质量检测系统设计方案。主要工作在于尝试并设计了多种标定装置，借助于VB软件编写了一套专门的测试软件，并利用全站仪三维坐标法[1~3]进行建模，对标定环境中关键影响因素进行了定量研究，同时还对一些硬件部分做了必要的改进，并在多条路段进行实测，使该系统具有良好的路灯灯杆安装质量现场验收检测功能。

关键词： 路灯灯杆安装 质量检测 全站仪 三维坐标法 相位激光测距 光栅增量

1 引 言

路灯灯杆安装质量检测系统主要是对灯杆垂直偏移，灯臂仰角，灯具安装高度等主要质量指标进行现场检测和数据分析,以便及时校正路灯安装过程中的误差并对路灯的安装质量进行现场检测。因此，路灯灯杆安装质量在施工中有着极其重要的地位。

本系统将全站仪、平板电脑等硬件有机的结合在一起，利用VB编写的配套软件直接驱动硬件来完成灯杆安装质量的测量,操作简单、便捷，数据精确，稳定性好。本系统具有一定的创新性，能有效地提高我国城市道路照明施工质量验收的科学性和精确度、可信度，提高城市道路照明施工质量验收的工作效率，降低施工质量验收的劳动强度，提高公路出行水平和交通服务水平，也将填补国内城市道路照明施工质量验收设备的空白，具有良好的社会、经济效益。

2 设计指标与设计思想

2.1 设计指标

（1）角度测量

精度   3′

（2）距离测量

测程   1.7m～100m

精度  ±5mm

（3）使用环境

工作环境温度 －20°～＋45℃

2.2 设计思想

系统采用全站仪作为具有取特征点功能的主机，并将平板电脑、gps模块和无线收发模块与之有机地结合在一起，并对全站仪主机部分硬件做了必要的改进，实现了主机与其他模块时间的连接，同时还利用VB软件编写好配套的系统软件，实现软件直接驱动硬件，即将全站仪对准测试点后，只需点击鼠标就可完成测量和分析工作，简化了操作程序。对于数据的保存也可直接保存在电脑中，克服了以往在全站仪中存储数据时出现的操作复杂、存储容量小等问题。本系统还可实时记录和处理数据，且利用软件带有的强大的数据库功能，来实现历史数据的调用和查看，还可以将所测数据和分析所得数据通过无线模块发送到接受机上，方便远程管理。

3路灯灯杆安装质量检测系统硬件的设计

路灯灯杆安装质量检测系统由全站仪、三脚架、平板电脑、GPS和无线模块组成，将GPS和无线模块安装在平板电脑上，并将这些整合成一个整体，利用固定装置固定在三脚架上，然后利用数据线将平板电脑与固定在三角架上的全站仪连接起来，实现测量数据的传输。系统框图如图1所示。

数据传送模块采用两无线收发模块制作而成，一个安装在平板电脑上，另一个则安装在接收机上，在接收机上安装好配套的接收软件，这样可以实现所测数据的远距离传输。

GPS数据采集模块是将GPS安装在平板电脑上，通过GPS测量出灯杆的经纬度，所测数据则可以通过平板电脑显示出来，方便对所测灯杆的定位。为防止GPS信号的干扰，此处还安装一个开关，在不需要测量GPS数据时可关闭GPS模块。

全站仪置零时需用到置零辅助装置，它是利用加工过的尼龙棍和指南针制作而成，指南针固定在尼龙棍顶端，校准时先在一个空旷的场地上将置零辅助装置安装在调平好的全站仪主机把手上，将主机镜头转到正北方向，使镜头方向与指针在一直线上，此时固定好主机，防止主机转动，此时在置零辅助装置上标记好，以便下次置零时能够快速找到正北方向。

4 路灯灯杆安装质量检测系统软件的设计

由于用ＶＢ[4]编写的软件可视性比较好，界面比较好，该系统采用ＶＢ来编写配套的驱动软件来控制全站仪主机取点，并在软件内部进行数据分析。

具体建模如下：

测量主机测出被测目标点C的斜距（S），垂直角(β)，坐标方位角（α），可通过下列公式算出目标点的空间三维坐标。

由下式可先计算平距（D）：

　　(1)

因而可算出C点三维坐标为：

　　(2)

其中，（XYZ）为主机所在位置的三维坐标。在灯杆上选取任意两点可根据式（2）计算出三维坐标，则可求出空间任意两点的距离和给出空间直线方程，因而也可求出空间任意两条直线之间的夹角。因此只要取点适当就可以求出灯杆验收中所需的灯杆垂直偏移、灯臂仰角、灯臂中心线与灯具中心线夹角、灯具横向水平、灯具安装高度、灯臂中心线与道路纵向线夹角等主要质量指标。

5 软件界面

软件界面主要包括数据显示区和数据采集区，具体界面如图3所示

6 标定与实测

（1）研究距离测量精度

方法：将直尺竖直固定在墙上，在直尺上去两点，测量两点之间的距离与实际距离比较。

结论：距离测量的精度比较高，误差不大。

（2）研究光的强弱与测试精度的关系

方法：分别在阳光、弱光、强光和日光灯下进行测量，从而来判断光强对测量精度的影响。

结论：1. 背景光对测试精度不影响。

2. 重复测试精度不变（特指包括测试人员的改变）。

（3）研究不同角度所测绝对误差

方法：将量角器水平固定在墙上，测不同角度得到不同绝对误差。

结论：角度测量精度比较高，误差不大，个别角度测试绝对误差超过0.5°。

（4）研究对同一目标物在不同位置测量多精度的影响

方法：将量角器水平固定在墙上，在多个位置测不同角度。

结论：改变位置对精度影响不大。

7 结束语

本课题具有一定的创新性，采用相位法激光测距[5]~[8]和光栅增量式数字角度传感器[9]~[12]等现代化测量手段以及计算机数据采集、分析技术，实现了路灯安装质量验收检测工作的数字化和智能化。摒弃了传统全站仪复杂的测量步骤，利用软件来控制全站仪进行测量，可对数据经行实时记录和处理，且利用软件带有的强大数据库功能可实现历史数据的调用，为路灯灯杆安装质量检测提供了定量的数据分析，能有效地提高我国城市道路照明施工质量验收的科学性和精确度、可信度，提高城市道路照明施工质量验收的工作效率，降低施工质量验收的劳动强度，提高公路出行水平和交通服务水平，也将填补国内城市道路照明施工质量验收设备的空白，具有良好的社会、经济效益。

参考文献

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