本发明涉及工程测量技术领域，特别是涉及一种全站仪的自动化变形监测装置及监测方法。
背景技术：
全站仪自动化变形监测广泛应用于铁路、城市轨道交通、滑坡、大坝等形变监测项目中。目前全站仪自动化变形监测采用的方法通常为Windows系统的工业控制计算机(以下简称“工控机”)，通过线缆将全站仪、电源、工控机进行连接，来实现工控机控制全站仪进行自动化变形监测。该方式存在如下不足：1、不能远程配置变形监测的相关参数；2、工控机死机情况下，系统全面瘫痪；3、全站仪死机的情况下，系统全面瘫痪；4、耗电量大，在蓄电池供电的情况下，需要频繁更换蓄电池；5、监测数据存储在工控机中，不能实现数据自动远程传输；6、不具备远程视频功能，在监测现场有突发情况时，无法通过视频第一时间了解现场。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种能远程配置变形监测的相关参数、在死机情况下能够自动重起的全站仪自动化变形监测装置。
本发明的另一目的是提供一种能实现数据自动远程传输并具备远程视频功能的全站仪自动化变形监测方法。
为此，本发明的技术方案如下：
一种全站仪的自动化变形监测装置，包括壳体以及封装在该壳体内的嵌入式linux主板、无线数据传输模块、Wifi接收模块、继电器模块和第1电源降压模块，在所述壳体上设置有电源输入口、第1和第2天线接口、以太网接口以及全站仪接口；在所述嵌入式linux主板上设置有主板电源输入口、第1串口、USB接口、3G模块接口、主板以太网接口和电平信号引脚；所述第1电源降压模块分别连接所述电源输入口和主板电源输入口；所述Wifi接收模块分别连接所述第1天线接口和USB接口；所述无线数据传输模块分别连接所述第2天线接口和3G模块接口；所述以太网接口与所述主板以太网接口连接；所述第1串口和所述全站仪接口连接；所述继电器模块分别与所述电平信号引脚、全站仪接口和电源输入口连接。
优选的是，在所述壳体内还设置有第2电源降压模块，在所述嵌入式linux主板上设置有第2串口，在所述壳体上设置有电子气象计接口，所述第2电源降压模块分别连接所述电源输入口和所述电子气象计接口；所述电子气象计接口与所述第2串口和电子气象计分别连接。
优选的是，在所述壳体上还设置有视频摄像头接线口，在所述嵌入式linux主板上设置有视频信号输入口，所述视频摄像头接口与所述视频信号输入口和视频摄像头分别连接。
一种全站仪的自动化变形监测方法，包括以下步骤：
S1)参数配置：登录CGI动态网页，进行全站仪、监测点、测量点组、测量周期和电子气象计的配置，
所述全站仪的配置包括：设置全站仪类型、通信串口、通信波特率和设站点坐标；
所述监测点的配置包括：设置监测点名称、监测点的观测方式、监测点的概略坐标；
所述测量点的组配置包括：设置将哪些监测点归为一组，并设置监测点的观测顺序以及搜索范围；
所述测量周期的配置包括：设置在规定的时间范围内观测某一测量点组的监测点的时间间隔；
所述气象计的配置包括：设置气象计的通信串口和通信波特率；
S2)读取所述测量周期的配置信息，然后按设定的时间间隔连续探测是否到达某一测量点组的观测时间；
S3)当到达某一测量点组的观测时间时，
读取全站仪的配置信息，通过第1串口和全站仪进行通信，对全站仪进行初始化；
读取测量点组的配置信息，读取测量点组的监测点成员；
读取气象计配置信息，通过第2串口和电子气象计进行通信，读取电子气象计的温度、气压和相对湿度；
S4)根据测量点组的监测点成员的观测顺序逐个对监测点进行观测，包括以下步骤：
1)通过全站仪的设站点坐标及监测点的概略坐标计算水平角和垂直角；
2)将所述水平角和垂直角值通过第1串口赋予全站仪，全站仪的水平视准轴和垂直视准轴旋转至指定的位置；
3)通过第1串口向全站仪发送精确照准棱镜的指令，全站仪在设定的搜索范围内搜索棱镜并进行精确照准；
4)通过第1串口向全站仪发送测量距离的指令，全站仪进行距离测量；
5)通过第1串口向全站仪发送获取测量结果的指令，全站仪收到指令后向第1串口以字符串形式发送测量结果，自动化监测程序从串口读取并存储测量结果；
6)进行下一监测点测量，重复步骤1)至5)，直至所有监测点成员测量完毕后，执行步骤S5；
S5)将测量数据通过因特网发往远程服务器，如果采用省电模式观测，通过第1串口向全站仪发送关机指令，关闭全站仪；
S6)当自动化监测程序，通过第1串口连续3次向全站仪发送指令，全站仪均无回应，则自动化监测程序判定全站仪死机，则给继电器高电平切断全站仪电源，1秒后，给继电器低电平接通全站仪电源，0.5秒后，通过串口向全站仪发送指令开机。
在上述的步骤5)中，所述测量结果包括水平角、垂直角和距离。
本发明的全站仪的自动化变形监测装置可以控制全站仪进行自动化变形监测；采集气象值(气温、气压、相对湿度)用于改正全站仪监测数据；可远程配置变形监测参数(例如：测量周期、编辑测点信息等)；主机(嵌入式linux主板)死机的情况下可自动重新启动；全站仪死机的情况下，可自动重新启动全站仪；可使用省电模式进行监测；监测数据可实时自动发往远程服务器；可通过视频远程实时查看现场情况。
附图说明
图1是本发明的全站仪的自动化变形监测装置组成框图。
具体实施方式
本发明的全站仪的自动化变形监测装置包括：嵌入式linux主板1个、3G无线数据传输模块1个、Wifi接收模块1个、继电器模块1个、电源降压模块2个。
本发明中使用的嵌入式linux主板的包括以下配置：CPU为ARM系列；具有3G模块接口、USB接口、模拟视频信号输入口，且具有视频信号模数转换芯片；具有至少有2个串口、以太网接线口，内存128M及以上，存储空间为512M及以上，有能切换高低电平的引脚，有手机SIM卡座和看门狗芯片。
在本发明中，能与linux主板相匹配的3G无线数据传输模块均可适用本发明。USB接口的Wifi接收模块均可适用本发明。高电平激发电压与嵌入式linux主板引脚高电平电压相等的继电器均可适用本发明。能将12V～24V电压降压至5V的电源降压模块均可适用本发明(图1中的电压降压模块1)。能将12V～24V电压降压至12V的电源降压模块均可适用本发明(图1中的电压降压模块2)。
下面结合附图对本发明的全站仪的自动化变形监测装置的组成及其监测方法进行详细说明。
如图1所示，本发明的全站仪的自动化变形监测装置包括：壳体以及封装在该壳体内的嵌入式linux主板、无线数据传输模块、Wifi接收模块、继电器模块和第1电源降压模块。壳体可以采用铝合金，在所述壳体上设置有电源输入口、第1和第2天线接口、以太网接口以及全站仪接口；在所述嵌入式linux主板上设置有主板电源输入口、第1串口、USB接口、3G模块接口、主板以太网接口和电平信号引脚；所述第1电源降压模块分别连接所述电源输入口和主板电源输入口；所述Wifi接收模块分别连接所述第1天线接口和USB接口；所述无线数据传输模块分别连接所述第2天线接口和3G模块接口；所述以太网接口与所述主板以太网接口连接；所述第1串口和所述全站仪接口连接；所述继电器模块分别与所述电平信号引脚、全站仪接口和电源输入口连接。
另外，在所述壳体内还设置有第2电源降压模块，在所述嵌入式linux主板上设置有第2串口，在所述壳体上设置有电子气象计接口，所述第2电源降压模块分别连接所述电源输入口和所述电子气象计接口；所述电子气象计接口与所述第2串口和电子气象计分别连接。
在所述壳体上还设置有视频摄像头接线口，在所述嵌入式linux主板上设置有视频信号输入口，所述视频摄像头接口与所述视频信号输入口和视频摄像头分别连接。
在嵌入式Linux主板中安装有如下软件(以下软件运行环境均为arm linux 2.6.38或更高版本)：
1、系统自带的软件：boa webserver、3G拨号软件、Wifi拨号软件。boa webserver软件用来提供Web服务，供用户远程访问本设备上的网页。3G拨号软件用来通过手机网将本设备接入因特网。Wifi拨号软件用来通过Wifi将本设备接入因特网。
2、免费开源软件：mjpg-streamer、ssh。mjpg-streamer软件用来采集视频数据，然后通过网页以数据流的形式将视频传给远程客户端。由于本设备没有公网IP，不能远程通过公网IP直接访问，利用ssh软件在本设备和服务器间建立数据通道，实现服务器和本设备间的数据交互。
3、参数配置软件、数据自动采集软件。参数配置软件采用CGI动态网页开发，部署在boa webserver的虚拟目录下，可通过网页远程登录设备进行如下操作：①创建项目；②配置全站仪串口通信参数、设站参数；③编辑监测点信息；④编辑测量点组；⑤编辑测量周期；⑥查看监测数据与监测消息；⑦配置电子气象计串口通信参数。
数据自动采集软件主要实现如下功能：①探测设备是否已接入因特网，如果没有接入因特网，则启动3G拨号软件或者Wifi拨号软件进行拨号上网；②读取当前项目信息、全站仪串口通信参数、全站仪设站参数、监测点信息、测量点组、测量周期、电子气象计串口通信参数；③根据设定的测量周期，自动定时启动测量任务；④根据测量点组逐个提取监测点，根据监测点信息计算监测点的位置，根据全站仪串口通信参数向串口发送指令控制全站仪旋转至目标点位置进行测距、测角；⑤根据全站仪串口通信参数向串口发送指令控制全站仪开机、关机；⑥根据电子气象计串口通信参数向串口发送指令读取电子气象计的气温、气压、湿度；⑦测量任务完成，调用服务器的WebService函数，将监测成果发送给服务器；⑧定时(5秒一次)访问Linux主板中的看门狗芯片；⑧控制继电器断开、接通全站仪电源；⑨调用SSH软件在本设备和服务器间建立数据通道，实现服务器和本设备间的数据交互。
通过上述数据自动采集软件可以探测该设备是否已接入因特网，如果没有接入因特网，则启动3G拨号软件或者Wifi拨号软件进行拨号上网。
通过上述数据自动采集软件，可以根据设置的测量周期(例如间隔2小时启动一次测量任务)来判断是否到达开始测量任务的时间，如果到达开始测量任务时间，则通过图1中的串口1向全站仪发送测量指令，全站仪接收到指令后执行相应的动作(例如：旋转、测距、测角等)，并且将执行的结果以字符串的形式通过串口返回，所述数据自动采集软件通过解析返回的字符串得到测量结果。
在测量任务开始前，所述数据自动采集软件通过第2串口向电子气象计发送指令，电子气象计接收到指令后以字符串的形式返回气象值，S3中的数据自动采集软件解析返回的字符串得到气温、气压以及相对湿度，然后对全站仪测量数据进行改正。
所述的参数配置软件为CGI动态网页，部署在boa webserver的虚拟目录下，所述数据自动采集软件通过调用SSH软件在本设备和服务器间建立数据通道，客户机登录服务器，形成“客户机->服务器<-嵌入式linux主板”的数据通道，客户端远程打开S3中的参数配置软件中的网页实现变形监测参数的配置。
所述数据自动采集软件可以对嵌入式linux主板上的看门狗芯片5秒访问一次，当看门狗芯片在15秒内没有被访问，则看门狗芯片发起脉冲让嵌入式linux主板重新启动，这样可实现嵌入式linux主板死机后自动重新启动(嵌入式linux主板死机后S3中的数据自动采集软件不再运行)。
所述数据自动采集软件可以通过串口向全站仪发送指令，如果连续3次发送的指令，全站仪均没有回应，则判定全站仪死机，则给继电器高电平切断全站仪电源，1秒后，给继电器低电平接通全站仪电源，0.5秒后，通过串口向全站仪发送指令开机。
在测量任务开始前，数据自动采集软件通过第1串口向全站仪发送开机指令，开启全站仪进行测量，在任务结束后，通过第1串口向全站仪发送关机指令关闭全站仪，达到省电的效果。
在测量任务完成后，数据自动采集软件调用服务器的WebService函数，将监测成果发送给服务器。
数据自动采集软件还可以通过调用SSH软件在本设备和服务器间建立数据通道，客户机登录服务器，形成“客户机->服务器<-嵌入式linux主板”的数据通道，S3中的mjpg-streamer视频服务软件采集视频数据，然后以数据流的形式通过建立的数据通道传给客户机。