大尺寸高精度三维控制网技术探讨

空间大尺寸机构的位置和姿态测量是诸多领域中不可或缺的必要环节。而传统的一维测量技术在精度、范围和速度上已经无法满足越来越高的需求,因此必须探索新的测量技术和方法。激光跟踪仪的单站坐标测量精度在局部范围内能够达到几十个微米量级,如果要在大尺度空间内同样实现该坐标测量精度,则需要建立全局的精密三维控制网。为了解算控制点全局坐标以及测站的位置和姿态参数,文中基于边角观测值和坐标转换模型建立了激光跟踪仪三维边角网整体平差模型。平差过程中,为了削弱激光跟踪仪测角误差的影响,建立了合理的角度和距离观测值权矩阵,为高精度距离观测值赋予较大的权值,从而对其进行约束。将该方法应用于宝钢不锈钢冷轧厂生产线的安装检测和轧辊轴线平行度测量,基于激光跟踪仪自由设站理论实现大尺寸精密三维控制网的建立,取得了良好效果。     

CiADS准直控制网设计

三维控制网作为加速器准直基准,设计不当会对加速器的准直安装带来系统性偏差。为保证加速器准直控制网的精度和可靠性,研究了基准坐标系的原点选取和三轴指向建立原则,进行了三维控制网基准、网形、权和加密设计,确立了激光跟踪仪设站间距和控制网点位纵向间距。结合"控制网的质量标准",模拟计算了控制网的精度和可靠性。结果表明,采用基准、网形、权和改进设计后,控制网整体精度在360m内可以达到0.1mm,可靠性指标在双边设站情况下为0.6。该方法科学合理,满足中国加速器驱动系统(CiADS)实验装置要求,为未来CiADS建设安装提供了借鉴。     

大尺寸激光跟踪仪三维控制网平面精度研究

在简单介绍激光跟踪仪三维控制网测量原理的基础上,结合北京正负电子对撞机的实际测量数据,研究了大尺寸条件下激光跟踪仪三维控制网的平面测量精度,指出基于激光跟踪仪的三维控制网可取得优于0.1mm的相对精度。在直线形控制网中,由于高精度的跟踪仪测距发挥主要作用,所以点位绝对精度约为0.3mm(1s);而在环形控制网中,跟踪仪的测角对测量精度影响显著,点位绝对精度约为0.5mm(1s)。     

激光干涉测量三维点坐标的PDOP模型研究和应用

激光跟踪仪的激光干涉测距精度可以达到0.5μm/m,利用激光干涉精密距离测量值可以建立高精度的三维控制网,点位误差受到测站点和定向点的空间几何分布影响。建立三维位置几何精度衰减因子模型,可以计算空间点的三维坐标测量精度随着空间位置的变化,估算激光干涉三维测距网的先验精度信息,避免不利测量位置,提高空间点测量精度。本文基于激光干涉三维测距网PDOP值计算模型,仿真计算了PDOP值的空间分布等值线模型,分析了体积值与PDOP值和点位误差的关系,并对实际算例进行了解算。     

激光跟踪仪坐标测量精度分析

激光跟踪仪是目前精度最高的移动式坐标测量系统,其实际测量精度是否符合标称精度,直接决定了测量精度能否满足需求精度,因此对仪器坐标测量精度的分析显得十分重要。坐标转换模型是反应多站测量坐标精度的理论基础,不同模型在反应仪器精度的准确性、精确性、稳定性和计算速度等方面有较大差别。本文对常用的坐标转换模型进行了对比分析,得出结论是四元数模型具有算法严谨、抗奇异性、表达简洁、运算快速和易于实现等优点,适用于计算坐标转换精度。本文以Leica AT901_b激光跟踪仪为例,进行坐标测量精度分析。多次设站获取同一组目标点数据,每测站与目标点保持良好网形结构,数据处理时首先排除粗差并检验可靠性,然后采用四元数模型计算坐标转换参数,并通过最小二乘平差算法解算参数精度及坐标测量精度。另外,为了反应激光跟踪仪的坐标测量精度与目标点距离的关系,本文以Leica AT901_b为例进行实验,在测程内由远及近多次设站获取数据,计算坐标测量内符合精度并给出了目标点距离与坐标精度的关系曲线。     

激光跟踪仪结合全站仪的三维控制网测量及其精度分析

激光跟踪仪测角精度较低,不适宜单独实施三维控制网测量。针对这种现状,本文从理论上分析了激光跟踪仪结合全站仪进行三维控制网测量的合理性,并在上海软X射线FEL装置安装三维控制网测量中对这一方法进行验证。实验结果表明,本文采用的方法具有较高的精度和效率,控制网总体网点误差0.03mm,平均网点误差0.02mm,X、Z轴中误差均0.09mm,满足上海软X射线FEL装置精密安装要求。同时,该法弥补了激光跟踪仪测角精度不高的缺陷,因此不失为一种提高三维控制网精度的有效方法,也为类似控制测量的施展提供了一个新的技术视点。     

基于Matlab的测量控制网精度估算及实现算法

根据测量平差间接平差方法,对测量控制网的精度估算原理、控制网观测方程的建立、观测值权的确定方法展开了讨论。结合徐州市云龙湖风景名胜区1∶5 000测图控制网建设的具体工程实例,给出了GPS平面控制网和水准网的布设方法和基于Matlab的控制网精度估算的实现算法,为控制网网型的优化设计提供了可能。     

粒子加速器隧道准直测量中激光跟踪仪光束法平差的误差分析和应用研究

粒子加速器隧道准直测量往往沿直线或环形布设控制网,利用激光跟踪仪进行测站搭接测量时,误差会沿测站前进方向不断积累。为了提高现有跟踪仪控制网测量精度,首先推导了激光跟踪仪光束法测量的误差传递路径公式,分析了未知控制点的误差来源;然后根据激光跟踪仪光束法平差原理得到4种不同方案,即无固定站心参数、固定站心姿态、固定站心位置和固定站心位姿,通过光束法平差解算并对比分析各方案。实验结果显示,4种方案解算点的绝对位置精度从高到低依次为固定站心位姿、固定站心位置、固定站心姿态和无固定站心参数。首尾闭合解算的平面位置均方根误差为0.147 mm,小于未闭合解算的0.163 mm,且在15 m×10 m×3 m的测量范围内,无固定方案平差解算的姿态和平面位置均方根误差分别为3.58 s和0.144 mm。实验结果表明,测站闭合能增强约束,固定站心位姿能有效抑制光束法测量的误差积累,从而提高整网平差解算精度。固定站心位置结果优于固定站心姿态,说明站心位置是影响激光跟踪仪平面光束法平差的重要参数。该研究可为今后高精度激光跟踪仪光束法平差方案设计提供参考。     

基于GPS/全站仪的村镇土地外业执法系统的研究与实现

针对我国村镇土地外业执法测量的高精度需求以及现有手段的不足,设计了基于GPS/全站仪的执法测量的业务流程;在PDA环境下建立了该系统,实现了GPS RTK高精度定位以及全站仪信号的读取和解析;并且针对GPS信号遮挡和全站仪控制网布设困难等问题,研究并实现了一种基于公共点自由设站的全站仪坐标转换方法,从而提高村镇土地执法工作的效率和精度。     

激光跟踪仪的现场测量精度评定

根据激光跟踪测量系统的特点,用一种评定激光跟踪仪现场测量误差的方法,即布设一个小型实验控制网,从各个测站对所有的固定目标点分别进行测量,对所测的数据进行光束法平差,然后对平差之后水平角、垂直角、斜距的残差进行统计计算,得出跟踪仪在现场的测量精度,这种方法把现场的测量环境,仪器的自身性能,操作人员的水平等因素包括在内。