全站仪坐标测量精度检定分析

随着高精度仪器的不断发展,如激光跟踪仪、激光扫描仪的发展,仪器厂家给出的仪器参数指标也开始发生变化,由此导致当前我们亟需一个统一的参数类型。就测量精度而言,给出仪器坐标测量精度是一个趋势。普通全站仪给出的是测角精度、测距精度,坐标测量精度却无法给定。据此,提出了通过基准距离测量比对、外符合精度评定、内符合精度评定的方法去评定全站仪坐标测量精度的方式。     

由三维坐标值计算两点距离的精度分析及应用

本文推导了由三维坐标计算两点距离的精度估算公式,指出仪器和目标的相对位置会影响所求空间距离的精度,并通过全站仪和激光跟踪仪这两种不同精度的三维仪器对标准尺的测量结果进行了验证,最后给出了基于距离测量的“两点法”计算测距加常数的原理。在文献中尚无对这一问题的系统、深入讨论,希望本文能给精密工程测量工作者提供实际操作参考。     

基于残差改正模型的三维激光扫描点云坐标转换

通过多个已知点上的转换坐标值与已知坐标值之差(称为坐标转换残差)来建立残差改正模型,对测区内的点云数据施加残差改正,从而提高三维激光扫描点云数据的精度。同时,以Leica Scanstation C10型扫描仪为例,通过实验探讨了点云高程精度与扫描距离及倾角的关系,分析了该仪器扫描时配准标靶至仪器的合理距离,以促进维激光扫描技术在DEM建模中的应用。     

激光跟踪仪动态精度评定方法研究

激光跟踪仪采用激光干涉测距和动态度盘测角,单次测量时间为1/3000 s,可对空间运动目标进行跟踪并测量其空间三维坐标,具有测量速度快、测量精度高、测量范围广等优点。本文在对激光跟踪仪动态跟踪原理及检校方法进行理论分析的基础上,依据激光跟踪三维坐标测量系统校准规范,利用最小二乘原理对空间所形成的圆平面进行了拟合解算,采用统计分析的方法对激光跟踪仪的动态精度评定进行了比较深入的研究;以Leica AT901-B激光跟踪仪为例,借助球杆装置,对激光跟踪仪的动态性能进行了测试。     

Leica AT960激光跟踪仪测量精度分析

以Leica AT960激光跟踪仪为例,在分析其测量基本原理的基础上,结合国内外测量精度分析方法,对激光跟踪仪的测角精度、测距精度、激光相对于靶球入射角对精度的影响以及环境因素引入的测量误差分别进行了详细的实验分析,并对激光跟踪仪现场测量的点位坐标进行了测试。实验结果表明,激光跟踪仪的各项测量精度均符合其标称精度,其测量结果具有较高可靠性。     

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。     

基于激光跟踪仪的传感器坐标标定应用研究

传感器空间位置标定是测量系统集成与安装的关键技术之一。根据激光跟踪仪的特点与优势,探讨了激光跟踪仪应用于移动测量多传感器坐标转换关系标定的可行性与适用性;重点探索了基于激光跟踪仪的传感器标定测量与数据处理方法,并分析了标定误差及其影响因素。针对船载多波束单体标定需求,基于Leica AT930型激光跟踪仪和经纬仪工业测量系统展开对比分析和标定对比实验,从而证明了采用接触测量为手段的激光跟踪仪能满足部分传感器标定任务需求,能极大提升便捷性与标定效率。     

激光跟踪仪与球形反射器综合性能测试研究

激光跟踪仪进行测量的合作目标是球形反射器,比如角隅反射器、猫眼反射器、工具球反射器等。不同反射器的特性不同,主要表现在反射器大小、入射角范围、光学中心误差和球形度误差等。本文研究了激光跟踪仪与球形反射器测量精度的诸多影响因素,并以Leica AT901_B激光跟踪仪和CCR1.5″反射器为例,进行了反射器球形度精度测试、反射器入射角精度测试、系统精度稳定性测试、断光续接精度测试及动态测量点云离散度测试等实验。该系列实验验证了AT901_B和CCR1.5″系统测量的综合性能,具有较强的代表性,同时验证了以上测试方法的可行性。     

利用激光干涉测距三维网的加权秩亏自由网平差

激光跟踪仪在激光干涉测距模式下,其测距精度要远远高于测角精度,利用极坐标测量的空间点坐标精度主要受测角误差的影响,利用激光跟踪仪的高精度激光干涉测距值构成空间三维激光干涉测边网,消除测角误差对空间点位的影响,采用基于重心基准的加权秩亏网平差模型进行整网平差。定向点坐标近似值采用极坐标方法确定,测站中心坐标近似值采用距离后方交会解算,通过附加约束矩阵精密求解测站点和定向点的三维坐标值。实际计算结果表明,该模型在12m测量范围内将激光跟踪仪的点位精度由87μm(标称值)提高到了27μm。     

激光干涉测距三维秩亏网的拟稳平差

激光跟踪仪采用激光干涉测距原理,其测距精度远远高于测角精度。利用激光跟踪仪的高精度激光干涉测距值,构成空间三维激光干涉测边网,可以消除测角误差对空间点位的影响,大幅度提高三维点坐标精度。由于激光干涉测距三维网存在数亏问题,且整网控制点的稳定性不同,因此采用秩亏自由网平差模型,分别以测站点和定向点为拟稳点对测量数据进行平差解算。平差结果表明,在拟稳点选择合理的情况下,空间点三维坐标平差值反算的距离与测量距离的差值优于±10μm;点位误差可以优于±20μm。     

动态位姿激光跟踪测量定向解算精度分析

激光跟踪仪采用激光干涉测量技术,可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其空间三维坐标,具有采样频率高、测量精度高、测量范围大等特点。根据测量对象动态性的特点,对动态位姿测量的需求更加迫切,由多台激光跟踪仪组成的测量系统对目标进行实时动态位姿测量引起人们的关注。文中由3台激光跟踪仪组成动态测量系统,建立测站坐标系,根据空间直角坐标系转换模型统一测量坐标系,提出两种转换参数的计算方法,并通过实验验证两种方法的可行性和精度。     

激光跟踪仪空间联合平差模型及精度分析

工业测量领域经常需要多台甚至多种仪器联合测量,各种测量仪器的观测数据类型和精度不同,其关键技术是采用合理的平差模型实现多种仪器的空间定位和定向。采用附有约束条件的参数平差方法构建了空间联合精密控制网（unified spatial metrology network,USMN）平差模型,对激光跟踪仪、全站仪、经纬仪等测量系统进行了联合平差解算,针对不同类型测量数据建立合理的定权模型,保证了在多余观测量不大的情况下整网平差的精度,采用角度后方交会和坐标系转换模型解决了无互瞄和基准尺观测值的控制网概算和平差,克服了USMN平差模型的缺点。最后利用编写的USMN平差程序对实际测量数据进行解算,验证了平差模型的可行性并分析了点位误差。     

工业测量全站仪坐标测量精度检定方法

全站仪坐标测量在航空航天、大型设备制造业、特种异形工程和计量检测等领域有广泛应用,其坐标测量误差是最受关注的精度指标。与激光跟踪仪、关节臂等坐标测量技术不同,全站仪的标称精度指标并未直接给出点位坐标误差,而是分别给定测角和测距误差。由于国内外目前还缺乏将测角和测距精度对应到坐标精度的相应规范,这就导致不能直观反映全站仪的实际坐标测量精度,给具体测量工作的坐标精度估算带来一定难度。基于以上现状,提出了基于点对点长度测量和三维坐标测量误差的检定模型;并利用3种不同类型的工业测量全站仪进行了实验测试,验证了该检定模型的可行性。     

L evenberg-M arquardt 算法在空间三维测边网中的应用

高精度三维坐标控制网是进行空间大尺寸精密坐标测量的基础,在对大尺寸机构和大型设备的安装、调试、监测过程中发挥着至关重要的作用。现阶段,激光测距的精度可达微米级,因此,利用激光测距可建立高精度的三维控制网。与边角网中点位精度受测角和测距精度两者的影响不同,三维测边网中点位精度仅受测距误差的影响。为了建立全局的精密三维控制网,文中基于激光测距建立了三维测边网整体平差模型,解算出测站点与定向点坐标,并利用Levenberg-Marquardt(LM)优化算法根据距离前方交会原理对三维网进行优化。经实验验证,优化算法提高了定向点的精度。     

盾构机全站仪激光导向模式误差灵敏度分析

通过对盾构机全站仪激光导向系统的测量原理研究,并对盾构坐标与施工坐标系的旋转模型转换原理分析,建立盾构姿态参数与坐标旋转模型的关系。然后通过全站仪测量激光标靶棱镜和切口坐标与激光标靶相对位置的误差分析得到相关结论。     

一种高精度超大仪器高的测量方案设计

针对中国散裂中子源（CSNS）隧道内装置区永久点采用常规GPS三脚架观测模式中对中整平和仪器高量取精度差等问题,提出了一种高精度的仪器对中和超大仪器高的测量方案。该方案设计可微调的屋顶支架、目标半球垂准镜,实现了仪器的稳固安置和精确对中;改造GPS天线头支架适于放置目标球,以便采用激光跟踪仪获取高精度的超大仪器高;最后通过激光跟踪仪对隧道内6个装置区永久点重复两次测量,并与钢尺测量结果进行比较。结果表明,该方案可实现高30 m内仪器0.5 mm的对中精度和0.2 mm的量高精度,避免了卷尺测量尺长受拉伸影响的缺点,有效解决了CSNS装置永久点的精密对中和超大仪器高的获取,也为同类点位的对中和仪器高测量提供了借鉴和参考。     

长直轨道精密准直测量方案研究与应用

针对长直轨道设备安装中的准直问题,提出一种结合全站仪和激光跟踪仪的简易准直测量方案。在仅有轴线首尾端控制点的情况下,无需建立三维控制网,仅利用高精度全站仪建立两端短直线基准,并以此确定激光跟踪仪坐标基准,实现直线中间段准直测量。实验结果表明,对于长约110m的实验轨道,该准直测量方案的平面直线精度优于0.2mm,满足精密安装的要求,且安装效率和可靠性相应提高。     

激光跟踪仪在核电站主管道安装中的应用

目前,核电站的主管道焊接越来越多的采用了自动焊技术,这有利于提高焊接质量效率,还可以压缩建设成本。然而,主管道自动焊对焊缝的限差较现有工艺要求更高,高精度的测量是实现主管道自动焊的必要条件之一。本文针对主管道自动焊管口组队高精度的技术要求,提出采用激光跟踪仪对主管道自动焊相关的设备进行更为精密的三维工业测量,通过理论技术评定测量精度,然后选择测量仪器和编制具体的测量方案,最终保证了主管道自动焊精确组对的实现。     

海洋测量船激光码头标校的论证与试验

本文简要介绍激光码头标校方案,采用电子全站仪的极坐标法测定激光束首尾两点的坐标,来解算惯性导航平面倾角(θ、ψ)和航向角κ。文中对DIOR 3002测距仪无反光镜合作时的测距精度、电子全站仪的定点精度、电子全站仪之间同步测量、数据自动传输等作了详细的试验,得出了适合于激光码头标校最佳测量条件,为激光码头标校部分代替船坞标校提供了论证基础。