第卷第期增刊仪器仪表学报年月经纬仪大尺寸柔性三坐标测量系统的开发与应用黄桂平卜叶声华‘李广云‘天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津解放军信息工程大学测绘学院郑州陈继华“摘要介绍了自主开发的基于多台两台以上电子经纬仪全站仪组成的大尺寸柔性三坐标测量系统的系统设计思想、数学原理以及系统的构成与功能。测试表明该系统点位测量不确定度可达,并概略介绍了系统在某航天器推进舱检测中的应用。关键词电子经纬仪大尺寸柔性三坐标测量系统系统定向三维网平差在线测量圆度‘、‘卿材舒乙,勺二,。州乙对,刀石,,,,,’一引言随着近年来我国航空、航天部门企业技术改造的进行,已从国外引进了近百套成熟的大尺寸三坐标测量系统,其中以瑞士公司的经纬仪测量系统、和居多。国内以往的研究与应用主要是针对两台传感器的,由于受硬件条件的限制,对多台传感器以及既有角度又有距离的混合传感器构成系统的研究与实现比较少。本文着重解决的问题则是对多台仪器构成混合测量系统的研究,并开发出了经纬仪大尺寸柔性三坐标测量系统。电子经纬仪或全站仪构成的混合测量系统。该系统以经纬仪或全站仪为传感器,最终获取目标点的空间三维坐标,利用数据库管理测量数据,并可对测量数据进行几何量计算与形位误差的分析。系统基本配置的基本硬件配置主要为两台或多台电子经纬仪或全站仪、等、以上台式或便携机一台、多路串口转换卡、一个、基准尺一根、激光目镜及照准标志、与电子经纬仪相配套的高稳定度脚架、联机电缆等构成。系统软件功能介绍系统设计基本思想系统软件功能主要包括以下几个内容经纬仪大尺寸三坐标测量系统是由多台设备联机仪器仪表学报第卷由计算机对经纬仪完成各项初始化参数的设置。系统定向建立经纬仪测坐标系建立经纬仪测量坐标系,即要确定传感器之间的相互位置和方向,称之为系统定向。系统定向是通过测站仪器间进行互瞄或观测一定数量的物方点和基准尺并进行平差计算而建立系统统一的测量坐标系。在线坐标测经纬仪测量坐标系建立后,就可对目标点进行实时三维坐标测量。多台经纬仪的系统在定向完成后可以两台或多台间构成多个测量系统同时开展测量工作,测量坐标均在统一的测量坐标系中。全站仪和经纬仪的组合测量系统中,全站仪可单独采集坐标数据,亦可与经纬仪一起交会采集。数据管理及编辑数据管理采用数据库统一管理各种测量及与测量有关的数据。坐标系的生成与转换通过平移、旋转、缩放可生成一个新的坐标系,此外还有轴对准法和公共点转换法。利用坐标系转换功能可以很方便地统一不同设站的坐标系。测工数据分析与计算依据测量坐标可进行各种点、线、面的分析、计算。如点、线、面之间的距离、角度计算及平行、垂直、平分关系的分析利用测量数据拟合生成标准形状,并对形位误差进行分析计算。参考数据的放样与测将理论的设计数据输入到参考库中,将设计数据转换成相应的角度信息,并在实地指示出来。数据的输人、输出可将测量点坐标输出到外部文本文件或从文件输入到系统数据库中。三维图形显示测量坐标可以三维可视化显升、,其中包括离散的单点显示、拟合计算的基本几何形状如直线、平面、圆柱、球等显示。系统的主要数学原理系统定向经纬仪三坐标测量是基于角度前方交会的三角测量原理,而对多台仪器构成的测量系统,由于“甫余”数据的存在,对定向和坐标解算算法有两种方法川一种是基于仪器精确整平的测站三维网平差的方法另一种是建立在摄影测量学共线方程基础上的光束法平差法。下面主要介绍前一种方法的数学原理。多台仪器的系统定向也就是确定各设站点的相互位置关系,其实也就是测站点三维控制网的解算。经纬仪三坐标测量系统三维控制网中的观测值仅为水平方向值和天顶距或垂直角,再加上必要的相对控制条件如基准尺的长度即可完成网的平差解算。角度观测值为水平方向值和天顶距或垂直角,设测站对目标点的水平方向观测值和天顶距分别为和,,则其误差方程分别为黔一一七,一,,,一一绪’卜,,一一、,一』一若在测站三维控制网中,加入基准尺的测量是为了给网提供一个尺度控制条件。基准尺两端点间的长度已知,基准尺的测量即构成距离条件。设基准尺两端点为和,基准尺已...
