基本介紹
- 中文名：工業測量系統
- 外文名：industrial measuring system
- 所屬學科：測繪學、測繪儀器
- 優點：使用範圍廣
- 分類：經緯儀測量系統等
- 套用：工業、國防、測繪等
工業測量系統分類,GPS測量系統,經緯儀測量系統,全站儀測量系統,雷射雷達測量系統,雷射跟蹤測量系統,數字近景攝影測量系統,常見工業測量系統,工業三坐標測量機系統,工業經緯儀測量系統,工業全站儀極坐標測量系統,
工業測量系統分類
GPS測量系統
利用全球定位系統進行定位測量的技術和方法。全球定位系統是導航衛星測時和測距/全球定位系統 (Navigation Satellite Timing andRanging/Global Positioning System，NAVSTAR/GPS，通常簡寫為GPS)的簡稱，是美國國防部主持開發的第二代衛星導航定位系統。現在，這種測量技術和方法已經在大地測量、工程測量、地籍測量、航空攝影測量、城市規劃、地殼形變監測與地震預報、地球動力學研究等領域顯示出良好的套用潛力和
基本定位測量方法 GPS衛星定位測量的基本定位方法有靜態定位和動態定位，單點定位和相對定位之分。按基本定位測量的原理論，則有偽距法定位、載波相位測量定位和射電干涉測量定位等幾種。
如果待定點相對於周圍的固定點沒有可察覺到的運動，或者其運動極其緩慢以致在一次觀測期間(一般為幾個小時至幾天)無法被覺察到，因而在進行觀測資料處理時待定點的位置可以認為是固定不動的，則確定這些待定點位置的測量稱為靜態定位。監測地殼形變、測量地表沉陷、監測地球板塊運動等屬於這種定位。反之，如果在一次觀測期間待定點相對於周圍固定點有可察覺到的運動，或者顯著的運動，則確定這些待定點位置的測量稱為動態定位。靜態定位能夠通過大量的重複觀測來提高定位精度，是精密定位的基本作業模式。
獨立確定待定點在WGS-84坐標系中的絕對位置的方法稱為單點定位或絕對定位。單點定位的優點是只需使用一台接收機即可獨立定位，外業觀測、數據處理也較簡便，缺點是定位精度較低。這種定位模式在地質礦產勘測、河海浮標定位、導航及低精度測量中套用廣泛。相對定位是使用若干台接收機同步跟蹤、觀測幾顆相同的GPS衛星信號，以確定接收機站之間的相對位置的定位方法。由於各同步觀測值中存在的許多誤差相同或大體相同 (特別是當測站間的距離較短時)，因而這些誤差可得以消除或減弱，使定位精度很高。相對定位需要使用至少兩台接收機進行同步觀測，必須已知其中某點的坐標值。這種定位模式既可用於靜態定位，也可用於動態定位。
測地型GPS接收機大都選用相對定位的作業模式。常用的作業方法有：靜態相對定位、準動態相對定位、快速靜態相對定位、動態相對定位等。靜態相對定位法的特點是，基線邊往往構成閉合圖形，以便於成果檢核和進行GPS網平差，因而精度高，適宜於建立各級大地控制網、工程網和變形監測網，進行島嶼-陸地聯測及海上精密定位等。準動態相對定位又稱停行(Stop/go)動態測量，測量方法是，在測區中選擇一基準站，該站上的接收機連續跟蹤、觀測可見衛星，其他接收機分別在待測點上流動觀測。這種作業方法適宜於在開闊地區進行加密測量、工程定位、線路測量及細部測量等。動態相對定位又稱差分動態定位。該法是在一基準點上安置一台接收機，連續跟蹤所有可見衛星，另一台接收機安置在運動的載體上，在出發點上按快速靜態相對定位法觀測衛星若干分鐘，然後接收機隨載體在運動過程中按預定的時間間隔自動觀測. 實現載體的連續定位。定位精度可達1～2cm。
經緯儀測量系統
經緯儀測量系統是以高精度的電子經緯儀作為角度感測器構成的工業測量系統,是最常用的工業測量系統之一，是解決大尺寸工件形體測量的有效途徑。它由兩台高精度經緯儀、一把標定尺、一台工業電腦及後處理軟體組成。兩台經緯儀組成一個直角坐標系，首先對未知點進行採樣，然後進行數據處理。
經緯儀上採集到的都是角度值。由其中一台經緯儀上獲得一個水平角和一個垂直角，從另一台經緯儀上只須獲得一個水平角。得到這些角度之後，需要通過數學關係將其換算成坐標值。然後根據測量者的需要，引入不同計算公式、數學模型及評定標準。完成對應的測量計算及誤差評定。得到所需的結果。如，兩點間的距離、直線度、平面度、平行度、垂直度、圓度、傾斜度等。
全站儀測量系統
全站儀極坐標測量系統正朝智慧型化方向發展，最新的APX-Win系統採用馬達驅動的電子經緯儀或全站儀，能夠自動搜尋、照準目標。如Leica公司的TCAI 800機器人有以下特點:(1)配備了高精度測角和測距裝置TCA2003機器人將高精度的測距儀、絕對編碼度盤的電子經緯儀和高性能的計算機系統融為一體，可獲取高精度的角度、距離和坐標信息。(2)安置了精密伺服馬達。儀器根據指令，啟動馬達，轉動儀器，自動照準目標。(3)用ATR(Automatic Target Recognition)自})J瞄準目標。用CCD器件裝備的自動目標識別機構，可在整個視場範圍內快速搜尋目標，精確照準，自動觀測。(4)用LOCK自動跟蹤目標。目標一旦被識別，就可啟用LOCK自動跟蹤模式，自動跟蹤動態目標。(5)支持用戶編程編碼。徠卡提供強有力的編程編碼工具，用戶可在仿真環境下利用PC機進行程式和編碼的開發。由多台TCA1800測量機器人構成的智慧型型極坐標系統已經套用於香港捷運的變形監測之中。
雷射雷達測量系統
用雷射器作為輻射源的雷達。雷射雷達是雷射技術與雷達技術相結合的產物 。由發射機 、天線 、接收機 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發射機是各種形式的雷射器，如二氧化碳雷射器、摻釹釔鋁石榴石雷射器、半導體雷射器及波長可調諧的固體雷射器等；天線是光學望遠鏡；接收機採用各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極體、雪崩光電二極體、紅外和可見光多元探測器件等。雷射雷達採用脈衝或連續波2種工作方式，探測方法分直接探測與外差探測。
自從1839年由Daguerre和Niepce拍攝第一張像片以來，利用像片製作像片平面圖(X、Y)技術一直沿用至今。到了1901年荷蘭人Fourcade發明了攝影測量的立體觀測技術，使得從二維像片可以獲取地面三維數據(X、Y、Z)成為可能。一百年以來，立體攝影測量仍然是獲取地面三維數據最精確和最可靠的技術，是國家基本比例尺地形圖測繪的重要技術。
雷射跟蹤測量系統
雷射跟蹤測量系統是工業測量系統中一種高精度的大尺寸測量儀器，具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便等特點，適合於大尺寸工件配裝測量。它集合了雷射干涉測距技術、光電探測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現代數值計算理論等各種先進技術，對空間運動目標進行跟蹤並實時測量目標的空間三維坐標。
雷射跟蹤儀的實質是一台能雷射干涉測距和自動跟蹤測角測距的全站儀，區別之處在於它沒有望遠鏡，跟蹤頭的雷射束、旋轉鏡和旋轉軸構成了雷射跟蹤儀的三個軸，三軸相交的中心是測量坐標系的原點。一台雷射干涉儀是跟蹤儀的核心部分，自動跟蹤球反射鏡裝在鋼球中，採用球形反射鏡可以捕獲跟蹤儀發射的雷射束。從跟蹤頭髮射出的雷射，發向一個三面稜鏡反射器，且始終保持雷射束對準反射鏡中心，操作人員可以手持反射球在物體表面進行移動，因此只要保持反射鏡與跟蹤儀的聯繫，跟蹤頭會始終跟著反射器的移動而轉動，同時雷射束會被反射鏡反射回跟蹤儀。
數字近景攝影測量系統
它包括很多分支學科，如航空攝影測量、航天攝影測量和近景攝影測量等。
攝影測量在工業測量和工程測量中的套用一般稱為非地形攝影測量。其中，近景攝影測量（close range photogrammetry）是指測量範圍小於100m、像機布設在物體附近的攝影測量。它經歷了從模擬、解析到數字方法的變革，硬體也從膠片像機發展到數字像機。
數字近景攝影測量系統一般分為單台像機的脫機測量系統、多台像機的在線上測量系統。此類系統與其它類系統一樣具有精度高、非接觸測量和便攜等特點。此外，還具有其它系統所無法比擬的優點：測量現場工作量小、快速、高效和不易受溫度變化、振動等外界因素的干擾。國外的生產廠家和產品很多，如美國GSI公司的V-STARS系統、挪威Metronor公司的Metronor系統和德國AICON 3D公司的DPA-Pro系統等。
常見工業測量系統
工業三坐標測量機系統
作為近三十年發展起來的一種高效率的新型精密測量儀器，三坐標測量機(Coordinate Measurement Machine CMM)已廣泛的套用於機械製造、電子、汽車和航空航天等工業中。CMM大多數是以正交坐標系統為基礎設計的，有三根互相垂直的軸和一個工作平台構成，通過接觸的方式獲取工業目標的三維坐標。三坐標測量機的出現具有標誌性意義，它標誌著工業測量儀器由手動測量階段過渡到自動測量階段。三坐標測量機提高了三維坐標測量的精度，目前高精度的坐標測量機的單軸精度，每米長度內可達1μm以內，三維空間精度可達1μm~2μm，對於車間檢測用的三坐標測量機，每米測量精度單軸也可達3μm~4μm。對於外表輪廓複雜的工業構件，三坐標測量機也能夠準確測量其外形。由於三坐標測量機可以利用計算機控制，從而促進了自動化生產線的發展。隨著三坐標測量機的精度不斷提高，自動化程度不斷發展，促進了三維測量技術的進步，大大地提高了測量效率。
三坐標測量機採取的是接觸式測量方式，要求工業目標比較小，而且只能在室內測量。而現代工業的發展，工業設備尺寸越來越大，結構越來越複雜，自動化程度要求越來越高，對三坐標測量機的要求越來越高。未來的三坐標測量機將朝著高、快、新方向發展，精度是越來越高，測量的速度越來越快，採用的技術和材料越來越新。
工業經緯儀測量系統
早在1610年荷蘭天文學家提出了三角測量原理，從而誕生了間接定位法前方交會。1968年，原西德Opton廠生產出第一台全站型電子速測儀Reg Elta 14，實現了電子測角，這給前方交會帶來生機。在科技迅速發展的情況下，七十年後電子經緯儀和全站儀各項技術在穩定中不斷發展，1979年美國Hewlett Parckard用一台計一算機將兩台電子經緯儀聯接起來，第一次組成了實時三角測量系統，這一系統就是現代工業測量系統的雛形。
國內的主要產品有解放軍測繪學院的TSST經緯儀三維坐標測量系統、基於多台感測器的經緯儀/全站儀的三維坐標測量系統MeltroIn。此外，武漢大學的馮文顴教授提出了積木式工業測量系統的理論和方法，並在此方面做出了卓越的貢獻。這些系統已套用於一些項目中，如大型多波束天線的安裝檢測、衛星推進及控制裝置精度檢測、北京長河閘門安裝與檢測、三峽大壩1號機組座環檢測、工業部件放樣與檢測特高精度工業測量3維控制網的建立等。
工業全站儀極坐標測量系統
全站儀極坐標測量系統正朝智慧型化方向發展，最新的APX-Win系統採用馬達驅動的電子經緯儀或全站儀，能夠自動搜尋、照準目標。如Leica公司的TCAI 800機器人有以下特點：(1)配備了高精度測角和測距裝置TCA2003機器人將高精度的測距儀、絕對編碼度盤的電子經緯儀和高性能的計算機系統融為一體，可獲取高精度的角度、距離和坐標信息。(2)安置了精密伺服馬達。儀器根據指令，啟動馬達，轉動儀器，自動照準目標。(3)用ATR(Automatic Target Recognition)自動瞄準目標。用CCD器件裝備的自動目標識別機構，可在整個視場範圍內快速搜尋目標，精確照準，自動觀測。(4)用LOCK自動跟蹤目標。目標一旦被識別，就可啟用LOCK自動跟蹤模式，自動跟蹤動態目標。(5)支持用戶編程編碼。徠卡提供強有力的編程編碼工具，用戶可在仿真環境下利用PC機進行程式和編碼的開發。由多台TCA1800測量機器人構成的智慧型型極坐標系統已經套用於香港捷運的變形監測之中。
