【文章內(nèi)容簡介】 器間的旋轉(zhuǎn)軸相互平行，而光束法平差技術(shù)不需整平經(jīng)緯儀即可進(jìn)行定向和三維坐標(biāo)測量。 系統(tǒng)構(gòu)成1）硬件組成：兩臺以上 T2023/T3000/TM5100電子經(jīng)緯儀、多路串口轉(zhuǎn)換卡、 TLINK、基準(zhǔn)尺、工業(yè)測量用腳架、聯(lián)機電纜、激光目鏡、照準(zhǔn)標(biāo)志、臺式微機或便攜機等組成，2）系統(tǒng)軟件：a) 數(shù)據(jù)管理 /處理模塊b) 經(jīng)緯儀控制 /測量模塊儀器的初始化參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)的相對定向、絕對定向、定向解算、聯(lián)機數(shù)據(jù)采集和測量數(shù)據(jù)誤差修正等功能。 系統(tǒng)作業(yè)模式探討以兩臺儀器為例（經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)最低配置），如果一次不能完成所有的測量工作，可以通過搬站、設(shè)置公共點等途徑來彌補系統(tǒng)硬件的不足。實際上只用一臺儀器也能進(jìn)行測量，與攝影測量系統(tǒng)單臺相機作業(yè)模式是一致的。（ 1）單臺儀器作業(yè)模式特點：優(yōu)點： 1）節(jié)省了一臺儀器，整個系統(tǒng)費用可省 30?； 2）測量精度不變；缺點： 1）測量時間延長一倍 2）對被測物的穩(wěn)定性及外界條件的要求提高 3）不能實時控制觀測質(zhì)量。單臺儀器作業(yè)模式特別適合于對含有少量點（如 100點以下）的被測物進(jìn)行測量。對于需要實時測量并指導(dǎo)安裝的情況，要采用兩臺以上的儀器。（ 2）單臺儀器作業(yè)步驟：1）先在其中一個儀器位置設(shè)站，概略互瞄另一儀器位置2）測被測物3）測基準(zhǔn)尺4）將儀器搬至另一位置5）概略瞄準(zhǔn)上一儀器位置6）測基準(zhǔn)尺7）測被測物8）進(jìn)行點坐標(biāo)解算如果兩個設(shè)站位置不夠，還可通過搬站等途徑繼續(xù)進(jìn)行測量。儀器和基準(zhǔn)尺的放置位置及交會角的要求仍按現(xiàn)有規(guī)定執(zhí)行提高系統(tǒng)精度的措施（ 1）影響經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)的精度的因素1）儀器測角精度 —— 通過選擇最佳觀測時間（晚 11點至次日凌晨 3點）和雙面觀測消除外界條件變化的影響2）系統(tǒng)定向精度 ——① 將待測工件置于定向點范圍內(nèi)， ②盡量避免過大或過小的交會角，一般應(yīng)在 60??120?，最佳位置在 90?附近。 ③ 當(dāng)基線較長而基準(zhǔn)尺長度不夠時，需要采取其他措施確保尺度精度。3）腳架的穩(wěn)定性 —— 使用穩(wěn)定性好的鐵質(zhì)或鋁合金腳架或采用特殊防護(hù)的觀測墩4）外界條件的影響 —— 避免側(cè)風(fēng)、光線、熱源、振動源等5）觀測標(biāo)志 —— 同心圓紙質(zhì)標(biāo)志和空間對稱的球形標(biāo)志6）觀測員的操作技能 等 三、近景攝影測量系統(tǒng)攝影測量系統(tǒng)在工業(yè)測量中的應(yīng)用一般稱為 近景攝影測量、非地形攝影測量 等。（ 1）產(chǎn)品分類：1）單臺相機的脫機測量系統(tǒng)2）多臺相機的聯(lián)機測量系統(tǒng)3）攝影基線固定的整體式測量系統(tǒng)等 測量原理通過二臺高分辨率的相機對被測物同時拍攝，得到物體的 2個二維影像，經(jīng)計算機圖像匹配處理后得到精確的三維坐標(biāo)，實際上是解空中三角形。系統(tǒng)構(gòu)成對靜態(tài)目標(biāo)而言，脫機測量系統(tǒng)可采用單臺數(shù)字相機，在二個或多個位置對被測物進(jìn)行拍攝，然后將圖像輸入計算機即可進(jìn)行圖像處理，這是一種比較經(jīng)濟的配置。為了提高圖像匹配的精度和速度，需要在物體上貼標(biāo)志，一般采用特制的回光反射標(biāo)志（ Retro Reflective Target），以便于標(biāo)志點的識別和自動提??；或者采用投點器，可以大批量投點，而且標(biāo)志無厚度，是非常好的測量輔助工具。脫機測量系統(tǒng) 回光反射標(biāo)志多臺相機聯(lián)機測量可以實時得到待測點的三維坐標(biāo)，可以采用投點器投點，也可以通過特制的探棒（也稱為光筆）作為測量標(biāo)志，其探頭和三坐標(biāo)機的測頭類似，探棒上有一些可以發(fā)光的標(biāo)志，由于發(fā)光標(biāo)志點到探頭的幾何關(guān)系是確定的，因此通過對發(fā)光點的測量即可求得探頭點的坐標(biāo)。一般在探棒上還有測量按鈕，可同時啟動標(biāo)志點發(fā)光和數(shù)碼相機拍攝，因此實現(xiàn)了測量過程的自動化，并且解決了光學(xué)測量設(shè)備需要對目標(biāo)點的照明問題。 聯(lián)機測量系統(tǒng) Metronor系統(tǒng)采用的探棒 提高系統(tǒng)精度的措施攝影測量系統(tǒng)的精度主要取決于相機的精度。相機一般分為 格網(wǎng)量測相機、量測相機、半量測相機和非量測相機 四類，其精度依次遞減。提高精度的方法： 1）選擇高分辨率、高精度的專業(yè)型量測相機； 2）對于非量測相機，可以通過誤差補償?shù)姆椒▉硐鄼C的系統(tǒng)誤差（如鏡頭的畸變差等），從而提高測量精度和分辨率，目前這種方法比較多見。 3）提高相機間的定向精度，實踐中需要優(yōu)化相機的設(shè)站位置，增加基準(zhǔn)尺測量的個數(shù)。 INCA相機固定基線攝影測量系統(tǒng) CRC2相機 系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)點： （ 1） 適合于動態(tài)物體的快速坐標(biāo)測量 （ 2）操作方便（ 3）對現(xiàn)場環(huán)境要求低（ 4）和經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)相比，其拍攝位置選擇比較容易，不需要專門建造測量墩，相應(yīng)節(jié)省了時間和費用。數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的測量相對精度一般在 1/10萬左右，由于攝影比例尺的關(guān)系，測量范圍一般比較小如果選擇大幅面長焦距膠片相機（ CRC1相機），平度達(dá) ? 1 ?m的承片框、配備后方投影格網(wǎng)標(biāo)志和環(huán)形近軸閃光光源的格網(wǎng)量測攝影機，再加上 Autoset2視頻掃描單像坐標(biāo)量測儀（測點精度為 ? ?m，每秒種測 2點），可實現(xiàn)在 500 m上獲得 ? 1 mm左右的點位精度（ 1/50萬），甚至達(dá)到 1/100萬，這是數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)不可企及的。美國 GSI公司已完成幾百套天線的測量，坐標(biāo)分量的測量精度為 ? mm，最后調(diào)整后的表面精度優(yōu)于 ? 2 mm。 四、距離交會測量系統(tǒng)通過距離交會測量同樣可以得到三維坐標(biāo)，這種系統(tǒng)稱為三邊法測量系統(tǒng)或距離交會測量系統(tǒng)。與極坐標(biāo)和角度交會測量系統(tǒng)相比，距離測量可以得到更高的精度，特別 對中、長距離上有突出的優(yōu)越性 。由于測量原理與 GPS相近，在工業(yè)廠房內(nèi)應(yīng)用時，也稱之為室內(nèi) GPS系統(tǒng)（ Indoor GPS）。 測量原理（ 1）平面定位的原理：通過測量 S S2得到 P點的平面坐標(biāo)（ X， Y），計算公式如下：（ 2）空間距離交會原理：設(shè) 4號點不在 3點構(gòu)成的平面上，坐標(biāo)為（ X4， Y4， Z4）， 1點為坐標(biāo)原點， 2連線為 X軸， 123平面的法線為 Z軸。因此系統(tǒng)的標(biāo)定問題即為求出 6個參數(shù)（ X2， X3， Y3， X4， Y4， Z4）。設(shè) i為觀測點， j（ j=1~4）為儀器中心點，那么每測一個點可以得到 4個如下的觀測方程： 4測量 n個點得到的觀測方程數(shù)為 4n，而未知數(shù)為 3n+6（標(biāo)定參數(shù) X2， X3， Y3， X4，Y4， Z4 ），因此測量點數(shù)超過 6個就可以按最小二乘法求出需要標(biāo)定的參數(shù)。如果考慮到每個激光干涉儀的測距零點誤差 Cj，那么測量點數(shù)要 10個以上。和 GPS一樣距離交會測量系統(tǒng)的精度取決于距離測量的精度和測點的圖形因子系數(shù)（ GDOP值），在定位時 GDOP值有一定的要求。 系統(tǒng)構(gòu)成（ 1）系統(tǒng)可分為：1）整體式 —— 多桿式或超聲式坐標(biāo)測量機，多桿式是通過桿的伸長或縮短來測量距離，超聲式則通過超聲波發(fā)射和接收來測量距離，這兩種結(jié)構(gòu)的測量范圍有限。2）組合式 —— 用三臺以上距離傳感器（測距儀、全站儀或激光干涉儀）組成距離交會系統(tǒng)，通過系統(tǒng)定向方法確定每臺儀器的三維坐標(biāo)。目標(biāo)點采用手持式測頭傳感器，因此只要將該測頭放置到被測點上就可以得到測點的三維坐標(biāo)。 應(yīng)用情況美國 GBT天線主面安裝就采用了距離交會測量系統(tǒng)，三臺測距儀（ 2臺 TC2023和 1臺 TDM5005）安置在饋源支撐結(jié)構(gòu)上，其自身位置通過距離后方交會（觀測地面上一系列已知點）獲得，然后三臺儀器對主面上的目標(biāo)進(jìn)行距離測量，可以得到待測點的三維坐標(biāo)，測量精度優(yōu)于 ? 1 mm，測量范圍在 100 m左右。天線運營后，其變形觀測也通過距離交會系統(tǒng)來完成，測距精度為 ? mm，天線的主面精度在 ? mm左右，其測量精度也是最高的。 五、關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機（自學(xué)）六、工業(yè)測量系統(tǒng)軟件 工業(yè)測量系統(tǒng)軟件是工業(yè)測量系統(tǒng)的重要組成部分和系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵，針對不同的測量系統(tǒng)，國際上已有多個商業(yè)化的系統(tǒng)軟件，如 Leica Axyz、 SMX Insight等，國內(nèi)也開發(fā)了一些類似的系統(tǒng)軟件。雖然各系統(tǒng)硬件不同，應(yīng)用領(lǐng)域有所區(qū)別，但軟件的基本功能大部分是相同的，解放軍信息工程大學(xué)測繪學(xué)院研制的最新的MetroIn軟件來介紹工業(yè)測量系統(tǒng)軟件的基本特點。MetroIn軟件包括 MetroIn/D數(shù)據(jù)管理與分析模塊、MetroIn/M多臺經(jīng)緯儀模塊、 MetroIn/S全站儀模塊、MetroIn/G圖形模塊以及 MetroIn專用測量應(yīng)用模塊等。目前還缺攝影測量模塊、激光跟蹤儀模塊以及 CAD計算模塊等。（一） MetroIn的系統(tǒng)功能 MetroIn是用 的，它用數(shù)據(jù)庫來組織與管理各種測量和非測量數(shù)據(jù)，直接對數(shù)據(jù)庫操作，操作比較方便、簡單。主要功能為： （ 1）設(shè)備聯(lián)機與控制 設(shè)備聯(lián)機包括與經(jīng)緯儀的聯(lián)接和經(jīng)緯儀的初始化。由計算機控制經(jīng)緯儀完成各項初始化參數(shù)的設(shè)置以及在測量時提供相應(yīng)的提示信息等。 （ 2）系統(tǒng)定向 定向測量完成后，進(jìn)行定向平差解算，可以查看定向的精度、詳細(xì)結(jié)果以及打印輸出。 （ 3）坐標(biāo)測量 多臺經(jīng)緯儀的系統(tǒng)在定向完成后可以在二臺或多臺間構(gòu)成多個測量系統(tǒng)同時開展測量，測量數(shù)據(jù)顯示在屏幕的不同窗口中。全站儀和經(jīng)緯儀的組合測量系統(tǒng)中，全站儀可單獨采集坐標(biāo)數(shù)據(jù)，亦可與經(jīng)緯儀一起交會采集坐標(biāo)。 （ 4）近距加常數(shù)修正 通過將全站儀的測距值與兩臺儀器的交會值比較，求出近距加常數(shù)，并在隨后測量過程 ，自動對距離值加以改正?；蚶霉潭ǘc法現(xiàn)場檢測 ″ 球棱鏡的常數(shù)。（ 5）數(shù)據(jù)管理及編輯 進(jìn)行各種數(shù)據(jù)管理，如工件、設(shè)站、基準(zhǔn)尺、反射片、參考庫、坐標(biāo)系，點坐標(biāo)、觀測值等?？删庉?、添加、刪除數(shù)據(jù)記錄和對記錄進(jìn)行排序，但原始觀測值只可讀，不可更改。每次操作即更改數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容，不會因突然 “ 死機 ” 造成數(shù)據(jù)丟失。 （ 6）坐標(biāo)系的生成與轉(zhuǎn)換通過平移、旋轉(zhuǎn)、縮放，軸對準(zhǔn)法和最小二乘轉(zhuǎn)換法可生成一個新的坐標(biāo)系。（ 7）測量數(shù)據(jù)分析與計算 依據(jù)坐標(biāo)測量結(jié)果可進(jìn)行各種點、線、面的分析、計算。擬合生成的各種幾何形狀可以以坐標(biāo)系的形式存入數(shù)據(jù)管理器的坐標(biāo)系庫中。 （ 8）數(shù)據(jù)的輸入、輸出MetroIn系統(tǒng)不僅使用它本身的數(shù)據(jù)，也能兼容外部數(shù)據(jù)。可將外部數(shù)據(jù)直接輸入到某指定工件并轉(zhuǎn)換到特定坐標(biāo)系中；點坐標(biāo)及其觀測值可以輸出到相應(yīng)類型格式的文件中。（ 9）測量數(shù)據(jù)的可視化 利用圖形功能，可將測量數(shù)據(jù)以及擬合計算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維顯示、平移、縮放和旋轉(zhuǎn)。（二）系統(tǒng)定向方法在工業(yè)測量系統(tǒng)軟件中，系統(tǒng)定向是一個非常重要的模塊，實際是建立多傳感器或多測站之間的聯(lián)系，建立的統(tǒng)一的測量坐標(biāo)系，稱為全局坐標(biāo)系。主要方法：（ 1）光束法平差方法（ 2）互瞄法（ 3） “ 測站六自由度 ” 算法 —— 軍測建立光束法平差實質(zhì)是依據(jù)來經(jīng)緯儀 /全站儀 /激光跟蹤儀的角度觀測值化算為虛擬像平面坐標(biāo)值，然后利用光束法平差原理來求解二臺或多臺經(jīng)緯儀等傳感器在空間的姿態(tài)和位置關(guān)系。因此攝影測量方法在原理上說來對經(jīng)緯儀等沒有整平的要求。當(dāng)然經(jīng)緯儀軸系間相互垂直的關(guān)系要保持正確。雖然高精度電子經(jīng)緯儀可以精確整平，但事實上即使儀器精確整平后，也不能保證各儀器的垂直軸互相平行的幾何關(guān)系，因此二臺經(jīng)緯儀的左測站坐標(biāo)系與右測站坐標(biāo)系的關(guān)系如圖。此時右測站坐標(biāo)系相對于左測站 XYZ坐標(biāo)系存在 3個平移參數(shù) (XS,YS,ZS)和 3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)（ φ ， ω ， κ ），稱為 6個定向參數(shù)。由于這些參數(shù)無法直接測定，因此需用光束法平差進(jìn)行定向。設(shè)物點 P的空間坐標(biāo)為（ X， Y， Z），對應(yīng)于左、右虛擬像點坐標(biāo)分別為（ x1,z1） ,(x2,z2)。右測站坐標(biāo)系相對于左測站坐標(biāo)系的角度旋轉(zhuǎn)元素為（ φ ， ω ， κ ），右測站坐標(biāo)系的原點在測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 (XS,YS,ZS)，故左、右測站的共線方程為： 式中： ai,bi,ci為旋轉(zhuǎn)矩陣中的元素，是 （ φ ， ω ， κ ） 的函數(shù)。很顯然，右測站共線方程包含了定向參數(shù)的信息。對二臺經(jīng)緯儀的工業(yè)測量系統(tǒng)而言，每觀測一個物點可列出4個共線方程，而物點坐標(biāo)的未知數(shù)為 3個，因此有一個多余觀測。當(dāng)物方至少有一條已知的距離時，如基準(zhǔn)尺的二個端點間的距離為已知，就可解決 6個參數(shù)的求解，即系統(tǒng)定向問題。