CN101639347A - 双站协同式大型结构件多面测量方法 - Google Patents

Abstract

双站协同式大型结构件多面测量方法属于光电在线检测技术领域。现有单站转站式测量方法存在的不足在于操作繁琐，在转站的过程中会发生精度损失，导致测量精度下降。本发明采用两台全站仪，主全站仪位于能够瞄准到位于大型结构件一侧的待测点的位置，副全站仪位于能够瞄准到大型结构件另一侧的待测点的位置，并且两台全站仪能够对瞄，通过对瞄确定副全站仪相对于主全站仪的有向角，主全站仪测量大型结构件一侧的待测点，副全站仪测量大型结构件另一侧的待测点，将测量数据传给共用电脑，由电脑根据测量软件计算出两个待测点之间的距离。用于测量大型结构件多面尺寸及误差。

Description

双站协同式大型结构件多面测量方法

技术领域

本发明涉及一种双站协同式大型结构件多面测量方法，采用两台全站仪，实现大型结构件多面测量，属于光电在线检测技术领域。

背景技术

全站仪又称全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。是一种集光、机、电技术为一体的精密测量仪器，由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储等部分组成，通过人工瞄准、逐点测量采集数据，再通过通讯电缆传送给电脑，电脑根据测量软件完成数据的处理，并显示最终的测量结果。在全站仪A中建立直角坐标系，确定待测对象上的待测点点P，见图1所示，测量出方位角α、俯仰角β、距离d(斜距、平距)以及高差等。待测点P在全站仪A直角坐标系中的坐标(x_p，y_p，z_p)根据下式求出：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_p=d\·\sin \mathrm{\β}\·\cos \mathrm{\α}\\ y_p=d\·\sin \mathrm{\β}\·\sin \mathrm{\α}\\ z_p=d\·\cos \mathrm{\β}\end{array}\right.---\left(1\right)$

全站仪用于地下隧道施工、地上大型建筑以及其他大型结构件尺寸及形位误差测量。如在轨道客车车体的制造过程中，通过全站仪的在线测量，实现变形监测。对此，在一篇发表于2007年题为“客车车体形位误差测量方法研究”的长春理工大学郑海涛硕士论文中记载了有关内容。该测量方法称为单站转站式测量方法，见图2、图3所示，需要测量车体1两侧待测点P₁、待测点P₂之间的距离。全站仪A位于能够瞄准到位于车体1一侧的待测点P₁的位置，参照目标C位于能够瞄准到车体1另一侧的待测点P₂并且能够被全站仪A瞄准到的位背。全站仪A先测量待测点P₁，再测量参照目标C。然后，将全站仪A转站至参照目标C的位置，测量待测点P₂。将测量数据传给电脑，由电脑根据测量软件计算出待测点P₁、待测点P₂之间的距离。该方法存在的不足在于操作繁琐，在转站的过程中会发生精度损失，导致测量精度下降。

在大型结构件多面测量上还有采用3D悬臂式激光雷达测量的方法。该方法无需合作目标，能够单机完成多面测量。但是，所采用的悬臂式激光雷达目前最大悬臂长仅有5m，尚不能适合如轨道客车车体一类的大型结构件的多面测量。

发明内容

为了实现采用全站仪便捷地完成大型结构件多面测量，同时保证测量精度，我们发明了一种双站协同式大型结构件多面测量方法。

本发明是这样实现的，采用全站仪测量大型结构件多面尺寸，其特征在于，见图4所示，采用两台全站仪，主全站仪A位于能够瞄准到位于大型结构件2一侧的待测点P₁的位置，副全站仪B位于能够瞄准到大型结构件2另一侧的待测点P₂的位置，并且两台全站仪能够对瞄，通过对瞄确定副全站仪B相对于主全站仪A的有向角θ，主全站仪A测量大型结构件2一侧的待测点P₁，副全站仪B测量大型结构件2另一侧的待测点P₂，将测量数据传给共用电脑，由电脑根据测量软件计算出两个待测点之间的距离。

本发明其效果在于，两台全站仪固定不动，协同测量。因此，该方法不仅简便、省事，而且，不会发生因测量仪器的移动所发生的精度损失。测量范围等同于单台全站仪的测量范围。在实现大型结构件多面测量的同时保证精度不变。

附图说明

图1是在全站仪直角坐标系中待测点的位置及位置数据含义示意图。图2是现有单站转站式测量方法转站前测量状态示意图。图3是现有单站转站式测量方法转站后测量状态示意图。图4是本发明之双站协同式测量方法测量状态示意图，该图兼作为摘要附图。

具体实施方式

本发明具体是这样实现的，采用全站仪测量大型结构件多面尺寸。见图4所示，采用两台全站仪，主全站仪A位于能够瞄准到位于大型结构件2一侧的待测点P₁的位置，副全站仪B位于能够瞄准到大型结构件2另一侧的待测点P2的位置，并且两台全站仪能够对瞄。主全站仪A测出副全站仪B的方位角θ′，副全站仪B测出主全站仪A的方位角θ″。于是，主全站仪A通过对瞄确定副全站仪B相对于主全站仪A的有向角θ，见下式：

θ＝θ″-θ′-180°              (2)

主全站仪A的直角坐标系为(x，y，z)，副全站仪B的直角坐标系为(x′，y′，z′)。根据公式(1)求出副全站仪B在主全站仪A中的坐标(x_BA，y_BA，z_BA)，即：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{BA}}=d^{\′}\·\sin \mathrm{\β}\·\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ y_{\mathrm{BA}}=d^{\′}\·\sin \mathrm{\β}\·\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ z_{\mathrm{BA}}=d^{\′}\·\cos \mathrm{\β}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：d′、β、θ′由主全站仪A测量，分别为副全站仪B的直角坐标系(x′，y′，z′)原点的斜距、俯仰角和方位角。

主全站仪A测量大型结构件2一侧的待测点P₁。副全站仪B测量大型结构件2另一侧的待测点P₂，待测点P₂在副全站仪B直角坐标系中的坐标为(x′_B，y′_B，z′_B)。副全站仪B经坐标旋转及坐标平移，待测点P₂在主全站仪A直角坐标系中的坐标(x_A，y_A，z_A)为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_A=x_B^{\′}\cos \mathrm{\θ}+y_B^{\′}\sin \mathrm{\θ}+x_{\mathrm{BA}}\\ y_A=-x_B^{\′}\sin \mathrm{\θ}+y_B^{\′}\cos \mathrm{\θ}+y_{\mathrm{BA}}\\ z_A=z_B^{\′}+z_{\mathrm{BA}}\end{array}\right.---\left(4\right)$

将测量数据传给共用电脑，由电脑根据测量软件计算出两个待测点之间的距离。

Claims (4)

1、一种双站协同式大型结构件多面测量方法，采用全站仪测量大型结构件多面尺寸，其特征在于，采用两台全站仪，主全站仪(A)位于能够瞄准到位于大型结构件(2)一侧的待测点(P₁)的位置，副全站仪(B)位于能够瞄准到大型结构件(2)另一侧的待测点(P₂)的位置，并且两台全站仪能够对瞄，通过对瞄确定副全站仪(B)相对于主全站仪(A)的有向角(θ)，主全站仪(A)测量大型结构件(2)一侧的待测点(P₁)，副全站仪(B)测量大型结构件(2)另一侧的待测点(P₂)，将测量数据传给共用电脑，由电脑根据测量软件计算出两个待测点之间的距离。

2、根据权利要求1所述的大型结构件多面测量方法，其特征在于，主全站仪(A)测出副全站仪(B)的方位角(θ′)，副全站仪(B)测出主全站仪(A)的方位角(θ″)，副全站仪(B)相对于主全站仪(A)的有向角(θ)由下式决定：

θ＝θ″-θ′-180°。

3、根据权利要求1所述的大型结构件多面测量方法，其特征在于，主全站仪(A)的直角坐标系为(x，y，z)，副全站仪(B)的直角坐标系为(x′，y′，z′)，副全站仪(B)在主全站仪(A)中的坐标(x_BA，y_BA，z_BA)为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{BA}}=d^{\′}\·\sin \mathrm{\β}\·\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ y_{\mathrm{BA}}=d^{\′}\·\sin \mathrm{\β}\·\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ z_{\mathrm{BA}}=d^{\′}\·\cos \mathrm{\β}\end{array}\right.,$

式中：d′、β、θ′由主全站仪(A)测量，分别为副全站仪(B)的直角坐标系(x′，y′，z′)原点的斜距、俯仰角和方位角。

4、根据权利要求1所述的大型结构件多面测量方法，其特征在于，副全站仪(B)测量的大型结构件(2)另一侧的待测点(P₂)在副全站仪(B)直角坐标系中的坐标为(x′_B，y′_B，z′_B)，该点在主全站仪(A)直角坐标系中的坐标(x_A，y_A，z_A)为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_A=x_B^{\′}\cos \mathrm{\θ}+y_B^{\′}\sin \mathrm{\θ}+x_{\mathrm{BA}}\\ y_A=-x_B^{\′}\sin \mathrm{\θ}+y_B^{\′}\cos \mathrm{\θ}+y_{\mathrm{BA}}\\ z_A=Z_B^{\′}+Z_{\mathrm{BA}}\end{array}\right..$

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