WO2015074357A1 - 室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法 - Google Patents

室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法 Download PDF

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林嘉睿
任永杰
杨凌辉
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    • G01S7/4972—Alignment of sensor

Definitions

  • the invention belongs to a large-scale three-dimensional coordinate measuring method for industrial sites, and particularly relates to a precise control field precision traceability method for an indoor space measuring and positioning system. Background technique
  • WMPS Workspace Measurement Positioning System
  • Figure 1 is a schematic diagram showing the composition of a prior art indoor space measurement and positioning system (the space measurement and positioning system described in "Construction of a Scanning Planar Laser Space Positioning System Measurement Network").
  • this wMPS positioning system is mainly composed of a plurality of transmitting stations 101, a plurality of receivers 102, and a solving station 103.
  • Such a system draws on the idea of a global positioning system, uses a plurality of transmitting stations 101 to form a measurement network, and uses a spatial angle intersection automatic measurement method based on photoelectric scanning to locate a single receiver 102, and the transmitting station 101 is not responsible for solving the receiving at work.
  • the coordinates of the device but by providing an optical signal with angle information outward, provide a positioning service for the photoreceiver in the measurement space.
  • the wMPS positioning system uses three-dimensional coordinate measurement with spatial angle intersection, the measurement error increases significantly with the increase of the measurement distance. It is necessary to ensure the reliability of measurement by measuring the field precision traceability.
  • the traditional on-site precision traceability adopts standard parts as the measurement reference. It is inconvenient to carry and maintain, and the measurement flexibility is not high. It is difficult to adapt to the large measurement range and harsh environment of large-scale industrial sites. Currently, there is no reliable traceability benchmark in large-scale spaces.
  • the laser tracker interference ranging can be directly traced to the laser wavelength.
  • the invention provides a precision control field precision traceability method for an indoor space measurement and positioning system.
  • the invention utilizes the high-precision ranging of the laser tracker as a constraint, obtains more accurate three-dimensional coordinates of the global control point, constructs a precise control field, and serves as a measurement reference of the wMPS system, realizing the accuracy traceability of the field measurement, thereby improving the measurement accuracy of the wMPS system.
  • the precise control field precision traceability method of the indoor space measurement and positioning system of the present invention comprises the following steps:
  • Step 1 Arrange N moving bird's nests and M stations in the measurement space, and place the laser tracker at station 1.
  • Step 2. Place a target mirror on the moving bird's nest 1 to form a global control point 1.
  • the global control point 1 The three-dimensional coordinates, and so on, move the target mirror to the mobile nest 2, move the nest 3, ..., move the nest Nl, move the nest N, measure all global control points 2, global control points 3, ..., global
  • Step 3 Place the laser tracker in station 2, station 3, ..., station M-1 and station M in turn, repeat step 2 each time the laser tracker is moved, and then complete all stations to all Common observation of global control points;
  • the laser tracker measures at least 3 global control points at each station;
  • Step 4 Calculate the azimuth orientation of all stations according to the three-dimensional coordinates of all global control points under all stations, so as to obtain all global control points and three-dimensional coordinate iteration initial values of all stations;
  • Step 5 using the distance value of the station and the global control point measured by the laser tracker as a constraint to establish an optimization target equation, and performing an adjustment calculation, wherein the dynamic weighting method is adopted, and the three-dimensional coordinates of the global control point are used.
  • the measurement accuracy is traced to the laser tracker interference ranging accuracy, thereby establishing a precise control field;
  • Step 6 Arranging a plurality of transmitting stations in the measuring space, and after the initializing of the transmitting station, combining the precise control field to complete the positioning process of the transmitting station, quickly forming a measuring network;
  • Step 7 Using the indoor space measurement and positioning system to simultaneously measure the global control point and the measured point, take the three-dimensional coordinates of the global control point as constraints, perform the adjustment calculation, and obtain the three-dimensional coordinates of the measured point, and the three-dimensional coordinates of the measured point. The accuracy of coordinate measurement is traced back to the precision control field.
  • the invention can directly trace the source to the laser wavelength according to the laser tracker interference ranging, and use the tracker high-precision ranging as a constraint to obtain more accurate three-dimensional coordinates of the global control point on the field tooling frame, and construct a precise control field, and
  • the indoor space measurement and positioning system simultaneously measures the global control points and measured points, and uses high-precision adjustment to reproduce the accuracy of the global control points to the measured points. The accuracy of measurement is traced to improve the measurement accuracy of the indoor space measurement and positioning system.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a composition of a prior art indoor space measurement and positioning system (wMPS);
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a measurement process of three-dimensional coordinates of a global control point in a plurality of stations in the present invention
  • Figure 3 is a schematic diagram of tracing the accuracy of the measured point to a precise control field
  • Figure 4 is a schematic illustration of a receiver 104 conforming to the size of a 1.5 inch target mirror
  • Fig. 5 is a schematic diagram showing the mathematical model of the laser tracker 201 spherical coordinate measuring system. detailed description
  • the method is based on the indoor space measurement and positioning system (ie, the prior art Li PS system) described in "Construction of Measurement Plane Laser Space Positioning System Measurement Network", and combines a precision control field to realize measurement site precision traceability.
  • the composition of the wMPS system is shown in Figure 1.
  • the spatial angle automatic measurement method based on photoelectric scanning is used to locate a single photoreceiver (referred to as the receiver).
  • the transmitting station is not responsible for solving the receiver coordinates, but An optical signal with angle information is transmitted to provide a positioning service for the photoreceiver in the measurement space.
  • Each receiver in the system automatically calculates its own angle information under the coordinate system of each transmitting station after receiving the optical signal of the transmitting station, and calculates its own three-dimensional coordinates by using the angle intersection method in combination with the known transmitting station position information.
  • the precise control field precision traceability method of the indoor space measurement and positioning system comprises the following steps: docking the large parts of the aircraft For example
  • Step 1 Arrange N mobile nests on the mounting frame of the docking fuselage, place M stations around the docking large parts, and place the laser tracker 201 at the station 1.
  • Step 2 A target mirror 202 (the target mirror 202 in the present invention is a 1.5-inch target mirror) is placed on the moving bird's nest 1 to form a global control point 1, and the global control point 1 is measured by the laser tracker 201.
  • Step 3 The laser tracker 201 is sequentially placed in the station 2, the station 3, ..., the station M-1 and the station M, and the step 2 is repeated each time the laser tracker 201 is moved, and thus all the stations are completed. Common observations for all global control points; In steps 2 and 3 above, the laser tracker 201 measures at least 3 global control points at each station;
  • Step 4 Calculate the azimuth orientation of all stations according to the three-dimensional coordinates of all global control points under all stations, so as to obtain all global control points and three-dimensional coordinate iteration initial values of all stations;
  • Step 5 using the distance value of the station and the global control point measured by the laser tracker 201 as a constraint to establish an optimization target equation, and performing adjustment calculation, wherein the dynamic weighting method is adopted, and the global control point is three-dimensionally
  • the coordinate measurement accuracy is traced to the laser tracker 201 interference ranging accuracy, thereby establishing a precise control field; the process is as follows:
  • the laser tracker 201 is a spherical coordinate measuring system, and its mathematical model is shown in FIG. 5.
  • Step 5-2 Take the coordinate system of station 1 as the global coordinate system, complete the orientation of each station, and obtain the three-dimensional coordinates of the global control point and the position of the laser tracker in the global coordinate system, respectively (X ; y 0 and X! s i ⁇ , as the initial value of the optimization process; Step 5-2) In the global coordinate system, establish a redundant ranging equation, expressed as: Factory JQ 2 + (y factory Y + (z factory Z (2) In equation (2), / y is the distance measurement value, and the equation (1) is expanded by Taylor at (x ; ° ⁇ ), ( ° i Z ) to obtain: i j ij ' dX,
  • Equation (3) ( ⁇ . ⁇ . ⁇ .) and ( ⁇ ,. ⁇ ,.) are the optimal correction values of the three-dimensional coordinates of the global control point and the tracker station respectively, which are established by using equation (3).
  • Step 5-3) Weight the vector V according to the accuracy of the laser tracker and use the following formula:
  • Step 5-4 According to the distance and accuracy of the laser tracker, the vector, ,, « Az N performs initial weighting, and initially weights the vector [ ⁇ 1 ⁇ 1 ,..., ⁇ 2 ] 7 according to the orientation precision, thus obtaining the initial weight matrix ⁇ ⁇ of the vector ;
  • Step 5-5) When the number of global control points ⁇ and the number of laser tracker measurement stations ⁇ meet ⁇ >3 ( ⁇ + ⁇ ), the optimization objective equation is expressed as:
  • AX T P V AX min Since the matrix A is an ill-conditioned matrix, the matrix condition number is extremely large, and the small error in the adjustment solves the distortion of the solution. Therefore, the method of calculating the generalized inverse matrix by using singular value decomposition is used. , perform an iterative solution.
  • Step 6 Arrange a plurality of transmitting stations 101 around the docking large components. After the transmitting station is initialized, the positioning process of the transmitting station is completed in combination with the precision control field, and the measuring network is quickly formed. The steps are as follows:
  • Step 6-1) Replace the target mirror 202 of the global control point with the receiver 104 (shown in FIG. 4) conforming to the size of the 1.5-inch target mirror, and ensure that the position of the moving bird's nest 203 does not move during the replacement process. To ensure that the three-dimensional coordinates of the global control point do not change;
  • Step 6-2 arranging the transmitting station 101 in the measuring space, and at least four global control points between each two transmitting stations can simultaneously receive signals from the two transmitting stations 101;
  • Step 6-3) After all the transmitting stations 101 have a stable rotation speed, put a standard rod at multiple positions in the measurement space, and use the standard rod and the global control point to realize the orientation process of the indoor space measurement and positioning system to form a measurement network.
  • Step 7 Using the indoor space measurement and positioning system to simultaneously measure the global control point and the measured point, take the three-dimensional coordinates of the global control point as constraints, perform the adjustment calculation, and obtain the three-dimensional coordinates of the measured point, and the three-dimensional coordinates of the measured point.
  • the coordinate measurement accuracy is traced back to the precision control field, as shown in Figure 3.
  • the steps are as follows:
  • Step 7-1) keeping the receiver (104) and all transmitting stations (101) at all global control points from moving; step 7-2) placing the receiver (104) at the measured point in the measurement space, Each receiver (104) can receive signals of at least two transmitting stations (101) at the same time;
  • Step 7-3) Using the measurement network composed of the transmitting station (101) to simultaneously measure the global control point and the measured point, take the three-dimensional coordinates of the global control point as a constraint, perform the adjustment calculation, and obtain the three-dimensional coordinates of the measured point. The accuracy of the three-dimensional coordinate measurement of the measured point is traced to the precision control field.
  • the invention can directly trace the characteristics of the laser wavelength according to the interference of the laser tracker, and use the high-precision ranging of the tracker as a constraint to obtain more accurate three-dimensional coordinates of the global control points on the field assembly frame, and construct precise control.
  • Field, and as a high-precision measurement benchmark for industrial sites the indoor space measurement and positioning system simultaneously measures the global control points and measured points, and uses high-precision adjustment to reproduce the accuracy of the global control points to the measured points. , to achieve accurate traceability of on-site measurement, improve the measurement accuracy of indoor space measurement and positioning system.
  • the invention has the following advantages:
  • the precision control field provides the measurement reference for the industrial field measurement, and realizes the accuracy traceability of the three-dimensional coordinate measurement of the indoor space measurement and positioning system;

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Abstract

一种室内空间测量定位系统的精密控制场精密溯源方法，包括在测量空间内布设由多个移动鸟巢和多个站位；利用目标反射镜和移动鸟巢上组成全局控制点；激光跟踪仪（201）在所有站位下测量所有全局控制点的三维坐标；利用激光跟踪仪（201）的测距值作为约束，采用动态加权，解算全局控制点的三维坐标；布置多个发射站（101），结合精密控制场完成发射站定向过程；利用室内空间测量定位系统同时测量全局控制点和被测点，以全局控制点的三维坐标作为约束，解算被测点的三维坐标。利用激光跟踪仪（201）高精度测距作为约束，获取全局控制点更为精确的三维坐标，构建精密控制场，作为wMPS系统的测量基准，实现现场精度溯源，进而提高wMPS系统的测量精度。

Description

技术领域
本发明属于工业现场大尺寸三维坐标测量方法，特别涉及一种室内空间测量定位系统 的精密控制场精度溯源方法。 背景技术
室内空间测量定位系统 (wMPS: Workspace Measurement Positioning system) 是针 对航天、航空、造船等大型制造业测量需求， 基于空间角度交会特点发展起来的一种新型 的多站分布式空间测量定位系统， 可实现大尺度空间坐标的网络化高精度自动测量。 图 1 为已有技术的室内空间测量定位系统 （即 《扫描平面激光空间定位系统测量网络的构建》 所描述的空间测量定位系统）组成示意图。如图 1所示，这种 wMPS定位系统主要由多个发 射站 101、 多个接收器 102和解算工作站 103组成。 此类系统借鉴全球定位系统的思想， 使用多个发射站 101组成测量网络，采用基于光电扫描的空间角度交会自动测量方法对单 个接收器 102进行定位，发射站 101在工作时不负责解算接收器坐标，而是通过向外发射 带有角度信息的光信号， 为测量空间内的光电接收器提供定位服务。
由于 wMPS定位系统采用空间角度交会进行三维坐标测量， 测量误差随测量距离增加 而显著增大， 需要通过测量现场精度溯源来保证测量的可靠性。传统的现场精度溯源多采 用标准件作为测量基准， 携带维护不方便， 测量灵活性不高， 难以适应工业大尺寸现场的 测量范围大， 环境恶劣等特点。 目前， 在大尺度空间内尚没有可靠的溯源基准。
因此，研究空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法对提高室内空间测量定位系 统的测量精度， 实现现场测量的精度溯源具有重要价值。 发明内容
针对上述现有技术， 为了弥补 wMPS系统因测量距离增大导致的精度损失， 以及工业 现场大尺寸测量难以使用标准件实现精度溯源的不足，充分利用激光跟踪仪干涉测距可直 接溯源至激光波长的特点，本发明提供一种室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源 方法。本发明利用激光跟踪仪高精度测距作为约束，获取全局控制点更为精确的三维坐标， 构建精密控制场， 作为 wMPS系统的测量基准， 实现现场测量的精度溯源， 进而提高 wMPS 系统的测量精度。
为了解决上述技术问题，本发明一种室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方 法， 包括以下步骤：
步骤一、在测量空间内布设有 N个移动鸟巢和 M个站位，将激光跟踪仪放置在站位 1， 步骤二、 将一目标反射镜放在移动鸟巢 1上形成全局控制点 1， 测量该全局控制点 1 的三维坐标， 以此类推， 移动所述目标反射镜到移动鸟巢 2、 移动鸟巢 3、 ……、 移动鸟 巢 N-l、 移动鸟巢 N， 测量所有全局控制点 2、 全局控制点 3、 ……、 全局控制点 N-1和全 局控制点 N的三维坐标；
步骤三、 将激光跟踪仪依次放置在站位 2、 站位 3、 ……、 站位 M-1和站位 M， 每次 移动激光跟踪仪后重复步骤二， 至此， 完成所有站位对所有全局控制点的共同观测； 上述 步骤二和步骤三中， 激光跟踪仪在每个站位至少测量到 3个以上的全局控制点；
步骤四、根据所有站位下、所有全局控制点的三维坐标计算所有站位的方位定向， 从 而获得所有全局控制点和所有站位三维坐标迭代初值；
步骤五、利用所述激光跟踪仪测得的站位与全局控制点的距离值作为约束建立优化目 标方程， 进行平差解算， 其中采用动态加权的方法， 将所述全局控制点的三维坐标测量精 度溯源至激光跟踪仪干涉测距精度， 从而建立精密控制场；
步骤六、在测量空间内布置多个发射站， 待发射站初始化后， 结合精密控制场完成发 射站定向过程， 快速组成测量网络；
步骤七、利用室内空间测量定位系统同时测量全局控制点和被测点， 以全局控制点的 三维坐标作为约束， 进行平差解算， 求得被测点的三维坐标， 将被测点的三维坐标测量精 度溯源至精密控制场。
与现有技术相比， 本发明的有益效果是：
本发明根据激光跟踪仪干涉测距可直接溯源至激光波长的特点，利用跟踪仪高精度测 距作为约束， 获取现场工装型架上全局控制点更为精确的三维坐标， 构建精密控制场， 并 将其作为工业现场高精度测量基准， 室内空间测量定位系统同时测量全局控制点和被测 点， 并利用高精度平差解算， 将全局控制点的精度复现到被测点上， 实现现场测量的精度 溯源， 提高了室内空间测量定位系统的测量精度。 附图说明
图 1是现有技术室内空间测量定位系统 （wMPS ) 组成示意图；
图 2是本发明中全局控制点三维坐标在多个站位下的测量过程示意图；
图 3是将被测点精度溯源至精密控制场示意图；
图 4是与 1. 5英寸目标反射镜大小形状一致的接收器 104的示意图；
图 5是激光跟踪仪 201球坐标测量系统数学模型示意图。 具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的室内空间测量定位系统的精密控制场精 度溯源方法进行详细说明。
本方法是基于《扫描平面激光空间定位系统测量网络的构建》所述的室内空间测量定 位系统（即所述的已有技术中的丽 PS系统）， 并结合精密控制场实现测量现场精度溯源。 wMPS系统组成如图 1所示， 采用基于光电扫描的空间角度自动测量方法对单个光电接收 器 (简称接收器)进行定位， 发射站在工作时不负责解算接收器坐标， 而是通过向外发射带 有角度信息的光信号， 为测量空间内的光电接收器提供定位服务。系统内每个接收器收到 发射站光信号后自动计算自身在各个发射站坐标系的下的角度信息，并结合已知的发射站 方位信息使用角度交会方法计算自身三维坐标。
如图 2所示，为了提高室内空间测量定位系统的测量精度，实现现场测量的精度溯源， 本发明一种室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法，包括以下步骤： 以飞机大 部件对接为例
步骤一、在对接机身的装配型架上布设 N个移动鸟巢， 在对接大部件周围布设 M个站 位， 将激光跟踪仪 201放置在站位 1，
步骤二、 将一目标反射镜 202 (本发明中目标反射镜 202为 1. 5英寸目标反射镜）放 在移动鸟巢 1上形成全局控制点 1，利用激光跟踪仪 201测量该全局控制点 1的三维坐标， 以此类推， 移动所述目标反射镜 202到移动鸟巢 2、 移动鸟巢 3、 ……、 移动鸟巢 N-l、 移动鸟巢 N， 测量所有全局控制点 2、 全局控制点 3、 ……、 全局控制点 N-1和全局控制 点 N的三维坐标；
步骤三、 将激光跟踪仪 201依次放置在站位 2、 站位 3、 ……、 站位 M-1和站位 M， 每次移动激光跟踪仪 201后重复步骤二， 至此，完成所有站位对所有全局控制点的共同观 测； 上述步骤二和步骤三中，激光跟踪仪 201在每个站位至少测量到 3个以上的全局控制 点；
步骤四、根据所有站位下、所有全局控制点的三维坐标计算所有站位的方位定向， 从 而获得所有全局控制点和所有站位三维坐标迭代初值；
步骤五、利用所述激光跟踪仪 201测得的站位与全局控制点的距离值作为约束建立优 化目标方程， 进行平差解算， 其中采用动态加权的方法， 将所述全局控制点的三维坐标测 量精度溯源至激光跟踪仪 201干涉测距精度， 从而建立精密控制场； 其过程如下：
步骤 5-1 )激光跟踪仪 201是球坐标测量系统， 其数学模型如图 5所示， 其干涉测距 值可表示为： r = ^x2 + y2 + z2 ( 1 ) 利用式 （1 ) 根据各站位坐标系下全局控制点的三维坐标计算全局控制点在各站位坐 标系下的干涉测距值 ， 作为优化过程的测量值， 其中 i表示第 i个站位， i=l， 2， ···，¾!， j表示第 j个全局控制点， 」=1，2，···，Ν;
步骤 5-2 ) 以站位 1的坐标系为全局坐标系， 完成各站位的方向定向， 求得全局控制 点和激光跟踪仪所在站位在全局坐标系下的三维坐标， 分别为 (X; y 0和 X!s i ζ , 作为优化过程的初值； 步骤 5-2) 在全局坐标系下， 建立冗余测距方程， 表示为: 厂 JQ2 +(y厂 Y +(z厂 Z (2) 式 （2) 中， /y为测距值， 对式 （1)在 (x;° ή), ( ° i Z )处按泰勒一阶展 开， 得: ij ij ' dX,
Figure imgf000006_0001
式 （3) 中， (Δ^. Δ^. Δ^.)和（Δ ,. ΔΖ,.)分别为全局控制点和跟踪仪站位的 三维坐标的优化改正值， 利用式 （3) 建立如下误差方程：
对于 Μ个激光跟踪仪站位， Ν个全局控制点， 冗余误差方程组用下式表示：
V^AAX-b (5) 式 （5) 中， 矩阵 A 是由式 （2) 的泰勒展开的一阶求导项所组成的大型稀疏矩阵， AX = [AX,,AY,,AZl,AX2,AY2,AZ2,...,AXM,AYM,AZM,Axl,Ayl,Azl,Ax2,Ay2,Az2,...,AxN,AyN,AzNf u L'll 11''12 J '
步骤 5-3) 根据激光跟踪仪的测距精度 对向量 V进行加权， 并用下式表示：
P = diagda^ , )-2 , (σ,/12 )- 2 , · · · , )- 2 ) ( 6 ) 步骤 5-4 )根据激光跟踪仪的测距及测角精度对向量 , ,，« AzN 进行初 始加权， 并根据定向精度对向量[^1 ^^1,...,^ 2 ]7进行初始加权， 由此得 到向量 的初始权矩阵 ΡΧΰ；
步骤 5-5) 当全局控制点个数 Ν和激光跟踪仪测量站位数 Μ满足 ΜΝ>3 (Μ+Ν)时， 建立 优化目标方程表示为下式：
Ρ = ιίη
(7) AXTPV AX = min 由于矩阵 A是病态矩阵，矩阵条件数极大，平差解算时较小的误差就会引起解的失真， 因此采用奇异值分解计算广义逆矩阵的方法， 进行迭代解算。
在每一次迭代中， 计算向量 ΔΑ^和协方差矩阵 O ， 其中， k表示迭代次数； 根据 O 对 Px。进行修正， 实现动态加权；
迭代至满足终止条件， 得到全局控制点的三维坐标值， 完成精密控制场的建立。 步骤六、 在对接大部件周围布置多个发射站 101， 待发射站初始化后， 结合精密控制 场完成发射站定向过程， 快速组成测量网络， 其步骤如下：
步骤 6-1 ) 使用与 1. 5英寸目标反射镜大小形状一致的接收器 104 (如图 4所示） 替 换全局控制点的目标反射镜 202， 替换过程中保证移动鸟巢 203的位置不发生移动， 以确 保全局控制点的三维坐标不发生变化；
步骤 6-2 ) 在测量空间内布置好发射站 101， 每两个发射站间至少有四个全局控制点 可同时接收到两个发射站 101的信号；
步骤 6-3 )待所有发射站 101转速平稳后， 在测量空间多个位置摆放标准杆， 利用标 准杆和全局控制点实现室内空间测量定位系统的定向过程， 从而组成测量网络。
步骤七、利用室内空间测量定位系统同时测量全局控制点和被测点， 以全局控制点的 三维坐标作为约束， 进行平差解算， 求得被测点的三维坐标， 将被测点的三维坐标测量精 度溯源至精密控制场， 如图 3， 其步骤如下：
步骤 7-1 )保持所有全局控制点处的接收器（104)和所有发射站（101 )不发生移动； 步骤 7-2 )在测量空间内的被测点处放置好接收器（104)， 每个接收器（104 )至少可 同时接收到两个发射站 （101 ) 的信号；
步骤 7-3 )利用发射站（101 )组成的测量网络同时测量全局控制点和被测点， 以全局 控制点的三维坐标作为约束， 进行平差解算， 求得被测点的三维坐标， 将被测点的三维坐 标测量精度溯源至精密控制场。
综上，本发明根据激光跟踪仪干涉测距可直接溯源至激光波长的特点，利用跟踪仪高 精度测距作为约束，获取现场装配型架上全局控制点更为精确的三维坐标，构建精密控制 场， 并将其作为工业现场高精度测量基准，室内空间测量定位系统同时测量全局控制点和 被测点， 并利用高精度平差解算， 将全局控制点的精度复现到被测点上， 实现现场测量的 精度溯源， 提高了室内空间测量定位系统的测量精度。 本发明具有以下优点：
弥补了室内空间测量定位系统因测量距离增大导致的精度损失；
结合精密控制场完成发射站定向过程，提高室内空间测量定位系统的定向效率和精度 精密控制场为工业现场测量提供了测量基准，实现了室内空间测量定位系统三维坐标 测量的精度溯源；
在提高室内空间测量定位系统测量精度的同时， 不影响其工作效率。
尽管上面结合图对本发明进行了描述， 但是本发明并不局限于上述的具体实施方式， 上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明 的启示下， 在不脱离本发明宗旨的情况下， 还可以作出很多变形， 这些均属于本发明的保 护之内。

Claims

权利要求
1.一种室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法， 包括以下步骤： 步骤一、在测量空间内布设有 N个移动鸟巢和 M个站位， 将激光跟踪仪（201 )放置在 站位 1，
步骤二、 将一目标反射镜 （202 )放在移动鸟巢 1上形成全局控制点 1， 测量该全局控 制点 1的三维坐标，以此类推，移动所述目标反射镜（202 )到移动鸟巢 2、移动鸟巢 3、……、 移动鸟巢 N-l、移动鸟巢 N， 测量所有全局控制点 2、全局控制点 3、 ……、全局控制点 N-1 和全局控制点 N的三维坐标；
步骤三、 将激光跟踪仪 （201 ) 依次放置在站位 2、 站位 3、 ……、 站位 M-1和站位 M， 每次移动激光跟踪仪 （201 ) 后重复步骤二， 至此， 完成所有站位对所有全局控制点的共 同观测； 上述步骤二和步骤三中， 激光跟踪仪 （201 ) 在每个站位至少测量到 3 个以上的 全局控制点；
步骤四、 根据所有站位下、 所有全局控制点的三维坐标计算所有站位的方位定向， 从 而获得所有全局控制点和所有站位三维坐标迭代初值；
步骤五、 利用所述激光跟踪仪 （201 ) 测得的站位与全局控制点的距离值作为约束建 立优化目标方程， 进行平差解算， 其中采用动态加权的方法， 将所述全局控制点的三维坐 标测量精度溯源至激光跟踪仪 （201 ) 干涉测距精度， 从而建立精密控制场；
步骤六、 在测量空间内布置多个发射站 （101 )， 待发射站初始化后， 结合精密控制场 完成发射站定向过程， 快速组成测量网络；
步骤七、 利用室内空间测量定位系统同时测量全局控制点和被测点， 以全局控制点的 三维坐标作为约束， 进行平差解算， 求得被测点的三维坐标， 将被测点的三维坐标测量精 度溯源至精密控制场。
2. 根据权利要求 1 所述室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法， 其中， 步骤五建立精密控制场的步骤如下：
步骤 5-1 ) 根据各站位坐标系下全局控制点的三维坐标计算激光跟踪仪的干涉测距值 rt] , 其中 i表示第 i个站位， ί=1，2，···，Μ， j表示第 j个全局控制点， j=l，2，〜，N;
步骤 5-2 ) 以站位 1的坐标系为全局坐标系， 完成各站位的方向定向， 求得全局控制 点和激光跟踪仪所在站位在全局坐标系下的三维坐标， 分别为 (X; y) 0和
(X° Yt° ζ° ) , 作为优化过程的初值；
步骤 5-2 ) 程， 表示为：
Figure imgf000008_0001
式 （1 ) 中， /y为测距值， 对式 （1 ) 在 (x;° y z ) , ( ° i Z )处按泰勒一阶展 开， 得:
Figure imgf000008_0002
式（2) 中， (Δ^. Ay} Δ^.)和（Δ ,. ΔΖ,.)分别为全局控制点和激光跟踪仪站位 的三维坐标的优化改正值， 利用式 （2) 建立如下误差方程： 对于 Μ个激光跟踪仪站位， Ν个全局控制点， 冗余误差方程组用下式表示：
V = AAX_b (4) 式 （4) 中， 矩阵 A 是由式 （1) 的泰勒展开的一阶求导项所组成的大型稀疏矩阵，
AX = [AXl,AYl,AZl,AX2,AY2,AZ2,...,AXM,AYM,AZM,Axl,Ayl,Azl,Ax2,Ay2,Az2,...,AxN,AyN,AzNf u L'll 11''12 J ' 步骤 5-3) 根据激光跟踪仪的测距精度 对向量 V进行加权， 并用下式表示： P = diagda^ , )-2 , (σ,/12 )- 2 , · · · , (σ^ )- 2 ) ( 5 ) 步骤 5-4 )根据激光跟踪仪的测距及测角精度对向量 [Δ^ , , ..., , Δν , ΑζΝ 进行初 始加权， 并根据定向精度对向量[^1 ^^1,...,^ 2 ]7进行初始加权， 由此得 到向量 的初始权矩阵 ΡΧΰ；
步骤 5-5)当全局控制点个数 Ν和激光跟踪仪测量站位数 Μ满足 ΜΝ>3 (Μ+Ν)时，建立优 化目标方程表示为下式：
VTPV = min
τ (6) ΑΧτΡΧοΑΧ = min
采用奇异值分解计算广义逆矩阵的方法， 进行迭代解算；
在每一次迭代中，计算向量 ΔΑ^和协方差矩阵 ，其中， k表示迭代次数；根据 对
Px。进行修正， 实现动态加权；
迭代至满足终止条件， 得到全局控制点的三维坐标值， 完成精密控制场的建立。
3. 根据权利要求 1 所述室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法， 其中， 所述目标反射镜 （202) 为 1.5 英寸目标反射镜， 步骤六中， 结合精密控制场完成发射站 定向过程包括以下步骤：
步骤 6-1)使用与 1.5英寸目标反射镜大小形状一致的接收器（104)替换全局控制点 的目标反射镜 （202)， 替换过程中保证移动鸟巢 （203) 的位置不发生移动， 以确保全局 控制点的三维坐标不发生变化；
步骤 6-2) 在测量空间内布置好发射站 （101)， 每两个发射站间至少有四个全局控制 点可同时接收到两个发射站 （101) 的信号；
步骤 6-3)待所有发射站 （101)转速平稳后， 在测量空间多个位置摆放标准杆， 利用 标准杆和全局控制点实现室内空间测量定位系统的定向过程， 从而组成测量网络。
4. 根据权利要求 1所述室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法， 其中， 步 骤七中， 结合精密控制场完成发射站定向过程包括以下步骤：
步骤 7-1 )保持所有全局控制点处的接收器（104)和所有发射站 （101 )不发生移动； 步骤 7-2) 在测量空间内的被测点处放置好接收器 （104)， 每个接收器 （104) 至少可 同时接收到两个发射站 （101 ) 的信号；
步骤 7-3) 利用发射站 （101 ) 组成的测量网络同时测量全局控制点和被测点， 以全局 控制点的三维坐标作为约束， 进行平差解算， 求得被测点的三维坐标， 将被测点的三维坐 标测量精度溯源至精密控制场。
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