触摸技术及测量研究（共10篇）
触摸技术及测量研究 篇1
摘要：本文基于笔者多年从事地籍测量的相关工作经验, 以笔者参与的厦门某工程项目为研究背景, 研究探讨了基于GPS技术的地籍测量实施方案, 给出了精度分析的思路, 相信对同行能有所裨益。
关键词：工程背景,GPS,地籍测量,控制测量,碎部测量
地籍测量工作是一项系统、复杂而艰苦的测绘工作, 同时又要保持较高的精度 (厘米级) 和现势性。常规的测量方法有经纬仪、全站仪、测距仪等, 其共同特点是要求测站点间必须通视使得不能进行大面积的测量工作, 并且需要3个工作人员以上, 费事费力, 效益十分低下。近年来, 由于GPS系统进一步稳定和完善, 以及相应硬、软件的提高, GPS RTK技术其简单高效的特点被广泛应用于地形图测绘、工程放样、控制测量以及导航等方面, 得到了很快的普及和发展。
1 工程概况
本次地籍测量的作业区域位于厦门市外环路以内, 面积为468km2。测区内地势平坦, 平均高程41m左右, 地势大体是东北高, 西南低。经过测算, 整个测区界址点数为38.8万个。如果采用全站仪进行控制点测量和界址点测量, 按照投人6个作业组 (每组5人) 进行测量, 每个作业组一天测量35个界址点, 则需时1847天, 无法按工期结束外业测量任务。因此, 决定采用GPS RTK方法进行界址点测量, 将6个作业组拆分为10个作业小组 (每组3人) , 力争每个作业小组一天测量150个界址点以上, 从而将外业测量时间压缩到260天以内。
2 城镇地籍测量的实施方案与精度评定
2.1 作业流程
作业流程的科学化是数字测量的关键, 结合测区已有的资料, 以有关规程、规范为依据, 设计作业流程, 流程为收集相关资料→测设首级与图根控制点→外业数据采集→内业数据处理→图形编辑→成果整理。
2.2 控制测量
常规的地籍控制测量采用三角网、导线网方法来施测, 这些测量方法要求相邻控制点之间必须通视, 技术规范对导线的长度、图形都有相应的要求, 而且, 在外业测设过程中不能实时知道导线的精度, 如果测设完成后, 回到内业进行平差处理后, 发现测量精度不符合规范要求的, 还必须返工重测。
G P S R T K技术解决了常规控制测量中的这些问题, 这种方法在测量过程中不要求点与点之间的通视, 不要求进行导线平差, 对控制点之间的图形、边长也没有什么要求, 而且, 采用实时GPS RTK测量能实时获得定位的坐标数据及精度, 测量控制器上会实时显示坐标及其点位精度, 如果点位精度满足要求了, 用户就可以将坐标的均值、精度及图形属性存贮到电子手簿中, 一般测量一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。这样可以大大提高作业效率。在地籍测图和勘测定界工作中, 如果把RTK用于控制测量, 布设测图控制网, 不仅可以大大减少人力强度、节省费用, 而且大大提高工作效率。
在应用GPS RTK布设控制网前, 应采用GPSRTK的点校正功能求出测区WGS-84坐标与80或54坐标的转换参数, 以避免投影变形过大, 得不到更精确的控制点坐标成果。
2.3 碎部测量
传统的碎部测量一般是根据测区已有的图根控制点, 利用平板仪测图或使用全站仪测图, 使用全站仪时, 测每个点均翰人该点的地物编码。然后再利用成图软件成图, 这些方法作业时要求测站点和被测的周围地物地貌等碎部点之间一定要通视而且一台仪器至少要求2～3人同时进行作业。
采用RTK技术进行测图时, 不要求通视, 架设好基准站后, 仅需一人拿着仪器便可以开始测量。测量时, 测量员在仪器已经初始化 (获得固定解) 的情况下, 在要测的地形地貌碎部点上, 将测杆对中、让气泡居中后, 开始测量几秒钟, 就能获得该点的坐标, 精度达到要求后就可保存, 保存点时输人该点的特征编码, 把一个区域内的地形地物点位测定后, 利用专业数据传输和处理软件可以输出所有的测量点。用RTK技术测定点位不要求点间通视, 仅需一人操作, 便可完成测图工作, 大大提高了测图的工作效率。
2.4 放样
采用RTK技术放样时, 可以在室内用专用软件将要放样的点 (或线) 坐标编辑好, 传输到GPS的手簿中, 便可以在野外进行操作。操作时, 按提示选择放样点后, GPS RTK会实时解算出天线所在位置的坐标, 同时与待放样的坐标进行比较, 得出两者之间的坐标差, 再通过手簿的界面文字和图形导航到点。以Trimble5 7 0 0为例, 执行放样操作后, 手簿屏幕上文字界面会出现距离放样点的水平距离、垂直距离, 图形界面会出现箭头和指北方向, 指示该往哪个方向放样点靠近, 当仪器在距离放样点3m之内时, 箭头消失, 放样点用圆环表示, GPS天线的位置用十字丝显示。这种作业方法能很方便地找到放样点。
2.5 内业数据处理
外业采集数据后, 及时对外业采集的数据进行内业数据处理。
通过全站仪通讯软件把数据下载到计算机中, 再通过其他辅助软件编辑将数据存为*.DAT格式, 用CASS6.0成图软件展绘碎部测量点, 结合宗地草图和预设编码进行初步成图, 同时加载地籍各个要素, 做到地籍图图形数据的完整性和正确性。待一切就绪, 就可生成不同比例尺的宗地图、界址点成果表、界址调查表、宗地属性表等相关内容, 为地籍信息数据库的建立做好准备。
3 测距仪测距精度分析
用测距仪测量时, 高差公式为:
目前常用的测距仪标称精度为± (5mm+5ppmD) , 对误差精度分析如下。
3.1 测距误差的影响
3.2 对高差误差的影响
不同竖直角对应的高差误差见表1。
若只进行单向观测, 当断离超过300m时, 应加上地球曲率和大气折光改正数, 此时高差公式应为:
对高差误差的影响为:
4 结语
本文以厦门某地籍测量项目为背景, 分析探讨了城镇地籍测量流程和精度分析的方法, 相信对同行能有所裨益。
参考文献
[1]李青元, 林宗坚, 李成明.真三维GIS技术研究的现状与发展[J].测绘科学, 2000 (2) .
[2]王少娟, 王丹.3维城市建筑物模型数据采集的质量控制[J].测绘通报, 2000 (1) .
触摸技术及测量研究 篇2
关键词：线路工程纵断面；自动化测量技术；绘制技术；改进办法
引言：科学技术的进步是加快工程建设的重要助手，目前我国线路工程纵断面测量技术和绘制技术都有了长足的发展。对纵断面的测量已经达到了自动化的水准，准确率高，数据精准，并且借助于先进的技术和软件，绘制的效率和准确率也得到了提高。而为了继续发展我国的线路工程，则需要在现有的程度上，继续改进工程纵断面自动化测量技术和绘制技术。
1.线路工程纵断面图自动化测量的改进研究
1.1线路工程纵断面测量的基本方法
线路工程的纵断面测量又称为线路水准测量，其主要的目的是测量线路工程中的中线上的各里程桩的地面高程，绘制中线纵断面图。而线路测量的主要步骤氛围两步，一是基平测量，二是中平测量，除了这两个基础测量方式以外，随着时间的推行，测量方式也不断的改变，于是测量这些基础数据的时候，开始使用的是以AutoLISP程序语言编程的文本，该文本最终实现了线路工程纵断面数据文本的自动生成避免了以往的因为线路纵断面计算方式复杂，计算难度很大，导致人工计算或是用计算器计算会出现的数据错误，最终导致测量不准确，因此，在保证测量基本方法不变的前提下，开发自动化测量技术，提高线路工程纵断面的测量准确率和工作效率。
1.2线路工程纵断面自动化测量的改进
计算机技术改变和推进了线路纵断面测量的方法，从AutoLISP程序语言编程的方法，实现了半自动化测量纵断面技术以后，技术自动化测量线路纵断面技术很快就研发出来。利用铁路纵断面技术开发研究线路工程纵断面测量技术，以Access2003技术为基础数据库，对测量出的数据自动化进行存储和比对，而后使用AutoCAD2010绘图软件和技术，并且利用DAO访问同时启动程序，自动编写和和测量数据，同时结合EXCEL软件，可以计算出有关的数据，如图所示：利用EXCEL程序計算圆曲线主点要素，也就是线路纵断面中圆曲线的测量，主要方法为，①JDI 架仪，照准JDI-1，取得T，得ZY点，②照准JDI+1，取得T，得YZ点，③在分角线方向量取E，得QZ点。
通过竖曲线高程图，并利用计算公式：， ，其中，其中Li为各点至原点的弧长（里程），通过公式和EXCEL程序的计算，能够得到准确的测量数据，并且可以根据图辅助计算。（附表1竖曲线各桩高程计算）
2.线路工程纵断面图绘制技术的改进研究
2.1外业数据采集
在已知的站点设断面的观察点，并且通过工具测量其准确的坐标和高程，并且确定位置和坐标以后，在测量地形图的时候，还要测量纵断面的数据。如果怕数据弄错，也可以单独测量纵断面的数据，这些数据都是和线路工程图的绘制有关系的，能够达到准确绘制的效果。根据数据收集地的特点，如果河道的宽度数值不是很大，视野开阔，则侍尺员能够通过视觉的判断，找到准确的前进方向。而且由于测绘地点的视野十分开阔，则可以在确定一个测绘点的同时，同时可以测量多个断面，因为节省时间，尤其是在断面距离比较小的时候，这种测量方式具有很明显的优势。最后则是需要把测量出的地形点和断面点的数值输入到程序中并机进行保存。
2.2内业处理流程
在内业处理流程中，由于断面点的数据过多，整理不容易，同时数据的输入输出不是很方便，因此，为了方便断面数据的提取，就需要在软件中，编写有关程序，利用测图软件的展点连接功能，能够将各个断面的点通过连段连接的方式，从左至右把所有的断面点连接在一起，最终形成一个Pline线，从而让软件和系统编辑具备了绘制断面的功能，从而加快了工作效率。想要完成程序的编辑，首先要赋予桩号子程序，其次需要提取断面线的子程序，并且将格式转换成子程序，最后绘制断面图子程序。
结束语：目前我国的线路工程自动化测量和绘制技术已经有了长足的进展，但是对目前我国日新月日的发展，技术的进步还不足够，因此，针对目前的自动化测量，以及绘制技术所存在的不足支持，本文提出的改进办法具有一定的借鉴意义和实际作用。所以，改进线路工程纵断面的自动化测量和绘制技术和社会科技发展，以及社会进步的必然要求。
参考文献
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叶片NC轨迹规划及测量技术研究 篇3
叶片类零件在航空航天、水电、船舶行业中有广泛的用途。在航空发动机制造中各类叶片所占比重约30%[1],是航空发动机中的核心零件。因此,发动机叶片的设计、制造技术水平对提高航空发动机性能、缩短研制周期和降低制造费用起着重要的作用。叶片类零件主要加工方法是数控加工。目前国外已经实现了采用五坐标数控机床螺旋铣削加工叶片,并取得了良好的加工效果。然而由于价格、技术等壁垒因素,国内对其掌握不多[2]。西北工业大学白瑀等提出了叶片类零件四坐标高效数控加工的螺旋刀轨生成算法[3]。吴宝海,王尚锦研究了任意曲面叶片四坐标联动平底刀端铣加工的刀位轨迹生成方法[4]。上述文献从不同角度研究了叶片的数控加工刀位轨迹生成方法,但均未涉及裁剪叶片的高效刀轨生成方法。
在叶片形状和尺寸检测方面,三坐标测量机因其多功能、精度高和适应范围广等优点,成为目前国内外研究的焦点[5]。席平,孙肖霞研究了涡轮叶片型面误差检测关键技术,采用了在叶片截面线上密集采点的方式分布测量点,虽然保证了检测精度,但是测量点太多,测量效率不高[6]。李斌,孙忠林等人研究了螺旋桨叶片等半径测量点规划方法,但是对叶尖和叶根的测量没有给出具体方法[7]。Koster M依据质心定理推导出基于形状的采样算法,能按照曲率大小分布测量点,但是对于闭合曲线采用该方法效果较差[8]。
本文通过对叶片曲面进行重新参数化,使一个规范化参数域与裁剪叶片实际边界相匹配,并在规范化参数域上规划刀具轨迹;同时利用规范化参数域生成等参数线,并按照弦公差方法在等参数线上规划测量点,输出测量点信息文件及测量机控制点信息文件;控制三坐标测量机按照给定的控制点信息测量实物,返回实际测量点与理论点进行比对,得出测量结果。
1基于参数映射的刀具轨迹生成方法
1.1叶片造型方法及刀具轨迹规划存在的问题
无论是整体叶轮上的叶片还是分体式叶片零件,其曲面在建模过程中一般通过蒙皮法生成。首先给出一组截面线,然后通过截面线生成初始叶片曲面。这个模型一般不是最终的模型。其叶根部分通常要以轮毂为边界进行裁剪或与榫头做布尔交,并且一般会有倒角,而叶尖部分一般也要进行裁剪,从而得到设计的形状。如图1所示某型号叶盘上的叶片模型。
目前自由曲面叶片多通过多坐标数控铣的方式进行加工。传统的刀轨生成方法一般基于曲面参数,按照等参数法生成刀轨。其优点是使得刀轨与曲面边界相匹配,然而当叶片曲面经过一系列裁剪或布尔操作后,刀轨将不再与实际叶片曲面边界相匹配。这造成的问题如下:(1) 刀具有空行程,影响加工效率。(2) 刀轨深入到轮毂中,从而发生干涉,造成清根的困难。从图2所示在UG中生成的叶片刀轨,可以看出叶片顶端的刀轨不连续,影响加工效率,而叶片下端的刀轨不连续且会过切到轮毂中。
1.2 参数映射实现及刀轨生成方法
设沿叶片曲面径向为v参数方向,截面线方向为u参数方向。如图3(a)为初始叶片曲面的参数域,图3(b)为经过裁剪后的参数域,C0、C1为v参数方向的两个边界。本文通过建立一种映射关系,使得图3(b)中经过裁剪后的参数域与图3(c)所示的规范化参数域相对应。在图3(c)所示的参数域上规划刀轨,这样所生成的刀具轨迹便与实际的叶片曲面相匹配。图中所示参数域均为示意图,并非真实叶片曲面参数域。
在图3(c)参数域中任选一点(m,n),要求在图3(b)所示实际参数域中找到其对应点(u,v),且该对应点唯一。此时(m,n)便与(u,v)之间形成了某种映射。本文给出映射关系如下:
(1) 在叶片u向上,由于没有经过任何操作,则u=(Umax-Umin)m+Umin;
(2) 在叶片v向上,做线性插值,计算可得:v=(v1-v0)n+v0,其中v0由C0(m,0)计算得到,v1由C1(m,1)计算得到。对于裁剪曲面,其边界参数关系一般是已知的。
这样便将规范化参数域(图3(c))中每一点与经过裁剪后的参数域(图3(b))中的每一点对应起来。完成参数映射后可以利用规范化参数域来规划等参数刀轨,效果如图4所示。
2 测量点规划
2.1 叶片测量点规划方法
现阶段叶片测量普遍采用截平面法在截面线上规划测量点。但是在叶根和叶尖处,得不到完整的截面线,可能造成叶片检测结果不准确。因此本文利用上文中的规范化参数域生成等参数线(如图4),在这些等参数线上规划测量点,使得测量点与叶片曲面边界相匹配。
在曲线上规划测量点一般采用等参数(等弧长或等间距)法,用等参数法在曲线上采点简单易行,为保证检测精度,通常采用密集的采点方式,但测量点过多会显著地降低测量效率。因此,研究如何在一定测量点数目下尽可能真实地反映曲线原始形状,或在保证测量精度前提下选取最少的测量点,对提高检测效率有重要意义。直观上,应尽量选择曲线上特征突出的点为测量点。测量点的疏密应随曲线曲率变化而变化,也即在曲线曲率大的部分测量点分布应当密集,在曲率小的地方测量点分布应当稀疏。本文采用给定最大弦公差的方法在曲线上分布测量点,能够实现测量点按曲率大小分布。
2.2 按照最大弦公差分布测量点
弦公差:在曲线Y(t)上分布若干采样点Y(ti),以两个连续采样点Y(ti)和Y(ti+1)为端点的直线段L(即弦)到对应曲线弧的最大距离即为弦公差,如图5所示。
按照最大弦公差对规范化参数域上生成的曲线(如图4)进行采样,可实现按曲线曲率特征进行采样,采样点在曲率大处较密集,曲率小处较稀疏。曲线采样方法如下:
设曲线C的数学方程为Y=Y(t),t∈[0,1],t为曲线参数。曲线连续、一阶和二阶导数存在。直线L方程由点(t,Y(t)) 和点(t+Δ,Y(t+Δ))确定。给定弦公差D,ε为一0到1之间的给定值。文中ε=0.1,t初值为0,最大值为1。
曲线采样流程如下:
Step1 取起点为(t,Y(t)),Δ=ε;若t=1,结束采样;否则执行下一步。
Step2 若t+Δ>1,则取Δ=1-t使t+Δ=1;取下一点为(t+Δ,Y(t+Δ)),由两点确定直线L方程,计算直线L与曲线C在区间[t,t+Δ]上最大距离d,执行下一步。
Step3 若d<D,则取点(t+Δ,Y(t+Δ))为一个采样点,t=t+Δ,转Step1。若d>D,则Δ=ε/2,转Step2。
图6所示为采用弦公差法和等参数法在叶片等参数线上生成的测量点。利用弦公差方法生成的测量点在叶盆叶背处较稀疏,在前后缘处较密集,共有30个测量点,如图6(a)所示;利用等参数法生成的测量点分布均匀,但能使前后缘处测点分布达到与弦公差法同样的效果时,等参数法需要120个测量点,图6(b),测量点数远大于弦公差法生成的测量点数。可见弦公差法能实现测量点按照曲率大小来分布,并且测量点数目较少,从而能提高测量机工作效率。
2.3 测量点文件输出
测量点一般需输出为常用的数据文件格式(本文为*.dat文件格式),作为理论点与经坐标测量机测量返回的实测点进行对比得出测量结果。要求输出点坐标和该点的法矢量,具体格式如下:
3 CMM测量控制编程
3.1 测量机移动控制点文件输出
只有测量点还不能控制测量机进行测量,还需要进行测量路径规划,设置一些移动点(虚点)以及测量方向,然后根据测量机的测量移动次序把测量点及虚点编辑成测量机移动控制点数据文件(文本文件*.dat),其格式可以根据测量机软件系统输入输出的要求进行规定。本文中虚点是通过对理论测量点按法向偏置一个特定距离得到,测量方向为理论测量点的法矢量方向。下面是针对PC-DMIS规定的一种测量机控制点文件文本格式[9],具体要求是每行7个数据,格式如下:
其中:TP为标识, TP =1时,点为测量点;TP =2时,点为移动点(虚点);TP =0时,测量结束;TP为其他值时,该行不起作用。Xi Yi Zi 为测量点的理论坐标;Ii Ji Ki 为测量点的法向矢量,测量机将沿该方向移动对该点进行测量;i为测量点与虚点总数。
3.2 CMM测量控制编程
CMM测量控制编程在测量机软件系统PC-DMIS中实现,实现以下功能:1)将CAD模型文件导入到测量软件,PC-DMIS提供了与UG系统的直接连接接口,可以不经任何转换导入CAD模型;2)工件坐标系与CAD模型坐标系对齐,PC-DMIS中可以使用CAD=PART功能实现工件坐标系与CAD模型坐标系对齐;3)读入测量机移动控制文件的数据;4)驱动测量机按照读入的数据进行操作;5)输出测量结果。
主要是利用PC-DMIS文件输入输出指令[9]对测量机移动控制点文件和数据输出文件进行操作。步骤如下:
Step1:利用指令“FILE/OPEN”打开输入输出文件;Step2:利用指令“FILE/READLINE”按行读(输入)控制测量点坐标文件;Step3:如果TP =1,测量该点;并利用指令“FILE/WRITELINE”把测量数据按格式写入测量数据输出文件;执行完后转入step2;如果TP =2,移动到该点;执行完后转入step2;如果TP =0,测量结束。
测量数据输出文件格式可以根据自己的需要确定。本文要求的格式是CAD/CAM 集成软件系统UG 可以读入的文本格式,其中文件类型为:*.dat,格式如下:
3.3 误差计算
测量叶片的目的是为了评定被测叶片的误差,并做出是否合格的结论。由于本文采取的测量点规划方法得到的测量点不在同一截面上,不能计算叶片的参数,比如弦长、前缘和后缘半径。所以本文仅对叶型误差进行评定。
叶型误差e=max(d(pi′,pi)-r), i=1,2,…,n其中pi′为实测点,pi为理论点,r为侧头半径,n为测量点数目。若叶型误差e大于允许误差E则片不合格,若叶型误差e小于允许误差E则叶片合格。
本文利用ActiveX Automation技术,在VC6平台下使用基于MFC的OLE(Object Linking and Embedding对象链接与嵌入)编程方法对Excel进行操作。主要实现理论点数据、实测点数据以及实测点与理论点之间的误差输出至EXCEL。数据输出至EXCsEL格式为:
Xi、Yi、Zi为理论点坐标,Xi’、Yi’、Zi’为实测点坐标,di为实测点与理论点误差,i为测点数。
4 运行实例
本文基于VC++6.0以NX6.0为平台进行二次开发,利用MFC进行了界面设计,运行实例如下。
首先启动UG,打开叶片CAD模型文件,在UG菜单中选择“叶片”,在弹出的用户界面选择相应的操作,如图7。
在重构曲面对话框,分别选择叶片叶背、前缘、叶盆、后缘曲面,实现裁剪曲面重新规范化并在规范化参数域上生成等参数刀轨。如图8中第一条刀轨沿着叶片的上边界,最后一条刀轨沿着与倒角的交线,中间的刀具轨迹在这两条刀轨中均匀过渡。
在测量点规划对话框(图9),可以选择等参数线数量、起始百分比、弦公差等参数来生成测量点,最后输出测量点信息文件(*.dat),数据格式要求见2.3节。
控制点文件生成对话框(图10)通过读入理论测量点并按理论测量点法向偏置一定距离生成移动点(虚点),再将测量点和移动点按一定次序输出为测量机移动控制点文件(*.dat),数据格式要求见3.1节。
实际测量点与理论点误差对话框(图11)通过读取理论点数据文件和实际测量点数据文件,计算实测点和理论点的误差,并按照3.3节的输出格式将结果输出至EXCEL文件,同时用红色显示超过允许误差的数据,图12。
5 结论
本文针对裁剪叶片曲面参数和实际边界不匹配的问题,提出了一种参数映射方法,通过对裁剪叶片曲面进行重新参数化,使重新规范化的参数域与裁剪叶片实际边界相匹配,并在规范化参数域上规划刀具轨迹,该方法能够使刀轨与叶片曲面边界相匹配,减少了冗余刀轨,提高了加工效率。同时利用规范化参数域生成等参数线,并按照弦公差在等参数线上规划测量点,使得测量点按照曲线的曲率特征分布,能很大程度地减少测量点数目,提高测量机效率。最后经三坐标测量机按照给定的控制点文件信息测量实物,返回实际测量点与理论点进行比对,并实现了在EXCEL中输出比对结果。
参考文献
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[7]李斌,孙忠林,彭芳瑜,等.叶片零件在线检测测点规划问题研究.中国机械工程,2008;(05):540—542
[8] Koster M.Curvature-dependent parameterization of curves and sur-face.Computer-Aided Design,1991;23(8):569—579
网络性能测量技术的研究 篇4
[关键词] 网络性能测量技术性能指标分析与研究
一、引言
随着网络技术和业务的飞速发展，用户对网络资源的需求空前增长，导致网络负担沉重，网络设备超负荷运转，引起网络性能下降。这就需要对网络的性能指标进行提取与分析，网络性能测量便应运而生。发现网络瓶颈及网络中可能存在的潜在危险,优化网络配置,提供网络服务质量的验证和控制，是网络性能测量的主要目的。
二、网络性能测量的概念
网络性能是一系列对于运营商有意义的，并可用于系统设计、配置、操作和维护的参数进行测量所得到的结果，是与终端性能以及用户的操作无关的，是网络本身特性的体现。对网络性能进行度量和描述的工具就是网络性能参数。
ITU-T定义的IP网络性能参数包括：IP包传输延迟、IP包时延变化、IP包误差率、IP包丢失率、虚假IP包率、流量参数、业务可用性。
IETF 将性能参数称为“度量”。由IPPM 工作组来负责网络性能方面的研究及性能参数的制定，包括：IP连接性、IP包传送时延、IP包丢失率、IP包时延变化、流量参数。
三、网络性能测量的方法
网络性能测量涉及到许多内容，如采用主动方式还是被动方式进行测量；发送测量包的类型；发送与截取测量包的采样方式；所采用的测量体系结构是集中式还是分布式，等等。
1.测量包。网络性能测量中，影响测量结果的一个重要因素就是测量数据包的类型。在实际测量中，很多情况下包长会影响绝大多数性能参数的测量结果，包长的变化对于不同目的的测量来说影响也会不一样。
2.主动测量与被动测量方式。最常见的IP网络性能测量方法有两类:主动测量和被动测量。这两种方法的作用和特点不同，可以相互作为补充。主动测量是在选定的测量点上利用测量工具有目的地主动产生测量流量，注入网络，并根据测量数据流的传送情况来分析网络的性能。被动测量是指在链路或设备(如路由器，交换机等)上利用测量设备对网络进行监测，而不需要产生多余流量的测量方法。主动测量与被动测量各有其优、缺点，而且对于不同的性能参数来说，主动测量和被动测量也都有其各自的用途。因此，将主动测量与被动测量相结合将会给网络性能测量带来新的发展。
3.测量中的抽样。抽样，也叫采样，抽样的特性是由抽样过程所服从的分布函数所决定的。研究抽样，主要就是研究其分布函数。对于主动测量，其抽样是指发送测量数据包的过程；对于被动测量来说，抽样则是指从业务流量中采集测量数据的过程。依据抽样时间间隔所服从的分布，抽样方法可分为很多种，目前比较常用的抽样方法是周期抽样、随机附加抽样和泊松抽样。
四、性能指标的测量与分析
1.连接性。连接性严格说应该是网络的基本能力或属性，不能称为性能，但ITU-T建议可以用一些方法进行定量的测量。目前还提出了连通率的概念，根据连通率的分布状况建立拟合模型。
2.延迟。IP包穿越一个或多个网段所经历的时间为延迟。对于单向延迟测量要求时钟严格同步，这在实际的测量中很难做到，许多测量方案都采用往返延迟，以避开时钟同步问题。往返延迟的测量方法是：入口路由器将测量包打上时戳后，发送到出口路由器。出口路由器一接收到测量包便打上时戳，随后立即使该数据包原路返回。入口路由器接收到返回的数据包之后就可以评估路径的端到端时延。
3.丢包率。丢包率是丢失的IP 包与所有的IP 包的比值。许多因素会导致数据包在网络上传输时被丢弃。为了评估网络的丢包率，一般采用直接发送测量包来进行测量。对丢包率进行准确的评估与预测则需要一定的数学模型。目前评估网络丢包率的模型主要有贝努利模型、马尔可夫模型和隐马尔可夫模型，等等。172 小时的测量试验结果表明，在不同的数据采样间隔下（20ms,40ms,80ms,160ms）采用三种不同的丢包率分析模型进行分析得到的结果完全不同，在不同的估计精确度的要求下实验结果也各有不同。因此，目前需要能够精确描述丢包率的数学模型。
4.带宽。带宽一般分为瓶颈带宽和可用带宽。瓶颈带宽是指当一条路径中没有其他背景流量时，网络能够提供的最大的吞吐量。可用带宽是指在网络路径（通路）存在背景流量的情况下，能够提供给某个业务的最大吞吐量。瓶颈带宽反映了路径的静态特征，而可用带宽真正反映了在某一段时间内链路的实际通信能力，所以可用带宽的测量具有更重要的意义。
5.流量参数。ITU-T提出两种流量参数作为参考：一种是以一段时间间隔内在测量点上观测到的所有传输成功的IP 包数量除以时间间隔，即包吞吐量；另一種是基于字节吞吐量：用传输成功的IP 包中总字节数除以时间间隔。
Internet 业务量的高突发性以及网络的异构性，使得网络呈现复杂的非线性，建立流量模型越发变得重要。
五、网络性能测量的展望
网络性能测量中还有许多关键技术值得研究。例如：单向测量中的时钟同步问题；主动测量与被动测量的抽样算法研究；多种测量工具之间的协同工作；网络测量体系结构的搭建；性能指标的量化问题；随着网络性能相关理论、测量方法、分析模型研究的逐渐深入、各种测量工具的不断出现以及大型测量项目的不断开展，人们对网络的认识会越来越深刻，从而不断地推动网络技术向前发展。
触摸技术及测量研究 篇5
1 城市地下给水管线管理中存在的问题
给水管线是城市的重要基础设施之一,城市给水管线建设的过程是与城市基础设施的建设同步进行的,在这个过程中,由于历史的原因和客观条件的限制,给水管线的基础资料缺损不全,准确度也较低,严重制约了给水管线管理水平的提高,以致影响到城市供水管网的改善和发展。这种情况主要表现在以下两个方面:一是旧城的地下给水管线铺设时间较长、构成复杂,过去仅凭有关人员来记忆,个个相传,不够准确,就是有一些档案记载的资料也流失而残缺不全,这种状况给对旧管道的更新改造工作带来诸多不便,地下给水管道埋设不清而导致的误挖误伤地下给水管道的现象时有发生,从而造成管道破裂、断裂等供水事故,给国家、企业和个人造成不必要的损失。二是给水管线资料现势性差,有的管线资料已经过时,但没有及时更新。建立完善的给水管线竣工测量及数据更新机制刻不容缓。
2 竣工测量主要内容
根据竣工测量成果所做的竣工图是施工单位在工程竣工后移交生产前所提供的技术文件之一,它也是设计图经过施工后实际情况的全面反映,这与一般的测绘图完全不同,为了使实测竣工图能与原设计图相比较,实测竣工图的各项要求,如平面坐标及高程系统、比例尺、图例符号等一般应与设计图相同,以便于设计、建设单位使用。地下给水管线下程的竣工测量应在役土前进行,测量的主要技术依据为:《城市测量规范》(CJJ8—99);《城市地下管线探测技术规程》(CJJ61—2003)。
测绘的内容包括:其一,资料收集与处理,包括测区内已有的地形图、控制点成果以及地下给水管线的有关设计资料;其二,建立测量控制图,为管线特征点联测和管线图测绘提供基础;其三,进行管线特征点的联测,确定管线特征点的平面位置与高程,调查并标注管线的材质、埋深、断面尺寸、埋设年月等;其四,整理测量成果数据、编绘管线竣工图并填写给水管线工程竣工测量成果表。
2.1 平面和高程控制网的建立
建立精度适用,密度适宜,点位不易被施工破坏的平面和高程控制网是提高效率、保证质量的重要前提。我们在实际工作中是按照有关规地的技术要求来布设平面和高程控制点的。平面控制点以现有三、四等控制点及I,Ⅱ级导线点为起算数据。由于城市的给水管线一般都是沿城市道路铺设的。所以导线测量控制点也要沿道路布设,布设导线时一般布设成Ⅲ级导线,要充分利用城市基本控制网成果,以减少工作量;高程控制点以现有三等水准点为起箅点,按四等水准测量的技术要求施测,导线和水准测量必须采用附和线路。
2.2 管线特征点的测绘
管线特征点的测量是在已有各等级控制点的基础上进行的,测量时使用全站仪,采用极坐标法施测其平面位置,采用电磁波三角高程施测特征点高程或者测地面高,量出管线埋深求管顶高程。这样用一台全站仪就可以测出管线特征点的三维坐标,既满足了测量精度的要求,又节省了时间,提高了效率。由于管线特征点的测量比一般的地物碎部点测量精度要求高,测量时使用对中杆配合施测。测量管线特征点时的精度要求按照《城市测量规范》中的规定执行,即管线点的平面坐标中误差(指测点相对邻近控制点)不大于±5cm,高程测量中误差(指测点相对于邻近高程控制点)不大于±3cm。地下管线图上测量点位中误差不得大于图上±0.5MIN。
3 竣工测量的对象分类及施测方法
城市地下给水管线竣工测量的对象分为两大类:未动土的地下给水管线和已覆土的地下给水管线。由于情况不同,在测量中应特别对待。
3.1 未覆土的地下给水管线的施测方法
术役土地下给水管线的竣工测量应遵循边施工边测量的原则,由于地下给水管线在施工过程中工期短、任务急,施工完马上就要填埋,为了真实地反映管道的埋设情况就必须在管道覆土前进行测量,这就要求施测要准确,最好在现场进行复检,确保每次测量数据的正确性、在施工期间,现场的情况比较复杂,控制点容易遭到破坏,所以要注意对控制点进行妥善的保护。
3.2 已覆土地下给水管线的施测方法
已覆土地下给水管线是指给水管线竣工后升已填埋的地下管线。它的外业工作主要包括管线探查和管线特征点的测量这两道工序。对于新近完工由于种种原未能及时在土前进行竣工测量的给水管线,在完工后覆土前要先用同定的地形(物)点或邻近控制点,采用距离交会的方法确定好管线特征点位,画出点之记号,测量时再还原点,然后用全站仪完成测量工作。这样做既能节省时问,又能准确地反映管线实际的埋设情况,特别是对诸如变径、变深度的管段或三通、四通、转折点的节点了解清楚后,就不会出现漏测管线特征点和搞错各个节点之问的连接关系等问题了。
对于已竣工多年的地下给水管线在进行竣工测量时,特别要注意先收集有关的资料再进行现场踏勘,作业员根据设计图上的井位和管位在实地将所发现的所有井室逐一打开,量测管径、管道位置和埋深等管线要素,井对走向判断不清的管线进行探查。由于地下管线具有不可见性,所以地下管线的探测除了要求管线探测仪要达到应有的精度,还要求管线探测人员在实际工作中应具有很好的判断能力和丰富的经验,要根据实地不同的情况采取不同的探测方法。
4 结语
(1)应提高对地下给水管线竣工测量工作重要性的认识,加强对竣工测量工作的管理。今后在新建、改建地下给水管线时一定要严格执行城市地下管线工程的定线、监测和竣工测量制度。建设单位在竣工测量工作完成前,不得与施工单位进行工程结算。(2)对地下给水管线实行动态跟踪管理,实现地下给水管线资料的现势性,对于给水管线的竣工测量一定要在管线布设好后覆土前进行,这既可减少管线的探测工作,又可获得高精确的管线数据,还可避免一些特征点的遗漏。(3)在进行大规模地下管线测量作业前,必须制订切实可行的测量组织计划。充分利用旧有的管线资料,请熟知地下给水管线埋设情况的老同志帮忙,可以省去许多盲目的探查,提高工作效率。地下给水管线探查应与测量工作相互结合,做到有条不紊,不要出现相互影响而窝工的现象。
摘要：本文地下管线的竣工测量为研究对象,深度探讨了竣工测量的内容和技术要点,全文是笔者长期工作实践基础上的总结,相信对其他同行有一定的指导意义。
关键词：竣工测量,地下管线,内容,控制网,覆土
参考文献
[1]王世平.高速铁路隧道竣工测量新技术[J].铁路勘测,2008,5:117～121.
触摸技术及测量研究 篇6
国内外学者也研究了岩石的复电阻率特征,但还没有形成一套完整的岩石复电阻率测量方法和技术。在研究岩石的激发极化效应过程中,需要考虑测量仪器、测量装置、电极材料等因素,测量电极的选择尤为重要,因为不同材质的电极对激发极化效应的影响很大。Suski在应用自然电位法监测渗流实验时,测量系统用到Pb /Pb Cl2不极化电极,并用到Ag /Ag Cl电极测量电位差[5]。Philippe研究了岩石的SIP效应,采用了四电极测量方式,供电电极、测量电极分别为碳膜电极和不极化电极Ag /Ag Cl,也证实了电极的稳定性[6]。Tong Maosong进行泥质砂岩的激发极化实验研究,供电电极AB、测量电极MN分别为铂( Pt) 电极和Ag / Ag Cl电极[7]。Yoke在进行电阻率测量时,也用到了Ag /Ag Cl不极化电极[8]。Yatini在研究时间域激发极化效应测量电极的影响时,选择了黄铜、不锈钢、陶瓷( 由Cu和CuSO4制成) 和Ag Cl电极材料,其中,Ag Cl电极最稳定,但因昂贵,最终选用陶瓷作为测量电极[9]。
张燕,等采用电解法制备银/氯化银电极( Ag /Ag Cl) ,研究了电极的性能,证实该材料的稳定性,而且不易极化; 随后,在选择海洋低频、极低频电场传感器电极材料时,研究了9 种不同的电极材料,包括铜电极、镍电极、锌电极、铝电极、钛电极、石墨电极、铂电极、甘汞电极和Ag /Ag Cl电极[10,11]。在响应低频信号时,石墨、Zn、Cu、和Ag /Ag Cl电极表现出相对较小的直流阻抗和交流阻抗阻抗,综合性能测试结果表明,Ag /Ag Cl电极性能更优越。尹鹏飞,等在电位稳定性、电化学阻抗、极化电阻和耐极化性能方面做了测试,确认Ag /Ag Cl电极的稳定性[12]。王金龙等就Ag /Ag Cl电极的研究现状与应用情况作了综述,对制备方法、电极影响因素、性能评价展开讨论,同时也指出了Ag /Ag Cl电极应用的广泛性和优越的性能[13]。
现在设计了一套完整的岩石复电阻率实验方法和技术,基于不同电极材料装置,进行清水条件下的复电阻率实验,并利用纯电阻和RC并联电路实现测量仪器和测量系统的标定,选择了稳定性最佳的硫酸铜面团作为测量装置,排除了非岩石激发极化效应的影响,确保数据的准确性,提高了数据的可信度。
1 测量仪器及原理
测量仪器为阻抗分析仪1260A,阻抗测量时,在任何液体及固体上施加一个电压均可有电流流过,如果将交变( 交流) 电压施加到材料两端,则其电压与电流的比值即为阻抗,测得的阻抗随施加电压的频率和液体或固体的有关性质而变化,这种变化可以是由于材料内在的物理结构也可以是由于内部发生的化学过程或者两者的联合作用所引起。
岩石物理实验过程中,在导电液体或岩石上施加交变交流电压,则岩石两端电压与电流的比值为阻抗,它随交变电流频率的变化而变化。阻抗分析仪能在宽频率范围进行精确测量,主要测量岩石的阻抗和相位。
复电阻率测量时,电极是电流进入和流出液体的媒介,系统采用ABMN电极系统。AB接电流输入端,MN接输出端。AB作为电流电极将电流导入液体,在两电极表面将产生电极极化,形成极化阻抗,MN作为电压电极测量岩样两端的阻抗电压。实验将选用不同种类的电极材料,如铝、紫铜、黄铜、钢、铂金和银等电极,不同的电极必然会有不同的激发极化效应,对实验结果产生一定的影响。供电电极和测量电极选择同一种电极,常用的测量电极为铂金电极、银电极、紫铜电极、黄铜电极、铝电极和钢电极。图1 中A、B电极是供电电流的输入端,M、N电极测量电势差。以下展示测量原理图,采用四极测量装置。
2 实验材料与结果
2. 1 实验电极材料
实验选用的电极材料有铝、紫铜、黄铜、钢、铂金和银,不同的电极必然会有不同的激发极化效应,对实验结果产生一定的影响。供电电极和测量电极选择同一种电极,图2 中分别为铂金电极、银电极、紫铜电极、黄铜电极、铝电极和钢电极。实验过程中设置AB的电压是100 m V,AB和MN在实验中用同一种材料的电极。
2. 2 实验条件及结果
2. 2. 1 不同电极材料清水测试实验
电极实验是为了研究不同电极的复电阻率响应特征,基于以上6 种实验材料,分别在清水条件下完成复电阻率测量,观测阻抗幅值和相位随频率的变化。测量频率范围为0. 01 Hz ~ 10 k Hz,采集61 个频点数据,计算不同测量电极条件下水的电阻率幅值和相位,如图3 和图4 所示。
实验结果表明:①对于电阻率幅值:在高频下不同电极测量的电阻率大致相同,清水的电阻率大约是28Ω·m,电阻率整体上随频率降低逐渐增大,在低频段,100~0.01 Hz范围内,铝电极、紫铜电极、黄铜电极、钢电极的电阻率显著增加,表现出很强的激发极化效应,银电极和铂金电极变化幅度相对较小。因此,银电极和铂金电极相对其他电极稳定。②每一种电极材料的相位均有峰值,铝电极最大,紫铜、黄铜和钢电极次之,铂金和银电极相位稳定,而且变化幅度及趋势大致相同。
所有电极材料在清水条件下的测量结果说明,铂金和银电极材料相对其他材料稳定,铂金效果最好。
2. 2. 2 硫酸铜面团清水测试实验
为了保证实验测量数据能真实的反应岩石本身的激发极化效应,将铂金电极装置与硫酸铜面团进行对比,测量清水条件下的复电阻率,实验结果说明,硫酸铜面团比铂金电极更稳定,详见图5 和图6。
3 测量系统标定
3. 1 测量仪器的标定
为验证仪器测量的稳定性和准确性,分别采用纯电阻电路、电阻电容并联电路( RC电路) 对仪器及其测量系统进行标定,测量的参数和结果如下。
3. 2 测量装置系统标定
阻抗分析仪的标定参数见表1,标定结果见图7和图8,仪器工作稳定。在完成仪器标定的前提下,再对铂金和硫酸铜面团测量装置进行标定,通过测量200 Ω 纯电阻电路,发现铂金在低频段没有硫酸铜面团稳定,如图9。然后,再利用RC并联电路对面团测量装置进行标定,用阻抗分析仪观测阻抗和相位的变化。图10 可以看出,测量结果与RC理论计算结果一致,证实了测量装置的稳定性。
4 结论
( 1) 复电阻率测试结果表明,在黄铜、紫铜、钢、铝、银和铂金6 种金属测量电极中,铂金电极最稳定。
( 2) 清水条件下的复电阻率测量结果证实,铜电极与硫酸铜液组合测量装置系统比铂金电极测量系统更稳定,纯电阻和RC并联电路验证了结果的可靠性。
触摸技术及测量研究 篇7
电容感应原理
电容式触摸感应原理如图1所示，电路板上两块相邻的覆铜之间存在一个固有的寄生电容Cp，当手指(或其他导体)靠近时，手指和两块覆铜之间又产生新的电容，这些电容相当于并联到原来的Cp之上，当我们把其中一块覆铜连接到PSoC的模拟I/O上，另一块连接到地上，就可以通过测量电容的变化来判断手指的存在。
CapSense触摸感应模组
PSoC系统集成了丰富、高效的电容测量模块——Cap Sense, Cap Sense是根据电容感应原理和CSA/CSD来实现触摸感应，目前PSo C Creator提供了V1.30和V2.10两个版本的Cap Sense。该模组的主要特点有：
(1)支持用户定义的按键、滑条、触摸板和接近电容传感器的组合;(2)提供两种调校方式：SmartSense自动调教和PC GUI手动调校;(3)较强的抗干扰能力;(4)两个可选扫描信道(并行同步)提高了扫描速度;(5)具有屏蔽电极支持。
图2是PSoC Creator集成的CapSense_CSD模组，图3是CapSense_CSD的配置窗口。CapSense_CSD模组的配置相比其他模组配置较为复杂，由图3可以看出CapSense_CSD的配置窗口共有6个标签，每一个标签配置不同的参数，在General标签中有六项内容需要配置：
(1)调校方法(Tuning method)有三个选项供用户选择，分别是无(None)、自动 (SmartSense) 、手动(Manual)，大多数情况下选择自动 (SmartSense) 即可，但是在这种模式下，只允许一个CapSense_CSD出现在原理图上;(2)通道数量，此参数制定了实现的硬件扫描通道数量，有2个选项共用户选择，分别是：1(默认)——适合用于1至20个传感器的电路，2——适合用于超过20个传感器的电路;(3)噪声滤波器，在传感器扫描器件，建议使用滤波器来降低噪声的影响，有8钟方案选择，在此不一一列出;(4)防水及检测;(5)时钟输入;(6)扫描时钟，一旦选择时钟输入，此项功能无效。
Widget标签用来配置项目中所需触摸感应器件，如图4，左侧是工具箱，右侧是参数配置区，左侧的工具箱中提供了按键(Buttons)、线性滑条(Linear Sliders)、辐射滑条(Radial Slider)、矩阵按键(Matrix Buttons)、触摸板(Touch Pads)、接近传感器(Proximity Sensors)、普通传感器 (Generics) 等7种可供选择的部件，工具箱正上方三个按钮分别是添加(Add)、移除(Remove)、重命名(Rename)。添加或移出器件的操作方法是：先在左侧的工具箱中选中对应的目标，然后选择工具箱正上方的添加、移出、重命名按钮即可，比如放置一个Buttons, 先选中工具箱中的Buttons，点击Add Button，一个以Button n (n=0, 1, 2…顺序号)为名的按钮加入到工具箱中，要对其重命名的方法有两种：一，双击刚添加的Buttons，在弹出的对话框中输入新的名称，二是选中该Button，单击上方的Rename，在弹出的对话框中输入新的名称即可。要移出的方法与添加重命名的方法一直，先选中该部件，点击Remove按钮即可。在参数配置区，每种部件的配置内容不尽相同，一般分为两部分：General和Turning两部分，在General部分主要是配置传感器的数量，API分辨率和噪声滤波器，而在Turning中，主要配置手指阈值，噪声阈值和扫描分辨率，这几个都很重要，设置不当将直接影响感应效果。
Scan Order标签中设置传感器的扫描顺序，用户可根据设计任务的优先级上下移动传感器的扫描顺序，如图5，这个相对比较简单，在此不做详细叙述。
Advanced标签是高级用户标签，作为初学者，建议先不做此项设置，Turn Helper是调校助手，主要是用来通过PC GUI来手动校准传感器各项特征参数，后期我们将专门介绍该项功能。表1是CapSense的部分常用函数。
3.应用实例
实例内容：放置两个Buttons和一个线性Sliders，两个发光二极管和一个LCD，当系统检测到Buttons上存在指压的时候，对应的发光管点亮，若线性滑条上存在指压，将在LCD上用水平柱状滑条模拟显示指压所在的位置。
(1)新建一个项目，命名为PSOC-CapSense, ，打开原理图文件，放置一个CapSense_CSD模组(放置路径：Cypress Component Catalog→CapSense→CapSense_CSD[V2.10])、一个LCD模组和两个数字字输出端子并分别命名为LED1、LED2，如图6。
(2)参数配置，重点配置CapSense_CSD模组，其他模组的配置前几讲已经做过叙述，对于CapSense_CSD的配置参数如图3和图4所示。
(3)管脚映射和编译，展开系统API函数列表。
(4)打开main.c文件编写以下代码：
(5)编译并下载到实验开发板，用跳线把开发板上的LED1、LED2与P1-5, P1-6连接起来。
(6)给开发板上电，用手指触摸Buttons和Sliders, 观察LED的变化和LCD上的数据显示。图6是笔者的实验现象。
触摸技术及测量研究 篇8
我国目前铁路罐车超过12万辆, 约占铁路货车总数的15%, 是我国石油、化工产品、植物油等关系国计民生的大宗散装液体货物的主要运输工具, 也是国家强制检定的容量计量器具;罐式集装箱是日益增多的适合铁路、公路、水路联运的新兴运输设备。铁路罐车和罐式集装箱 (简称罐车 (箱) ) 在空罐时经过容积检定, 得出容积表——罐体的不同高度和相应容积的数据表, 装载后根据容积表、液位、温度、密度等参数对装载货物量进行计算, 这种方式既是石油等散装大宗货物贸易结算的依据, 也是铁路运输部门制定安全装载量的依据。
随着铁路建设、装备及国家物流产业的发展, 铁路货运提速、重载并举, 罐车 (箱) 制造技术有了较大发展。筒体为锥体和锥筒型的罐车已成为罐车发展的主要方向;罐式集装箱除圆筒形状外还有弧板式等复杂几何形状的箱体。罐车 (箱) 容积检定目前在国内外都主要采用几何测量法和容量比较法。几何测量法是采用钢卷尺等计量器具通过测量容器的有关几何特征值, 经计算得出其容积表的方法, 一般用于常规检定;容量比较法是用高一级标准量器, 通过介质与被检容器进行直接比较, 经过温度修正求其标准温度下容积表的方法, 一般用于仲裁检定、科研和新产品容积认证, 容量比较法试验室见图1。几何测量法操作人员劳动强度大、人为因素对测量误差影响较大、罐内残余介质危害人身安全, 并随着货运重载的需求, 筒体结构为锥体和锥筒型的罐车成为主流, 采用几何测量法测量不规则或变形较大的容器时测量误差大, 成为其发展瓶颈;容量比较法准确度较高, 但测量时间较长, 且需要把被测容器调运到中国铁道科学研究院东郊分院的全国唯一铁路罐车容积量传实验室, 无法满足全国每年2万余辆罐车和日益增长的罐式集装箱的容积检定任务。
目前, 激光测量仪器用于容积计量领域的主要是全站仪。在国内, 全站仪是石油立式储罐和球形储罐的容积检定手段之一, 而罐车 (箱) 相对于石油立式储罐、球形储罐来说容积较小、型号多样、结构复杂, 理论和实验都证明全站仪不适用于罐车 (箱) 容积测量。
近年来, 德国、美国等发达国家尝试使用三维激光扫描仪来测量立式储罐的容积。由于同属容量计量领域, 三维激光扫描技术有用于罐车 (箱) 容积测量的可行性, 但三维激光扫描技术应用于罐车 (箱) 容积测量的难度要大于应用于立式储罐。首先, 立式储罐的容积远大于罐车 (箱) 的容积, 目前, 罐车容积最大不超过120 m3, 罐式集装箱容积一般不超过30 m3, 立式储罐最大容积可达20万m3, 在激光测距、测角具有相同误差而要使容积测量准确度不降低的情况下, 测量罐车 (箱) 容积的难度要远大于测量立式储罐的难度;其次, 罐车 (箱) 罐壁的材质、附件、颜色、光滑程度、干湿程度和罐内浮尘等情况比立式储罐复杂得多, 导致反射率的复杂性, 也给测量带来了较大难度。另外, 罐车 (箱) 测量时的扫描路径、数据建模及容积计算等都不同于立式储罐。
为满足贸易结算和铁路运输安全对罐体容积计量准确、智能、高效、安全、环保等方面的需要, 研究三维激光扫描精密测量技术及罐车 (箱) 自动检定系统 (简称系统) , 提出罐车 (箱) 容积三维激光扫描测量方法[1], 设计了罐车 (箱) 容积三维激光扫描自动检定系统, 对获取点云和处理点云技术进行研究, 通过与容量比较法、几何测量法等方法进行比较分析, 对测量不确定度、重复性进行了试验验证。
1 研究内容
三维激光扫描技术的容积测量在计量领域的研究应用尚处起步阶段, 对于容积相对较小的罐车 (箱) , 为保证容积测量准确度需要更高的激光扫描测距[2]、测角准确度;并且受型号繁多、罐体结构复杂、复杂罐壁情况和罐内浮尘等因素的影响, 对激光扫描的要求要高得多, 此前还没有使用三维激光扫描技术测量罐车 (箱) 容积的先例。
1.1 设计开发
首先, 提出罐车 (箱) 容积三维激光扫描测量系统设计, 即通过采用激光对罐车 (箱) 内壁进行三维扫描, 获得高密度、高准确度的罐壁三维坐标点集 (点云) , 通过将点云去杂、平滑、修补、精简后, 进行空间三角网格建模[3]、渲染, 并计算出罐体容积, 汇总输出为容积表。
系统包括从获取数据到处理数据及数据输出的全过程, 由机电控制模块、辅助安装模块、三维激光扫描模块和软件模块等功能模块组成, 系统框架见图2。其中, 辅助安装模块包括全封闭安全外壳装置和仪器悬挂装置, 解决了仪器便携操作、倒置应用、防尘、防水、防爆问题, 消除了作业人员遭受罐内含氧量不足, 有毒、有害、腐蚀介质对人身安全造成的危害。机电控制设备借助辅助安装机构进行三维激光扫描。
三维激光扫描模块采用激光测距技术和精密分度技术[4], 用激光作为光源进行高速电子测距, 基座中的电机带动主机在水平方向按照预定分度缓慢旋转, 棱镜在垂直方向按照预定分度高速旋转, 接收器接收由罐壁反射回来的激光, 实现三维全方位激光扫描[5]。扫描过程中, 根据罐车 (箱) 的型号和参数建立数学模型, 确定激光在罐内壁的扫描顺序和采样密度, 规划并设定激光扫描路径, 形成各种适用于不同型号罐体的标准化扫描路径。
扫描采用测距、测角相结合的方法, 在准确控制垂直和水平分度的同时测距[6], 对罐体进行三维激光扫描, 获得代表罐壁上海量测量点空间位置的极坐标参数, 即高密度、高准确度的罐内壁三维坐标点集 (点云) [7]。为了利用极坐标参数构建出完整的罐体三维空间轮廓及后续计算, 需要进行数据读取并将读取后的数据 (点云) 进行去杂、空间置平等处理[8], 然后将预处理好的数据进行空间三角网格建模并进行模型渲染[9,10], 罐体建模图见图3。同时按参照高度 (罐体竖直径方向) 进行切分, 分别计算出各个切分块的体积, 最后汇总输出为容积表, 点云数据处理软件界面见图4。
1.2 试验验证
综合考虑激光扫描的不同测距原理及罐体形状、材质、装载介质、锈蚀程度、干湿表面等不同因素对三维激光扫描的影响, 选取不同型号罐车 (箱) 开展容积测量试验 (见图5) 。
通过试验结果与准确度较高的容量比较法测量结果进行比较分析, 验证了三维激光扫描法的准确、可靠;重复性试验结果表明, 此方法的测量重复性较好, 将重复性数据用于测量不确定度评定, 测量结果的扩展不确定度为3×10-3, 修正因子k=2。抽调不同罐车 (箱) , 同时采用三维激光扫描法、容量比较法、几何测量法进行测量, 抽样结果表明三维激光扫描法准确度优于几何测量法。试验过程和结果还表明, 项目研究的三维激光扫描法自动化程度高、快速、便捷、安全、适应性较强, 减轻了人员劳动强度。
1.3 技术创新
(1) 通过三维激光扫描获取复杂罐体结构、罐壁情况的容器表面点云数据的技术, 首次实现了对罐车 (箱) 容积快速、准确的现场自动测量, 满足了罐车 (箱) 的检定需求, 保证铁路货物运输安全。
(2) 首次提出点云容积DTi计算方法, 在保证准确度的前提下显著减少计算过程、缩短计算时间, 并能降低对点云质量的要求, 从而降低对测量条件的要求。
(3) 本项目首次设计、开发了标准化的罐 (箱) 点云预处理流程, 实现简单、规范、快速的点云预处理操作。
(4) 研究仪器倒置入罐、倒置测量技术, 研发仪器倒置悬挂装置, 并采用点云定向技术, 操作人员不必进罐, 在罐外即可完成对罐体的扫描。
(5) 编写点云容积计算软件, 自动计算容积、输出容积表, 完成罐车 (箱) 检定。
(6) 研究激光扫描仪防尘、防水及防爆技术, 保证人机及工作现场安全。
2 推广应用及社会经济效益
自应用推广以来, 该研究成果极大促进了罐车 (箱) 等中大容器计量检定技术的发展;对国家铁路罐车容积计量站及各分站等国家法定计量检定机构的技术进步和铁路运输企业、铁路车辆制造 (维修) 企业、中石油和中石化等企业的经济效益起到了重大的推动作用。项目应用在保护生态环境和人民财产、防灾减灾方面发挥了重要作用。
该系统具有测量准确度高、快速、便捷、安全、自动化程度高、适应性较强的特点。研究成果的推广应用极大地减轻了人员劳动强度, 很好地解决了几何测量法存在的操作复杂、测量结果易受人为因素影响等问题。同时, 解决了在工作过程中作业人员及设备易遭受损害的问题。研究成果使得测量准确度大幅提高, 测量不确定度由4×10-3减小到3×10-3 (k=2) 。该项目已在国家铁路罐车容积计量站及各分站等全国范围内铁路罐车检定机构推广应用, 取得了较好的检定检测收益, 得到了用户的高度评价。
罐车 (箱) 的安全装载量为容积的83%~95%。铁路运输企业通过采用或间接应用项目成果, 解决了准确控制安全装载量的问题;通过点云掌握罐体形变情况, 用于罐体安全检测, 降低安全事故风险, 消除众多造成铁路沿线环境污染的隐患;缩短了车辆检定时间, 提高了车辆周转效率, 提升了罐车 (箱) 的运输能力;提高了全路罐车运输燃油的计量准确度, 对增加机务段经济效益具有重要作用。
项目成果为铁路车辆制造 (维修) 企业缩短新造及厂修罐车 (箱) 出厂时间, 为提高企业产能等方面打下良好基础[11]。而且, 铁路车辆制造 (维修) 企业可采用罐体点云数据进行工艺分析, 提高产品质量, 促进罐车 (箱) 设计与生产的技术进步。
通过该系统而获得的容积表和充装量, 以其准确度高、方便快捷等特点赢得了中石油、中石化等企业的一致认可并被推广应用。该测量结果为中石油、中石化等企业减少货物贸易结算的计量误差[12]、提高企业经济效益、提升企业形象作出了突出贡献。研究成果被中石油、中石化等企业应用推广的同时, 正逐步在民航、军队、物流等领域推广应用。
3 结束语
三维激光扫描精密测量技术及罐车 (箱) 自动检定系统实现了精密测量, 测量准确度高、重复性好, 测量扩展不确定度为3×10-3 (k=2) , 较现有规程要求有较大提高;具有快速、便捷、自动化的特点, 操作人员无需进罐, 减小人员劳动强度, 提高作业安全性;仪器安全性较好, 可实现多工况复杂环境现场测量。项目在贸易结算、铁路运输安全、国家能源战略储备及罐车 (箱) 等中大容量容器制造 (维修) 企业设计、工艺技术的进步方面将发挥重要作用, 具有广阔的应用前景和显著的社会经济效益。
参考文献
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临沂某行政界线测量技术研究 篇9
关键词：GPS 界线测量 精度评定
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0033-02
行政区域界线测量包括国界、省界、市界、县界等在确权后而进行的较大范围的界线测量工作，精确测定行政区域界线对于国家土地管理、利用、规划以及解决权属纠纷具有重要意义。该院有幸参加完成了临沂市部分县域行政界线的测量工作。该文选择某县界为例，对GPS技术进行界桩等测量进行了认真总结，对临沂市全面开展县级域界线测量具有重要意义。
1 县级行政区域界线测量的基本状况及实施的基本原则
1.1 基本状况
行政区域界线点位分布一般呈线状或闭合环状，且范围较大，主要测量工作包括：界桩的测量、边界线转点测量及必要的边界地形图修测。界桩的埋设：界桩位置一般选择在实地地貌不易辨别的边界线转折点和起止点处、过境铁路、主要公路、主要河流与边界线相交处。其埋设地点应选在地基稳定并有利于界桩保护的地方，不要选择在敏感区和难埋设的地方，要尽量闭开高山。
边界线转点的分布：行政区域界线的所有转点，分布极不均匀，有的边长达500～600m或更长，有的仅仅几米。原有图纸表达不完善区域的地形图的修测：改革开放以来，各地经济发展变化也很大，而我们勘界所使用的图件都比较老，这样需要我们对边界沿线两测有关地物地貌及地理名称、注记进行补测、修测，其范围不宜过大，以能准确叙述边界线基本走向与主要地貌、地物的关系位置为宜。
1.2 主要技术要求
界线测量成果坐标系统的选择：县界测量成果采用国家统一的坐标系，如：临沂市平面采用1954年北京坐标系，高程采用1956年黄海高程系；界桩测量的精度要求：平面精度优于±1.0 m，高程精度优于±1.0 m；边界线转点测量的精度要求：平面精度不低于4 m。
1.3 GPS进行行政区域界线测量的优越性
考虑到勘界范围较大，点位分布不均匀，完全采用常规测量其工作量及花费将会相当大，测量周期很长，GPS技术的广泛应用和迅速发展，给测绘工作带来了革命性变化。它具有全天侯、精度高，不需要通视、省时、省力、省钱等特点，无需常规方法那样逐级布网，可直接和已知点连测，所以应用GPS技术进行行政区域界线测量，尤其是进行界桩测定，比常规测量具有无比的优越性。
2 GPS观测
2.1 使用仪器
使用6台Ashtech型静态单频GPS接收机（标称精度为5mm+1ppm）进行GPS网野外数据采集。
2.2 作业时基本技术要求
卫星截止高度角≥15°；同时观测有效卫星数≥4；平均重复设站数≥1.6；同时观测有效卫星数≥4；时段长度≥60 min；数据采样率（S）≤30s。
2.3 观测方式
每时段观测均量取天线高两次，其互差不超过3 mm，取平均值作为最后天线高。
2.4 外业数据检核
（1）同一时段观测值的数据剔除率不易大于10%。
（2）重复基线的测量差值ds。
（3）各级GPS网同步环闭合差需符合下式规定：
（4）各级GPS网异步环或符合路线坐标闭合差需符合下式规定：
（5）无约束平差中，基线分量的改正数的绝对值需符合下式规定：
式中：n-闭合环边数，σ-仪器的标称精度。
3 GPS内业解算
3.1 数据后处理
GPS观测数据内业编辑输入相关点位信息后，采用接收机配备的商用软件Ashtech solutions 2.5进行基线解算，保证每一条基线都求出整周模糊度。重复基线较差和非同步环闭合差的检核仍按外业基线检核时的要求进行。
3.2 网平差
对整网进行无约束平差并检核GPS网的观测质量。以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及相应方差协方差阵作为观测信息，以网点的WGS-84系三维坐标作为起算依据，进行全网无约束平差。对整网进行二维约束平差。以深圳市平面控制网GPS点“G2015、2035”作为起算数据，对控制网进行二维约束平差计算。
4 GPS精度评定
4.1 环闭合差统计
4.2 基线残差统计
4.3 平面平差基线相对精度统计
4.4 gps点位中误差統计
100%的点位精度在1.0 cm以内，其中46%精度小于0.5 cm。以上充分说明观测数据合格，基线解算质量良好，GPS网的测量精度满足界线测量要求。
5 结论与建议
（l）行政区域界线点位分布一般呈线状或闭合环状，且范围较大，点位分布不均匀，完全采用常规测量其工作量花费将会相当大，测量周期很长。应用GPS技术，采用相对定位的方法，可快速地、高精度地进行行政区域界线测量，尤其是进行界桩测定，比常规测量具有无比的优越性。（2）对于界线转点和个别隐蔽地区的测点（包括转点和界桩）也可先用GPS布置控制点，再用常规测量方法进行测定。（3）由于GPS卫星定位坐标属于美国WHS-4坐标系，而界线测量成果要求为国家坐标系坐标时，为保证进行坐标转换，在进行GPS观测时，应联测三个以上己知的国家大地点。（4）对于应用GPS进行行政区域界线测量，应事先作好比较周密的实施计划，包括：观测网及观测路线的设计、国家大地点的选用、观测时间的选定、人员的调配等。
参考文献
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触摸技术及测量研究 篇10
1 全自动空中三角测量
数字摄影测量生产作业中, 空中三角测量 (简称空三加密) 是关键工序之一, 影响着是航测产品质量与工作效率。空三加密是确定整个测区的定位和定姿, 从而获得测区内任意点的绝对坐标, 依据提供的定向控制点和像片定向参数, 确定区域内所有影像的外方位元素, 从而求出该点所对应的物方空间三维坐标。如果将影像点坐标观测值与地面控制点坐标一道进行区域网平差, 这便是经典的解析空中三角测量方法;如果将该观测值与GPS/POS数据 (必要时可加入少量的地面控制点) 一并进行区域网联合平差, 即形成了GPS/POS辅助空中三角测量。
自动空中三角测量作业过程, 对于模型连接点, 利用多像影像匹配算法可高效、准确、自动地量测其影像坐标, 完全取代了常规航空摄影测量中由人工逐点量测像点坐标的作业模式。对于区域网中的地面控制点, 目前还缺乏行之有效的算法来自动定位其影像, 只能将数字摄影测量工作站当作光机坐标量测仪由作业员手工量测。从摄影测量软件角度讲, 当前的自动空中三角测量, 已是高效率、自动化程度很高的工序之一, 如果能利用上GPS/POS数据, 进行GPS/POS辅助空中三角测量, 则其效率可望进一步提高, 在有些情况下, 即可实现全自动化空中三角测量。对GPS/POS辅助空中三角测量而言, 若要进行高精度点位测定, 至少在区域网的四角需要量测4个地面控制点;如果是进行高山区中小比例尺的航空摄影测量测图, 则可考虑采用无地面控制的空中三角测量方法, 此时可完全用GPS/POS摄站坐标取代地面控制点, 实现真正意义上的全自动空中三角测量。
2 POS
所谓机载定位定向系统POS (Position and Orientation System) 是基于全球定位系统 (GPS) 和惯性测量装置 (IMU) 的直接测定影像外方位元素的现代航空摄影导航系统, 可用于在无地面控制或仅有少量地面控制点情况下的航空遥感对地定位和影像获取。该技术的引进, 使得生产工艺中数据获取和处理也随之发生改变。而工程生产中空三软件效率的高低直接影响着项目进度 (如图1) 。
3 POS数据辅助下的空三处理
更新换代之际, 我单位生产也处于过渡, 在实际工作中常常会出现传统的胶卷式影像和数码影像同时作业的情况。那么引入POS数据, 与传统工艺相比, 空三加密流程工艺以及精度都会有哪些变化和影像呢, 这里我们可对Inpho软件和传统HELAVA数字摄影测量工作站做数据处理实验, 比较专门处理数码影像的空三加密软件和传统的空三加密软件处理数码影像之间是否通用性, 探讨下其对空三加密精度的影响, 以及Inpho软件的在新工艺下的优缺点。
4 数据实验及其精度分析
本次试验选用工程中某段外控点比较密集的地区, 位于东经117°15′~119°20′, 北纬34°10′~34°50′, 地势平坦。采用2000国家大地坐标系为平面坐标系, 1985国家高程基准为高程系统。所收集测区成果资料, 平面点为国家四等 (GPS点为C级) 及以上点, 高程点为国家四等及以上水准点。航摄资料为收集的DMC2001数码相机拍摄的像片, 焦距f=120 mm的镜头, 摄影比例尺约1∶20000左右, 航向南北飞行, 航向重叠为60%~65%, 像元尺寸为12μm, 影像尺寸为14000×8000, 地面分辨率GSD为0.24 m, 像幅大小为96×168 mm。
传统的生产模式下要求外控点足够多且分布均匀, 如图2所示。该实验区内可获得均匀分布的20个外控点。我们可在两个软件下, 考察20个外控点全控制下, 以及均匀抽取仅边界6个控制点控制下 (其他控制点作为检查点) 得到的检查点和加密点精度变化。
实验结果分析表如下。
从表1可以看出, 20个外控点全控制下, HELAVA和Inpho两个系统处理得到的加密点的平面、高程的相对误差都在0.26以内, 对于制作1∶2000地形图而言精度都已足够。也即说明在外控点足够多情况下, 各软件系统处理数据都比较稳定的, 精度可靠。当控制点相对较少时, 参考表2、表3, H E L A V A系统误差值较前面控制点比价多的情况下变化比较大, 而导入POS数据的Inpho系统下误差变化较平稳, 仍能保持很高的精度。
同时, 对该实验区控制点数据, 尤其是区域边界控制点数据做平、高的选择实验, 发现, 平、高点的控制精度高于全控制点的精度, 也即说明, 多增加外业控制点并不能提高整个区域的加密精度。
5 结论
很明显, 随着外业控制点的减少, Inpho系统的稳定性明显强于H E L A V A系统。这些结果也说明, 外业控制点的分布对两个系统的影响是相同的, 均匀布设外业控制点适用于传统模式的相机拍摄同样也适用于新型数码相机的拍摄, 加入POS数据辅助空中三角测量, 可以有效地减少地面控制点的数量。同时, 在实际工作中, 应该让有限的外业控制点尽可能均匀分布于整个测区, 这样有助于提高测区成果精度。
参考文献
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