基于可整平基准尺的工业测量定向方法

　　工业测量系统( industrial measuring system，IMS)是通过光学角度测量仪器对部件、产品及构筑物进行非接触和实时三维坐标测量，并在现场进行测量数据的处理、分析和管理的应用系统[1-2]，其构成如图1. 作为测量技术的一个新的应用领域，IMS在制造业、大型工程等方面得到广泛应用[3].

　　现有的工业测量系统主要采用2 台以上设备以互瞄观测方式行相对定向[4]，因此系统多采用安装有互瞄用内觇标的专用电子经纬仪作为角度测量仪器，此类专用仪器应用范围较小，系统价格昂贵.为降低设备采购成本，如何将同等精度非专用测量设备应用于工业测量领域，并提高工业测量系统在国内的应用程度就显得尤为重要[5].

　　本研究结合自行设计的可整平基准尺，提出新的系统定向模型，采用同级别测角设备代替 0. 5″级高精度专用电子经纬仪，展开新型非互瞄工业测量系统的研究[6].

　　1 基于可整平基准尺的空间后方交会

　　假设经整平后基准尺的两个观测点为S₁和S₂，其水平投影距离和高差分别为D 和 H. 基于该定向模型的基准尺，观测时需将S₁、S₂、D及H 借助辅助整平装置 ( 如符合水准管、电子水准仪) 调整到固定值，即两点在空间的相对位置一定. 本文将满足该条件的基准尺称为可整平基准尺，如图2.

　　为理解基于可整平基准尺的空间后方交会原理，首先以基准尺为参照，建立物方空间直角坐标系. 设S₁点作为基准尺坐标系坐标原点O，基准尺边S₁S₂在水平面上的投影为x 轴，通过O 点铅垂向上为z 轴，y 轴使坐标系符合右手法则.如图3．

　　假定为左盘观测值，分别观测基准尺上两点O( S₁) 和S₂，得水平、垂直方向值分别为β₀、α₀和β₁、α₁. 因此，水平角β 为

　　视线与铅垂线所成的角度为δ₀和δ₁. 设两点在基准尺坐标系中高程分别为H₁和H₂; S₁点至测站仪器中心A的水平距离为D₁，S₂至A 的水平距离为D，A点的高程为H，则

则式 ( 3) 可改写为

　　其中± 可由两竖直方向天顶距大小判断，从而达到采用测量边前方交会，获得测站在基准尺坐标系下的平面坐标.测站坐标( x_A，y_A，z_A) 分别为

　　对基准尺两目标点S1和S2竖直角观测值进行计算，单个盘面 ( 盘左或盘右) 均可解算出测站所采用的电子经纬仪 ( electronic theodolite) 在基准尺坐标系下的高程h'T和 h″T，且单个仪器中心定位与其它仪器无关，因而取