分布式测量系统借助辅助装置来构建几何约束条件以完成定向,而约束精度和数量易受到现场条件环境的制约。针对测量空间欠约束定向的问题,研究一种基于倾角传感的基准长度定向方法,该方法引入高精度的倾角传感器与测量单元结合,通过倾角传感的水平约束建立相对位姿定向模型并将系统定向过程进行分级处理,借助高精度的测角仪器提供内部角度约束,可以减少外部基准长度的约束条件个数。以室内空间测量定位系统作为实验平台,搭建组合系统样机,验证外部欠约束条件下的定向条件数目及分布对系统精度的影响。实验结果表明,所提方法在保证定向精度的同时,能够有效减少定向过程中所需的空间约束条件个数,并具有较好的稳定性,而且可以提高分布式测量系统的组网效率和复杂环境适应能力。

激光多边测量网是基于激光跟踪仪多站测量的大尺寸坐标测量网络。跟踪仪的位置、数目,即网络布局,是影响测量网性能的关键因素。为此,在遗传算法基础上,提出基于网格的布局优化方法。以覆盖能力、测量精度及总体成本作为多目标评价函数,利用全局网格和局部网格对布局区域进行划分,将全局搜索和局部搜索相配合,无需初始布局即可全局寻优。实验表明,相较于经验布局,该方法更易获得符合测量要求的网络布局,大大降低了对操作人员测量经验的要求,具有良好的实用性。

为实现大空间域激光跟踪仪的高精度测量, 本文针对由转站误差导致的激光跟踪仪分时多基站测量精度难保证的问题, 提出了基于多站位下单台激光跟踪仪测量误差的转站误差模型与转站参数修正的补偿方法。首先分析了激光跟踪仪测量误差的来源以及具体形式, 阐述了激光跟踪仪测量误差影响空间任意点测量精度的具体形式; 其次分析了激光跟踪仪的随机测量误差和系统测量误差对多基站转站参数求解精度的影响。在此基础上, 建立了考虑随机、系统测量误差的激光跟踪仪多基站转站误差模型和转站参数误差补偿模型。蒙特卡洛仿真结果表明: 当激光跟踪仪的长度测量误差为05 μm/m, 角度测量误差为5 μm+6 μm/m时, 最大转站误差为0.174 7 mm, 补偿后最大转站误差为0.04 mm, 转站精度提高了77%。分时多基站转站测量实验结果表明: 直接转站测量时最大转站误差为0.054 2 mm, 补偿后转站误差为0.033 1 mm, 转站精度提升了38.9%。激光跟踪转站补偿后测量精度有明显的提高。

工作空间测量定位系统是一种基于激光扫描的三维坐标大尺寸分布式测量系统, 目前已广泛应用于大尺寸测量领域。该系统可以通过增加发射站数目来扩展量程同时精度并不损失, 其前提是有一套精确的全局定向参数。在系统多平面约束的数学模型基础上, 阐述了一种基于三维控制场的wMPS全局组网定向方法。在标定空间内设置点位坐标已知的控制点组成控制场, 给出了组网定向的模型及优化方法, 并给出迭代初值生成方法。实验表明: 通过基于控制场全局组网定向方法后, 系统与激光跟踪仪对比后点位误差优于0.15 mm, 在提高效率的同时大大提高了系统的精度。

针对实际工程中相距数米至数十米的若干几何元素之间的空间夹角, 提出了大尺寸空间异面直线夹角激光检测系统的设计方案。首先, 根据常见待测直线元素不同的实体存在形式, 设计了相应的实体体现方法, 并建立了异面夹角测量所需的公共基准; 对于待测元素在公垂线方向距离很远的情况, 采用单束线结构激光作为公共基准。然后, 针对一个具体的工程实例, 给出了系统检测框架的设计思路。最后, 提出了公共基准与待测元素空间关系的获取方法。采用数字图像处理技术检测公共基准与各个待测元素构成的夹角并通过三角关系间接获得了待测元素异面夹角的检测结果。在30次系统测量中, 系统重复性精度达到±0.020 85°, 表明所提出的检测系统满足测量要求, 验证了测量原理的可行性。

室内空间测量定位系统 (wMPS)是一种基于多向定位原理的新型网络式测量系统，为分析系统单站的测角不确定度，建立了角度测量模型，分析了影响系统测角精度的误差源并给出误差的评估方法，利用蒙特卡罗统计法进行了仿真，获得了测角误差的分布。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段，多齿分度台为角度参考基准的发射站水平角不确定度分析平台，实验结果表明该平台的有效性并获取测量空间内发射站的水平角不确定度为 2.2″。