基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法技术方案

本发明专利技术涉及工业现场大尺寸测量方法。为提供一种基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，在各种遮蔽区域内实现全范围测量，构建高精度测量场，提高测量场平均精度，解决测量场部分区域精度丢失问题，适应各种恶劣环境，符合如今高精度测量的趋势。为此，本发明专利技术采取的技术方案是，基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法包括以下步骤：步骤一、在测量空间内布置多个固定发射站；步骤二、结合发射站测量范围，在测量量程或空间受限的待测区域附近布置移动站；步骤三、在测量空间内选取至少6个全局控制点；步骤四、在全局控制点上布置接收器；步骤五、将移动站布置在任意地方进行坐标测量。本发明专利技术主要应用于工业现场大尺寸测量。

【技术实现步骤摘要】
基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法
本专利技术属于工业现场大尺寸测量方法，特别涉及基于光电扫描的室内空间测量系统移动站加密定向，拓展测量空间以及精度补偿的方法。具体讲涉及基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法。
技术介绍
随着科技进步，大尺寸空间测量逐渐向高精度定位，大范围测量发展。其中，天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室研发的室内空间测量系统(即wMPS：workshopMeasurementPositionSystem)在大尺寸测量领域取得越来越广泛的应用，并具有大量成功的案例。室内空间测量系统是多站式高精度测量系统，多个发射站有规则地布置在测量空间内，通过基准尺或者全局控制点建立大范围高精度测量网络。但是，多站式布局需要发射站进行定向参数标定，传统的标定方法是利用固定长度的基准尺进行标定，保证在多个位置上两发射站可以同时观测到基准尺两端，而在有些工业测量现场环境比较恶劣，例如：在造船厂等工业测量空间内往往会出现大范围遮挡情况，如何有效解决大范围遮挡问题，在大范围遮挡情况下定向固定发射站是多站式测量系统亟待解决的重大问题；多站式布局特性使得室内空间测量系统内误差分布并不均匀，工作空间内的测量精度随着发射站测量距离的提升不断下降，交会角度较好的区域误差小，交会角度较差的区域误差大，在工业现场中，工作空间测量系统所形成的精度场分布并不均匀，有些区域内测量误差甚至不符合测量要求，这对高精度测量场形成了挑战。基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法完美的解决了以上两个难题，通过对已知坐标的控制点进行后方交会定向，将移动站随时随处地引入到测量系统不仅很大程度解决因为障碍物遮挡等因素无法直接定向测量的重大问题，而且可以提高各个区域的精度，有效避免因交会角度不同引起的精度丢失，是构建全范围一致的高精度测量场、适应恶劣测量环境的基础。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，此方法旨在各种遮蔽区域内实现全范围测量，构建高精度测量场，提高测量场平均精度，解决测量场部分区域精度丢失问题，适应各种恶劣环境，符合如今高精度测量的趋势。为此，本专利技术采取的技术方案是，基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法包括以下步骤：步骤一、在测量空间内布置多个固定发射站，通过已知固定长度的基准尺定向，搭建整体室内空间测量系统，并定义整体测量空间坐标系O-XYZ；步骤二、结合发射站测量范围，在测量量程或空间受限的待测区域附近布置移动站；步骤三、在测量空间内选取至少6个全局控制点，保证控制点被固定发射站与移动站全部探测到，利用单站球坐标系统分别测量6个控制点坐标，建立全局控制场坐标系O-XKYKZK，并统一至整体测量空间坐标系O-XYZ；步骤四、在全局控制点上布置接收器，接收器接收扫描光信号与同步光信号，已知控制点在激光跟踪仪坐标系下的坐标，通过后方交会方法，将移动站快速匹配至室内空间测量系统；步骤五、将移动站布置在任意地方进行坐标测量。步骤一搭建整体室内空间测量系统的步骤如下：步骤1-1)布置若干固定发射站于测量环境，构建初步测量场；步骤1-2)使用基准尺，两端放置接收器，全空间内垂直摆放基准尺若干位置，实现各个固定发射站的全局定向；步骤1-3)将所有发射站定向关系统一，建立整体测量空间坐标系O-XYZ，即整体测量场。步骤三、四将移动站匹配至控制场的步骤如下：步骤3-1)结合发射站测量范围，在待测区域附近布置移动站，确保移动站能够测到控制场的所有点；步骤3-2)将球形接收器分别放到精密全局控制点上，接收移动站的扫描光平面信号以及同步标记光信号，得到各个全局控制点在移动站坐标系下的水平角αk和俯仰角βk，k＝1,2...m；步骤3-3)假设空间中，移动站坐标系O-XlYlZl，计算出移动站坐标系O-XlYlZl与全局控制场坐标系O-XKYKZK的旋转平移矩阵初值，其中两个坐标系满足以下关系：步骤3-4)测得水平角αk和俯仰角βk，以及已知的控制点坐标，根据后方交会原理，使用光束平差优化建立目标函数：其中Fk为光平面约束方程，M为惩罚因子，fj为正交约束方程步骤3-5)通过非线性最优化算法，求解目标函数，得到移动站与全局控制场的定向关系，并转移至整体测量空间坐标系O-XYZ下，得到移动站与整体测量空间坐标系的定向关系即移动站与固定站的定向关系；步骤3-6)根据移动站与固定站定向关系，进行最优区域的坐标解算。附图说明：图1是移动站测量仿真图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，此方法旨在各种遮蔽区域内实现全范围测量，构建高精度测量场，基于控制点后方交会方法，将移动站引入整体测量系统，使得测量场平均精度提高，解决测量场部分区域精度丢失问题，适应各种恶劣环境，符合如今高精度测量的趋势。详见下文描述：步骤一、通过激光跟踪仪标定基准尺长度，多次测量基准尺长度并取平均值作为基准长度；步骤二、将两个1.5英寸工作空间测量系统配套的球形接收器放至基准尺两端，全空间内垂直摆放基准尺若干位置，实现各个固定发射站的全局定向；步骤三、将所有固定发射站统一起来，建立整体测量空间坐标系O-XYZ；步骤四、结合发射站测量范围，在待测区域附近布置移动站；步骤五、在测量空间内选取至少6个全局控制点，控制点可见为全局最佳，保证控制点被移动站全部测到，激光跟踪仪分别测量6个控制点坐标，建立精密全局控制场O-XKYKZK，O-XKYKZK是以全局控制点中任意一点为原点建立的坐标系,并统一至整体测量空间坐标系O-XYZ；步骤六、将球形接收器分别放到精密全局控制点上，接收移动站的扫描光平面信号以及同步标记光信号，得到各个全局控制点在移动站坐标系下的水平角αk和俯仰角βk，k＝1,2...m；步骤七、假设空间中，移动站坐标系O-XlYlZl，计算出移动站坐标系O-X1Y1Z1与控制场坐标系O-XKYKZK的旋转平移矩阵初值，其中两个坐标系满足以下关系：步骤八、通过水平角αk和俯仰角βk,,根据光束平差优化建立目标函数：其中Fk为光平面约束方程，M为惩罚因子，fj为正交约束方程步骤九、通过非线性最优化算法，求解目标函数，得到移动站与全局控制场的精确定向关系，并转移至整体测量空间坐标系O-XYZ下，得到移动站与整体测量空间坐标系的定向关系即移动站与固定站的定向关系；步骤十、将定向关系确定后，进行最优区域的坐标解算；步骤十一、将移动站布置在任意地方进行坐标测量，实现整体测量场的精度补偿与保证。本专利技术根据后方交会定向方法，提出了基于移动站加密定向的方法，此方法完成了在恶劣环境下，比如大范围遮挡情况下的高精度测量任务；同时，解决了在整体测量场内不同区域内精度分布不均匀的情况，有效避免了由于交会角度较差而引起的测量误差增加，保证了整体测量场的精度分布，符合如今的高精度、大范围的测量要求。下面将结合附图对基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法作进一步地详细描述：本方法将移动型光电扫描发射站加入室内空间测量系统，提供一种快速加密定向方法，移动型光电扫描发射站对精密控制场进行扫描，扫描光信号与同步光信号都是由发射站发出。发射站由旋转头、固定基座等组成，旋转头内部有两只激光器，发出激光，旋转头在高速旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一、在测量空间内布置多个固定发射站，通过已知固定长度的基准尺定向，搭建整体室内空间测量系统，并定义整体测量空间坐标系O‑XYZ；步骤二、结合发射站测量范围，在测量量程或空间受限的待测区域附近布置移动站；步骤三、在测量空间内选取至少6个全局控制点，控制点可见为全局最佳，保证控制点被移动站全部测到，利用单站球坐标系统分别测量6个控制点坐标，建立全局控制场O‑XKYKZK，并统一至整体测量空间坐标系O‑XYZ；步骤四、在全局控制点上布置接收器，接收器接收扫描光信号与同步光信号，已知控制点在激光跟踪仪坐标系下的坐标，通过后方交会方法，将移动站快速匹配至室内空间测量系统；步骤五、将移动站布置在任意地方进行坐标测量。

【技术特征摘要】
1.一种基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一、在测量空间内布置多个固定发射站，通过已知固定长度的基准尺定向，搭建整体室内空间测量系统，并定义整体测量空间坐标系O-XYZ；步骤二、结合发射站测量范围，在测量量程或空间受限的待测区域附近布置移动站；步骤三、在测量空间内选取至少6个全局控制点，控制点可见为全局最佳，保证控制点被移动站全部测到，利用单站球坐标系统分别测量6个控制点坐标，建立全局控制场O-XKYKZK，并统一至整体测量空间坐标系O-XYZ；步骤四、在全局控制点上布置接收器，接收器接收扫描光信号与同步光信号，已知控制点在激光跟踪仪坐标系下的坐标，通过后方交会方法，将移动站快速匹配至室内空间测量系统；步骤五、将移动站布置在任意地方进行坐标测量。2.如权利要求1所述的基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，其特征是，步骤一搭建整体室内空间测量系统的步骤如下：步骤1-1)布置若干固定发射站于测量环境，构建初步测量场；步骤1-2)使用基准尺，两端放置接收器，全空间内垂直摆放基准尺若干位置，实现各个固定发射站的全局定向；步骤1-3)将所有发射站定向关系统一，建立整体测量空间坐标系O-XYZ，即整体测量场。3.如权利要求1所述的基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，其特征是，步骤三、四将移动站匹配至控制场的步骤如下：步骤3-1)结合发射站测量范围，在待测区域附近布置移动站，确保移动站能够测到控制场的所有点；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：林嘉睿，邾继贵，任永杰，杨凌辉，郭思阳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12