現場超大尺寸動態系統綜述

嚴宇迪++李倫++劉慧++董孟嘉

摘 要：隨著技術的發展，超大尺寸測量系統無論在科研前沿、國防工業還是在國民生產領域都有著廣泛的應用和需求。大尺寸測量具有顯著特點：測量空間大、測量環境復雜、干擾因素多的特點。本文主要比較了現存的八種大尺寸測量系統，分析了可能的現場超大尺寸測量系統的動態性能。重點介紹了IGPS和數字攝影技術應用于現場動態測量系統缺點。

關鍵詞：現場超大尺寸測量；iGPS；數字攝影；組合測量

中圖分類號：P205 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0181-02

Abstract：With the development of technology， super large-dimension measurement system in the forefront of scientific research， defence industry is also in the national production has a broad range of applications and needs. Size measurement with notable features： measuring space， measuring environment， interference factors much more complex features. This paper analyses and compares the existing eight large size measurement system analysis may be applied to in-situ super large-dimension measurement technology. Introduces the IGPS and digital photographic technique applied to large sizes measuring strengths and weaknesses.

Key words：super large-dimension measurement； iGPS； digital photography； combination measurement

技術的發展歷史方向都是由常規向極端發展，隨著測量技術的發展，測量范圍也向極大極小尺寸發展。在小尺度上已經成功開辟了微納測量研究領域，比較而言，現場超大尺寸測量的研究投入不足，尚未形成系統的理論和方法，對現場超大尺寸坐標測量技術及其相關理論體系的研究有待進一步深化。

和常規測量相比較，現場超大尺寸測量具有顯著特點：測量空間大、測量環境復雜、干擾因素多，測量設備和測量系統必須在測量現場進行組建、校準和量值傳遞，精度保證困難；此外，極高的相對測量精度、被測對象多樣性、測量效率低等也是大尺寸測量領域亟待解決的問題。現代大尺寸精密坐標測量技術是一門集電子、光學、圖像、傳感器、制造及計算機技術為一體的綜合性交叉學科。

在重大技術裝備涉及的關鍵技術中，大尺寸精密坐標測量技術是其中的基礎支撐技術之一。國內發展勢頭最好的幾個重裝技術及應用領域，如大型飛機制造、電力能源設備制造及安裝、船舶殼體裝配等，都對超大尺寸精密測量技術提出了迫切需求。

1 超大尺寸測量

超大尺寸測量則是指在測量對象從十米到幾百米尺寸范圍內的測量，而通常測量精度要求為1～10ppm。測量類型分類見表1。

超大尺寸坐標測量技術的需求和應用主要包括以下幾個方面：（1）航空航天；（2）船舶工程與海洋工程；（3）電力電網行業；（4）大型建筑結構。（5）軌道交通。此外，大尺寸測量系統還應用于科學研究領域，如天體望遠鏡、粒子加速器等設備外形尺寸的研制，自動化生產設備（如機械手臂等）的運動參數分析中。超大尺寸測量系統無論在科研前沿、國防工業還是在國民生產領域都有著廣泛的應用和需求，開展對超大尺寸測量系統相關理論和設備的研究具有廣闊的應用前景。

2 技術比較

現存的大尺寸的測量方法主要有八種，表2對國際領先的八種典型大尺寸測量系統進行了比較。從表中可以看出關節臂測量機和三坐標測量雖然精度很高，但是由于其測量范圍限制，并不能適用于超大尺寸的測量。對于經緯儀測量系統和全站儀測量系統而言，其自動化程度低，動態測量能力差，并不能滿足現場實時測量的要求。激光跟蹤和激光掃描測量系統對超大尺寸測量全場時間花費長，且對工作的環境要求很高，抗干擾能力差，不適合進行現場超大尺寸測量。

數字攝影測量系統在微米到幾百米的尺度上都能進行較高精度的測量，便攜及非接觸測量的特點使得其能在惡劣和極端環境正常工作。可方便與其他測量系統形成組合兼容，是一種很有前景的現場超大尺寸測量技術。典型系統是美國GSI公司的V-STARS。V-STARS精度非常高，精度可達5μm+5μm/m。缺點是對軟件數據處理能力要求很高，目前國內的軟件處理離達到V-STARS的精度還有一定距離。

iGPS（indoorGPS）測量系統其原理跟GPS一樣，利用三角測量原理建立坐標系，不同的是iGPS采用紅外激光代替了衛星信號，它利用發射器發出紅外信號。測量一個點所需要的最少發射器是2個，發射器越多，測量越精確，測量范圍越大。理論上只要增加發射器數量，iGPS擁有無限擴展的能力，是最有前景的現場超大尺寸測量技術。iGPS目前主要應用于飛機制造業，典型產品是美國ArcSecond公司的iGPS系統，如今該公司已被Nikon公司收購。在40m以內時測量精度較高，單點測點精度0.2mm。

3 結語

本文分析比較了八種大尺寸測量系統的特點，總結了在現場超大尺寸測量的應用前景。目前并沒有適用全部情況的大尺寸測量系統，一般都是根據不同測量系統的優缺點，將幾種測量系統組合的組合測量系統。

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