时间：2023-03-27 16:47:17
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在利用激光进行的三维测量中应用最广泛的测量方法主要有三种：干涉法、飞行时间法和三角法。1.1干涉法干涉法测量是利用激光的干涉原理来完成对物体测量的一种方法，其原理是将一束相干光通过分光系统分成测量光和参考光，通过测量光波与参考光波相干叠加产生的干涉条纹变化量来获得物体表面的深度信息。干涉法的测量精度高，在100m范围内可以获得0.1mm的分辨率。1.2飞行时间法飞行时间法是通过测量脉冲光束的飞行时间来测量距离的一种测量方法，其原理是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。飞行时间法以时间分辨率来换取距离测量精度，精度相对较低，一般在1mm左右，精度高的测量头可达亚毫米级，常用于大尺度远距离测量。1.3三角法三角法是光学测量中最常见的一种测量方法。它是将待测点的深度坐标，通过不同的检测元件，利用几何三角关系转换为相对于光学基准的偏移量进而计算出该点深度值。根据具体照明方式的不同，光学三角法可分为两大类：被动三角法和主动三角法。激光三角法测量是基于激光的主动三角法，是近年来研究较多、发展比较成熟的一种测距方法。其测量原理是：由光源发出的光照射到被测物体表面上，反射后在检测器（如：CCD）上成像，物体表面的位置改变，检测器上成的像也随之改变，由几何三角关系即可通过对像移的检测和计算出实际高度。激光三角法测量的精度取决于感光设备的敏感程度、与被测表面的距离、被测物表面的光学特性等，适合于近距测量，精度一般在丝米级。
2测量方法的选择
船板的形状尺寸测量是一个典型的外表面三维曲面测量。由于船板是一个连续而光滑的曲面，因此，可以将整个曲面离散成m×n个点，通过测量得到这些点的坐标值后，即可通过软件拟合出整个曲面。由于传统的接触式测量，存在探头易磨损，需要人工干预，价格昂贵，对使用环境有一定要求，测量速度慢，效率低等问题，因此，虽然其有较高的测量精度，但确并不适合应用在船板多点成形在线测量中。对比三种常用的激光测量方法，测量精度均能满足船板的测量要求。本着实用而不浪费的原则，由于干涉法测量所需的测量设备成本较另外两种方法高出很多，并且使用时需反射镜，现场在线使用不方便，速度慢效率低，因此，采用飞行时间法或三角法的激光测量传感器比较适合船板三维测量，其设备价格较低，对测量表面的要求不高，并且可直接测量，使用灵活方便。
3扫描装置
扫描装置是激光测量头的安装平台，其作用是带动激光测量头沿X轴和Y轴运动，完成对整个测量表面的扫描，并在测量的同时给出测量点的X方向和Y方向的坐标值。为了提高测量效率，最终确定扫描装置采用多点方式，这样可以大大提高船板多点成形的生产效率。由于多点测量方式使用的激光测量头数量较多，因此，在满足测量精度要求的前提下，选择了价格相对较低的飞行时间法激光测量头。扫描系统由电动滑台、联轴器、接轴、减速机、伺服电机、测量架、测头等部分组成(见图1)。电动滑台和减速机通过架子固定在上模座上，伺服电机与减速机相连，并通过接轴与电动滑台连接，测量架固定在电动滑台上。测量时，在伺服电机驱动下，电动滑台带动测量架沿X方向移动，每走一个步长测头测量当前X坐标下各点的Z坐标值，直到测量完整个板材表面点阵(见图2)。
4结束语
(1)GPS－RTK测量应用范围，首先用在控制测量，一般用在四等以下测量与工程测量。其次用在地形测量，用GPS－RTK测量时辅以测图软件，可测绘各种地形图，如:带状地形图与数字地形图等。最后用在放样测量。用GPS－RTK测量有效把放样工作与设计方案结合，提高工作效率。(2)GPS－RTK系统土地测量优点。PTK动态测量是继GPS定位技术后，测量领域的技术变革。有以下优点:①观测点无需通视。精度高，有效距离远，可减少测量时间和经费，使地形点位选择更灵活。②操作简便与自动化高。PTK测量所需人员少与时间短，效率高，且测量成果为独立观测值，不像常规测量积累误差。③观测时间短。通常使用PTK测量中已达到几秒就可测定一点位。能对坐标实时计算，因此可提高效率。(3)RTK技术。实时测量技术以载波观测量为依据的差分GPS技术。GPS测量模式有多种，如静态、准动态与动态定位等。但用这些模式，如不和传输系统结合，定位结果需通过测后处理获得，无法实时得出定位结果，无法实时审核基准站与用户站数据质量，长致使重测。动态测量思想是，安置一GPS接收机于基准站，对可见GPS卫星连续观测，将观测数据用无线电设备，实时发送用户观测站。在该站上，GPS接收机接收卫星信号时，通过接收设备，接收基准站观测数据，再根据定位原理，实时计算与显示用户站坐标与其精度。
2GPS－RTK测量控制要点
(1)控制点确定。设计测量控制点收集，根据需要，收集高级控制点参心坐标、高程成果与坐标转换参数等。其次确定平面控制点，把平面控制点划分等级成:一级、二级与三级。其三确定高程控制点，按精度可分成五等。最后布设平面控制点，用逐级布设与越级布设结合方式，争取控制点保证一个以上等级点和其通视。(2)测量方法。GPS－RTK测量用参考站RTK与网络RTK两种方法。通信困难时，可用后处理测量模式测量。(3)平面控制点测量。用GPS－RTK测平面控制点，先应该用流动站采集观测数据，用数据链接收参考站数据，系统中组成差分值实时处理，用坐标转换将观测地心坐标转为坐标系平面坐标。其次获取坐标转换参数时，直接用已知参数。最后，GPS－RTK测量起算点应均匀，且能控制测区。转换时根据测区与具体情况，检验起算点，采用数学模型，进行点组合式分别计算与优选。
3GPS－RTK测量土地测量中应用
(1)技术路线。土地开发所要求绘图比例为1∶10000或1∶2000，这对一定范围精度达到厘米的GPS－RTK测量将完全达到要求。准备工作。测量前检查仪器能否正常;精度检验;项目地基处理与行政界线等资料收集，为保证精度，在控制网中选取已知点求转换参数，校正应选4个以上校正点，且待测点位于校正点范围内。(2)数据采集。测量要素与综合取舍可能和普通测量不同，具体需参照指导书。外业采集时徐绘制草图。每天外业完成后要及时把观测数据输到计算机。一般主要有两种采集，即连续测量与非连续测量。(3)GPS数据处理阶段。开展传输时把电脑与测控设备放一起，就能把当天信息与内容融汇，以表格展示出来，非常便利。(4)图形编辑。用AutoCAD编辑图形，参照外业草图或外业点记录编号把测量区地物按实际连接与形成矢量图，等高线生成与地类符号等作业。(5)图幅整饰与面积统计。依据规范与指导书要求，将绘制土地现状图图号、坐标系、制图单位与其他说明上图。(6)界址点放样与埋设界桩。界址点放样测量方法，用接收机在放站为固定站，用RTK移动站放样和定位时。按这几个步骤:①建立项目与坐标管理。选择参考椭球与参数输入，选择和输入投影带等。②移动站频率选择。根据无线电频率。选一理想频率，移动站与基准站要使用一个频率。③坐标输入。将界址坐标及控制点坐标输入建立项目作为放样与检查使用。(7)测量菜单选择RTK形式，并初始化，完成后启动RTK，然后进行测量。(8)定位放样。从手薄中调出项目放样点坐标，手簿屏幕上放样点距移动站方位与距离，背着接收机，它会提醒走到放样点位置，迅速与方便。移动站正对放样点时，手簿有提示声，表明该点定位成功。然后挖坑和埋设界桩，埋设时不断纠正界桩位置到达到误差要求。良好条件下，PTK初始化需时间几十秒;不良条件下，先进PTK需几分钟或十几分钟。
4总结
信息时代信息爆炸导致通信带宽需求或通信网络容量爆增。如近期北美骨干网的业务量约6-9个月翻一番，达到了所谓的“光速经济”的时期，它比微电子芯片性能发展的摩尔法则（约18个月翻一番）快2-3倍，而且迄今这种发展势头不减。面对这种发展趋势，各个通信发达国家都在积极研究设计新的宽带网络，如可持续发展网络CUN、下一代网络NGN、新公众网NPN、一体化网UN等，但其基础传输媒质的物理层都是密集光波分复用（DWDM）的光传送网OTN。不如此就不可能提供巨大的通信带宽，高度可靠的传输性能，足够的业务承载容量以及低廉的使用费用，确保网络的可持续发展，支持当前和未来的任何业务信号的传送要求。
1密集光波分复用（DWDM）系统
DWDM系统主要由光合波器、光分波器和掺铒光纤放大器（EDFA）组成。其中EDFA的作用是由比信号波长低的高能量光泵源将能量辐射进一段掺铒光纤中，当载有净负荷的光波通过此段光纤一起传播时，完成光能量的转移，使在1530-1565m波长范围内各个光波承载的净负荷信号全都得到放大，弥补了光纤线路的能量损失。这样，当用EDFA代替传统的光通信链路中的中继段设备时，就能以最少的费用直接通过增加波长数增大传输容量，使整个光通信系统的结构和设计都大大简化，并便于施工维护。
EDFA在DWDM系统中实际应用时又分为功放或后置放大器（BA），预放或前置放大器（PA）和线路放大器（LA）3种，但有的公司为了简化，尽量减少设备品种，统一为OA，以便于维护。
目前商用的DWDM系统的每个波长的数据速率是2.5Gbps，或10Gbps，波长数为4、8、16、32等；40、80甚至132个波长的DWDM系统也已有产品。常用的有两类配置。一类是在光合波器前与在光分波器后设置波长转换器（WavelengthTransponder）OTU。这一类配置是开放式的，采用这种可以使用现有的1310nm和1550nm波长区的任一厂家的光发送与光接收机模块；波长转换器将这些非标准的光波长信号变换到1550nm窗口中规定的标准光波长信号，以便在DWDM系统中传输。美国的Ciena公司、欧洲的pirelli公司采用这类配置，他们是生产光器件的公司，通常，所生产的光分波合波器有较好的光学性能参数。如Ciena公司采用的信道波长间隔为0.8nm，对应100GHz的带宽，在1545.3-1557.4nm波长范围内提供16个光波信道或光路。但他们没有SDH传输设备，因此，在系统配置、网络管理方面不能统一考虑。此类配置的优点是应用灵活、通用性强，缺点是增加波长转换器、成本较高。另一类配置是不用波长转换器，将波分复用、解复用部分和传输系统产品集成在一起，这一类配置是一体的或集成的，这样简化了系统结构、降低了成本，而且便于将SDH传输设备和DWDM设备在同一网管平台上进行管理操作。这类配置的生产厂家如Lucent、Siemens、Nortel等，他们是SDH传输系统设备供应商，有条件这样做。他们在做4×2.5G32bpsDWDM系统设计时就考虑与4×10Gbps速率的兼容，考虑增加至8个波长、16个波长、基至40个波长、80个波长，以及2.5Gbps和10Gbps的混合应用，确保系统在线不断扩容，平滑过渡，不影响通信网的业务。当然，他们也提供开放式配置，或发送是开放式，接收为一体式的DWDM系统设备。
由于初期商用的EDFA带宽平坦范围在1540-1560nm，故早期使用的DWDM系统的复用光波长多在1550nm附近。后来实际EDFA的增益谱宽为35nm，约4.2THz，其中增益起伏小于1dB的谱宽在1539-1565nm之间，若以1.6nm（对应200GHz）的波长间隔，则最少可实现8波长，乃至16波长的同步放大；若以0.8nm（对应100GHz）的波长间隔，则最少可实现16个波长，乃至32个波长的DWDM系统，再加上EDFA约40dB的高增益，大于100mW的高输出功率，以及4-5dB的低噪声值等优越性能，故极大地促进了DWDM系统的快速发展。
正如电放大器那样，光放大器在放大光信号的同时也要引入噪声。它由光子的自发幅射（SpontaneousEmission）产生。此种噪声和光信号在光放大器中一起放大，并逐级积累形成干扰信号，即熟知的放大自发辐射（AmplifiedSpontaneousEmission，简写为ASE）干扰信号。这种ASE干扰信号经多经光放积累的功率会大到1-2mW，其频谱分布与波长增益谱对应。
这就是为什么经过若干个OLA放大后必须经过光电变换，分别取出各波长光路的电信号进行定时、整形与再生（3R），完成光数字信号处理的主要原因，它决定了电中继段或复用段的最大距离或最大光中继段数。当然，其他因素例如允许的总的色散值也决定此电中继段的最大距离，这要由系统设计作光功率预算时，哪个因素要求最严格来确定。
2DWDM系统的测试要求
以SDH终端设备为基础的多波长密集光波分复用系统和单波长SDH系统的测试要求差别很大。首先，单波长光通信系统的精确波长测试是不重要的，只需用普通的光功率计测量了光功率值就可判断光系统是否正常了。设置光功率计到一个特定的波长值，例如是1310nm还是1550nm，仅用作不同波长区光系统光源发光功率测试的较准与修正，因为对宽光谱的功率计而言，光源波长差几十nm时测出的光功率值的差别也不大。可是，对DWDM系统就完全不同了，系统有很多波长，很多光路，要分别测出系统中每个光路的波长值与光功率大小，才能共发判断出是哪个波长，哪个光路系统出了问题。由于各个光路的波长间隔通常是1.6nm（200GHz）、0.8nm（GHz），甚至0.4nm（50GHz），故必须有波长选择性的光功率计，即波长计或光谱分析仪才能测出系统的各个光路的波长值和光功率的大小，因此，用一般的光功率计测出系统的总光功率值是不解决问题。其次，为了平滑地增加波长、扩大DWDM系统容量，或为了灵活地调度、调整电路和网络的容量，需要减少某个DWDM系统的波长数，即要求DWDM系统在增加或减少波长数时，总的输出光功率基本稳定。这样，当有某个光路、某个净负荷载体，即光波长或光载频失效时，又用普通光功率计测量总光功率值是无法发现问题的，因为一两个光载频功率大大降低或失效，对总的光功率值影响很小。此时，必须对各个光载频的功率进行选择性测量，不仅测出光功率电平值，而且还准确地测出具体的波长数值后，才能确切知道是哪个波长哪条光路出了问题。这不仅在判断光路故障时非常必要，而且在系统安装、调测和日常维护时也很重要。
此外，为了测量光放大器增益光谱特性，尤其是增益平坦度，需找出各波长或各光路的功率电平差值时，也必须测量出各光路的波长值和光功率值。
为便于查寻光线路放大器的故障，除测量各个光路的波长值和光功率外，还要测量出各个光路的信噪比（OSNR）。这里，在测量OSNR时要注意测量仪表的噪声带宽。例如用HP70952B光谱分析仪（噪声带宽1nm）测量的OSNR要比用Agilent86121AWDM光路分析仪（噪声带宽0.1nm）测量出的OSNR低约10dB；这是因为前者取出的噪声功率是后者取出的噪声功率的10倍，自然，前者测出的OSNR要低约10db（因光信号功率测量有差别）。
由于DWDM系统有n个波长，n个光路，等效于n个虚SDH光通信系统，故在系统的重要测量点必须有光分路器（分光器），以避免在做波长和功率测量时中断系统，造成大量业务丢失。
为便于比较对照，将OSP-102/OMS-100组合测试仪和一个典型的实验室用光谱分析仪OSA的技术规范列在一起。
3可调谐光滤波器
为使具有光谱分析仪功能的仪表适合现场测试，需要有轻便灵巧的可调谐光滤波器选择光波长。它是一个可调法布里-泊罗（Fabry-Perot）滤波腔体，它的基本结构是由两块部分镀银的板构成反射平面，两块板相对分开的距离是可普的。其滤波原理是：对某个波长的光，当调节两块板之间的距离，使在两块板之间反射引起的部分射线在相位上完全重叠时，滤波器对该波长的光是直通的，而对其他波长的光会引入很大的衰减。
这种可调谐光滤波器与光分度计或旋转干涉滤波器相比有很多优点。它没有轴承、轴、马达等，不存在由于连续持久的操作引起磨损、破裂等问题；结构非常坚实，对振动不敏感。它是不可逆的光器件，无论是衰减，还是通常波长均与输入光波的射线极化无关；这一优点在有几个波长激光器都调整到有相同输出光功率时尤其重要。
4便携式光谱分析仪
适用于DWSM系统现场安装调测与日常维护的便携式光谱分析仪，除去前已介绍的HP70952B,Agilent86121A外，现举OSP-102插件和OMS-100主机配合专用于DWDM系统测试的便携式光谱分析仪为例，说明采用可调谐光滤波器一方面使成本显著降低，一方面使重量减轻。体积缩小，有利于便携。为便于使用，还增加了下述分立的应用方式。
（1）光谱分析仪方式
用可调谐光滤波器沿着要选测的波长范围调整移动，将以图形方式显示测量结果，可用游标定位估计波长、功率数值，以及各波长和功率差值的测试数据。还可用存储器存储两个光谱的测试数据进行比较。
（2）光纤系统方式
用表列出直到16个光路或波信道的被测试的波长、功率和S/N。这种应用方式对光纤通信系统的日常维护测试特别有用。因为在DWDM系统的运行过程中，通常不希望光载频信号的功率超过规定的容限。
（3）光功率计方式
可调谐光滤波器固定调整到所选的波长，以数字显示该波长的光功率，就可以用来检测该光路或信道光载频功率随时间的变化，即稳定程度。这一方式在检测中断故障时尤其有用。
（4）监视器输出方式
将被滤出的光信号的一部分送到监视器输出，就能在不影响其他光路或波信道业务的条件下对DWDM系统的某指定波信道进行比特误码率测试，也可具体检测出哪一个波信道传输有问题。
这里所说的传统测量技术地质灾害监测，就是通过各种专业仪器测量灾害的产生及发展过程，记录数据并传输到预报中心，进行分析研究后找出灾害的发展规律，并判断是否需要发出灾难预警。地质灾害的主要监测对象是地质形变，对形变的监测又可细分为内部形变监测与外部形变监测。其监测对象是将测量技术作为主要监测手段的外部形变。这类监测通常采取的测量方法是在平面上用经纬仪和三角测量法监测，高程测量采用全站仪测量或三角高程法和水准测量法。然后，建立误差单位为毫米级的小型平面控制网及高程控制网，以此测量出监测样本上各控制点在垂直与水平方向上的微小位移量及其形变形式，从而获得有用的形变数据，并最终达到有效防治地质灾害的作用。传统的测量技术缺陷在于，监测时需要安排人员进行实地观测，并且要记录大量的测量数据、进行大量的计算，加上工作周期长、经费偏高等各种问题，造成其工作效率不高。此外，在环境恶劣的荒野、深山、原始森林等地区，实时、实地测量是无法实现的。
2现代测量技术的应用
2．1GPS在地质灾害监测中的应用GPS即全球定位系统，通过接收定位卫星的信号进行测时定位、导航，采用静态差分定位技术，缩短观测时间，减小误差提高精确度。利用GPS技术监测地质灾害，监测站之间无须要求通视，大幅度削减了工作量。并且通过卫星通信技术能够将监测到的数据传送至数据处理中心，以此来实现远距离的监测工作。目前，GPS技术已在地震、地表塌陷、滑坡等突发性地质灾害的监测中被广泛应用。其优点在于它非常高效，且精准度已经达到百万分之一甚至可能更高，同时它还有全天候、自动化、多功能而且操作简便等特点。这些诸多优点让它在工程测量中得到广泛应用。GPS技术在地表外部形变监测中的应用有很多，大致的操作过程以岩体的外部形变监测为例，先在距离岩体较远的地方选取一个稳定点放置GPS信号接收机，然后选取目标点并放置接收机，经过计算分析可以得出各目标点的位移。利用GPS系统进行连续监测，就能实现对目标的实时自动监测。GPS技术取代传统水准测量法，可以降低劳动强度，缩短周期，准确及时地捕获有效信息，在获得高效率、高精度的数据同时，降低监测成本。
2．2GIS在地质灾害监测中的应用GIS技术全称地理信息系统技术，它融合了地理学、地图学以及计算机技术和测绘技术，是一项在计算机软、硬件支持下，采集、记录并储存相关的地理信息实现数据库的系统化，并将地理要素进行转化，对计算得出的相关数据进行分析处理的空间信息系统。测量人员按照测量需求，可以使用GIS技术很快的获取数据，再将结果用数字或图形的方式显示出来。它的主要作用是对空间数据进行分析，对决策和预报有辅助作用。其地理信息拥有空间性、区域性、动态性的特征，其地理数据是用符号来表示地理特征与现象之间的关系，即用文字、数字图像等来表示地理要素的质量、数量及其分布特征与规律。时域特征数据、空间位置数据及属性数据三部分是地理数据的主要组成部分。GIS技术的应用有效地解决了记录和计算量过大的问题，通过标准的矢量化扫描、数字化摄影测量的方式来测量地球表面物体，可以给我们提供及时且准确的标准化数字信息。还可以应用系统中的有关功能做到空间定点分析，按不同比例尺编制专题图像。
2．3RS在地质灾害监测中的应用RS技术全称遥感系统技术，它可以实现同步观测和实时数据信息的提供，并具有很高的综合性，同时在地形观测与资源勘查中RS技术也是最有力、高效的手段。它可以全天候的获取信息，且周期短、视域宽广、信息量丰富，还能够真实的展现地表物体的大小、形状甚至颜色，立体直观的影像有更好的观察效果。目前RS技术已广泛的应用于地质、农林业、气象、水文、军事等领域。在地质灾害的监测中，RS技术可以对灾害做出快速的应急反应，几小时内系统便能获取灾情数据，并迅速对灾情做出评估，其详实评估不超过一周即可完成。
3结束语
基于三维数字化地图，其数据的收集形式有很多种，全站仪只是众多形式中的一种方式，这种形式比较适合在比例尺较大、准确度要求较高的三维立体空间的数据当中，并且其工作主要涉及的是面积较小的工程当中。在三维测量的工作中，在地形数据的收集方面包含了两个过程:第一就是外业的收集，主要是运用全站仪来收集地形点实际的三维空间信息。因为受到通视条件的影响和工作人员的劳动能力的限制，只能对山体地形特征点的三维空间数据进行采集。因为这部分的特征点在密度的分配方面不平均，这样就会导致某些地区的地势高低起伏的状况很难进行准确的判断。第二就是内业的加密工作，指的是对外业收集而来的数据，经过内插的形式对相应的特征点的分布以及具体的密度实施有效的分析和处理，最终获取分布较为均匀、密度适中的地形点和高程，使其能够更为准确相信的展现出地势的具体走向。
2测量流程
在所需测量的物体上选取A、B两个点位，并将这两点在水平面上的内投影点的连线作为X轴的方向，测量仪器的中心点作为坐标的原点，经过原点在水平方向上垂直X轴方向上建立Y轴，以垂直于X和Y所构成的平面的方向为Z轴，建立右手方向直角坐标系。测量原理:基于全站型的电子速测仪，也可以称之为全站仪，它是具备测距功能和测角功能的高科技仪器，所以说依据极坐标的方法对物点的三维立体坐标实施测量，为全站仪中的三维测量系统提供出有效的理论依据和技术方面的保障。它是P点在水平盘上的真实读数，剩下的符号和之前相同。在工程实际的测量工作当中，空间立体坐标系在选取方面需要依据实际的安装平面设计图来具体确立，因为在场区已有的平面控制网已经不能充分的满足实际安装的精度需求，所以说就必须要建立起一个准确度较高的控制网来实施科学有效的控制。
3测量的精度控制与分析
对全站仪系统中的三维点位的精度测量，大致分为以下三个方面:第一，全站仪中系统自身产生误差，全站仪的突发误差，系统中反射设施或者目标设施的误差这三个方面。其中前面两种是对测量精度产生误差的主要因素。
4测量数据的矫正
在实际的安装和测量的前期，在具体目标的节点位置上，运用LeicaTCA2003专用测量仪器的反射标志，而且要依据实际的测量形状以及方式计算中的三维坐标，在依据全站仪三位测量系统中的原理，利用LeicaTCA2003专业测量程序，对实际测量标记中的三维坐标(X/Y/Z)进行准确的测量，运用实时软件对实测值和预期所设置值的差值进行处理，并且及时对所指挥的目标进行安装和测量。在其内部运用外业工作所收集到的测量数据进行整体，并且在其所编辑完成的程序下实施数据的处理和分析，最后制成相应的图纸。
5平差计算
在前面的分析中，本文具体讨论了光学细分系统的设计方案。运动距离测量实验选取光学四细分的光学系统，实验系统如图6所示。系统分为光路部分和信号处理部分。mW和0．5mW，反射镜M4由硅片制成，其反射率大约为0．4。硅片反射镜M4可调节反射方向。角锥棱镜M1、M2和M3的型号为Agilent10767A，具有非常好的光学性能。测量导轨选用的是PI公司的M－5x1．DD型号。二维精密电控平移台（直流电机驱动）单向重复定位分辨率达0．1μm，直线度参数为0．1μm／200mm，最高运行速度50mm／s，量程为200mm。2个测量角锥棱镜被安装在导轨上，通过PI公司的控制软件在计算机上对导轨的运动进行控制，实现对外腔长度的改变。通过运动距离测量结果与PI导轨运动参数的一致性可验证测量方案的可行性。信号处理部分中，由PD探测到的激光自混合干涉信号首先由低噪声前置放大器（Standford，SR560C）进行滤波和放大，一路送入示波器而另一路接着由NI公司的数据采集卡（NI6251）进行AD转换。采集到的数字信号送入PC机中由专业的数据分析软件（LabVIEW）实现信号再次细分以及实时处理重构目标物体的运动距离。测量过程中，示波器可定性观察光学细分的现象，而数据采集卡采集到的信号经过计算机的处理可进行运动距离测量。
2实验过程与结果分析
实验在同一测量环境条件下进行：恒温（20℃±1℃），恒湿（50％±3％）。使激光器预热2h，激光波长稳定在632．8334nm，让导轨以某一速度匀速运动，然后对采集的信号加入电子五细分处理。在本实验系统中，由自混合干涉光路细分原理可知，一个条纹对应的运动距离为λ／8，将此波形通过阈值为0的比较器后得到对应的方波信号，再将方波信号n细分，通过计数方波的个数来得到外部物体实际的运动距离。这样处理后，可以得到的分辨率为λ／8n。一个周期内的正弦波通过过零比较器整形成方波信号，五细分后的波形如图7所示。这样通过计数的方法就可以再次提高分辨率。此外，细分处理前对干涉信号进行了整形，可以显著增强对于叠加在自混合干涉信号上的高斯噪声的抗干扰能力，使测量结果更加稳定可靠。在数字域进行细分时，将上面得到的方波信号改写成二进制码（1111100000），然后将其右移9次，将其奇数次和偶数次的右移结果两两异或，则可以得到（1010101010），即对应的五细分信号及其互补信号（0101010101），实现了对原自混合干涉信号的细分。将PD探测到的微弱信号进行电流－电压（I－V）转换后，变成电压信号，经高通电路去直流后，再经放大电路放大，通过NI公司的数据采集卡USB－6251采集，在PC机上编写LabVIEW程序进行细分计数处理。信号经数字域电子细分后，进行计数后就可以重构并显示物体的实时运动距离。测量实验使用PI精密导轨对实时测量数据进行校准。导轨的移动范围设置为0～200mm，每次匀速步进20mm，移动速度设置为5mm／s，步进10次，每次导轨的示数作为标准；该运动过程由电机自动完成，系统对每次的步进长度进行自动测量记录并给出实时误差，连续记录几十组，选择其中的5组实验数据进行分析。通过拟合曲线与误差分析可以看出，实验结果与实际运动距离有良好的线性关系，且重复性非常的好，实现了使用光学细分与电子细分相结合的方法对物体的运动距离进行实时监测，实验结果与理论分析吻合。
3讨论
激光器作为测量光路的一部分而不能成为一个独立的、波长稳定的光源，其稳定性对测量准确度有很大的影响。空气折射率的变化和角锥棱镜的直角误差也会影响系统的测试精度。1）激光器频率稳定性带来的累计误差。实验中的氦氖激光器输出光在空气中传播的中心波长为632．8334nm，短期频率稳定性为1．5×10－6，因此，在没有反馈时，激光器波长稳定性为δλ＝λδν／ν≈0．9492×10－6μm。当自混合效应反馈系数很低时，频率波动极小。理论计算表明，当外腔长度在百毫米量级时，波长稳定度可以达到10－8的测量准确度，测量不确定度小于0．4μm［9－10］。2）空气折射率变化带来的误差。测量环境的初始条件：空气压强101325Pa，室温20℃，湿度1333Pa。测量过程中，由温度、湿度以及压强传感器可知，只有环境温度会有最大不超过1℃的改变。因此得到折射率的变化为δn≈0．929×10－6。当测量长度为200mm时，测距不确定度小于0．3μm［9］。3）角锥棱镜的直角误差。角锥棱镜的直角误差会直接影响其对光路的反射特性。对于Agilent10767A型号的角锥棱镜，其3个直角误差δθ＜5″。玻璃的折射率为1．56，则测量长度为200mm的测距误差小于0．002μm［11］。由于本实验系统存在3个角锥，则测距不确定度应小于0．006μm。由以上讨论可以知道，影响测量精度的最大因素来自于激光的频率的稳定度。理论上实验系统的测量分辨率可达到波长的1／40。而实际上，受制于激光频率的稳定程度，在弱反馈条件下，百毫米量级运动距离的测量只能达到微米级的测量精度。
4结语
随着科学技术发展，各行各业的技术进步已是日新月异，测量技术也取得了长足的进步，如今，全站仪、测量机器人、电子水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等在工程测量中已广泛应用，不仅大幅降低了工程测量的工作强度，更为工程测量向自动化、数字化方面的发展提供了坚实的基础。同时，新装备的应用，也改变了工程测量的技术手段和作业流程，如改变了传统的工程控制网布网、地形测量、施工测量、变形监测等的作业方法，GPS测量控制网、测距导线网成为控制网布设的首选，GPS高程测定、光电测距三角高程导线已可以代替三、四等水准测量，具有连续定位功能的全站仪或RTK用于施工放样测量和碎部测量，免棱镜测距仪减轻了工程测量的工作强度，具有自动跟踪测量功能的测量机器人为碎部测量提供了理想的仪器；另外，测量数据处理的手段也发生了根本的改变，数据采集甚至实现了自动化，手工绘图已成为历史，数据计算已经全面电子化。
2、GPS定位技术在工程测量中发挥的作用
GPS技术的出现和广泛应用，是测量技术的重大变革，它改变了许多工程测量的方法和手段，大大减轻了工程测量的难度、工作量和工作强度。GPS技术具有全天候、海陆空均可进行三维定位的能力，利用GPS定位技术，在工程测量时可以方便快捷地测定高精度的三维坐标，具有高速度、高精度、操作简单、方便灵活的特点。当前，GPS定位技术已经应用到各行各业，在工程测量中，无论是各等级控制网的建立与改造，还是在单点定位、地形图测绘、线路施工、变形监测、地球板块监测、海岛海礁测量等，都具有得天独厚的优势和便利性。随着我国各地大范围、高密度CORS基准网的全面建设完成，利用GPS差分定位技术和RTK实时差分定位，单点定位技术和精度不断提高，GPS技术在工程测量中控制网布设、碎部点测绘、施工放样、变形监测、高程测定等方面已经全面应用于实际工作中。同时，利用GPS定位技术连续、实时、自动测量的特点，加上自动化处理技术，工程测量中自动测量、实时处理、连续监测的应用将有很大的发展空间。
3、RS技术已是地形图测绘的重要手段之一
RS（遥感）技术在测量中的应用有着悠久的历史，并发挥着巨大的作用。RS技术的特点是不需要接触观测目标、直接通过遥感信息对其各项特征信息进行解译处理，提取有用信息。利用RS技术获取的信息（如遥感影像等），通过纠正定位，可以获取准确的地理空间信息，因此广泛应用到工程测量中。当前，随着高质量、高精度、高效率、低成本的遥感测量仪器的不断推出，结合计算机技术中的应用，RS技术已经能够提供完全、实时、大范围的三维空间地理信息，特别是广泛应用于地形图测绘中。RS技术的广泛应用，降低了测量成本，减少了外业工作量，缩短了测量周期，具有测量高效、高精度，成果品种多、直观性强等特点。在地形测绘、线路勘选、变形监测、文物保护等工作中起到了巨大的作用。如今，全数字摄影测量系统、集群式数字摄影工作站等新技术已经全面应用，为RS技术应用提供了更为高效的技术手段和方法，也使得RS技术在工程测量中发挥了极其重要的作用。
4、数字化技术成为工程测量中的主流
大比例尺地形图测绘是工程测量的重要内容，以往常规的模拟成图方法靠模拟采集、现场手工绘制、事后整理整饰，是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作，而且手工描绘成图周期长，产品形式单一，专题成果制作困难，成果应用不能实现多样化，难以适应现代化工程建设对地形图多样化的需要。随着全站仪、RTK等数字化测量仪器的广泛应用和数字化专业成图系统的出现，工程测量从模拟时代进入到数字化时代，它把野外数据采集、计算机数据处理、数字制图、成果分类分层存放等优势有机结合起来，形成了内外业一体化的数字化成图系统。况且数字化测绘技术产品成果多样，能够轻松制作不同用途的专题产品，能够轻松应对各类工程测量中的多样化需求，同时还能有效提高工作效率，成果存储、管理应用、转移等方便易行。如今，数字化测绘技术在工程测量领域已是广泛应用，大比例尺测图技术及其产品已经实现了数字化、信息化、多样化。随着专业数字化成图系统的不断发展，一些工程图纸（如纵横断面图、宗地图等）实现了自动绘制，有效提高了工程测量的工作效率。数字化的专业成图系统不仅可直接提供纸图，还可以建立专业数据库，为基础地理信息的多样化应用和服务自动化、网络化、社会化打下良好的基础。
5、GIS技术在工程测量成果应用服务中渐成主流
随着数字化技术在工程测量中全面普及，测量数据采集与处理已实现数字化，工程测量进入了全数字化时代。然而，大量测量成果如何更好地服务于社会发展和工程建设，是必须解决的问题。面对海量的地理信息成果数据，怎样管理和应用工程测量成果，目前最好、最有效的方法就是利用数据库技术和GIS技术。具体地说，就是将测量成果进行标准化、规范化的处理，通过建立地理信息数据库及其应用管理的信息系统，有效管理、存储和处理测量成果；利用GIS的统计和分析更能，提供针对性强、满足专题应用的图件和统计结果，更好的应用测量成果；同时利用网络技术，实现测量成果服务应用和定向分发的网络化和自动化，更好地应用到科学管理和科学决策中。GIS管理应用系统建设是一项复杂、庞大的系统工程，不仅需要较大的资金投入，也需要网络等基础设施的支撑，更需要技术人才的培养，才能发挥其巨大的作用。如今，GIS技术已经得到政府部门的高度重视，在专业部门得到推广应用，并已成为信息产业的重要组成部分，地理信息产业的发展，也迎来了良好的发展局面。
6、InSar技术逐渐被重视
合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是近期才发展起来的一项新的对地测量技术，它是以合成孔径雷达复影像数据中提取的相位信息作为数据源，通过整合处理和运算，获取地表三维信息和及其变化信息，精度高、范围广，且InSAR技术具有全天候、全天时和一定的透视性的优势和特点，这种技术已经引起了世界各国的广泛关注和深入研究。目前，这种技术的应用已经十分的广泛，比如：在监测地震变形中的有着重要的应用，在大范围检测监测厘米级或更微小量级的地球表面形变中也起着越来越重要的作用，在形变灾害监测领域和滑坡形变监测中也有着不可替代的优势和作用，等。正因如此，InSar技术在工程测量中也逐渐得到重视，应用前景和发展前景十分广泛。
7、结语
随着当代科学技术的革新，GPS测量技术也逐渐得到了完善，具有高精度等特点，有效的推进测绘行业的发展。与普通的测量技术不同，GPS测量技术能够全天作业，在进行数据监测的过程中，运用GPS不仅能够有效的实现同一位置的连续观测以及不同位置的同步观测，还能够进行全天候监测。在监测的过程中，通过系统的三维定位，就能够实现任意地点以及任意时间的监测，无论是从技术操作方面看还是从时间监测方面看，都具有不可比拟的优势。
2GPS定位测量技术的优势
GPS定位技术起源于美国，从研发到投入使用，经历了20年的改进，最终成功的为世界的发展做出了贡献。GPS定位技术在我国各个领域内都得到了应用，效果较好。GPS定位测量技术具有精度高且全天候等特点。工程测绘工作通常要求较高，具有专业化与技术性等特点，随着科技的进步，如今也逐渐向信息化与数字化等方向发展，需要运用先进的测量技术来提高工作效率。
2．1测量精度较高
在工程测绘中，运用GPS定位测量技术，就能够通过全球定位系统进行定位，如此便能够保证运动载体实现最佳的路线运行。对于工程测绘工作来说，定位非常重要，按照实际的测绘需求，假如基线没有超过50km，就应当采用载波相位观测量，以此保证静态相对定位。在工程测绘工作中运用GPS定位系统中的测技术，就能够实现1×10－6以及2×10－6的精度，假如基线达到了100km－500km，相对定位的精确标准就能够达到10－6以及10－7的范围内。随着GPS定位测量技术的不断革新，测量的精度也会不断的提升。
2．2操作简便且节省时间
在工程测绘工作中运用GPS定位测量技术，操作简便，且能够节省时间。例如在工程测量中运用经典的静态相对定位模式实现测量时，假如测量的基线在20km内，单频接受的观测时间大约为1小时，而双频接受的观测时间则为15－20分钟，假如采用实时动态定位，初始的观测时间则为1－5分钟，其他不同位置的观测时间为几秒，因此在工程测绘中运用GPS定位测量技术，就能够有效的缩短观测的时间，有效的提升工作效率。目前，GPS定位系统已经分为高度自动化与智能化的系统技术，在工程测绘中运用GPS定位测量技术，就能够通过智能型接收机进行观测，工作人员只需安装一些开关仪器，就能够通过仪器进行实时监控。由于GPS定位测量技术的自动化程度较高，工程的测量与卫星捕捉都能够通过GPS定位测量仪器来实现，操作较为简便。此外，GPS用户接收机体积较小，方便携带，在日常工作中能够节约人力和物力，能够有效的节约工作成本。
2．3应用范围广
GPS定位系统的应用范围一般可从两方面来看，首先是运用于与各个行业中，人们最为熟悉的是车载导航，目前GPS导航系统目前已经成了汽车的基本配置。此外，GPS技术还广泛的应用于地质与矿产等行业中。其次，GPS定位系统还能够运用于环境条件中，GPS定位是借用卫星系统实现定位，一般不会受到天气与温度的影响，在对于工程测绘来说属于一大优势，因为工程测绘通常都是在野外工作，运用GPS定位系统能够克服恶劣的环境条件造成的影响，保证定位的精度。
3GPS定位测量技术在工程测绘中的运用
3．1测量工程变形情况
通常工程建设涉及的范围较广，经常会遇到一些人为因素或是地质运动造成的建筑物变形以及位移，假如出现此种情况，会直接影响工程测绘工作，使经济效益与社会效益受到影响。经过研究发现，造成工程变形的主要类别有大坝变形与建筑物沉降等，假如能够及时的对工程变形进行测量，就能够有效的减少工程变形对于工程测绘工作的影响。目前GPS定位测量技术已经开始广泛的应用与工程变形的监测工作中，例如运用高精度的三维定位技术，就能够对工程建筑出现的微小变化进行分析，提早做好防范准备，减少损失。
3．2大地测量控制网点
在大地测量网点工作中，通常需要花费大量的资源，且精度较低，无法适应当代社会的需求。为了解决这一问题，我国在1991年开始建设大地控制网，目前这一工程已经结束，并且已经开始运用。大地控制网能够测量数千里或者数万里，而城市控制网测量的距离较近，一般在十公里左右，但城市控制网的使用频率更高，对于城市建设来说具有非常重要的作用，因此需要借助GPS定位测量技术进行大范围的测量，为城市的发展做贡献。
3．3测量水下工程
在水下作业一般难度较大，需要考虑到水下压强以及流体力学等方面的问题，但随着资源的开发，这些资源对于国民经济的影响逐渐增加，进行水下工程测绘目前已经是测绘领域中必不可少的环节。GPS定位测量技术包括了三维测量技术，能够从纵向或者横向两个角度进行水下测量，同时还能够将测量的结果通过计算机分析软件与制图软件等直接呈现出来。例如在进行水下作业时，进行横线测量时应当选择差分GPS技术，如此便可有效的减少对于环境的影响，简化操作流程。而进行纵向测量时则应当选用探测仪，运用超声测量的方式得出具体的深度。
3．4测量矿井工程
目前我国已经将GPS定位测量技术运用于矿井工程的测量中，并通过GPS技术进行了测量演练，及时的对测量中存在的问题进行了分析。常规形式的测绘工作通常是由工作人员自行操作，人为操作较容易出现误差影响测绘工作的精准度，此外，在地质条件复杂的地段进行测绘工作，较容易出现安全事故，因此需要在矿井工程中运用GPS定位测量技术。采用GPS定位测量技术就能够高效的实现工程测绘中交互定位，且能够显示出最精确的测绘结果，同时还能够了解工程测绘工作的流程。为了保证测量技术在工程测绘中达到最佳效果，可在测量前运用计算机技术对于需要测定的位置进行分析，及时发现测量中可能会出现的问题，并做好防治措施，以此保证测量人员的安全，提高测量的精确度。
4结束语
切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。
1.1切削测力仪
1.1.1应变式测力仪
应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即
应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。
应变式测力具有灵活性大、适应性广、性能稳定等优点，而且配套仪表（如静态应变仪、动态应变仪等已标准化，因而得到广泛应用。但是其测量原理决定了测量精度和动态特性主要取决于弹性元件的结构，如何有效解决灵敏度和刚度之间的矛盾，是提高应变式测力仪测量精度和动态特性的关键。
1.1.2压电式测力仪
压电式测力仪是以压电晶体为力传感元件的切削测力仪，当石英晶体在外力作用下发生变形时，在它的某些表面上出现异号极化电荷。这种没有电场的作用、只是由于应变或应力在晶体内产生电极化的现象称为压电效应。通过测量产生电荷量即可以达到测量切削力的目的。
从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比较理想的测力传感器，具有灵敏度高、受力变形小等优点。然而压电式测力传感器仍然存在一系列缺点：如由于电荷泄漏而不能测试静态力、固有频率的提高受装配接触刚度的限制、维护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受到很大的限制。
1.1.3电流式测力仪
直接使用测力仪测量切削力有其局限性：①安装测力仪时，工艺系统结构遭到破坏从而导致其刚度发生变化，采集不到精确的切削力力信号；②测力仪的安装、调试技术复杂；③测试设备花费较高；④测力仪测试系统可靠性较低。
文献［4］提供了一种间接测量切削力的方法，即电流式测力仪，其测量原理是：切削力的变化会引起主轴电机电流的变化，通过测量主轴电机电流来估计切削力的大小。因机床主轴电机电流的测量比较容易和简单，所以这是一种经济而又简便的方法。
电流式测力仪的局限性体现在两个方面：①把主传动系统的运动学模型看作是一个线性模型，所以加工过程中的非线性因素会在一定程度上降低测量精度；②当切削力发生变化时，相应的主轴电流信号有一定的滞后现象，无法满足对切削力进行实时监测的较高要求。
1.2数据采集系统
如图3所示，数据采集系统通过一定的电子线路，对测力仪的输出信号进行放大、滤波等处理后，将其进行A/D转换，变为计算机的可用信号，再通过接口电路与PC机进行数据传输。
目前大多数切削力数据采集系统由放大器、滤波器、数据采集卡等分立元器件组成，体积较大，系统稳定性不高，测量精度和实时性也渐渐满足不了现代测力系统的要求。
1.3数据显示和分析处理
早期的数据显示和分析处理单元由指示仪表、示波器和记录仪等组成，其数据显示和分析处理功能都是很有限的。随着计算机技术的快速发展，目前数据显示和分析处理单元基本上被计算机终端所代替，显示功能更加丰富和强大，但软件的功能仅局限于数据拟合、图表显示和输出等，对测力仪各向力之间的耦合没有进行有效的处理，从一定程度上影响了测力精度。
2切削力测量技术的发展趋势
现代切削加工正在向高速强力切削、精密超精密加工方向发展，机床的振动频率也会远远高于系统的固有频率，这对切削力测量系统提出了新的要求：①测量范围大、高精度和高分辨率；②实时性好，能够在线实时测量；③数据处理和分析能力强，能够对复杂多变的切削力信号进行各种处理和分析。
针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面发展：
（1）开发新型弹性元件，优化弹性元件结构及应变片布片方案，提高应变式测力仪固有频率，有效解决应变式测力仪刚度和灵敏度之间的矛盾问题，降低各向力之间的耦合程度；
（2）应用集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，提高数据采集的速度与精度；
（3）完善数据处理分析软件的功能，例如通过解耦运算进一步减小测力仪各向力之间的耦合程度，以提高测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进行多种操作和数据库管理；建立专家系统，通过对测试数据的分析处理，对刀具磨损、切削颤振等情况做出预报并提出相应的治理措施。
参考文献
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