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三維測(cè)量范文第1篇

關(guān)鍵詞：三維放樣測(cè)量；斷面測(cè)量；技術(shù)問題；方法和措施

1.概述

水電工程施工測(cè)量工作量大，特別是在開挖施工階段，既要進(jìn)行開挖輪廓放樣測(cè)量，又要進(jìn)行斷面計(jì)量測(cè)量，且該階段往往設(shè)計(jì)變更較多，更增加了測(cè)量的工作量?，F(xiàn)在土石方施工的機(jī)械化程度越來越高，施工速度越來越快，要求測(cè)量工作快速準(zhǔn)確，并且能很快地提供測(cè)量成果，而傳統(tǒng)的測(cè)量方法已很難滿足這樣的要求，本文介紹的測(cè)量方法已在實(shí)際施工中得以成功應(yīng)用，對(duì)解決以上問題很有借鑒作用。

2.直線段邊坡開挖線的放樣

2.1存在問題

在土石方開挖工程中，有很大一部分的開挖輪廓都是直線，設(shè)計(jì)圖紙一般都給出了開挖邊坡坡比，以及某一高程面上距中軸線的寬度。在施工中有的測(cè)量人員不懂得如何進(jìn)行這種情況下的測(cè)量方法，要么只考慮了寬度而忽略了坡度，或者只考慮了坡度而忽略了寬度，按這種放樣數(shù)據(jù)進(jìn)行施工，必然難以滿足設(shè)計(jì)要求，最后的結(jié)果將是返工，給施工方造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2解決問題的方法

對(duì)這種直線段既帶邊坡又帶距中軸線的寬度的放樣測(cè)量，實(shí)際只需將各控制點(diǎn)的測(cè)圖坐標(biāo)換算成需放樣的以中軸線為縱軸、垂直于該直線的線為橫軸的坐標(biāo)系下的施工坐標(biāo)即可。因?yàn)樵O(shè)計(jì)給出的數(shù)據(jù)都是相對(duì)數(shù)據(jù)，所以根據(jù)三維測(cè)量坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在實(shí)際工程測(cè)量放樣中，將測(cè)量?jī)x器安置在任意控制點(diǎn)上，按公式（1）、（2）計(jì)算來控制放樣的開挖邊線位置，不論什么情況都不會(huì)發(fā)生問題。

該點(diǎn)距中軸線的理論寬度：

D=（H-H0）m+a （1）

該點(diǎn)距中軸線的實(shí)測(cè)值與理論值之差：

d=E±D （2）

（2）式中的“+”、“-”號(hào)視點(diǎn)的位置而定，測(cè)點(diǎn)在中軸線左側(cè)取“-”號(hào)，在右側(cè)時(shí)取“+”號(hào)。式中各符號(hào)的意義：D為該點(diǎn)距中軸線的理論寬度；H為該點(diǎn)的實(shí)測(cè)高程；H0為該點(diǎn)建基面上高程（由設(shè)計(jì)給出）；m為該點(diǎn)設(shè)計(jì)坡比； a為該點(diǎn)設(shè)計(jì)底部寬度；d為該點(diǎn)距中軸線實(shí)測(cè)寬度與理論寬度之差；E為該點(diǎn)處距中軸線的實(shí)測(cè)寬度。

在實(shí)際放樣中，只需按（2）式控制，由測(cè)站人員指揮立尺（鏡）人在垂直于中軸線上移動(dòng)，直到D=E為止，則該點(diǎn)的位置就是既滿足設(shè)計(jì)坡比要求又滿足設(shè)計(jì)底寬要求的開挖邊線位置，或在某一允許值范圍內(nèi)。

3.曲線段邊坡開挖的放樣

3.1存在問題

對(duì)曲線的放樣，在很多書籍、文獻(xiàn)中都有介紹，但這些都是基于平面問題的施工放樣，在實(shí)際施工中，特別是水利水電工程，點(diǎn)與點(diǎn)高差可在幾十上百米之間，放樣不可能是平面，大部分是要基于三維坐標(biāo)問題考慮放樣方法。

3.2解決問題的方法

在開挖平面圖中，曲線段與直線段一樣，設(shè)計(jì)都給出了相應(yīng)的參數(shù)，如曲線的圓心坐標(biāo)（x0，y0）、圓心角（θ）、半徑（R）等，在某一成型高程面的半徑大部分需要測(cè)量人員自己解析出來。與直線段相類似，首先將各控制點(diǎn)、曲線圓心點(diǎn)、拐點(diǎn)（曲線段與直線段結(jié)合點(diǎn)）測(cè)圖坐標(biāo)（xi，yi）換算為施工坐標(biāo)（xi″，yi″），在放樣測(cè)量前先在室內(nèi)計(jì)算好除圓心外各拐點(diǎn)的樁號(hào)和偏軸距（當(dāng)曲線的放樣邊緣線是與中軸線平行的則只需計(jì)算偏軸距，放樣邊緣線是垂直中軸線的則只需計(jì)算樁號(hào)，究竟是平行還是垂直中軸線從開挖平面圖中就可能確定）等曲線放樣范圍數(shù)據(jù)。在實(shí)際工程測(cè)量放樣中，將測(cè)量?jī)x器安置在任意控制點(diǎn)上，按公式（3）、（4）、（5）計(jì)算來控制曲線段放樣邊線位置，非常方便。

該點(diǎn)距曲線圓心的理論半徑值：

R=（H- H0）m+r （3）

該點(diǎn)距曲線圓心的實(shí)測(cè)半徑值：

（4）

該點(diǎn)距中軸線的實(shí)測(cè)值與理論值之差：

r= R-R （5）

式中R為該點(diǎn)距曲線圓心的理論半徑；R為該點(diǎn)距曲線圓心的實(shí)測(cè)半徑；H為該點(diǎn)的實(shí)測(cè)高程；H0為該點(diǎn)要開開挖到某一高程面上設(shè)計(jì)高程；m為該點(diǎn)處的設(shè)計(jì)坡比；r為圓心至開挖坡腳線距離：r該點(diǎn)測(cè)距理論半徑與實(shí)測(cè)半徑之差；xi″、yi″為該點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)x0″、y0″為曲線圓心點(diǎn)坐標(biāo)。

按照（3）、（4）兩式計(jì)算，在實(shí)際放樣中，先將要放樣的某一高程面上的曲線邊樁點(diǎn)平面位置在地面測(cè)設(shè)出來（此僅僅是個(gè)標(biāo)示范圍的作用），然后只需按（5）式控制，由測(cè)站人員指揮立尺（鏡）人在曲線范圍上移動(dòng)，直到R = R、及樁號(hào)或偏軸距與設(shè)計(jì)一致為止，則該點(diǎn)的位置就是既滿足設(shè)計(jì)坡比要求又滿足設(shè)計(jì)底寬要求的開挖邊線位置，或在某一允許差值范圍內(nèi)。

4.計(jì)量橫斷面的測(cè)量和放樣

3.1存在問題

計(jì)量斷面測(cè)量不僅要檢查開挖斷面是否滿足設(shè)計(jì)要求，而且還要為經(jīng)營(yíng)結(jié)算提供計(jì)量依據(jù)，其外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作量都較大，外業(yè)測(cè)量成果出不來，內(nèi)業(yè)工作無法進(jìn)行。一般的斷面測(cè)量方法是把儀器安置于所測(cè)斷面上逐個(gè)斷面地測(cè)，速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3.2解決問題方法

計(jì)量橫斷面的測(cè)量和放樣與前述的的兩種放樣方法類似，同樣是先將各控制點(diǎn)測(cè)圖坐標(biāo)換算為施工坐標(biāo)系坐標(biāo)，在進(jìn)行斷面測(cè)量時(shí)將測(cè)量?jī)x器安置在任意控制點(diǎn)上進(jìn)行任意斷面的測(cè)量。測(cè)量?jī)x器如果是經(jīng)緯儀配合測(cè)距儀或經(jīng)緯測(cè)距法，則應(yīng)按相應(yīng)的坐標(biāo)計(jì)算公式計(jì)算出所測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，全站儀就不用另外計(jì)算，根據(jù)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)只需控制標(biāo)尺（或棱鏡）處所測(cè)樁號(hào)斷面上，或在某一充許差值范圍內(nèi)。采用這種方法進(jìn)行計(jì)量斷層的測(cè)量給測(cè)量人員帶來很大方便。

5.結(jié)束語(yǔ)

三維測(cè)量范文第2篇

關(guān)鍵詞：三維激光雷達(dá)；測(cè)繪；三維空間坐標(biāo)

1引言

激光雷達(dá)技術(shù)最早源于二十世紀(jì)六十年代激光技術(shù)誕生之初的研究，但將其用于獲取三維信息成像卻是二十年之后，即從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始著手研究并發(fā)展至今。在國(guó)內(nèi)，激光雷達(dá)的硬件研究仍處于起步階段，現(xiàn)有的技術(shù)還無法滿足測(cè)量范圍及精度要求。由于沒有高精度的INS系統(tǒng)以及性能激光強(qiáng)度，激光功率，脈寬，測(cè)距精度可靠的激光測(cè)距裝置，至今國(guó)內(nèi)還沒有成熟的激光雷達(dá)系統(tǒng)出現(xiàn)。但目前國(guó)內(nèi)的研究工作者在相關(guān)領(lǐng)域方面的研究己經(jīng)有了一定的成績(jī)，北京遙感應(yīng)用研究所李樹楷教授研究的機(jī)載激光掃描測(cè)距成像系統(tǒng)原理樣機(jī)于1996年完成，將激光測(cè)距儀與多光譜掃描成像儀集成于同一系統(tǒng)中，通過硬件實(shí)現(xiàn)了數(shù)字高程模型和遙感影像的精確匹配，直接獲取地學(xué)編碼影像。武漢大學(xué)李清泉教授研制開發(fā)了主要用于堆積測(cè)量地面激光掃描測(cè)量系統(tǒng)，天津大學(xué)葉聲華教授所在的精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也對(duì)激光雷達(dá)做了深入研究并取得了顯著成果。

2三維激光雷達(dá)測(cè)量原理

三維激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的空間三維球坐標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)。采用相干測(cè)角、調(diào)頻測(cè)距原理，向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)，然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較嗎，作出適當(dāng)處理后可獲得目標(biāo)的球坐標(biāo)。

2.1空間點(diǎn)三坐標(biāo)測(cè)量

空間點(diǎn)三坐標(biāo)激光雷達(dá)是基于球坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，即通過激光調(diào)頻測(cè)距獲知空間點(diǎn)P的距離p，通過掃描頭的方位俯仰兩個(gè)軸上的圓光柵獲知空間點(diǎn)方位和俯仰角度α和β，如圖1所示，得到被測(cè)空間點(diǎn)P的三維坐標(biāo)計(jì)算公式為

（1）

式中p為空間距離，采用調(diào)頻相干測(cè)距方法測(cè)量。為P與XY平面的夾角，α為P在XY平面的投影與X方向的夾角。三維激光雷達(dá)測(cè)得點(diǎn)的球坐標(biāo)（p，α，），通過（1）式坐標(biāo)變換得到了在以激光雷達(dá)位置為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)（x，y，z）。

2.2 掃描測(cè)量

激光掃描測(cè)量是通過調(diào)整激光雷達(dá)掃描頭的方位、俯仰運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。激光雷達(dá)測(cè)量時(shí)將激光掃描測(cè)量系統(tǒng)安裝到支撐底座上，對(duì)待測(cè)物進(jìn)行俯仰和方位的掃描并獲得其點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過軟件對(duì)點(diǎn)云的采集，預(yù)處理，插補(bǔ)，縫合，重構(gòu)等步驟得到試件的實(shí)體模型。最后針對(duì)得到的實(shí)體模型進(jìn)行解析，從而得到需要的測(cè)量參數(shù)，也可以直接針對(duì)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。求得被測(cè)參量，激光掃描測(cè)量原理如圖2所示。

3 三維激光雷達(dá)技術(shù)的工作流程

（1）有效獲取原始飛行數(shù)據(jù)。三維雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)沿著線路走廊進(jìn)行飛行，將輸電線路空間的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。原始飛行數(shù)據(jù)主要包括激光掃描數(shù)據(jù)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)，激光反射強(qiáng)度信息，回波數(shù)據(jù)以及原始數(shù)碼影像。

（2）航線重構(gòu)。航線重構(gòu)主要是拼接后期的航帶，并提供有效的數(shù)據(jù)支持作用。同時(shí)利用 GPS聯(lián)合差分解算，可以將飛機(jī)飛行軌跡進(jìn)行有效確定，并保證著精確性。

（3）消除激光數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的誤差和異常。在獲取激光原始數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理時(shí)必須將激光數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的誤差和異常進(jìn)行有效消除。

（4）將激光點(diǎn)三維空間坐標(biāo)進(jìn)行有效計(jì)算?？梢赃\(yùn)用軟件算法聯(lián)合處理飛機(jī)GPS軌跡數(shù)據(jù)，激光測(cè)距數(shù)據(jù)等方面，然后可以計(jì)算出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（5）航帶拼接。實(shí)施航帶拼接可以增強(qiáng)線路重疊區(qū)域數(shù)據(jù)的精確性，提高接邊地物的連貫性。

（6）識(shí)別和擬合線路。在識(shí)別和擬合線路過程中，需要提取部分線路，這時(shí)可以利用軟件濾波和分類算法方法，并可以有效連接空間線路上存在的缺失部分。

（7）人工交互編輯。采用人工交互編輯！主要是為了消除自動(dòng)算法中失效的激光點(diǎn)，同時(shí)也將沒有正確分類的激光點(diǎn)以及沒有正確濾掉的激光點(diǎn)進(jìn)行消除。

（8）測(cè)量線路和地面的距離。在測(cè)量線路和地面距離時(shí)可以使用人工交互編輯和自動(dòng)算法也可以將預(yù)警結(jié)果顯示出來。

4 機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）測(cè)制帶狀目標(biāo)地形圖

包括道路測(cè)量，道路規(guī)劃和設(shè)計(jì)；輸電線路，海岸侵蝕監(jiān)測(cè)，海岸地帶管理，交通運(yùn)輸，河道和水資源，交通管理，測(cè)繪鐵路線路，光纜鋪設(shè)，煤氣管道，溝渠等。西南交通大學(xué)的梁策研究了基于LIDAR數(shù)據(jù)獲取鐵路縱橫斷面的方法，利用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取Tin模型再?gòu)腡in模型中獲取鐵路截面，并開發(fā)了鐵路縱橫斷面獲取軟件。

（2）災(zāi)害調(diào)查與環(huán)境監(jiān)測(cè)

主要應(yīng)用于自然災(zāi)害（如咫風(fēng)、地震、洪水等）的災(zāi)后快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的評(píng)估和響應(yīng)。美國(guó)宇航局戈達(dá)德航天飛行中心（GSFC）自1993年就利用機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量格陵蘭冰原厚度。從1998年到1999年，又在同樣的飛行路線上測(cè)量冰原厚度。利用兩次測(cè)得的數(shù)據(jù)，并綜合氣溫變化、冰原內(nèi)積雪程度以及降雨量等因素來計(jì)算冰原融化速度。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院的何秉順研究了三維激光掃描技術(shù)在堰塞湖地形快速測(cè)量中的應(yīng)用，對(duì)汶川大地震造成的安縣肖家橋、罐灘堰塞湖地形變化進(jìn)行了測(cè)量和分析。

（3）海岸地區(qū)測(cè)繪

包括淺海水測(cè)量，海岸線測(cè)繪，海岸侵蝕的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。美國(guó)、加拿大、澳大利亞、瑞典等國(guó)為淺海地形測(cè)量發(fā)展的低空機(jī)載系統(tǒng)，使用了機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)，飛行高度為500――600m，直接進(jìn)行測(cè)距與定位，最終得到淺海地形（或DEM）。比較典型的是美軍現(xiàn)用的一種獨(dú)具特色的激光掃描水下地形測(cè)量系統(tǒng)，采用激光雷達(dá)技術(shù)實(shí)施遠(yuǎn)距離量測(cè)淺海深度并測(cè)繪海岸地帶的地形，監(jiān)測(cè)海岸侵蝕等。

（4）森林資源調(diào)查

激光雷達(dá)系統(tǒng)主要應(yīng)用于利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)提取森林地區(qū)DEM和推求森林植被參數(shù)。機(jī)載激光雷達(dá)能同時(shí)獲得樹冠底部的地形信息及樹高信息。通過數(shù)據(jù)后處理，可分析植被覆蓋并對(duì)其加以分類，可計(jì)算樹高、樹種及其林木體積，可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)植物的生長(zhǎng)情況，以及提取真實(shí)數(shù)字地面模型。中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院的李英成提出了一種適用于森林地區(qū)LIDAR數(shù)據(jù)濾波的算法，能在中等復(fù)雜地形的林區(qū)有效剔除粗差點(diǎn)、確定樹木點(diǎn)云、地面點(diǎn)云。

（5）城市三維建模

隨著“數(shù)字城市”的發(fā)展，三維城市數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，除了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量外，從激光雷達(dá)數(shù)據(jù)直接獲取建筑物的三維信息變得越來越重要。美國(guó)普度大學(xué)Alharhty等人對(duì)具有兩次反射距離的純激光測(cè)距點(diǎn)提取建筑物進(jìn)行了研究，通過漸進(jìn)濾波方法進(jìn)行建筑物三維信息的提取，提出了基于兩次回波信息的漸進(jìn)濾波提取建筑物。荷蘭代夫特大學(xué)Vosselman等人根據(jù)點(diǎn)云和地平面信息來重建三維建筑物模型進(jìn)行深入研究，采用三維Hough變換從不規(guī)則分布的點(diǎn)云中提取屋頂面的信息。

5 結(jié)語(yǔ)

利用三維激光雷達(dá)測(cè)量是一種高效率、高精度的新方法。它具有傳統(tǒng)測(cè)量方法不可比擬的優(yōu)越性。速度快，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，精度高。激光雷達(dá)掃描所獲取的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)點(diǎn)密度高，完全能夠反映物體的表面特征，從而可以相當(dāng)精確地計(jì)算體積，解決了常規(guī)測(cè)量方法所不易解決的表面近似誤差等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張秀達(dá)，嚴(yán)惠民，羊華軍，李燕.半正弦相關(guān)型三維激光雷達(dá)[J].光子學(xué)報(bào)，2009，38（2） ： 254-258.

三維測(cè)量范文第3篇

Abstract： A new three—dimensional probe data acquisition circuit is designed for CNC gear measuring center. Sensing circuit of Linear Variable Differential Transformer （LVDT） is designed based on AD698. Signal conditioning circuit and A/D transfer circuit based on AD7982 are designed. ADC interface circuit， central processing circuit and USB interface circuit also are designed. The new circuit send measuring result with digital data， thus the stability and reliability of the system are improved greatly.

關(guān)鍵詞： 三維測(cè)頭；差動(dòng)變壓器；信號(hào)調(diào)理；USB接口

Key words： 3D probe；Differential Transformer；Signal Conditioning；USB interface

中圖分類號(hào)：TG86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—4311（2012）27—0017—03

0 引言

CNC齒輪測(cè)量中心不同于普通的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量的速度和精度要求更高，需要對(duì)電感側(cè)頭三路信號(hào)進(jìn)行同步采集，測(cè)頭是CNC齒輪測(cè)量中心的關(guān)鍵部件之一，它的精度直接影響測(cè)量中心的測(cè)量精度[1]，測(cè)頭的數(shù)據(jù)采樣速率也是影響測(cè)量中心的速度的主要因素。目前絕大所屬CNC齒輪測(cè)量中心采用一維模擬電感測(cè)頭[2]，一些高端CNC齒輪測(cè)量中心采用三維模擬電感測(cè)頭[3—5]。

近年來，許多研究人員研究了各種三維測(cè)頭[6—10]，但模擬式電感側(cè)頭依然應(yīng)用最為廣泛。目前市場(chǎng)上三維電感測(cè)頭基本依靠進(jìn)口，同時(shí)，模擬式測(cè)頭在應(yīng)用中存在對(duì)環(huán)境和走線要求高，抗干擾能力差等問題，針對(duì)這一不足，本文設(shè)計(jì)了一種智能三維測(cè)頭電路系統(tǒng)，完成電感信號(hào)采集、處理和數(shù)字化傳輸，提高了測(cè)頭的集成度和智能成都，其數(shù)字傳輸方式提高了側(cè)頭信號(hào)的抗干擾性，為進(jìn)一步簡(jiǎn)化CNC齒輪測(cè)量中心測(cè)控電路，提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。

1 信號(hào)調(diào)理電路

差動(dòng)變壓器（LVDT）位移傳感器是一種精密的位移檢測(cè)部件，利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械位移變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高高、線性好，抗干擾性好的特點(diǎn)，在CNC齒輪測(cè)量中心上有著廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)差動(dòng)變壓器的位移測(cè)量原理，需要的電路主要有激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生電路，差動(dòng)整流電路和方向辨別的相敏檢波電路。激勵(lì)信號(hào)送入LVDT的初級(jí)線圈，然后次級(jí)線圈感應(yīng)的信號(hào)通過相敏解調(diào)電路和濾波電路，經(jīng)過運(yùn)放電路處理后送入A/D轉(zhuǎn)換器。

AD698是美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的專門用于LVDT場(chǎng)合的單芯片信號(hào)調(diào)理電路。與LVDT配合，能將機(jī)械位移高精度的轉(zhuǎn)換為單極性或雙極性電壓。并且AD698具有LVDT檢測(cè)電路所有的電路功能，只需要簡(jiǎn)單的元件即可。AD698的應(yīng)用簡(jiǎn)圖如圖1所示。

另外，AD698采用的是比率譯碼的方式，即通過計(jì)算次級(jí)電壓與初級(jí)電壓的比率來確定LVDT的位置和方向，所以溫漂對(duì)激勵(lì)信號(hào)造成的變化不會(huì)影響測(cè)量精度，測(cè)量穩(wěn)定性好。

2 硬件電路

LVDT的信號(hào)處理電路主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。包含了模擬信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，ADC數(shù)據(jù)接口電路和USB接口電路。

2.1 模擬信號(hào)處理電路 LVDT包含一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈。初級(jí)線圈接AD698的正弦波激勵(lì)源，兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)。當(dāng)LVDT內(nèi)的磁芯移動(dòng)時(shí)可改變線圈之間的耦合磁通，產(chǎn)生不同幅值的交流電壓信號(hào)。

AD698通過內(nèi)部的正弦波振蕩器和功率放大器來驅(qū)動(dòng)LVDT，輸出頻率在20Hz～20kHz可調(diào)，幅值在2V～24V可調(diào)，總諧波失真的典型值為50dB。

再通過兩個(gè)同步解調(diào)將初級(jí)線圈信號(hào)B和次級(jí)線圈信號(hào)A送入AD698，計(jì)算B和A的比率。這種方式同時(shí)消除了激勵(lì)源的漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

由于LVDT處于零位時(shí)，A通道可能為0V，所以A通道解調(diào)器有B通道觸發(fā)。同時(shí)通過一個(gè)相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)給A通道增加一個(gè)相位超前或滯后量，用于補(bǔ)償LVDT初級(jí)對(duì)次級(jí)的相位偏移。

A、B兩個(gè)通道信號(hào)被解調(diào)和濾波后，通過除法電路計(jì)算比率A/B。除法器輸出的是占空比為A/B的矩形波形，通過500μA的恒流源轉(zhuǎn)換為電壓值。傳遞函數(shù)為：

VOUT=IREF×■×R2

三維測(cè)量范文第4篇

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量；三維建模；單斜片測(cè)量

中圖分類號(hào)：O353.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言:近年來，國(guó)際地理信息領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)航空攝影技術(shù)和數(shù)字地面采集技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)展了一種稱為機(jī)載多角度傾斜攝影的高新技術(shù)，簡(jiǎn)稱傾斜攝影技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)或多種傳感器，同時(shí)從多個(gè)角度采集地面影像，從而克服了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)只能從垂直角度進(jìn)行拍攝的局限性，能夠更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，彌

補(bǔ)了正射影像的不足，通過整合POS、DSM 及矢量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于影像的各種三維測(cè)量。基于人眼視覺適合于觀察傾斜透視像片的特點(diǎn)，傾斜影像測(cè)量技術(shù)更適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)用。針對(duì)傾斜攝影數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，人們進(jìn)行了多方面的研究探討。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于測(cè)繪、國(guó)土安全、城市管理等領(lǐng)域。

1、機(jī)載多角度傾斜攝影簡(jiǎn)述

機(jī)載多角度傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)是新一代攝影測(cè)量系統(tǒng)。其主要內(nèi)容包括傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取部分一般由5個(gè)數(shù)碼相機(jī)組成，包括1個(gè)垂直攝影相機(jī)和4個(gè)傾斜攝影相機(jī)，系統(tǒng)還可將攝影相機(jī)與機(jī)載GPS接收機(jī)、高精度IMU 進(jìn)行高度集成。攝影相機(jī)用來提供影像信息，而GPS、IMU 則分別提供位置和狀態(tài)信息。通過在系統(tǒng)中集成定位定姿設(shè)備或進(jìn)行空中三角測(cè)量處理可為每張拍攝的影像提供位置姿態(tài)信息用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)是數(shù)字制圖方面的一個(gè)重要突破，它使得“非現(xiàn)場(chǎng)”測(cè)量和分析不僅可在模型上進(jìn)行，而且也可在傾斜航片上進(jìn)行。通過攝影測(cè)量方式獲得的垂直正射像片和傾斜正射像片被整合到一個(gè)所謂的“場(chǎng)景文件”中，而“場(chǎng)景文件”則提供了對(duì)任一地塊、建筑物、構(gòu)筑物及特征物的多維度、多視向的觀察。國(guó)外在上世紀(jì)90年代就開始了對(duì)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的研究，目前該技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)和市場(chǎng)的應(yīng)用方向。美國(guó)Pictometry公司是世界上最早研究?jī)A斜攝影技術(shù)的公司。目前Pictometry公司的傾斜攝影系統(tǒng)已在北美、歐洲得到廣泛的應(yīng)用，該類系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)對(duì)人們使用地理空間信息的方式產(chǎn)生著很大的影響。它在美國(guó)的早期成功是用于突發(fā)事件方面的應(yīng)用，而真正的發(fā)展始自于與微軟的合作，并被集成進(jìn)微軟公司開發(fā)的Bing Maps之中。Google Earth也可能集成大角度的傾斜影像。經(jīng)過地理參考定位的傾斜影像拓展了傳統(tǒng)垂直影像的特性，提供了獨(dú)特的透視觀測(cè)方式，基于影像的三維測(cè)量系統(tǒng)具有如下的作用：①直接觀測(cè)到建筑物的立面，垂直影像上是很困難或不可能的；②能夠在影像上直接測(cè)量物體的高度、長(zhǎng)度、面積等；③改善了對(duì)電桿、燈桿等物體的識(shí)別，而要在正射影像上進(jìn)行這些識(shí)別是很困難的；④改善了非地圖專業(yè)人員對(duì)地理信息的“可讀性”；⑤擴(kuò)展了以傾斜影像的3D觀測(cè)GIS數(shù)據(jù)的方式。

2、基于傾斜攝影數(shù)據(jù)的三維測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)三維建模的主要目標(biāo)是，基于多角度傾斜相機(jī)攝影數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)飛行拍攝的影像、拍攝時(shí)同步記錄的POS數(shù)據(jù)、該區(qū)域DSM 數(shù)據(jù)、矢量圖形數(shù)據(jù)等資料，進(jìn)行必要的加工處理，建立基于機(jī)載多角度傾斜攝影影像的三維測(cè)量系統(tǒng)。其主要內(nèi)容如下。

（1）利用POS進(jìn)行傾斜攝影高精度空中三角測(cè)量利用航拍時(shí)同步記錄的POS數(shù)據(jù)，研制開發(fā)高精度光束法區(qū)域網(wǎng)平差程序模塊，計(jì)算每幅影像的內(nèi)外方位元素及檢校參數(shù)等，計(jì)算立體測(cè)圖所需的定向點(diǎn)、連接點(diǎn)等。

（2）影像數(shù)據(jù)及輔助數(shù)據(jù)管理與檢索針對(duì)傾斜攝影系統(tǒng)拍攝的大量影像及位置姿態(tài)

數(shù)據(jù)等，建立數(shù)據(jù)管理與檢索模塊。為后續(xù)處理提供該類數(shù)據(jù)的訪問接口。

（3）DSM 數(shù)據(jù)管理與檢索

針對(duì)攝影區(qū)域內(nèi)的大量DSM 數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)管理與檢索模塊。為后續(xù)處理提供該類數(shù)據(jù)的訪問接口。

（4）矢量數(shù)據(jù)管理與檢索

針對(duì)攝影區(qū)域內(nèi)的矢量圖形數(shù)據(jù)，建立必要的數(shù)據(jù)管理與檢索模塊。為后續(xù)處理提供該類數(shù)據(jù)的訪問接口。

（5）影像與DSM 融合

在上述處理模塊的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)傾斜攝影影像與DSM 數(shù)據(jù)的融合方法，生成高密度彩色點(diǎn)云或三維彩色影像，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云彩色化或圖像三維化。

（6）影像與矢量數(shù)據(jù)融合

研制開發(fā)傾斜攝影影像與矢量圖形數(shù)據(jù)的融合方法，實(shí)現(xiàn)影像與矢量圖形數(shù)據(jù)的疊置整合。

（7）基于影像的三維測(cè)量與建模

在上述處理模塊的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基于傾斜攝影影像的顯示及交互三維量測(cè)，包括（相對(duì)）位置、高度、長(zhǎng)度、距離和面積等。實(shí)現(xiàn)基于傾斜影像的三維建模功能。

（8）基于WEB的查詢應(yīng)用

在上述模塊加工處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)基于WEB的查詢?yōu)g覽軟件，實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的影像三維測(cè)量功能。

2.1三維建模技術(shù)

在利用傾斜攝影影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、DSM 數(shù)據(jù)及矢量圖形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用如下的技術(shù)路線：通過研制開發(fā)基于POS的傾斜攝影空中三角測(cè)量技術(shù)，進(jìn)一步提高位置姿態(tài)的測(cè)量精度，得到每幅影像的方位數(shù)據(jù)；擬采用快速索引技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多源空間數(shù)據(jù)的管理與檢索，開發(fā)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口；采用DSM 數(shù)據(jù)作為多源數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的幾何基準(zhǔn)；利用空間同步原理實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)與DSM數(shù)據(jù)及矢量圖形數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)融合；研究基于影像信息支持的內(nèi)插法進(jìn)行影像三維化；擬根據(jù)攝影測(cè)量幾何約束研究開發(fā)三維建模紋理自動(dòng)（或半自動(dòng)）映射方法。

2.2單斜片測(cè)量技術(shù)

單斜片測(cè)量是在一些基本的測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，能夠?qū)螐埿逼M(jìn)行某些參數(shù)的應(yīng)用測(cè)量，主要包括地物的高度、長(zhǎng)度、距離及面積的測(cè)量等。

（1）單斜片測(cè)量需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料包括5頭相機(jī)傾斜攝影影像資料，POS數(shù)據(jù)或空三加密成果（主要是斜片的內(nèi)外方位元素），包含斜片地面覆蓋范圍的測(cè)區(qū)DEM、DOM 數(shù)據(jù)等。

（2）單斜片測(cè)量的思路

在POS數(shù)據(jù)或空三加密成果及測(cè)區(qū)的DEM、DOM 數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立待測(cè)量斜片與DOM數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，得到一定意義上的傾斜糾正影像，再對(duì)傾斜糾正斜片進(jìn)行一些相對(duì)參數(shù)的測(cè)量。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

基于上述思想，初步開發(fā)了一個(gè)利用傾斜影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模與單斜片測(cè)量的軟件系統(tǒng)。開發(fā)環(huán)境采用的操作系統(tǒng)為XP／W7，開發(fā)語(yǔ)言為VC＋＋6．0／VC＋＋2010。下面對(duì)軟件系統(tǒng)的基本功能及實(shí)驗(yàn)情況做一下簡(jiǎn)單介紹。

3.1加載DOM、DEM 影像由于要實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜影像的檢索和量測(cè)，首先需要加載該區(qū)域的DOM影像，在菜單欄文件目錄下，打開需要加載的該區(qū)域的DOM 影像，同時(shí)DEM影像也會(huì)自動(dòng)加載。

3.2計(jì)算斜片覆蓋范圍

計(jì)算斜片覆蓋范圍所需資料包括對(duì)應(yīng)的POS數(shù)據(jù)、內(nèi)方位數(shù)據(jù)、相機(jī)大小數(shù)據(jù)和測(cè)區(qū)地面的平均高程數(shù)據(jù)。在菜單欄目錄下預(yù)處理斜片覆蓋范圍，打開POS或像片外方位元素?cái)?shù)據(jù)文件對(duì)話框，加載外方位元素?cái)?shù)據(jù)，即可計(jì)算像片的覆蓋范圍，提示程序正常運(yùn)行，此時(shí)在每個(gè)相機(jī)文件夾下會(huì)自動(dòng)生成計(jì)算出的像片覆蓋范圍結(jié)果文件Photos.cov和Photos.ctp。只有在新加載一個(gè)工程時(shí)，才需要計(jì)算像片的覆蓋范圍，之后如果重新需要加載該工程，則不需要首先計(jì)算像片的覆蓋范圍，直接進(jìn)入下一步即可。

3.3檢索斜片

加載了DOM 影像之后，就可以在DOM 影像上任何區(qū)域檢索出該區(qū)域所有匹配的影像，分為兩部分檢索斜片和檢索列表。單擊該區(qū)域即可檢索出該區(qū)域?qū)?yīng)的像片個(gè)

數(shù)。

3.4斜片測(cè)量

檢索完像片之后，即可選擇最佳像片進(jìn)行測(cè)量。該軟件在斜片測(cè)量方面給出了兩種方法：

一種方法是根據(jù)DEM 確定動(dòng)態(tài)比例尺，計(jì)算長(zhǎng)度和面積。測(cè)量目錄下有斜片長(zhǎng)度和斜片面積兩個(gè)命令，可測(cè)量任意長(zhǎng)度和面積。

結(jié)束語(yǔ):

機(jī)載多角度傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)是對(duì)單角度攝影測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)和發(fā)展，通過在一個(gè)飛行平臺(tái)上搭載多個(gè)攝影角度的傳感器或數(shù)碼相機(jī)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的地表三維測(cè)量，而且由于其能夠同時(shí)獲取更多的地表覆蓋數(shù)據(jù)，因而能夠大大提高地表三維測(cè)量的可靠性和測(cè)量精度；還能夠在完成地表三維幾何測(cè)量的同時(shí)，獲取大量的常規(guī)攝影無法得到的地物立面的紋理信息和幾何信息，其在數(shù)字城市構(gòu)建中具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

三維測(cè)量范文第5篇

關(guān)鍵詞：全站儀；三維地形圖；測(cè)繪

1 三維數(shù)字地形圖的特征

三維數(shù)字地形圖也是線劃地形圖，它把地形和地物都看成三維空間對(duì)象，用三維離散點(diǎn)表示地物和地貌的空間位置和立體形狀。三維數(shù)字地形圖具有如下特征：它既能反映制圖區(qū)域內(nèi)地球自然表面的高低起伏，又能反映其上地物立體形狀。它是用三維離散點(diǎn)表示地形或地貌以及地物空間立體形態(tài)的矢量地圖，在反映地物的平面位置或大小與豎直方向的高程或高度時(shí)，都是按1：1或同一比例尺表示的。它在反映空間地理信息時(shí)都是比較精確、細(xì)致和詳細(xì)的，用比例尺的概念表示就是大比例尺的，如1：500、1：1000和1：200，且通常都是小區(qū)域的。它只能是數(shù)字或電子形式的，不能是紙質(zhì)的。

2 全站儀棱鏡測(cè)量測(cè)繪三維數(shù)字地形圖的分析

2.1 全站儀棱鏡采集三維數(shù)據(jù)的內(nèi)容與特征

三維數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)的采集方法較多，全站儀采集是諸多方法中的一種，但全站儀野外數(shù)據(jù)采集一般工作量比較大，要注意各種技術(shù)人員的密切合作，來提高工作的效率和質(zhì)量。該方法適用于大比例尺、精度要求高的三維空間數(shù)據(jù)，且作業(yè)面積范圍較小的工程。三維地形數(shù)據(jù)采集包括兩個(gè)階段，一是：外業(yè)采集，主要是利用全站儀采集地形點(diǎn)的三維空間數(shù)據(jù)。由于受通視條件、勞動(dòng)強(qiáng)度等因素的影響，只能采集地形特征點(diǎn)的三維空間數(shù)據(jù)，地形特征點(diǎn)一般是指山谷點(diǎn)、山脊點(diǎn)、洼地、山腳點(diǎn)、山頂?shù)鹊?。由于這些特征點(diǎn)的密度不夠和分布不均勻。這樣在對(duì)有些地區(qū)的地表高低起伏就很難精確的表示。二是：內(nèi)業(yè)加密，就是將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)插的方法對(duì)特征點(diǎn)的密度和分布進(jìn)行有效處理，獲得分布均勻，密度適當(dāng)?shù)牡匦吸c(diǎn)及高程，使其更能詳細(xì)的反映地勢(shì)的走向。在利用全站儀野外獲取三維地物數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，地物底部特征點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取是比較容易的，難點(diǎn)在于怎樣獲取地物頂部特征點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2.2 全站儀棱鏡測(cè)量三維數(shù)字地形圖的方法

2.1 用全站儀測(cè)量水平距離和兩個(gè)豎直角，來求地物的高度

此方法在進(jìn)行測(cè)量豎直角時(shí)，由于地物很高，受到全站儀望遠(yuǎn)鏡仰角的限制，因此要將儀器架在離建筑物較遠(yuǎn)的地方，才能進(jìn)行測(cè)量。用全站儀來測(cè)量地物的頂部和底部的兩個(gè)豎直角和到地物的水平距離計(jì)算地物的高度。地物的高度H=h1+h2，其中：h1=s tan(v1)，h2=s tan(v2)。式中：v1-頂部豎直角，v2-底部豎直角，s-水平距離。此方法測(cè)量高度的精度取決于測(cè)距和角度測(cè)量精度，適合用在點(diǎn)狀地物、線狀地物和規(guī)則的面狀地物。

2.2 測(cè)量?jī)蓚€(gè)斜距和一個(gè)平距，來求地物的高度

該方法在測(cè)距離時(shí)，同樣遇到如方法1中的影響。用全站儀來測(cè)量地物點(diǎn)的頂部和底部的兩個(gè)斜距，及到地物的水平距離，利用直角三角形的原理來計(jì)算地物的高度。地物高度是：H=h1+h2，其中

式中的s1-頂部斜距，s2-底部斜距，s-水平距離。該方法測(cè)量高度的精度取決于測(cè)距精度的要求，適合于有高度的點(diǎn)狀地物、線狀地物和規(guī)則的面狀地物。

2.3 全站儀棱鏡測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)和精度分析

用全站儀測(cè)量因瓦合金尺的高度來進(jìn)行精度的分析。因瓦合金尺是一等特種?特型專用精密因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺，它主要采用標(biāo)準(zhǔn)CH8008-92因瓦合金帶4J36，線膨脹系數(shù)≤1.3×10-6/℃；米間隔真長(zhǎng)與名義差≤±0.02mm；米間隔平均真長(zhǎng)≤0.008mm；分米分劃真長(zhǎng)與名義長(zhǎng)之差≤0.01mm，標(biāo)尺基本與輔助常數(shù)差及零點(diǎn)高差≤0.015mm，標(biāo)尺縱軸線與底平面垂直測(cè)定≤4″；底平面平直度≤0.015mm；尺身矢距≤2mm；數(shù)字注記為分米和厘米，分劃間隔為10mm和5mm，有正象和倒象兩種。由于它的性能和精度高，可以把它的尺長(zhǎng)看作是真值，用全站儀對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，探討地物高度測(cè)量方法的精度。

2.3 測(cè)量水平距離和斜距的精度分析

本實(shí)驗(yàn)中高度精度由測(cè)距精度影響，因此高度精度為：

式中ms-斜距中誤差，ml-平距中誤差。根據(jù)此公式對(duì)下列試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析。

表1：測(cè)量?jī)蓚€(gè)斜距和一個(gè)平距來求地物高度的測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)方法1解算，得到的尺長(zhǎng)為1.9988m，和真值相比相差0.0012m。其相對(duì)誤差是6/10000。

2.5 不同區(qū)域內(nèi)全站儀的數(shù)據(jù)采集方法

由于野外全站儀測(cè)量受到通視條件的限制，在地物比較稀疏的地區(qū)或者小范圍的測(cè)量區(qū)域，可以用全站儀采集地物底部特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)可以利用全站儀有棱鏡測(cè)量法對(duì)地物的高度進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)受到全站儀仰角的限制。在此區(qū)域的數(shù)據(jù)采集利用無棱鏡測(cè)量時(shí)，效率更高，工作量少，經(jīng)濟(jì)較低等特點(diǎn)。在城鎮(zhèn)或地物比較密集區(qū)域，用抽樣采集地物底部特征點(diǎn)法采集地物的頂部特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)。此方法就是將全站儀設(shè)置在較高的地方，用無棱鏡測(cè)量模式抽樣采集數(shù)據(jù)，獲得上層不同高度頂部特征點(diǎn)的信息。此時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)和地面上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)的工作過程是一致的。因此獲取兩層空間數(shù)據(jù)：地物底部特征數(shù)據(jù)和地物頂部特征數(shù)據(jù)。