制作精度

关键词: 全站仪 测量 巷道

制作精度(精选五篇)

制作精度 篇1

全站仪具有方便、快捷、精度高的作业优势,在地形测量、工程测量等诸多测量行业发挥了巨大作用。近年来全站仪已被越来越多地应用到矿山测量中。井下控制测量中,控制点基本上都设在巷道顶板或巷道两帮上。井下控制点的埋设一般在巷道顶板打孔砸入木桩或用水泥预埋铁钉。配合全站仪使用的棱镜都必须安置在三角架上才能测量井下导线,测量人员在下井进行导线施测和延设中线时就要多带一只三角架和对点器, 增加了设备,并占用巷道的空间较多,影响运输生产,而且增加了对中误差,影响了测量精度。

由此,我地测中心将传统的单棱镜改造为可悬挂式棱镜,该棱镜在我矿井下测量中进行了全面使用,结果表明:该棱镜完全能满足井下的基本控制导线测量工作,精度完全满足《煤矿测量规程》的有关规定,并能有效地减轻测量人员的劳动强度,提高测量速度。

1 悬挂棱镜的制作

悬挂式棱镜(图1)是在单棱镜的上下两端各钻一个小孔(保证两小孔的连线与棱镜镜面平行),棱镜中间用红油漆划一道与两端小孔连线垂直的宽约1mm的红线。两端小孔分别固定一根垂球线,下端挂垂球,起稳定作用。测量水平角时瞄准悬挂棱镜的线绳。测量垂直角及距离时瞄准悬挂棱镜的中心红线。

2 棱镜常数的测定

通过拓普康GTS-330N防暴式全站仪对自制悬挂式棱镜进行棱镜常数测定, 在一条长约100m的线段AB中 (图2) 选一点C, 测出它们的距离分别为AC、BC、AB, 假定它们的实际距离为:a、b、c, 应有:

设棱镜常数为R,则

把(2)式代入(1)式可知

即棱镜常数为该段总长与两分段之和测量值的差值。

把全站仪安置在A点,把自制悬挂式棱镜悬挂在B点,精确整平对中仪器,互相瞄准,把全站仪棱镜常数置为零,测出AB间的水平距离。全站仪不动,把棱镜移至C点,测出AC间的距离。棱镜不动,将全站仪移至B点,整平对中仪器,测出BC间的水平距离。对调全站仪和棱镜位置。重复上述操作若干次,选出5组数据结果如表1。

由表1可知, 棱镜常数R=AB- (AC+BC) =-0.0518m=-51.8mm,

即拓普康GTS-330N全站仪配合悬挂式棱镜使用时, 棱镜常数为-51.8mm。

3 棱镜精度分析

3.1 棱镜的工作原理

反射棱镜的工作原理实际上是光的反射定律和折射定律。光在相同介质中生反射时, 其反射角和入射角相等;光由一种介质垂直两介质平面入射到另一介质时, 不会发生折射。

实际应用的棱镜如图3;棱镜尾部的结构为三面正交 (图4所示A、B、C面) , 形状如图4;原理如图5。

3.2 棱镜偏转对测量精度的影响

棱镜正对着仪器视轴方向时入射角为零, 棱镜返回的观测信号最大, 此时测量结果最准确。当视轴方向与反射面有一定入射角时, 返回的信号就会有损失, 棱镜折射造成了成像光路的改变, 使得定位结果存有差异。

为验证棱镜偏转对测量精度的影响, 进行了实验:全站仪和观测棱镜几乎等高, 在不同距离上, 将棱镜依次顺时针、逆时针按每5°进行一次棱镜偏转, 使得测量的入射角不断发生变化, 直至全站仪不能接收到反射光束为止。

从实验结果来看, 距离测量结果互差最大为1 mm, 在垂向方向上没有明显得变化, 可忽略其影响。如图6所示, 水平角的变化随着入射角的增大而增加。如图7所示, 垂直角变化比较小, 可忽略其影响。采用全站仪与悬挂式棱镜在井下测量时, 先瞄准垂球线确定水平方向读取水平角度值, 再转动望远镜瞄准棱镜测量距离和竖直角。由此, 只考虑棱镜偏转对测距和竖直角精度的影响。

3.3 导线贯通精度

我矿用拓普康GTS-330N全站仪配合自制的悬挂式棱镜施测的4个贯通测量导线精度见表2。通过表2可看出,使用悬挂式棱镜很容易达到30s导线的精度要求。29203工作面和南五下组煤集中运煤、回风巷两项贯通,虽然测站数目不同,导线边长不同,平均100m左右,最长达125m,最短30m,由于巷道坡度变化小,巷道内气压、气温、气湿和导线点相对稳定,所以导线精度较高。24502工作面和14501工作面均为4#煤工作面,上覆2#煤采空区,2#、4#层间距7m~15m,巷道顶板压力大,下沉较多,巷道内气压、气温、气湿各阶段变化较大,短边较多,有多条边小于30m影响了测量精度。

4 结论

1)实践证明,悬挂式棱镜可以满足井下大型贯通工程的需要,满足井下基本控制导线的要求,精度完全满足《煤矿测量规程》要求;

2)井下使用悬挂棱镜法施测导线,大大提高了井下导线测量的速度,减少了井巷的占用时间,降低了测量人员的劳动强度,大大提高了工作效率;

3)悬挂式棱镜易转动和摆动, 不能静态观测, 测量精度易受影响,而且棱镜悬挂时受转动影响,会产生向下位移,因此应使用伸缩性小的垂球线进行悬挂,棱镜悬挂后要等到旋转稳定后再进行测量。

摘要:本文介绍了悬挂式棱镜的制作和棱镜常数的测定方法。实践表明, 使用悬挂式棱镜代替传统的井下测量方法在精度方面完全满足《煤矿测量规程》的精度要求。

关键词:井下测量,全站仪,悬挂式棱镜,棱镜常数,精度

参考文献

制作精度 篇2

关键词:DOM;精度评估;差分GNSS;无人机航摄

高效快速地制作符合精度需求的无人机DOM影像工作底图是地理国情监测、农经权确权、地籍调查、基础测绘等项目的基础环节。由于目前无人机航摄系统存在体积小、重量轻、飞行稳定性相对较差、相机物镜畸变严重、部分影像可能比较模糊、相机为非量测型相机,单位面积影像数目多;不论是影像空三、DEM生成、DOM影像制作,都比大飞机航摄要困难,尤其是在云南这样的高原多山省份,还存在着地形高差变化剧烈、高地表植被覆盖等许多现实的困难。为了确保精度和可靠性,不论是相应的行业标准还是生产实践作业中,都需要大量布置野外像控点;但是在地形地表复杂地区,野外像控作业不仅低效困难而且充满危险,即便实测了一些点位,精度和可靠性也不能完全得到保障,且时间成本、经济成本、人力成本都比较高[1][2]。

目前差分GNSS技术发展迅速,都已全面兼容GPS、BDS和GLONASS,设备已经实现微小型化,可以比较轻地松搭载在无人机航摄系统上,性价比适中,基本能满足了无人机差分GNSS辅助空三和DOM制作的需求。

为了评估无人机差分GNSS辅助空三和DOM制作的精度,本文选择宁洱某一测区作为试验区,利用地面实测的像控点作为检查点,分别对无地面控制的空三和其制作的DOM精度进行了检测。

一、试验概况

测试测区位于宁洱县德化镇境内,属于典型的亚热带山区,植被覆盖度很高,高差大约500米,如图1所示。无人机采用DM-150型油动无人机,该型飞机有较强的续航能力和抗风能力,起降方式灵活,对地形适应性强,比较适合在云南高原多山地区飞行。相机采用Canon 5D Mark III 28毫米数码单反相机,平均航高约700米,平均分辨率大约0.16米,航向至少65%重叠,旁向至少30%重叠。测区地表森林覆盖率很高,色调明显偏绿,受飞行时天气影响,云影现象比较明显[3]。该区域属于典型的野外像控作业困难地区,利用普洱CORS网络,在测区测得16个像控点,均作为检查点。由于通信、地形等原因,该区域CORS网络RTK所测点坐标精度大约为20厘米,基本能满足1:2000像控精度要求。

鉴于该区域像控作业比较困难,采用武汉际上导航开发的GeoSUN AG200机载GNSS接收机,地面基站为中海达三星多频接收机,采样频率1Hz,均同时采集GPS,GLONASS和北斗数据。采用动态后差分卡尔曼双向滤波算法,动态解算出每一历元下的坐标。根据相机曝光时刻的时间内插出各曝光点的三维坐标。地面基站的起算坐标由像控作业时由RTK一道采集,确保曝光点坐标同像控检查点坐标处于同一坐标系下,相机曝光点坐标的相对精度大约为10厘米。AG200机载接收机和动态差分解算软件示意图如图2所示。

二、空三分析

针对测区数据实际情况,本文采用计算机视觉结合摄影测量的方式,选用PhotoScan + MATCH-AT进行无人机影像的空三。充分发挥了计算机视觉匹配能力强、处理效率高和摄影测量数学基础严密,量测功能丰富的优点,利用后差分解算得到的曝光点坐标作为外方位线元素约束,进行了无像控模式下的空三平差解算,所有的16个像控点均作为空三加密检查点。测区影像重叠关系、连接点分布以及空三加密检查点分布如图3所示(部分点位为双点布设)。从图3可以看出,测区内部重叠度较高,连接点密度分布均比较理想,检查点由于地形和森林覆盖等原因,分布不是特别均匀。

图4为测区连接点连接关系示意图,从连接点的连接关系来看,影像重叠度大和地物特征明显地区,连接关系比较密集和牢固,森林地区连接点相对较少,且连接关系相对稀疏。

图5为空三加密检查点平面和高程的误差分布示意图,其中平面中误差为0.62米,高程中误差为0.53米,满足GB/T 23236-2009 《数字航空摄影测量 空中三角测量规范》对1:2000山地影像的要求。

图6为空三加密过程中摄站位置的平面和高程残差,二者均未发现明显的系统性残差趋势;图7则为摄站平面及高程的误差椭圆示意图,除测区边缘外,误差椭圆大小均接近一致,均接近圆;图8为测区内连接点的平面和高程误差椭圆示意图,除测区边缘外,测区内部误差椭圆大小均比较一致(部分位于森林区域的点稍大),均无明显的方向。从图6、7和8说明,测区内部精度分布相对比较均匀,连接关系稳健,空三精度相对较好。

三、立体模型检查

为了进一步说明无地面控制的差分GNSS空三平差的精度,将平差结果导入立体量测环境,观察立体效果,如图9所示,立体效果明显,无明显的上下视差[4]。

然后选取基高比满足要求立体模型,由双像空间前方交会出检查点在这些立体模型下的的坐标,对比检查点的实测坐标,统计分析检查点的精度,如表1所示。

统计结果表明,在立体模型下,明显地物点点位精度基本满足CH/T 9008.1-2010《基础地理信息数字成果 1:500、1:1000、1:2000数字线划图》的精度要求[6]。

四、DOM精度检查

空三结束后,制作了无地面控制的差分GNSS辅助制作的DOM,在ArcGIS环境下,根据数字刺点片的位置描述,在DOM上采集检查点的坐标,并和实测坐标比较,统计分析了地面点的坐标精度,如表2;图10为DOM上检查点误差分布示意图(图中间部分为屋角点,受房屋投影差的影响,误差较大,在DOM精度统计中未纳入统计分析,其余点均为地面点)。

初步结果表明,DOM精度大约为GSD(地面采样率)的3-4倍,完全满足CH/T 9008.3-2010 《基础地理信息数字成果 1:500、1:1000、1:2000数字正射影像图》关于DOM精度不大于图上0.8毫米的规定,也就是1.6米[5]。

五、总结

本文从影像空三、立体模型检查、DOM检查等多个方面对无地面控制的差分GNSS辅助空三制作的DOM进行了精度分析和检测,结果表明对于山区1:2000 DOM影像而言,这种方法制作的DOM完全满足相关规范的要求,且尚有较大的精度余地,对于减少野外像控作业,提高作业效率大有帮助,差分GNSS辅助空三将是一种很有潜力的技术手段。

但是也应该看到该试验测区检查点分布较少且不是很均匀,精度检测结果还不能完全说明问题,还只是比较初步的精度验证结果,还有一些问题还需要进一步深入研究,目前已准备进行更为严格和严密的测试。

参考文献:

[1]孙杰,林宗坚,崔红霞.无人机低空遥感监测系统[J].遥感信息,2003,(1):49—50.

[2]范承啸,韩俊,熊志军,赵毅.无人机遥感技术现状与应用[J].测绘科学,2009(05).

[3]张旭.CH/Z 3005—2010.低空数字航空摄影规范[S].北京:国家测绘局.2010.

[4]张旭.CH/Z 3003—2010.低空数字航空摄影测量内业规范[S].北京:国家测绘局.2010.

[5]田文斌.CH/Z 9008.3—2010.基础地理信息数字成果1:500,1:1000,1:2000数字正射影像图[S].北京:国家测绘局.2010.

一款高精度温度控制器的设计与制作 篇3

一、采用的方案

数字温度控制器, 除了具备温度显示功能之外, 还应具备一些其他的辅助功能, 如:温度预设、闹铃、掉电保护等。如图1所示, 采用MSC-51单片机作为控制器, 输入与输出通过芯片的内部处理, 实现数字控制, 使得整个系统的稳定性、灵活性大大增加。同时, 单片机作为一个智能化的可编程器件, 使用的芯片较少, 减低成本, 提高抗干扰能力, 也便于系统功能的扩展, 易于实现智能化控制。显示部分采用A/D转换, MSC-51单片机处理, 显示实际温度, 减少误差, 一旦系统出现工作异常, 出现预置值与输出值偏差过大, 用户可以根据该信息予以处理。[1]

二、系统的硬件设计与分析

1、数控电路

数控电路如图2所示, 主要由89C51单片机基本系统组成, 采用89C51与A/D转换器、74LS164移位寄存器等构成。电路实现过程如下:传感器采集到的输入信息, 经放大得到的模拟信号, 通过ADC0809进行A/D转换, 得到的数字信号送给89C51。图中8155是单片机应用系统扩展的I/O接口。74LS06六路反相器驱动芯片作为位选驱动, 74LS164"串入并出"移位寄存器作为字形驱动。数字显示部分由6位8段共阴数码管组成, 分别进行实际温度与设定温度的显示。[2]

2、传感器部分及小信号放大电路

如图3所示, 传感器IN4148的使用电路十分简单, 由于传感器输出为-2.5MV/℃, 为了便于A/D进行转换, 使电路简单又便于调试, 本单元采用超低温漂, 高精度运算放大器OP07, 将电压放大。传感器粗调:0℃点校正, 在保温杯中加入冰水混合物, 放入传感器探头, 用高精度数字电压表测量变送器输出电压, 等变送器输出稳压后调节变送器中的RS1电位器 (调零电位器) , 使测量电压为零伏。RS2电位器 (增益调整电位器) , 用同样的方法, 调节RS2电位器的值, 使其在100℃时变送器输出电压为3.9V。[3]

3、A/D转换器部分:

这里A/D转换的作用是把代表一定电压的模拟量转换成代表一定温度的数字量。本设计采用逐次逼近型的8位A/D转化芯片ADC0809, 8位DAC的能分辨的最小电压为S=VREF (-) 2^8。基准电压VREF取3.9V, 与运放输出的最大电压相匹配。[4]

4、数据采集部分:

通过单片机控制, 每隔20毫秒读一次A/D转换的数据。为了克服波动, 将读取的数据累加四次, 取平均值。此平均值经温度转换后显示输出。

5、执行单元:

如图4所示, 本单元由光耦隔离器 (4N25) 驱动可控硅工作来实现对电炉通断的控制。光耦隔离器的作用是将单片机系统与电气系统进行有效的电气隔离, 这样可以避免输出部分电源变化时对单片机电源的影响, 有效地抑制了干扰信号, 提高系统的抗干扰能力。

6、键盘设定:

本系统共设有两个温度设定按键, 第一个按键是升温设定键, 第二个按键是降温设定键。 (系统温度初始化时自动设置为99℃, 所设置的温度按键只进行适时温度调节。)

三、系统软件设计

系统软件总流程图如图5所示, 图中, Tī为设置的温度, T0为实际温度, 初始化温度为99℃。[5]

软件主要功能:温度设定与调节, 即调节控制范围为0℃--99℃;控制参数设定, 可设定比例系数延时等;传感器的非线性补偿;温度显示, 实时显示被测的温度值, 当超过设定值时, 自动停止加热, 反之, 继续加热。

四、调试过程

为了便于调试, 可将系统分成几个相对独立的模块。

1、软件调试:

单片机系统分成以下几部分分别调试:A/D转换过程、按键检测、数码显示、驱动电路。目的是排除接线和程序的错误, 使单片机能正常工作。

2、软硬件调试:

主要任务是校准测量数值, 为整定参数做好准备, 系统组装完成后, 数码管显示温度数据, 与温度计所测数据相比较, 存在固定误差。调整温度值转换程序中的参数, 固定误差即可基本消除, 但存在非线性误差。根据实测数据, 确定非线性校正数据。

3、测试数据与误差分析:

环境温度为28℃, 稳态数据记录如表一, 过渡过程数据记录如表二。

(单位:℃) 测量温度平均误差:0.58%

(单位:℃) 设定温度平均误差:0.4℃

六、结论

整个系统本着简单可靠的原则完成了本设计任务, 各项参数均能达到要求, 并能有了很大的发挥。

1、系统可以显示实时温度和预设温度。

2、系统的最小误差为0.4°C, 这主要与AD0809的转换精度、电路板干扰有关。

3、系统装有两个按键, 可以对温度进行预设。

4、根据实际需要还可以通过扩展端口, 设定其它功能, 进一步提高其智能化。

摘要:本系统主要分为三个模块:显示模块, 外围驱动模块和单片机控制模块, 采用MSC-51单片机作为控制模块, 通过软件编程实现了对不同温度的实时跟踪, 通过功能设定, 实现对温度的数字控制。本系统外围电路和显示模块较为简单, 该温控器具有制作简易、性能稳定、价格便宜、精度高等特点。

关键词:MSC-51单片机,传感器,A/D转换器,放大电路

参考文献

[1]Tim WiUiams.电路设计技术与技巧[M].北京:电子工业出版社.2006.150-171.

[2]陈尔绍.电子控制电路实例[M].北京:电子工业出版社.2004.230-267.

[3]单成祥.传感器设计基础[M].北京:国防工业出版社.2007.69-151.

[4]集成电路简明应用手册.人民邮电出版社.2002.159-257.

制作精度 篇4

随着计算机技术和信息技术的迅猛发展, 人类社会已进入信息时代, 各种信息已被广泛应用于国民经济建设的各个部门。数字正射影像是计算机科学、信息、 通讯、航空航天和空间定位、遥感等高新技术发展的产物, 它的出现使人们可以自动或人机交互式地直接从其上提取各种专题信息, 将各种专题信息结果直接送入GIS的数据库中, 以实现GIS数据库的自动更新、建立。因此, 数字正射影像图制作技术的研究探讨非常必要。

1 DOM的制作原理及关键技术

利用光学方法纠正影像是摄影测量中的传统方法。然而近代摄影测量技术中许多新的传感器获取的影像是数字式的, 传统的光学纠正仪器在数学关系上就受到限制, 而且价格昂贵, 用它生产正射影像的方法逐渐被淘汰。随着数模转换技术、电子计算机和数字图像处理等现代科学技术的发展, 形成数字微分纠正技术。

1.1数字微分纠正

根据有关的参数与数字地面模型, 利用相应的构像方程式, 或按一定的数学模型用控制点解算, 从原始非正射的数字影像获取正射影像, 这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行, 且使用的是数字式处理, 所以叫做数字微分纠正或数字纠正。数字微分纠正的基本任务是实现原始图像和纠正后图像这两个2维图像间的几何变换。用足够小区域作为纠正单元, 利用该纠正单元的地面实际高程控制纠正元素, 从而实现从中心投影到正射投影的正确变换。设任意像元在原始图像和纠正后图像中坐标分别为(x,y) 和(X, Y), 它们之间的映射关系为

式(1) 是由纠正后的像点坐标(X, Y) 出发反求在原始图像上的像点坐标(x,y), 这种方法称为反解法(或间接解法)。式(2) 是由原始图像上的像点坐标(x,y) 解求纠正后图像上相应点坐标(X, Y), 这种方法称为正解法( 或直接解法)。数字影像是由像元素排列而成的矩阵, 其处理的最基本单元是像素, 因此, 对数字影像进行数字微分纠正, 在原理上最合适点元素微分纠正。但由于很难真实地测定每个像元的物方坐标(X, Y,Z), 一般采用线性内插。因此数字纠正中, 一般是利用反解公式(1) 解求对应像元素的坐标, 然后采用双线性内插进行灰度内插, 最后将像点的灰度值赋值给纠正后的像元素。依次对每个纠正元素进行运算处理, 就能获得纠正的数字图像。

1.2基于JX-4的DOM制作方法

目前在JX4环境下有两种方法制作DOM :(1)基于像方DEM的编辑,利用像方DEM来创建DOM ;(2)基于矢量测图的特征点、线,矢量编辑构TIN, 利用TIN创建DOM。

1.3两种制作方法的具体步骤

1.3.1基于像方DEM的编辑,利用像方DEM来创建DOM。DEM是以数字的形式按一定结构组织在一起,表示实际地形特征空间分布的模型。通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示,也是地形形状大小起伏的数字描述,DEM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地表提供连续描述的算法,最基本的DEM有一系列地面点X、Y位置及其相联系的高程Z所组成,用数学函数式表达是:Z=f(X,Y)。

具体方法步骤:

(1) 定向建模。创建像对→内定向→相对定向→创建核线影像→绝对定向。

(2) 像方DEM编辑。进入像方,逐屏编辑DEM,使DEM贴近地面。

(3) 创建单模型DOM。设置好参数,创建DOM模型。

(4)DOM镶嵌。设置好图幅范围,选择并添加单模型DOM,镶嵌拼图。

(5) 图幅DOM成果。按照图幅坐标范围镶嵌出图幅DOM,接边处理。

1.3.2基于矢量测图的特征线编辑构TIN, 利用TIN来创建DOM.TIN是一种表示数字高程模型的方法,它是通过从不规则分布的数据点、线生成连续三角面来逼近地形表面,它能更精确地表达地表形态,步骤如下 :

(1) 定向建模。创建像对→内定向→相对定向→创建核线影像→绝对定向。

(2) 特征点、线矢量采集,构建TIN。采集道路水系等地物,地表特征线,山脊线、 山谷线等。构建TIN,使TIN贴近地面。

(3) 创建单模型DOM。打开构建的TIN,制作单模型DOM。

(4)DOM镶嵌。设置好图幅范围,选择并添加单模型DOM,镶嵌拼图。

(5) 图幅DOM成果。按照图幅坐标范围镶嵌出图幅DOM, 接边处理。

1.4数字正射影像的镶嵌技术

正射影像的镶嵌包括色彩匹配、影像接边区域区配、接边纠正与影像镶嵌。在两幅影像重叠区域足够大但重叠区域的镶嵌带不全在影像内时, 如果还采用自动镶嵌的方法, 会出现镶嵌影像中有些地区从一个影像向没有影像退化。造成这一现象的主要原因是重叠区有大量非影像的空白区域, 空白区域参与运算会造成影像退化,这一现象在影像的镶嵌中经常出现。解决这一问题必须采用选取镶嵌线的方法进行镶嵌。镶嵌线镶嵌首先选取镶嵌线, 选取镶嵌线的原则是尽量使镶嵌线位于两个纯影像的中心, 同时避开高大建筑、树林与大片水体等。然后以镶嵌线为中心, 以镶嵌带宽为半径, 同时参考影像的信息求出镶嵌带的左( 上) 右( 下) 边界, 计算出左( 上) 右( 下) 加权值, 最后用加权值乘以各自的影像值求和即为镶嵌带的影像值。设镶嵌线的各个端点为L(i),i=0,…,n,n为镶嵌线端点的总数, 对左影像的第j行, 首先求第行与镶嵌线的交点。设第j行的X坐标为XL, 则有XL=XLmin+j*CL如果没有交点, 那么就取左影像或右影像的值。如果有一个交点, 那么就取这个交点为镶嵌中心点, 其他计算与自动镶嵌相同。如果两个以上交点, 把这几个交点进行排序, 以每个交点为中心, 以输入的镶嵌带宽为半径, 将镶嵌区域分成几部分, 对每一部分用自动镶嵌的加权方法进行镶嵌。重复进行每一行直到所有影像都被处理完。

2常见问题及处理方法

2.1针对色彩平衡问题, 应注意相邻影像色调不一致的情况

在匹配记录相邻像片同名点坐标的同时, 记录匹配该点时相邻像片匹配区域的灰度差, 并把它作为该点的灰度差, 利用数字图像处理方法先对相邻影像进行直方图拉伸, 然后进行直方图匹配使两影像重叠区域的灰度分布大致相同, 并兼顾一条航线、航线间的整体直方图的均衡。

2.2注意接边区域影像匹配

在重叠区域的色彩平衡的情况下, 先根据输入的镶嵌带宽与影像的信息计算出重叠区的中央线, 其次将重叠区分成大小相同的子区域, 然后在每个子区域用多种算子( 如方差最大法、Fuster算子、 Maroca算子) 的方法共同参与寻找特征点, 如果特征点的特征值小于某一阈值, 那么去掉这一点, 从下一子区域继续寻找特征点, 直到找到为止。

2.3正确处理接边误差均匀分配问题

接边纠正将接边误差分别均匀分配在相邻影像重叠区域内, 对接边几何残差进行改正。

2.4影像镶嵌问题

在相邻影像的重叠部分进行数字影像匹配以获得一系列的同名点时, 由于存在几何位置差异, 一部分同名像点地面测量坐标必然有差异, 因此以右边影像的地面测量为观测值, 附加上一个用多项式逼近的变形改正数对其进行改正, 以改正左右两边坐标差的平方和最小为依据进行平差, 将平差后的影像按照新的地面测量坐标进行自动镶嵌。

3以1:10000新疆塔城DOM工程为例制作DOM及进行精度分析

3.1测区资料及概况

新疆塔城测区1 ∶ 10000数字正射影像图制作, 图幅尺寸为23cm×23 cm, 总图幅数为10幅。数字影像图制作所用的黑白航片为2005年10月航摄, 比例尺为1 ∶ 25 000, 相机型号为RMK, 焦距为310 mm。航线沿南北向布设, 航向重叠60%-65%, 旁向重叠30%-40%。

3.2 DOM制作流程

3.2.1像片控制点测量是采用GPS像控点联测, 此方法主要考虑测站本身是否满足像控点的条件和是否有利于接收卫星信号, 而不用考虑各测站点间是否通视, 充分照顾了点在像片上应有的位置, 同时也减少了人为的因素;

3.2.2利用JX-4自动空中三角测量, 高精度影像匹配技术、数字相关技术进行自动内定向、相对定向、绝对定向, 进行自动选点、转点、量测、模型连接、构网、半自动量测控制点、平差解求测区连接点大地坐标, 自动建立测区内各立体像对模型的参数;

3.2.3生成核线影像, 影像匹配, 确定同名点;

3.2.4匹配结果编辑是针对自动匹配产生的粗差、匹配错误, 通过立体模型中显示视差断面或等视差曲线, 人工判断并编辑自动匹配不合理、不可靠的点;

3.2.5移动曲面拟合内插DEM, 自动生成精确的数字高程模型;

3.2.6采用反解法进行数字纠正, 制作正射影像图;

3.2.7影像镶嵌消除相邻影像几何错开和辐射特征上的差异, 以实现影像的无缝拼接;

3.2.8影像按要求比例尺裁切。

生产流程如图1所示 :

3.3精度分析

对于航空影像, 确定了航空摄影的比例尺、相机焦距, 基本上可以根据实地地形地貌情况来分析所采用DEM的精度指标。以此1:10000DOM的生产项目为例, 摄影焦距f为310mm, 摄影比例尺分母s为25 000 , 像幅为23×23 cm。可得:Δd= d'×hH= d'×hf*s=0.001 965 4×d'×h, 由此产生的最大投影差大小为实地距离0.790 h米。对于10米高差, 最大会导致实际距离为7.9米的影像位移。按照有关规范,1 ∶ 100 00平原地区的DOM平面中误差要求3.0米, 则该测区DEM的高程精度应满足3.8米。根据1 ∶ 10 000平原地区DEM产品的国家技术规范,DEM高程精度要达到0.7米。而这里, 我们计算得到的DEM精度需3.8米即能达到DOM的地形纠正精度, 远比规范要求的精度低。因而在类似新疆较为平缓的DOM生产中, 我们不用过分关注DEM的精度和密度, 而把地面控制点的质量当作主要关注的内容。一些平原地区可以采用假设平均面高程替代DEM数据, 也能达到一定的纠正精度。

为了检验本项目DOM的精度,本项目采用全野外GPS实测的方法来检验DOM是否能达到规范要求。

在影像上分别选取四周四个点及中间一个点,选点原则,在影像上清晰好辩, 量取在平处,以减少投影误差,此外:(1) 周围应便于安置接收设备和操作,视野开阔,视场内的障碍物的高度角小于10° - 15°,以减弱对流层折射影响。(2)远离大功率无线电发射源,其距离不小于400米, 远离高压输电线,其距离不小于200米, 以避免周围磁场对GPS卫星信号的干扰。 (3)附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体,尽量避开大面积水域,以减弱多路径误差影响。

根据《全球定位系统(GPS)测量规范》 采用D级GPS网精度标准,使用5台静态GPS接收机进行同步观测,观测网如图2所示:

解算结果为

基线向量边长相对中误差最大值: 距离4319.1954m,距离中误差Ms=0.09m, 相对中误差为1/ 339000 ;点位平面坐标中误差最大值: MX=0.10cm,MY=0.10cm, MP=0.14cm。

考虑到在影像上刺点误差小于0.2mm,最弱点最大投影变形小于7mm。由误差传播定律可知DOM最弱点位精度小于1m,达到规范要求。

4结论

因为数字正射影像自身的优点, 使其无论从理论上还是其实践都将得到迅速发展。它将在三维可视化、地理信息数据更新等方面得到广泛的应用与发展。它对国家基本图更新与其现势性将会显得愈来愈重要。随着数字正射影像产品逐渐渗透到社会生活的各个领域, 对这种产品的需求越来越大, 应用范围越来越广。笔者认为应努力探索新技术, 缩短制作周期, 不断完善产品形式。数字正射影像的应用将会形成一个逐渐成熟庞大的市场。

摘要:本文作者基于JX-4全数字摄影测量系统,结合生产DOM的经验,分析了DOM生产中存在的主要技术问题以及如何检验DOM的精度。首先简要介绍了基于JX-4的数字影像生产的作业流程,而后详细阐述了DOM生产的主要环节,最后笔者以实际项目为例,对DOM进行精度分析。

制作精度 篇5

关键词:高精度轨道梁,测量,系统误差,偶然误差

0 引言

随着土木工程行业的不断发展,混凝土构件的制作精度要求越来越高。对于大型轨道梁精密制品,其所有的技术参数精度要求都是毫米级,这给大型构件的生产提出了新的挑战。此类高精度轨道梁在制作过程中需要各部门的通力配合,尤其是测量环节,直接影响轨道梁的外观尺寸和连接件定位等关键因素。在测量过程中由于各种原因会产生测量误差,能否准确地分析并减小测量误差,是决定测量结果是否可靠的重要依据。

1 测量系统误差分析

1.1 水准仪、测微平板及水准尺引起的系统误差

1)i角误差。在高精度轨道梁的高程测量中,由于被测的点相对距离很近,并且被测点之间的模板上无法设测站,i角误差是难以避免的。为了尽量减小i角误差,建议在高精度轨道梁制作中保持基准点测距和被测点测距基本相等,并且最大的测距为基准点的测距。此外,在测量之前尽量调整仪器的i角,使其减小到最小。

2)水准尺产生的系统误差。本次轨道梁生产测量用2 m,3 m的普通铟钢尺,其精度为5 mm。铟钢尺两端的固定拉力在实际的生产过程中也存在着一定的误差。

3)测微平板本身的刻度误差及其调节的隙动误差。

4)外界环境的影响。对要求较高的水准测量,水准仪应撑伞防晒。在风力大至影响仪器水准管的精平时,不应进行水准测量。

1.2 经纬仪引起的系统误差

1)度盘的刻画误差。

2)经纬仪照准部偏心差。照准部旋转中心应该与水平度盘中心重合。对于每一瞄准目标,在度盘对径方向上读取读数而取其平均值的方法可以消除照准部偏心差对水平度盘读数的影响;取同一目标的盘左、盘右读数的平均值,也相当于同一目标方向在度盘对径处的读数,因此也可以消除照准部偏心差的影响。

3)经纬仪轴系误差。

1.3 卷尺测量和光电测量产生的系统误差

钢尺量距的主要误差来源有以下几种:1)尺长误差。2)温度误差。3)尺子倾斜和垂直误差。4)定线误差。5)拉力误差。6)丈量误差。

激光测距仪的系统误差主要包括:1)调制频率误差。通过测距仪检定、测定乘常数R,对距离进行改正,主要就是为了消除或减小仪器的调制频率误差。2)气象参数误差。气象参数的测定并进行改正只有在参数与标准状态相差很大时才有必要。但在轨道梁的精密测量中将成为不容忽视的误差来源。

1.4 减小测量系统误差的方法

仪器产生的系统误差是必然的,但为了尽量减小误差,应该对仪器进行定时的鉴定。特别是精密仪器,如水准仪、经纬仪等要有鉴定报告和修正措施。另外,对于钢卷尺要经常到机加工恒温车间校核,找出每根钢卷尺的修正方程。

2 测量偶然误差分析

2.1 水准测量的偶然误差

1)仪器的置平误差。

在高精度轨道梁高程测量中,水准仪的整平非常重要。在本次高精度轨道梁生产中,水准仪的整平主要受以下几个偶然因素影响:a.测量人员的气泡对中。b.测量台的稳定性。c.温度对仪器的置平同样有一定的影响。

2)水准尺倾斜误差。

在测量高精度轨道梁高程中,水准尺的置平尤其重要。水准尺的倾斜误差是不可避免的,为了减小这种误差,现分析如下:在多数情况下,扶尺人员扶尺时水准尺都和绝对的竖轴有一个空间的方位角α,因此就产生了实际读数L′与理论读数L之间的误差ΔL(如图1所示)。

由图1可知,L′cosα=LL=(1/cosα-1)L。因此,如果水准尺前后倾斜,在水平仪望远镜的视场中不会觉察,但是由此使水准尺读数总是偏大。

3)测量中的读数误差。

在测量轨道梁的过程中,对各个连接件的高程测量读数一定存在着误差,特别是估读部分的读数。为此尽量让同一个人测量一个台座的连接件,并且要求他们调整好自己的状态。

4)外界环境的影响。

为了尽量减小周围环境对测量产生的误差,我们测量时尽可能避开某些影响大的生产过程。

2.2 经纬仪在测量过程中的偶然误差

1)仪器的置平误差。

经纬仪在高精度轨道梁的生产中,对中心线的定位起了很重要的作用。

2)仪器的对中误差(如图2所示)。

其中,B为测站点;B′为观测时仪器安置中心;BB′=e为仪器的偏心距;θ为观测的起始方向与偏心方向的夹角,称为偏心角。观测角值β′与正确值β之间的关系式为β=β′+(δ1+δ2)。在ΔABB′和ΔCBB′中,δ1,δ2为小角度,其正弦值可用其弧度代替,因此仪器对中误差对水平角的影响为:

3)目标偏心误差。目标偏心误差的影响是由于照准点上所竖立的目标与地面点的标志中心不在同一铅垂线上所引起的测角误差(如图3所示)。

由此可以看出,垂直于瞄准方向的目标偏心影响最大,并且与目标偏心距e1成正比,与边长D成反比。为了减小目标偏心对水平角观测的影响,作为照准目标的标杆应竖直,并尽量照准标杆的底部。对于短边,照准目标最好采用垂球线或测钎。边长愈短,愈应注意目标的偏心误差。

4)外界环境的影响。为了尽量减小周围环境对测量产生的误差,我们测量时尽可能避开某些影响大的生产过程。

2.3距离测量中卷尺测量和光电测量产生的偶然误差

1)卷尺和测力计在测量中的偶然误差。为了减小这种误差,我们首先固定测力计的一端,使钢卷尺受力一定,再用C形夹对钢卷尺进行固定,从而省去人工施力,达到减小误差的效果。

2)激光测距仪的偶然误差。由于激光测距仪是用肉眼观测目标和手动调整光标方向,所以测量过程中人为的因素影响也很大,这会产生偶然误差。我们在测量过程中应尽量采用多次测量的方法来解决此种偶然误差。

3结语

高精度轨道梁的制作要求高,测量难度大。结合近年来我们承担的高精度轨道梁生产任务,本文对高精度轨道梁的测量误差进行了较为详细的分析,并提出了减小测量误差的建议。上述分析将为提高高精度轨道梁的制作质量提供良好的参考。

参考文献

[1]顾孝烈,鲍峰,程效军.测量学[M].上海:同济大学出版社,2006.

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