基于测量机器人的控制网作业和数据处理

1远程与继续教育学院本科毕业论文基于测量机器人的控制网作业和数据处理自动化应用研究应用函授站点：湖南函授站学号：043K28121010姓名：孙丽武专业：测绘工程指导教师：唐保华2014年2月22日2论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文《基于测量机器人的控制网作业和数据处理自动化应用研究应用》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。论文作者（签字）：日期：2014年2月22日3摘要20世纪下半叶是测绘科学与技术迅猛发展的时期,促进这一时期飞跃前进的主要因素之一就是测量仪器的惊人发展,，有代表性的当属测量机器人的出现和使用。测量机器人由光电测距仪、电子经纬仪和微型计算机组合而成，不仅可以自动测距、测角、自动记录和计算，而且精度高、速度快、操作简便，既节省了人力又减轻了繁重的外业工作，因此深受广大测绘工作者的欢迎和青睐。关键词：测量机器人、TCA2003、控制网4目录一、绪论..........................................................................................................1（一）研究测量机器人的目的和意义..........................................................................1（二）研究的主要内容.........................................................................................................2二、测量机器人概述..........................................................................................3（一）测量机器人的组成及测量原理..........................................................................3（二）测量机器人的发展....................................................................................................3（三）测量机器人的应用范围.........................................................................................4（四）测量机器人与其它测量技术比较....................................................................4三、TCA2003简介.............................................................................................6（一）TCA2003性能介绍...................................................................................................6（二）TCA2003的精度........................................................................................................7（三）TCA2003中的新技术.............................................................................................7四、测量机器人施测控制网的作业过程..........................................................8五、测量机器人自动化测量软件说明...........................................................13六、结论...........................................................................................................18参考文献...........................................................................................................20中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）1一、绪论21世纪，世界将进入以科学技术不断创新为基础的知识经济时代，科学技术将成为经济发展的最重要的资源和首要的推动力。测绘业作为一个基础产业,它是经济的排头兵，各项经济建设都离不开测绘业的参与。随着测绘技术的飞跃发展，测绘仪器也在不断的更新，测量仪器经过手工到机械化到自动化几个阶段的发展已成为种类繁多的测量仪器大家庭.测量的自动化程度越来越高，传统的测绘仪器已经不能满足当今的要求。应用光学与精密机械的各种技术知识和工艺手段来研究并解决仪器设计制造中的各种问题已经成为一门学科。最新一代的仪器不仅依靠光电技术，还应用自动化和电子计算机技术，使光、机、电三者结合，形成了仪器发展的新技术。由于电子工业的飞速发展，半导体和集成电路的推广，出现了野外作业仪器向光电化和自动化发展的趋势。在读数系统方面,采用了编码度盘。而全自动测量全站仪则是近年来测量仪器研究技术的新成果,全自动测量全站仪又称测量机器人。（一）研究测量机器人的目的和意义测量机器人的产生是时代进步的要求，是生产力发展的要求，科学技术的飞速发展也引起测绘业的革命。测量工程技术人员在生产作业过程中常常会遇到测量地区作业条件差，测区环境不稳定，由于不可预测的野外环境和时间的紧迫，加上重复测量人的眼睛容易疲劳，我们的测量工作常常因此受到很大的影响。在这种情况下,测量工程技术人员很难保质保量，高质量地完成任务，为了解决面临的棘手问题一种新型的测量仪器TCA全自动全站仪诞生了.全自动全站仪又称测量机器人.它以其独有的智能化、自动化、人性化能让用户自如应付以上情况。测量机器人诞生使得测绘业产生了质的飞跃。这是未来发展方向。测量机器人能对施测物体实施全天候的观测。能实现自动照准，在ART模式下，当全站仪发送红外线光束被反射镜反回，并被全站仪内置的CCD相机判别接收后，马达就驱动全站仪自动转向棱镜，并自动精确测定，记录移动目标的轨迹，实行全自动观测。测量人员不需要精确照准和调焦。一旦粗略瞄准后，全站仪就可自动搜寻到目标并精确照准。比人工照准更快，更轻松。全站仪可利用ART功能在1000米范围内有效识别目标、自动精确地锁定目标，即使经验不足者也可达到同样的结果。测量机器人还具有锁定跟踪的能力。一般传统的观测手法是对某固目标进行观测，而测量机器人在LOCK模式下对目标棱镜观测一次后，全站仪自动锁定被观测的反射棱镜，即使棱镜的移动速度在一定范围内也不会中断。如果配上RCS遥控系统仪器及360度棱镜，该仪器可实中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）2现测站无人操作。由扶镜杆者遥控仪器，自助放样，测碎部点变得十分方便。该功能特别适合观测动态目标。利用跟踪测量模式能实时测得动态数据。由于测量机器人的自动监测能够代替人的观测。所以其应用前景十分广泛。（二）研究的主要内容用测量机器人TAC2003进行测量控制网的一体化自动化作业和数据处理试验，学习整个过程特别是观测自动化，外业数据采集，检测，传输和内业数据处理的流程，主要途径以及技术路线：观测一个大地四边形网，分别用人工观测和全自动化两种模式进行比较，掌握全自动化观测的作业步骤，掌握数据采集，通讯和处理的自动化流程，完成二维网平差的全边角网，测边网，测角网成果。对不同的测回数的精度进行分析、对全边角网和测角、测边网作精度分析、对三维网作数据处理。重点放在数据处理自动化流程上，数据处理与成果分析上。采用COSA系统软件进行数据处理。编写机载和在便携机上进行的测量控制网自动化观测使用手册，建立帮助文件，提出自己的见解。中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）3二、测量机器人概述测量机器人（MeasurementRobol,georobol）是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。它是在全站仪基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并配置智能化的控制及应用软件发展而形成的。（一）测量机器人的组成及测量原理测量机器人的技术组成包括坐标系统、操纵器、换能器、计算机和控制器、闭路控制传感器、决定制作、目标捕获和集成传感器等八大部分。坐标系统采用球面坐标系统，能在水平面360°和在竖面180°范围内寻找目标；操纵器主要是控制转动；换能器将电能转化为机械能驱动步进马达运动；计算机和控制器是用来按设计开始和终止操纵系统、存储观测数据并与其它系统接口，其控制方式多采用连续路径或点到点的伺服控制系统；闭路控制传感器将反馈信号传送给操纵器和控制器，以进行跟踪测量和精密定位；决定制作主要用于发现目标，如采用模拟人识别图像的方法（试探分析）或对目标局部特征分析的方法（句法分析）进行影像匹配；目标获取在于精确地照准目标，常采用开窗法、阈值法、区域分割法、回光信号最强法以及方形螺旋式扫描法等；集成传感器包括采用距离、角度、温度、气压等传感器获取各种观测值。由影像传感器构成的视频成像系统通过影像生成、影像获取和影像处理，在计算机和控制器的操纵下实现自动跟踪和精确照准目标。一般来讲测量人员在接受了某一项测量任务之后，首先是基于已掌握的测量基本知识，根据任务与使用的仪器，作出操作计划，然后用感觉器官对环境、目标进行识别与理解，操作仪器，按计划实施以完成测量任务。而测量机器人则通过CCD影像传感器和其它传感器对现实测量世界中的“目标”进行识别，迅速作出分析、判断与推理，实现自我控制，并自动完成照准、读数等操作，以完全代替人的手工操作。测量机器人再与能够制订测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理与分析的软件系统相接合，完全可以代替人完成许多测量任务，同时还具有全自动、遥测、实时、动态、精确、快速等诸多优点。（二）测量机器人的发展测量机器人的发展可分三个阶段：第一阶段需在被测物体上设置标志，主要是以反射棱镜为合作目标，称为被动式三角测量或极坐标法测量；第二阶段是以结构光作为照准标志，即用结构光形成的点、线、栅格扫描被测物体，通过空间前方角度交会法来确定被测点的坐标，称为主动式三角测量，由两台带步进马达和CCD传感器的视中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）4频电子经纬仪和计算机组成；第三阶段即目前正在进行研制的测量机器人亦不需合作目标，根据物体的特征点、轮廓线和纹理，用影像处理的方法自动识别、匹配和照准目标，仍采用空间前方交会的原理获取物体的三维坐标及形状。（三）测量机器人的应用范围随着测量机器人进一步发展，再加上质量可靠的自动测量系统软件，这一崭新的测量手段具有着广泛的应用前景。由计算机控制的自动测量系统无须人工操作职守，只要开机运行，即可连续不间断重复观测，测量数据也由计算机自动记录、自动计算、自动显示。测量机器人不仅在