导线测量十篇

导线测量篇1

关键词：地面；观测成果；化算；高斯平面

Abstract: Control surveying work outside the industry, a large number of observations (such as the horizontal direction, length and azimuth angle and so on) and the necessary mapping data (such as centering projection paper), the ground observation result to the Gauss plane, as the adjustment calculation to estimate data preparation is the main tasks. In this paper, in order to lead as an example, introduces the process and the calculating formula of calculation.

Key words: ground; observations; reduction; Gauss plane

中图分类号：TU18文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1.概述

导线测量的外业是在地球表面上进行的，所获得的观测值是方向观测值和边长观测值，而平差计算要在平面上进行，这一平面可能是测区某一高度的平均面，可能是基于工程坐标系或城市坐标系的平面，也可能是基于国家坐标系的高斯平面，总之，在平差前必须将地面上的观测值归算至某一特定平面，这一步工作称为概算。

然而，观测量之间的矛盾是客观存在的，合理处理观测量之间矛盾的工作称之为平差，而在平差之前又必须将所有观测量归算到某一个基准面上，这是项重要又必不可少的工作，称这项工作为概算。概算的目的不仅仅是为平差作准备，而且也在于检查和评价外业资料(也包括起算数据)的质量。

概算时，首先要对外业成果（各种观测手簿，记簿，归心投影用纸，仪器检验资料以及计算资料等）进行逐项整理检查。主要检查原始数据是否清晰，有无缺漏项目，是否满足规范对观测手簿的要求。

检查中发现的问题要认真处理，及时返工和补正，确认资料完整无误后，才能进行后

续的计算。

2．近似坐标的计算

计算归心改正数（如果存在偏心观测）、近似坐标及推算三角高程，都要用到近似边长。如果控制网的边长不是直接观测值，首先应计算出控制网的近似边长。

为了计算近似子午线收敛角（为求近似大地方位角用）及方向改化和距离改化，须计算各控制点的近似坐标。三角形编号如图下图所示，1、2为已知点，3为待求点。

图1三角形

近似坐标计算公式为：

(1)

式中，为近似平面边长；

为近似坐标方位角。

3．方向观测值的归算

平面控制网的形式有三角网、测边网和边角网（导线网是边角网的一种特例），将平面控制网的各元素归算至椭球面后，还不能在椭球面上进行计算，最终必须要将其投影至高斯平面。

由于是正形投影，故各三角形的角度投影后仍不变。因此由虚线组成的角度等于椭球面上对应的各个角度。由于大地线在平面上的投影除中央子午线和赤道外都不是直线而是曲线，因此用它们来进行计算是极不方便的。为此我们用相应的的弦来代替它们。这样就将平面上的曲线组成的三角形改成由直线组成的三角形了。于是三角形的解算和平面坐标的计算都可按平面三角的公式进行。这样计算工作就比较简单了。此项工作又称为方向改正。

（1）将椭球面上的方向观测值对算至高斯平面需要加入“方向改正”，方向改正的计算公式见式如下：

(2)

式中，x、y均为近似值，且ym=(y1+y2)/2，Rm为1、2两点中心处在参考椭球面上的平均曲率半径（m）。

4．边长观测值的改化

随着电磁波测距仪应用的普及，平面控制网的观测量除了方向值以外，边长观测值亦

占相当的比重，其外业观测结果当然也应该归算到高斯平面上，因此，地面观测边长一般应进行归心改正，倾斜改正和归算到高斯平面上的距离改正(又称曲率改正)。

（1）加常数改正

经检定得到的测距仪加常数K（这里的加常数K包括了棱镜加常数），对距离观测值D进行改正，改正公式为：

D′= D+ K (3)

（2）乘常数改正

测距边长值应该是基于测距仪的标准频率而得的，但是测距仪的频率会发生漂移，从而对距离观测值会产生影响。

设R为乘常数，D″为经乘常数改正后的距离观测值，则乘常数的改正公式为：

D″= D′+ D′× R(4 )

（3）气象改正

电磁波在大气中传播速度随大气温度、气压、湿度等条件变化而改变，因而实际测距作业时时的大气状态变化将会对距离观测值产生影响，必须予以改正，即加上一个气象改正数。由于湿度对距离观测值产生的影响较小，通常不与考虑。因为温度、气压的变化会影响大气折射率，不同波长的电磁波传递速度受到的大气折射率影响也不同，也就是说，电磁波测距信号的波长的不同，气象要素对其影响的程度也不同。

波长=0.832µm的红外测距信号，其气象改正公式为：

（5）

式中， — 边长的气象改正值，mm；

— 测站气压，mmHg，1mmHg = 133.322Pa；

— 测站温度，Cº；

— 观测距离，km。

通常,测距仪的说明书中或给出气象改正公式，或给出测距信号的波长，或给出一个以温度、气压为引数的改正表。目前较新的测距仪（全站仪）都具有自动计算大气改正数的功能，即在观测时直接键入温度、气压值，由仪器自动计算气象改正，其最后显示的距离是经过气象改正的距离。

（4）斜距归算至平距

如图4-8所示，设野外测定的斜距为d，它是在测站A和棱镜站B不等高的情况下得到的。将d化至平距时，首先要选取所在高程面，高程面不同，平距值亦不同。

在控制测量中，距离S通常不超过10km，水平距离计算，可分别按下列公式进行：

(6)

式中，——水平距离(m)；

——经气象及加、乘常数等改正后的斜距（m）；

——仪器与反光镜之间的高差（m）；

——参考椭球体在测距边方向法截弧的曲率半径（m）。

（5）平距归算至测区平均高程面

有些时候，需要将测区内所有的观测平距对算到测区平均高程面上。此时应按下式计算：

（7）

式中， ——测区平均高程面上的测距边长度（m）；

——测距两端点的平均高程面的水平距（m）；

——测区的平均高程（m）；

——测距两端的平均高程（m）；

——参考椭球体在测距边方向法截弧的曲率半径（m）。

（6）平距归算至参考椭球面

归算到参考椭球面上的测距边长度，应按下式计算：

（8）

式中， ——归算到参考椭球面上的测距边长度（m）；

——测区大地水准面高出参考椭球面的高差（m）。

（7）将椭球面上的长度归算至高斯平面

测距边在高斯投影面上的长度，应按下式计算：

（9）

式中， ——测距边在高斯投影面上的长度（m）；

——测距边两端点横坐标的平均值（m）；

——测距边中点的平均曲率半径（m）；

——测距边两端点近似横坐标的增量（m）

导线测量篇2

Liu Manping

（The Technological Higher Junior College of Aviation of Xi'an，Xi'an 710077，China）

摘要： 本文通过作者在多年的测量课程教学及测量实际工作中，遇到理论和实际问题时如何解决的体会，对应用误差理论指导导线测量进行了探讨。并对误差理论在对采点布线工作的指导、对水准测量的指导、对水平角测量的指导、对量距的指导、对坐标增量计算的指导等进行了比较深入的研究，在课程教学中得到了实际应用，取得了很好的效果。在施工现场的测量应用中也取得了成功。

Abstract: Through the experience of solving the theoretical and practical problem in the author's many years measurement course teaching and measuring work, this text discussed the application of error theory in instructing wire measurement, and carried out more in-depth study on its guidance to sampling point wiring, level measure, horizontal angle measurement, volume from, and incremental calculation of coordinates, which have get practical application in the teaching of course, and have made very good result. It has succeeded application in the measurement at the construction site too.

关键词： 误差理论 导线测量 工作指导

Key words: error theory；wire measurement；the guidance of job

中图分类号：TU19 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）14-0102-02

0引言

众所周知，在测量工作中，不论使用多么精密的测量仪器，观测者多么仔细认真，外界自然条件多么适合，对某一未知量进行多次重复观测时，所测得的各次结果总是存在着差异，这就说明观测结果中不可避免地存在着测量误差，也就是说测量误差是客观存在的，是不可完全消除的。或者测量结果中存在一定的误差是合理的，是允许的。而探讨测量误差理论的主要目的就在于分析测量误差产生的原因和性质，掌握误差产生的规律，合理的处理含有误差的测量结果，求出未知量的最可靠值，正确的评定观测值的精度，研究误差理论，不是为了将误差全部都消除，因为这是不可能的。而在于用误差理论正确的指导测量的施测工作和理论计算工作，最大限度的减少误差，使得观测值更加准确，以便提高测量结果的精密度。

测量误差按其对观测结果影响的性质不同，可分为系统误差和偶然误差两大类。

系统误差的特点是误差大小，正负符号均保持不变或按一定规律变化，具有累积性，对测量结果的质量影响很大，但系统误差在施测过程中和计算过程中，可以采取相应的措施来消降，这些措施在施测过程中非常重要的，是根据系统误差理论总结出来的，是确保观测结果精度的有效途径。

偶然误差的特点时误差大小。正负符号不定，表面上没有规律可循，在施测过程中也没有办法消降。

众所周知在观测过程中，系统误差和偶然误差往往是同时存在的，而系统误差可以采用适当的观测措施和计算方法来消降，这样会是观测结果的误差主要呈现出偶然的性质。因此测量误差理论主要在于研究偶然误差理论。

单一的偶然误差没有规律可循，但当观测次数增多，偶然误差也是有规律的，且观测次数越多，规律越明显。偶然误差具有下列特性：①在一定的观测下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值。②绝对值较小的误差比绝对值较大的误差出现的机会多。③绝对值相等的正负误差出现的机会相同。④偶然误差的算术平均值随差观测次数的无限增加而趋近于零。

偶然误差理论是确保观测结果质量的可靠保证，是指导施测和计算的理论依据。

1导线测量任务

建筑测量集中实训往往是布设一个闭合导线，进行平面测量和高程测量。具体任务是：采点布线、水准测量、水平距离测量、水平角测量、数据整理、成果计算。

2误差理论在各项具体工作中的指导作用

笔者认为测量误差理论是非常重要的，这是因为它是施测过程和计算的指导依据，是保证观测结果质量的先决条件。渗透到测量工作的各个环节中，哪一项具体工作也离不开它的指导，因此可以这样说，测量误差理论是测量课程的理论核心，对施测工作和计算工作具有至关重要的指导意义。下面将对误差理论在导线测量过程中的指导作用作以讨论，并按四等测量的要求进行。

2.1 对采点布线工作的指导采点布线除了基本的要求外，为了最大限度的减小误差，应注意以下两点：①点与点的距离不能太长，不超过200米，这是因为四等水准测量要求视线长不能超过100米。②点与点的距离也不能太短，这是水平角测量中短边的误差比较大。

2.2 对水准测量的指导除了水准测量应注意事项外，为减小水准测量的误差，在施测和计算过程中还应注意以下几点：①测站校核。测站校核的目的有三，一是为了消除超过一定限度的粗差；二是为了取其平均值以抵偿偶然误差；三是避免误差的传递。②高差闭合差。高差闭合差必须小于容许误差，才能确保水准测量的精度。若不能满足说明结果中存在着超过一定限度的偶然误差，这是不允许的，应该重测。③平差。高差闭合差的调整最好按测段距离加权进行，这是因为水准测量误差的大小与视距的长度成正比的，而与所测高程差值大小无关。平差的目的主要是为了消除系统误差，其次是为了避免误差的传递。④计算校核。高差闭合差与高差改正数之和应该大小相等，符号相反；对闭合水准线路来说，改正后的高差之和应为零。对闭合水准线路高程推算应从起点开始，最后对回到该点，起始点到已知高程应与推算出来的高程完全相等，计算过程中步步校核的主要目的在于减少误差的传递核累积，以提高测量成果的精度。

2.3 对水平角测量的指导为了提高水平角的观测精度，在掌握了水平角测量应注意事项外，还应注意以下几点：①测量的次数和测站校核。对于四等测量来说，至少要有两个测回。这样做的目的有三，一是去除超过一定限度的粗差，二是消除了系统误差，三是取了算术平均值就可以抵偿部分偶然误差。另外也避免了误差的传递和累积，也相当于测站校核。②角度闭合差。为了保证测角的精度，角度闭合差必须小于允许误差，若不能满足，说明施测过程中或计算过程中存在着超过一定限度的粗差，这是不允许的，应重测或者重新设计。③角度闭合差平差。角度闭合差的调查有两种做法，一般是角度闭合差的调查按所测水平角的个数来均分，这是因为测角的误差与所测的角值大小无关（除对中误差，对平角的影响外）。如果所测角的个数较少，可按两条长边所夹的角少分，两条短边所夹的角多分，一长、一短两边所夹的角居中，在考虑给接近于平角的角分多分点。这是因为，测角的误差大小与边长成反比另外在相同的对中偏心差的条件下，对接近于平角的影响大。平差的主要目的有二；其一是通过计较手段（利用改正数）来消减一部分系统误差，其二是为避免误差的传递和积累。④坐标方位角的推算根据起始边的已知坐标方位推论其它各条边的坐标方位角，这里要注意的是必须用改正后，且闭合差为零的所测的内角来推论，以免误差的传递和累积。⑤计算校核。1）角度闭合差的大小应和改正数之和完全相等且符号相反。2）调整平差后到角度闭合差应等于零。3）推算出来的起始边的坐标方位角应和已知的相等。步步校核的主要目的在于避免了计算错误和误差传递。

2.4 是对量距的指导量距采用一般量距方法，具体做法是用钢尺的不同部位前、后尺各读两次数，的两组数据，两次距离之差不得超过5mm，取其算数平均值，这样做的目的在于可以避免误差和抵消部分读数误差，易于将尺段的相对误差控制在1/5000，将测段的相对误差控制在1/3000，以满足导线全长闭合差的要求。

每个测段往往都要量若干个尺段，将尺段的相对误差控制在1/5000，根据和差函数的误差传递定律：

m■=±■

可知，测段的相对误差必然大于尺段的相对误差，故将相对误差控制在1/3000。

2.5 对坐标增量计算的指导角度测量成果计算结束后，推算出了各条边的坐标方位角和象限角，校核无误，再加上符合精度要求的量距成果，就可以进行坐标增量的计算。

坐标增量可按相应公式计算，注意正负号的判别。

2.5.1 导线全长闭合差导线全长闭合差必须符合容许误差的要求，以利于提高测量结果的精度，根据坐标增量计算公式可知，坐标计算误差主要来源于两个方面，其一是来自于测角的误差，其二是来自于量距的误差，根据一般函数的误差传播定律：

M■=±■

可知，导线全长闭合差必然会大于量距的相对误差，因此四等导线全长闭合差定为1/2000。

2.5.2 坐标增量闭合差的调整坐标增量闭合差的调整的原则是按边长加权进行调整，也就是长边多少，短边多少，而测角误差无关，这与坐标增量的两个误差来源于是相悖，这是为什么呢？这是因为测角误差在角度成果计算过程中通过平差将大部分系统误差已消降，而量距误差无法进行平差计算故其仍然存在，且产生影响也大，因此在坐标增量闭合差调整过程中，主要考虑量距误差的影响。

2.5.3 校核计算①X轴上的坐标增加闭合差应与其改正数大小相等、符号相反Y轴也一样。②改正后的坐标增量闭合差无论是X轴还是Y轴，必须等于零。那么导线全长闭合差也必然等于零。③推算出已知点的坐标值必须与已知的坐标完全相等。

校核计算的主要目的在于避免误差的传递和累积，同时也避免了计算错误，提高了测量结果的精密度。

3结论

由以上分析可知：误差理论指导着测量工作的各个环节，指导着每一项具体的工作。可以说测量工作每一步都离不开误差理论的指导。误差理论的指导决定着观测结果的质量，关系到观测数据的可靠性。这与误差理论的来源是密不可分的，误差理论是从实践中来，在理论上得到升华后，再来指导实践。所以误差理论具有非常实际的、重要的指导意义。

掌握好了误差理论，不但能在实际工程中做好测量工作，而且在实际工作中，可以举一反三，在误差理论的指导下，进一步的完善、创新施测工作。并为今后的工作奠定了良好的理论基础。

参考文献：

[1]刘满平主编.建筑工程测量.北京：中国建材出版社，2010.

[2]王元江，赵西安主编.工程测量，北京：建工出版社，2004.

[3]王景峰主编.工程测量.北京：人民交通出版社，2007.

[4]李青岳主编.工程测量学.北京：测绘出版社,1995.

[5]王箫礼主编.测量学.上海：同济大学出版社，1990.

[6]催吉福主编.工程测量.北京：建工出版社，2005.

[7]张正禄主编.工程测量学.武汉：武汉大学出版社，2002.

[8]章书寿主编.工程测量学.北京：水利水电出版社，1994.

[9]张保成主编，测量学实习指导与习题.北京：人民交通出版社，1999.

导线测量篇3

[关键字] 井下 平面控制 矿山测量

[中图分类号] TD173 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-1-108-2

1 矿山测量的特点及主要任务

井下测量的空间是各种巷道与采掘场所，由于巷道狭窄、行人和运输车辆多等困难条件下测量，需要采用适宜的仪器和方法；同时井下测量的主要对象是各种巷道，因受条件限制，点的埋设位置不同（有的在顶板上、有的在底板上等），平面控制只能采用导线测量方法；因井下导线边长较短、定向误差等影响，其误差由中央向边界逐渐增加，图纸各处精度均不一致。因此，根据一般采矿工程对导线最远点的精度要求，来制定井下基本控制导线的施测规格。井下矿山测量必须适应采掘工程的特点，一般从高级点起，先测设次一级的导线进行控制、给向、测图，而后测设基本控制导线进行检查，在巷道贯通后形成闭（附）合导线。这种分段控制、给向、测图的特点，要求测量必须及时、严谨准确。

对于矿区井下测量的任务有以下几点：建立好井下的测量控制，用于测绘矿及各种采掘工程图和矿体几何图；进行井下各种工程的施工测量和竣工验收测量；参加煤矿开采计划的编制，并对资源利用及生产情况进行检查和监督；根据设计将各种采矿工程的几何要素，测设到现场并进行检查监督；测定矿体的埋藏形状及其空间分布。另外，在矿山开采阶段还有许多复杂的技术问题需要矿山测量来解决。如主要巷道的定向与测量，中、腰线的标定，井下巷道贯通，弯道设置、竖井联测、斜洞布设，井下场地开拓，开采量的确定，矿井储量计算，井上下对照等等，处处都离不测量。比如巷道贯通如果不经过精确测量，就不能随意开挖，否则将造成大量巷道作废，不仅浪费大，而且影响生产甚至会发生事故。

2 井下平面控制测量的等级

根据我国的相关规定， 矿区井下测量可分为基本控制和采区控制两佧等级：其中基本控制导线精度较高，是矿井的首级控制导线，其精度应能满足一般贯通工程的要求：采区控制导线精度较低，应能满足施工测量和测图的要求。基本控制的导线可分为7′和15"两级，主要敷设在斜井或平硐，井底车场，水平（阶段）运输巷道，矿井总回风巷道，暗斜井，集中上山，下山，集中运输石门等主要巷道内，各矿可根据井田范围的大小，选用其中的一种作为本矿的基本控制导线。在井田一翼长度小于lkm 的小型井中，亦可以采用3O"，作为基本控制导线。

3 井下经纬仪导线点的分类及编号

由于井下导线边长比地面导线边长线对较短，测点标志都埋设在巷道顶板上或者是棚粱上设置，设置点在顶板上使用垂球对中时，仪器在点下对中比在点上对中要精确一些。只有当顶板岩石松软、破碎、容易移动或某些特殊的情况下，才将其设置在巷道的底版上。永久导线点应设置在矿井的主要巷道内，一般每隔3O0～500m设置一组，每组不得少于3个点，有条件时，可在主要巷道内全部埋设永久导线点。至于临时点可设置在棚梁上，也可用水泥或水玻璃粘在顶板上。导线点的编号应力求简单易记，并能根据编号推知测点所在巷道的位置。用罗马字母，英文字母以及阿拉伯数字的适当组合可达到上述要求。

4 井下经纬仪导线的外业

（1）矿区常用的平面控制网是导线测量，将测区内的控制点连接起来而构成的折线就称为导线，这些控制点称为导线点。导线点在设置时应避开电缆和易淋水点并且不能影响运输，导线点设置在的碹顶或巷道顶板的稳定岩石当中，以便保存和观测；相邻导线点应通视良好，间距尽量大而均匀。基本控制导线边长不小于3Om，钢尺量边时以9Om左右为宜，采区控制导线的边长应不小于l5m；凡巷道分岔、拐弯、变坡点和已停止掘进的工作面等处均应设点，从选定该处点以前的2～3个测点开始，应注意调整边长，避免出现较长边与较短边相邻的情况；选点时应综合考虑各种情况，使测点的分布更为合理。永久点应于施测前l至2天设置完毕，临时点和次要巷道的点也可边选边测。

（2） 测点时应视野开阔，相邻点间应通视良好，地势平坦，便于测角和量距时观测与记录和前后视照明的空间。井下的经纬仪导线角度，一般用J2或J6级经纬仪，用测回法测角。

（3）导线的各边长度应当大至相等，除非情形特别，应不得大于350m也不得小于50m。边长测量通常早测角之后进行，有钢尺量边和光电测距仪量边两种方法：钢尺量边：采用钢尺量边时，两人拉尺，两人读数，一人记录并测记温度。用钢尺丈量基本控制导线边长时，应遵守以下规定：① 对钢尺施以比长时的拉力，悬空丈量并侧记温度：② 分段丈量时，最小尺段长度不得小于lOm，定线偏差小于5cm：③ 每尺段应以不同起点读数三次，读至毫米，长度互差不应大于3mm：④ 导线边长必须往返丈量，丈量结果加入比长，温度，垂曲，倾斜改正数变为水平边长后，互差不得大于该边长的l/600O。在边长小于15m或倾斜角大于l5。的倾斜巷道中丈量边长时，往返丈量水平边长的允许互差可适当放宽。但不得大于该边长的l/4000；⑤ 丈量采取控制导线边长时，可凭经验拉力，不测温度，采用往返丈量或错动钢尺位置lm 以上的方法丈量两次，其互差均不得大于该边长的1/2O00。光电测距仪量边：① 作业前，应对测距仪进行必要的检查和校正；②气压的测定应读至l00 Pa，温度的测定应读至l℃；③ 每条边的测回数不得少于两个，采用单向观测或往返观测时，其限差为：一测回读数较差不得大于1Omm，单测回间较差不得大于l5mm：往返观测同一条边长时，化算为水平距离后的互差，不得大于该边长的l/6000：④ 作业人员必须经过专业训练，并按测距仪使用说明书的规定进行操作和维护仪器：⑤ 仪器严禁淋水和拆卸，应建立电源使用卡片，定时充电；⑥ 仪器在井下使用时，应严格遵守的有关规定。

（4） 导线点应有足够的密度，分布均匀，便于导线的延长以及检查，井下导线都是随巷道掘进分段测设的，亦即逐段向前延伸、测。一般规定，基本控制导线每隔3OO～500m 延测一次；采区控制导线随巷道掘进每30～1OOm延测一次。

5 井下经纬仪导线测量的内业

应根据我国有关规范要求，应全面检查导线测量外业记录，数据是否齐全，有无记错、算错，成果是否符合精度要求，起算数据是否准确方可进行计算。井下的基本控制导线的测量内业是在外业工作全部完成之后进行的，在通过内业计算，求得各导线边的方位角和各导线点的坐标，并展点绘图。便为后续测量及施工提供准确的资料。内业计算可按下述步骤进行：

（1）根据路线第一次和第二次测得的角度分别推算最终边的坐标方位角a1、aII，按下式计算角度闭合差：fβ=a1-aII

（2）当角度闭合差不超过规定时，可按下例方法进行分配：设路线第一次和第二次实测的角度总数分别为n1、nⅡ，角度闭合差分配的计算式为：

（3）按分配闭合差后的水平角推算往返测各边的方位角。

（4）计算坐标增量和往、返测量闭合差：

（5）计算并检核坐标相对闭合差K：

其中，IIi、IⅡi分别为往返测第i边边长。若K满足要求，则可进行下面的计算：否则，应检查成果，进行部分甚至全部外业重测。

（6）分配坐标闭合差：

导线测量篇4

摘要:

在综合分析滚柱直线导轨副动态摩擦力测量系统功能及定位的基础上开发其测量系统，包括软件及硬件组成、数据采集与分析系统等。基于此测量系统对滚柱直线导轨副动态摩擦力进行试验分析，在试验过程中发现造成某型号导轨滑块摩擦力波动的原因，并针对此现象提出改进方法，为高性能滚柱直线导轨副的生产提供帮助。

关键词:

滚柱直线导轨副;动态测量;摩擦力波动;试验分析

滚柱直线导轨副是数控机床的关键功能部件，目前已在精密机床、自动化设备、重切削加工设备等方面得到广泛的应用［1］。滚柱直线导轨副以滚柱为滚动体，因而具有超高刚性与超重负荷能力，这就决定了其高速、重载的发展方向［2］。在滚柱直线导轨副的高速、重载运行中，其温升、噪声、振动等性能指标会产生大的变动［3］。而摩擦作为能量消耗的主要方式，是影响滚柱直线导轨副各性能指标的重要因素［4］。针对这种情况，研究滚柱直线导轨副的摩擦力特性是必不可少的。本文通过总结前人的研究成果，开发了摩擦力动态测量系统，同时通过分析总结测量的数据，发现造成滚柱直线导轨副摩擦力波动的原因。针对这种现象进行了大量的试验验证，为进一步改善滚柱直线导轨副的性能提供了可行性依据。

1测量系统总体方案设计

本测量系统包括机械系统、测控系统两大部分。其中机械系统结构如图1所示。机械驱动系统采用直线电机驱动的方式，驱动行程可达到3000mm。采用直线电机驱动，主要是考虑到直线导轨高速度、高加速度的工作环境，以及长行程、高精度的运动要求，同时相比于传统的滚珠丝杠驱动方法，可以实现“零传动”，传动刚度更高、推力更平稳［5-7］。测控系统主要由工控机、运动控制卡、PCI数据采集卡、拉压式称重传感器、称重传感器测量仪表等组成，其组成如图2所示。工控机通过运动控制卡控制直线电机的往复运动，试验台装有光栅尺，可以实时反馈运动位置，称重传感器仪表负责采集称重传感器数据并传送至工控机。本测量系统的工作原理是由直线电机驱动被测导轨的滑块进行直线往复运动，直线电机滑台上固定有联接板，联接板通过称重传感器与滑块相连，当直线电机做匀速运动时，称重传感器所测得的数据就是被测滑块的实时摩擦力［8］。

2测控系统软件设计

本测控系统软件以Labview编写，采用程序框图结构，通过相应的硬件驱动提供的动态链接库函数及VISA驱动对相关仪器进行操作。VISA驱动是仪器编程中的标准I/OAPI，可以控制串口、以太网等，并根据使用仪器的类型调用相应的驱动程序，本系统中主要用来通过串口对摩擦力进行读取操作［9］。软件主界面如图3所示。软件相关的操作包括:(1)直线电机的运行控制。包括直线电机的运行速度大小的控制，直线电机行程的控制，直线电机往复运动的控制(2)光栅尺位置信号的采集处理。采用PCI计数卡，采集光栅尺脉冲信号，并进行转换，转换为相应的位置信号，反馈给直线电机控制系统。(3)摩擦力信号的采集处理。摩擦力信号经称重传感器仪表低通滤波、放大、A/D转换后，通过串口基于RS232通讯协议传送至工控机，为保证采集数据的准确性，在工控机端软件上再对数据进行递推平均滤波，消除干扰信号的影响［10］。采集完成的数据可以通过软件进行存取操作，并生成检测报表后打印。

3数据采集与分析

完成相应的软硬件安装调试后开始对被测导轨副进行摩擦力测量。本试验对象采用某型号的45滚柱直线导轨副，被测导轨副安装完成后先进行初期跑合，跑合完成后再进行动态摩擦力测量。进行摩擦力测量时应注意导轨副的情况，避免不良引起的摩擦力过大现象。在直线电机分别以6m/min、12m/min的速度运行时测量其摩擦力动态信号，现取一侧导轨副的摩擦力信号进行分析，如图4和图5所示。其中软件设置读取频率为20Hz，横坐标已转换为滑块运行时位置坐标。由以上两图可知，在不同速度下运行时导轨副摩擦力相差不大，摩擦力变化是一个随机过程，但是存在连续的周期性波动。对该连续周期性波动进行分析可以发现该波动间隔距离基本为600mm，排除导轨制造精度问题后分析波动成因应是滑块内滚柱或保持链所造成。通过对滑块进行拆解发现，滚柱不存在问题，而保持链接头处间隙过大或是造成摩擦力波动的主要因素。为了验证摩擦力周期波动问题成因，将保持链拆下，让滚柱在滚道内自由运动，重新测量摩擦力，结果如图6所示。由图可见，拆除保持链的滑块摩擦力波动没有明显的周期性，但因为没有保持链的约束，使滚柱之间产生直接摩擦造成摩擦力有明显的增大。针对保持链接头间隙过大造成摩擦力波动这一问题，可以考虑减小保持链接头之间距离或者在保持链接头处增加一个滚柱来加以解决。

4结论

本文针对滚柱直线导轨副摩擦力动态测量设计了测量系统的软硬件，该系统已在山东博特精工股份有限公司投入使用，运行可靠，性能稳定，能够满足工厂实际生产试验测量的要求。该系统为摩擦力测量过程中出现的一些问题，提供了可靠的试验验证，为提升企业生产滚柱型导轨的品质和产品的竞争力提供了有力的保证，也为滚柱直线导轨副摩擦力测量领域的相关后续研究工作提供了一个新的平台。

［参考文献］

［1］张雪．滚柱直线导轨副综合性能检测系统开发［D］．大连:大连理工大学，2012．

［2］荣伯松．高速、重载滚柱直线导轨副优化设计［D］．济南:山东建筑大学，2012．

［3］张允良，王肇贵，赵顺利，等．滚柱直线导轨副综合性能检测系统开发［J］．装备制造技术，2013(5):46－48．

［4］冯虎田，杨艳国，王小牧，等．滚动直线导轨副摩擦力动态测量系统［J］．金属加工，2010(20):54－56．

［5］赵佳佳，宋现春，姜洪奎，等．高速滚动直线导轨副综合性能测试试验台的研发［J］．组合机床与自动化加工技术，2014(11):75－77．

［6］郭庆鼎，赵希梅．数控机床直线伺服驱动控制的若干问题与展望［J］．沈阳工业大学学报，2006，28(3):273－277．

［7］叶云岳．直线电机在现代机床业中的应用与发展［J］．电机技术，2010(3):1－5．

［8］赵佳佳．高速滚动直线导轨副综合性能试验台的开发及其实验研究［D］．济南:山东建筑大学，2014．

［9］张雪天，宋现春，唐文成，等．基于LabVIEW的高速滚珠丝杠副温升测试系统设计［J］．组合机床与自动化加工技术，2009(11):50－51．

导线测量篇5

【关键词】 工程测量 AutoCAD AutoLISP 内业计算

中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：

一、对CAD的初步设置

1.1 设置单位和修改精度

工程测量中的单位一般是以米（m）计。在CAD中默认为毫米（mm）或者英寸（in）。角度单位CAD默认为十进制度数。因此长度单位和角度单位都必须修改。选择“格式”“单位”菜单，在此将单位设置成米（m），并修改其精度。角度选项里面将单位设置成“度/分/秒”并修改其精度。此外，还应该修改标注的单位。选择“格式”“标注样式”“修改”选项，在“主单位”选项卡中调整角度标注单位为“度/分/秒”并修改其精度。

1.2 设置图形界限

图形边界坐标应该比测量现场边界坐标大一约倍。例如坐标（25000,3000），图形区域的面积应该在50000*6000左右。选择“格式”“图形界限”菜单，命令提示为“指定左下角点”，输入（0,0）；命令再提示为“指定右上角点”，此时根据现场测量的坐标按上述原则输入一个点坐标。

1.3 设置绝对坐标输入格式

在AutoCAD2004版以后，系统默认的都是相对坐标输入格式。这里有两种方法对其修改。第一种，在每次输入坐标时候坐标前加“#”。第二种，在“状态栏”的各选项卡上单击鼠标右键，选择“设置”“动态输入选项卡”，选择“指针输入”中的“设置”选项，修改格式为“笛卡尔坐标格式”和“绝对坐标格式”。与第一种相比，第二种较好。一是可以核对为何种坐标格式，是否必要修改。二是修改之后每次输入可以直接输入坐标。

1.4 调整X、Y轴

我们都知道在工程测量中以南北方向为x轴，向北为正。以西东方向为y轴，向东为正。这恰恰与CAD中默认的相反。在CAD中有多种方法修改，这里介绍一种修改方式。用直线命令在CAD绘图区绘一水平方向和竖直方向的正交十字，选择“工具”“新建UCS” “三点”，根据命令行提示拾取绘图区的正交十字交点，再拾取竖直直线的上端点，最后拾取水平直线的右端点，删去正交十字。这样就完成了对X、Y轴的调整。也有不对X、Y轴进行调整的，只要在输入坐标的时候把点的X坐标值和Y坐标值进行对调后输入即可。具体用什么方法，用户自行选择。

二、AutoCAD用于导线测量的内业计算

通过外业所测得的数据我们可以用CAD绘出导线图形，但是直接用CAD绘制导线的过程稍麻烦。这里介绍用AutoLISP语言编程的方法在CAD中绘导线图。下面所示的就是具体程序。

(defun c:fhdx ()

(setq pt1 (getpoint "\n 输入已知第一点："))

(setq pt2 (getpoint "\n 输入已知第二点："))

(setq pt3 (getpoint "\n 输入已知第三点："))

(setq pt4 (getpoint "\n 输入已知第四点："))

(command "layer" "m" "qx" "color" "7" "" "new" "qx" "")

(command "line" pt1 pt2 "" "line" pt3 pt4 "")

(setq α (angle pt3 pt4))

(setq Fh (abs (angtof (getstring "请输入角度容许闭合差"))))

(setq Kh (abs (angtof (getstring "请以小数形式输入长度容许闭合差"))))

(hdx))

(defun hdx () ;绘导线

(setq R (getreal "\n 总测站数R: "))

(alert "如为左角观测，请在转角前加负号")

(setq i 1)

(setq j 2)

(setq p 3)

(setq di pt1)

(setq dj pt2)

(setq n 1)

(setq d 0)

(while (

(setq mi (angtof (getstring "请输入转角")))

(setq bi (angle dj di))

(setq jd (- bi mi))

(setq c (getreal "\n 请输入距离c: "))

(setq d (+ d c))

(setq dp (polar dj jd c))

(command "pline" dj dp "")

(setq di dj)

(setq dj dp)

(setq n (+ n 1))

(setq i (+ i 1))

(setq j (+ j 1))

(setq p (+ p 1)) )

(setq αi (angle di dj))

(setq f (abs (- αi α)))

(if (> f Fh)

(alert "导线的角度闭合差不满足条件")

(alert "角度闭合差满足条件!")))

打开AutoCAD，按照上面提示对CAD进行初步设置。选择“工具”“AutoLISP”

“visual LISP编辑器”，这就打开了visual LISP界面，新建一个AutoLISP文件后将上面的这段代码编入编辑器内，保存再加载这个程序。在CAD的命令行输入“fhdx”，按照命令行的提示输入容许闭合差、测站数、转角和对应点之间的距离就可以很快的绘制出附合导线图。如果满足闭合差的要求，在命令行中键入“id”命令拾取所要求的点，就可以得到相应的坐标值。再按照导线内业中对误差的分配方式进行分配后就可以得到所要求的准确坐标。用这样的方法就省去了导线计算中方向角和坐标的繁琐计算，快而准确的得出控制点的坐标。

三、结束语

通过以上的叙述可以看出，AutoCAD在工程测量中有便利的应用。将CAD用于测量的内业计算可以达到准确、精度高、快捷的效果，从而减少了工作人员的工作量，同时也将工作人员在计算过程中可能出现的计算失误避免了，更好地提高测量作业效率和作业精度。当然CAD在测量中的应用远不只这些。AutoLISP强大功能，能够满足用户编程的各项需求。AutoCAD和AutoLISP在测量学中的应用还有很广阔的空间值得深入的研究。

参考文献：

王兆祥，铁道工程测量，中国铁道出版社 1998

导线测量篇6

【关键词】：无定向导线；精度；附加观测；闭合环

中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

无定向导线是没有方向检核的导线，即为从一个已知边出发闭合到一个一直点上。但有时在导线的一端只有一个已知点，另一端也可能只有一个已知点，这种导线就不能用常规的计算方法来推算坐标，因为其算是没有定向点，所以称为无定向导线。如图1所示：

图1.无定向导线

无定向导线作为导线测量的一种特殊方式，由于其没有方向检核条件，导线测量成果可靠性难以保证，除了在地下矿井测量中采用外，其他日常测量工作中则很少应用。随着城镇化的迅速发展，城市测量工作中经常会遇到控制点被破坏的情况，现就无定向导线应用于城市测量进行简单的分析和探讨。

2 单条无定向导线的计算

如图1所示，对于任意一条无定向单导线，A和B为导线两端已知高级控制点，其坐标分别为A（XA，YA）、B(XB，YB)，这里假设A1边的假定坐标方位角为α′A1，根据导线观测的水平角βi(i=1～n为观测左角)，观测边长Si(i=1～n+1),按照支导线的计算方法，推算各边的假定方位角、坐标增量及各点的假定坐标，直至B点的假定坐标为B′(X′B，Y′B)，由此可以得出：

D′AB = [ ( XA - X′B )² + ( YA - Y′B )² ]½

式中D′AB为A、B两点间的测量计算距离，

DAB = [ ( XA - XB )² + ( YA - YB ) ² ]½/

式中DAB为A、B两点间的已知实际距离，

α′AB = arctan

式中α′AB为A、B两点间的假定方位角，

αAB = arctan

式中αAB为A、B两点间的真方位角，

假设一个比例系数K，则K= D′AB/ DAB。若K值与1比较相差较大，则说明观测的边长或角度中存在粗差，若K=1或无限接近于1，则可认为观测数据没有错误。K值作为单条无定向导线观测质量检验的唯一尺度，对于各级导线而言，如果不超过相应的规定限差，即可视为成果有效。

为了求的更加精确的导线坐标成果，还要考虑到假定方位角与真方位角之间的误差带来的影响。此处假设两方位角的差值为α，则有α=αAB-α′AB。然后按K及a改正导线各边的边长和方位角从新计算个导线点的坐标，由此可以得到B点的另一个坐标，记为B″(X″B，Y″B)。虽然计算过程中加入了改正值，但是由于观测数据中不可避免的存在误差，因此XB≠X″B， YB ≠Y″B：

令ƒx=XB-X″B, ƒy= YB -Y″B, ƒ=[ ƒx² + ƒy ² ]½

ƒ称为导线全长闭合差，ƒ/∑D应满足相应等级的导线全长相对容许闭合差的精度要求(∑D为无定向导线边全长) 。在满足《城市测量规范》要求精度的前提下,再对各导线点坐标进行相应的平差处理, 就可得到各点的最可靠坐标值。

3提高无定向导线成果的可靠性的两种方法

无定向导线之所以得不到广泛的应用，是由于相对多余观测数太少，没有足够已知检核条件，从而测量成果的可靠性难以保证。其实，在无定向导线的测量过程中尽可能的增加一些对已知条件观测，这样不仅可以提高导线测量的精度，有时候还可以确定粗差出现的位置。以下简单介绍两种提高无定向导线测量成果精度的方法，仅供参考:

3.1在无定向导线测量中进行“附加观测”

如图2中所示，在无定向导线测设过程中，在不同的测站对同一个已知目标（P点）做附加观测，附加观测的目标可以是已知控制点也可以是明显的地标性建筑。

图2.无定向导线中附加观测

假设在i点和k点对已知目标P点的水平观测角分别为γ1、γ2，iP、kP两条边的方位角分别为A1、A2，相应的距离分别为D1、D2、则可以写出下列等式：

D1cosA1-D2cosA2＝Δxij

D1sinA1-D2sinA2＝Δyij

整理后可得：

则有：

同理可得： ΔyiP＝tgA1Δxip

由于http;//测绘信息网

A1＝αi+γ1±180°A2＝αj+γ2±180°

可得

Δyip=tg(αi+γ1)Δxip

由此可以计算出P点的一组坐标：http;//测绘信息网

XP=xi+ΔxiPYP=yi+ΔyiP

同理，利用γ2、γ3又可以计算出P点的另一组坐标。根据计算出的P点两组坐标值，就可以判断出导线观测值中是否含有粗差。从而达到提高成果可靠性的目的。

3.2采用无定向导线闭合环进行控制点加密

如图3中所示，在两个已知点之间布设两条或两条以上的线路进行无定向导线测量，这样沿不同导线延伸的无定向导线就形成了1个或多个闭合多边形，这样既可以满足了对控制点加密的要求，又可以提高对粗差的检测能力。

图3.无定向导线闭合环

通过对形成的无定向导线闭合环内角和的换算整理可以计算出多边形内角和闭合差ƒβ = ∑β测- ( n - 2)×180，将求得的ƒβ 按反号平均分配，通过计算求得B点的测量坐标B(X′B，Y′B),此方法可以有效的检核角度及边长测量中的粗差。另外，通过大量的实践证明，随着无定向导线闭合环数的增加，形成的无定向导线网的精度也会相应的提高。因为此时无定向导线网主要是点位误差椭圆的短轴有些增大，对点位误差的影响并不明显。

此上两种方法，水平角和边长的观测结果尤为重要，建议在实际测量中观测往返求平均边长，左右角观测求平均值的方法减弱观测误差。

4无定向导线在城市测量中的应用

如图4所示，我单位对一城中村改造项目进行测量，但在实际开展测量的过程中发现，发现很多导线控制点（图纸中红色标注）遭到破坏，导致控制点间互不通视。由于巷道狭窄楼房林立，利用GPS-RTK进行导线点加密的方法受到限制，经过研讨，我单位决定采用布设无定向导线网的方法对控制点进行加密。在已知导线点B79和B87之间通过3条不同导线的连接形成一个无定向导线闭合环，而且每条线路上都有一个已知点串连其中，从而提高导线测量的精度。

图4.某城中村改造项目图纸

外业观测采用索佳SET510全站仪对形成多边形的内角和边长进行测量，将测量结果进行计算评差，得出多边形内角和闭合差分别为ƒβ1 =+67″、ƒβ1 =-49″，导线全场闭合差分别为ƒ1=1/7540、ƒ2=1/7830。各项成果均符合《城市测量规范》对图根导线精度的要求，可以用于细部步测量。

5结束语

由于无定向导线点位布设灵活，已知控制点间无须通视，因而应用于城市测量，可以大大提高工作效率。鉴于单条无定向导线成果的可靠性不足，适当的增加附加观测或者布设无定向导线闭合环，则可有效的导线测量成果的精度。而且无定向导线灵活多变和快速便捷的优势还可以弥补常规控制测量对视距等多方面因素的缺陷，因而在结合高等控制测量成果的基础上无定向导线应用于城市测量是有效可行的。

参考文献

[1]许加东.《控制测量》.中国电力出版社.2012

导线测量篇7

[关键词]矿山井下全站仪导线测量 精准度 提升方式

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0179-01

进入21世纪，矿山行业不仅仅与我国社会经济的发展，有着密切的联系，与人们的日常生活也有着紧密的联系。但是，在矿山井下作业的过程中，其危险性也相对较高，尤其是铅锌矿作为我国矿山中重要的组成部分，其作业的环境也相对较为复杂，危险性也相对较大。因此，在铅锌矿山井下作业的过程中，应当对测绘技术进行有效的利用，尤其是矿山井下全站仪导线测量技术，应当给予高度的重视。所以，相关的企业要想有效的提升矿山井下的工作效率，就应当对全站仪导线测量技术的运用形式，给予高度的重视，并且利用有效的、合理的、科学的解决措施，提升矿山井下全站仪导线测量的工作效率。对其影响矿山井下全站仪导线测量技术作业质量的因素，进行全面的了解和排除，这样可以有效的提升矿山井下全站仪导线测量的作业效率，从而保证了铅锌矿井下作业的顺利进行，也在最大程度上避免了安全事故的发生。

一、影响矿山井下全站仪导线测量作业质量的主要因素

（一）、测量环境相对较差

由于铅锌矿井下的光线相对暗，其环境也相对较为潮湿，并且其实力条件也相对较差，在这样的条件下，就会对矿车的来往通行，就会造成严重影响，其测量的数据和信息就会产生一定程度上的误差。另外，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，由于测量的点位通常情况下，都设立于基坑的顶部，与点下进行对中的时候，缺乏一定的准确性，这有也是影响铅锌矿山井下全站仪导线测量信息和数据，产生一定程度上误差的重要原因。

（二）、点位出现误差

在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，由于铅锌矿山井下的视觉条件相对较差，这样对点位确定的时候，就会带来一定程度上的影响。另外，工作人员在不断挖掘的过程中，黑暗的程度就会越来越差，这样点位的误差就会逐渐的加大，其铅锌矿山井下全站仪导线测量的数据，就会大大有所降低。

（三）、环境空间相对较为狭小

铅锌矿山井下的面积相对较狭小，其井下作业的工作人员也相对较多，那么每个工作人员的活动范围也是非常有限的。在这样的背景下，坑道测量通常情况只能使用前后通视的情况，那么铅锌矿山井下全站仪导线测量的形式，就会相对变的单一，这样在一定程度上对铅锌矿山井下全站仪导线测量的发展，也会造成了一定的局限，也很容易导致铅锌矿山井下安全事故的发生。

二、提升铅锌矿山井下全站仪导线测量准确性的有效措施

（一）、通过利用盘左盘右的方式，提升其准确性

通过以上的综合论述，影响铅锌矿山井下全站仪导线测量准确性的因素有很多。因此，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，工作人员通常会利用盘左盘右的方式和方法，将铅锌矿山井下全站仪导线测量的位置的大小，进行全面的保证，并且保证其符号也要保持相反的状态。同时，在盘左盘右的方式和形式，有效的将其同一目标的平均值，进行全面的消除和消弱，避免将其带来严重的影响，从而提升了铅锌矿山井下全站仪导线测量的准确性。另外，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，应当对其一水准器的气泡为准，并且要在最大程度上居中，这样在一定程度上保证了其指标的准确性，从而有效的提升了铅锌矿山井下全站仪导线测量的准确性。

（二）、通过利用三架法的形式，提升其准确性

在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，一般情况下，都是利用“7级导线”的形式，对铅铅锌矿上井下进行全面的工作。并且，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，工作人员应当其影响准确性的因素，进行全面的了解和分析，并且对铅锌矿山井下全站仪导线测量的数据，进行全面的观测，这样可以在最大程度上保证了误差和线量，处于正比的状态。另外，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，工作人员利用三架法的形式，可以有效的将井下测量的误差，进行全面的减小，从而在一定程度上提升了铅锌矿山井下全站仪导线测量的准确性。除此之外，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，工作人员在利用三架法的形式，对视点的进行对中整平的时间，进行有效的节约，从而提升了铅锌矿山井下全站仪导线测量作业的工作效率。

（三）、提升陀螺全站仪的测量形式

在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，要对限制测量角误差的传递性，给予高度的重视，对铅锌矿山井下全站仪导线前后之间的关系和距离，进行全面的分解，在通过看利用陀螺全站仪的形式，对其全方位进行全面的测量和点位，从而在最大程度上提升了铅锌矿山井下全站仪导线测量的准确性，为铅锌矿山井下作业提供了重要的参考依据。

（四）、对其导线进行全面的校正

导线的校正形式是提升铅锌矿山井下全站仪导线测量准确性，重要的形式和保证。因此，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，工作人员应当对导线校正的形式，给予高度的重视，尤其是布设高级导线对低等级导线的形式，工作人员进行全面的检查和测量。另外，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，要尽量沿坑道中线布设的形式，加强边长长度，其长度应当进行全面的接近，一般情况下，导线的形式主要成为双绞线和闭合线的形式，这样不仅仅有效的提升铅锌矿山井下全站仪导线测量点位的准确性，从而有效的提升了铅锌矿山井下全站仪导线测量的精准性。除此之外，在铅锌矿山井下全站仪导线测量的过程中，工作人员应当影响导线产生误差因素，进行了全面的了解和分析，通过利用先进的科学的技术形式，例如：计算机技术等形式，对其每条分布的形式，进行准确的判断，避免发生混淆的等现象，为铅锌矿山井下的进行，提供了重要的保证，促进了该行业的发展。

结束语：

综上所述，我们都知道，矿山行业作为我国社会经济发展的重要形式。因此，在不断发展的过程中，应当对先进的技术形式，进行有效的利用。本文以我国铅铅锌矿山井下作业为例，对矿山井下全站仪导线测量的准确性，进行了简要的分析和阐述，并且提出了一些建议，从而促进了该行业的发展，也进一步的加快了我国社会经济发展的进程。

参考文献：

[1] 王喜奎，蒋铁军. 矿山井下全站仪导线测量提高精度的方法探讨[J]. 甘肃科技，2013，05：39-40+71.

[2] 解凤光，滕盛远. 提高矿山井下全站仪导线测量精度的方法探讨[J]. 科技创新与应用，2013，28：97.

[3] 曾振华，王炎. 新技术条件下井下贯通测量试验方法[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2012，03：331-334.

[4] 张高兴，陈敦云，杨增金. 矿山井下全站仪导线测量方法的种类及其应用[J]. 矿业工程，2012，03：45-47.

[5] 徐宝龙，包锦春. 矿山巷道贯通测量精度估算新方法初探[J]. 北京测绘，2014，03：134-136+127.

导线测量篇8

关键词： 扫描测量； 直线度； 三测头法； 倾角补偿

中图分类号： TH 711文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.02.001

Straightness measurement of guide rail based on

optical scanning method

FANG Chuanming， CHEN Changjun

（School of Mechanical and Electric Engineering， Soochow University， Suzhou 215006， China）

Abstract： An online measurement method of straightness is studied based on multiprobe optical scanning method. A threeprobe scanning method with tilt compensation is proposed. Reconstructed form can accurately express the high frequency elements of the straightness error， and owns better suppression capability of the measurement noise. The measurement principle of the proposed method is introduced firstly. The construction algorithm of the straightness errors is deduced based on the least square solution and the computer simulation is performed. The experimental system is built for verificating the validity of the proposed method. The experimental results show that the proposed method can accurately reconstruct the straightness errors of step form， and the standard deviation is less than 10 micrometer.

Keywords： scanning measurement； straightness； threeprobe method； tilt compensation

引言直线度误差是导轨加工件的主要形位误差。对于运动平台导轨，直线度误差直接影响着机床、测量机的精度、稳定性和寿命等[13]。为了测量导轨表面轮廓的直线度，常常采用扫描探头法[4]。根据采用位移传感器数量的不同，测量导轨直线度的探头扫描方法有单点法[4]、二点法[56]、三点法[78]等。单点法是最简单的探头扫描方法，只需要1个位移传感器，但这个方法要求扫描装置的运动误差具有良好的绝对精度和重复性。二点法是最简单的多探头扫描方法，它是利用2个位移传感器的输出值的差分来消除扫描装置平移运动误差的影响。目前，研究的二点法主要有Tanaka等提出的连续二点法[5]，Kiyono等提出的广义二点法[9]，但二点法仍受到测量装置倾斜误差的影响。三点法是利用3个位移传感器来测量直线度，利用3个探头能够消除扫描装置的平移误差与倾斜误差，对探头的差分输出进行双积分后可以计算出导轨直线度。目前，研究的三点法主要有连续三点法[7]、广义三点法[8]等。但是三点法没有考虑各个传感器测头之间存在的调零误差，特别当测量导轨的长度比较长时，此误差所造成的影响就不可忽略[10]。本文提出一种倾角补偿式三点法的光学扫描方法实现对导轨的直线度测量。通过构建数学模型，将调零误差也作为一个计算参数，推导基于最小二乘原理的直线度形状重构方法，并利用MATLAB软件对算法进行仿真验证。搭建导轨直线度自动检测实验平台，实现位移传感器和倾角传感器测量数据的自动采集、自动读取与分析处理，最终完成导轨直线度的测量。1倾角补偿式三点法原理图1为1个带倾角传感器的三测头扫描测量系统，该系统包含1个位移传感器测头单元（3个测头分别为m1，m2，m3）和1个倾角传感器m4。测头单元随着扫描装置沿着X方向移动，实现位移传感器对被测导轨f（x）的扫描，同时，倾角传感器实时采集扫描装置在移动过程中的倾角变化。

图1倾角补偿式三点法原理示意图

Fig.1Schematic of threeprobe method with tilt compensation

设Ns是传感器在扫描过程中有效的采样点数，采样间隔为s，D1和D2是3个位移传感器测头的间隔（D1/s，D2/s均是互质数），S1是扫描装置在Y方向平移误差，S2是扫描装置的倾角误差，4个传感器的调零误差分别为0，u2，u3，u4，则有m1（xn）=f（xn+0）+S1（xn）+0・S2（xn）+0

m2（xn）=f（xn+D1）+S1（xn）+D1・S2（xn）+u2

m3（xn）=f（xn+D2）+S1（xn）+D2・S2（xn）+u3

m4（xn）=S2（xn）+u4 n=[1，NS]（1）光学仪器第37卷

第2期房传明，等：基于光学扫描法的导轨直线度测量方法

令e1=S1，e2=S2+u4，c2=u2-D1・u4，c3=u3-D2・u4，可得化简式m1（xn）=f（xn+0）+e1（xn）+0・e2（xn）+0

m2（xn）=f（xn+D1）+e1（xn）+D1・e2（xn）+c2

m3（xn）=f（xn+D2）+e1（xn）+D2・e2（xn）+c3

m4（xn）=e2（xn）n=[1，NS]（2）对所有n的取值，将上式等号左边的测量值组成列向量矩阵Y=[m1（x1），m2（x1），m3（x1），m1（x2），m2（x2），m3（x2），…，

m1（xNs），m2（xNs），m3（xNs），m4（x1），m4（x2），…，m4（xNs）]T（3）再将式（2）等号右边的未知量组成列向量矩阵

X=[f（x1），f（x2），…，f（xNs-2），e1（x1），e1（x2），…，e1（xNs），e2（x1），e2（x2），…，e2（xNs），c2，c3]T（4）

至此可得到式（2）的矩阵表达式为Y=AX（5）式中矩阵A为系数传递矩阵，由式（2）等号右边的未知量的系数组成，皆为常量。式（5）的最小二乘解为X^=（ATA）-1ATY（6）求解式（6），即可得到直线度形状f（x）上各点的值。2倾角补偿式三点法仿真验证仿真实验中对不同种类的测试曲线进行了验证，下面仅以阶跃突变曲线为例，说明仿真验证的结果。仿真中采样点数和采样间隔分别为Ns=200和s=1 mm，位移传感器间隔分别为5 mm和6 mm。模拟的阶跃突变曲线函数表达式为f（xn）=20，n=[50，55]

25，n=100

30，n=[130，150]

0，n=其他（7）图2为没有随机误差情况下的测试曲线重构结果，其中，图2（a）中的测试曲线与计算得到的重构曲线基本重叠，图2（b）是测试曲线和重构曲线的差值，由图可知差值几乎为零。经多次运行仿真程序（即每次生成的扫描平台运动误差和调零误差都不相同），得到的重构结果都与测试曲线完全一致。这表明本方法在不存在随机误差的情况下，基本上可无误差地将具有阶跃突变形状的直线度加以还原。

图2阶跃突变测试曲线的重构结果（不考虑随机误差）

Fig.2Constructed result of step curve（no random error）

图3为有随机误差的测试曲线重构结果。加入的位移传感器的随机误差的标准差为0.1 μm，倾角传感器的随机误差的标准差每毫米为0.02 μm。由于随机误差的存在，经本方法计算得到的直线度重构结果必然与测试曲线不同。图3（b）是上述测试曲线和重构曲线的差值，由图可知差值的范围大致在±0.4 μm。按照3σ准则，这一偏差范围与输入的传感器随机误差的大小是吻合的。3倾角补偿式三点法实验验证为了对重构结果进行可量化的评价，设计了在一根平尺的表面放置若干不同高度的标准量块的实验方案。安装在扫描平台上的3个位移传感器的测头间隔分别为D1=100 mm，D2=130 mm，扫描平台上水平安装1个倾角传感器，采样间隔为10 mm。此外，为了精确指定测量起始点和终止点，在平尺的相应位置放置标记点，同时在扫描平台上安装光电触发开关，图4为实验系统的示意图。在本实验中，位移传感器的数据是通过位移传感器的配套专用数据采集器进行采集、储存和传输，而倾角传感器和光电开关的数据信号则通过一个数据采集器（研华USB4716）进行采集，所有的数据最后都通过USB接口输入工控机进行自动计算和处理。

图3阶跃突变测试曲线的重构结果（考虑随机误差）

Fig.3Constructed result of step curve（with random error）

图4实验系统示意图

Fig.4Schematic of experimental system

图5直线度重构实验结果

Fig.5Experimental result of straightness construction本实验的实施步骤如下：首先在平尺的中间位置按等间隔放置5块不同高度的量块；接着启动数据采集程序，进入“开始测量”状态；然后启动扫描驱动机构，使扫描平台从平尺的一端运动到另一端；数据采集程序以光电开关监测到的起点和终点为实际的评价点，自动将位移和倾角数据采集并保存；重复前述步骤多次，以取得多组数据；最后对采集到的数据进行分析计算，将包含标准量块的平尺的形状重构出来。图5是本实验的重构结果，包括了正向扫描值和反向扫描值。由图可以清楚地看到5个量块的高度分别为1.0 mm、0.5 mm、1.2 mm、2.0 mm、1.5 mm，而重复性实验得到的标准偏差在10 μm内。4结论本文针对现有直线度测量存在的测量长度受限、精度不高的现状，提出了一种加入倾角传感器的三点扫描实现导轨直线度测量的方法。说明了该方法的测量原理，推导了基于最小二乘法的直线度形状重构方法，根据有无测量噪声等情况对所提出算法进行了仿真验证。仿真结果表明：在没有随机误差的情况下，本方法可无误差地将阶跃突变形状加以还原；在有随机误差的情况下，本方法也具有良好的误差抑制能力。通过一种对叠加标准量块的平尺进行测量的实验，验证了提出方法的有效性。实验结果表明，所提出方法可以精确地还原出台阶状的标准量块，且测量标准偏差在10 μm以内。参考文献：

[1]宁延平，刘战锋.国内外高精度直线度测量技术的研究现状[J].现代制造工程，2005，30（6）：8284.

[2]柳常清，宋庆，孙占文，等.双PSD实现长直导轨四自由度测量的新方法[J].光学仪器，2013，35（6）：2630.

[3]胡长德，陆加海，幸w，等.基于激光干涉的长导轨直线度误差测量[J].光学仪器，2008，30（6）：1015.

[4]EVANS C J，HOCKEN R J，ESTLER W T.Selfcalibration reversal，redundancy，error separation and‘absolute testing’[J].CIRP AnnalsManufacturing Technology，1996，45（2）：617634.

[5]TANAKA H，TOZAWA K，SATO H，et al.Application of a new straightness measurement method to large machine tool[J].CIRP AnnalsManufacturing Technology，1981，30（1）：455459.

[6]张镭，张玉.时域二点法和三点法直线度EST的误差分析[J].仪器仪表学报，1998，19（1）：106108.

[7]GAO W.Selfzeroadjustment of probes in the methods constructing software datum for large profile measurement[J].International Journal of JSPE，1996，30（4）：337342.

[8]FUJIMOTO I，NISHIMURA K，PYOUN Y S.Autonomous calibration method of the zerodifference without using a standard gauge for a straightnessmeasuring machine[J].Precision Engineering，2010，35（1）：153163.

导线测量篇9

关键词：全站仪；导线测量；右江航道测量；探讨

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

项目简介

因航道发展需要,我局于2008年4月对右江横等滩头-金鸡枢纽段83Km航道及岸顶线外50米进行测量。隆安金鸡枢纽位于南宁市隆安县，其上游83公里库区位于东经107度―108度和北纬22.5度―23.5度之间，穿越南宁市隆安县、百色市平果县和百色市田东县，库区经过的地方大部分都在乡镇农村，河道两岸多为石山，石壁陡峭，通行困难,根据测区的实际情况,我们决定采用全站仪导线的形式布设控制网。

该项目施测技术方案设计要求五等二级导线方位角闭合差不超过±20，导线全长相对闭合差不超过1/10000，满足1：1000测图精度（点位精度小于0.1m，点间精度小于0.1m）的要求。有关要求如下:

表1 导线测量技术要求,其中M为所测地形图比例尺，N为转角数

表3 天顶距观测的技术要求

二、出现的问题

1.由于刚开始时一些测量人员(主要是新进的毕业生)认识不到仪器存在“三轴误差”（即:视准轴误差、水平轴倾斜误差和垂直轴倾斜误差,全站仪在出厂前或经专业机构检验校正，虽然对仪器竖盘的指标差、水平度盘的视准轴误差已测定，并存入仪器中。但仪器经过运输过程中的颠簸和一段时间的使用，其值已发生变化。）和仪器的机械结构误差，进入测区展开作业时,没有对仪器进行再次检验,或经过检验却未及时将竖盘的指标差、水平度盘的视准轴误差及时存入仪器，测角时，就很容易就造成水平角测回超限；又以两个半测回作为一个测回或只进行测半个测回，使2C值没有在正倒镜中得到抵消，也使测角产生误差。这是造成闭合差超限的主要原因之一。

2. 忽略对全站仪、棱镜的光学对点器及三脚架和对中杆架腿的检验、校正。笔者逐一对使用的全站仪检查发现,部分仪器的光学对点器的对中误差已超过±2mm，而一些脚架的基座螺丝和三脚架脚尖铁插螺丝已经松动，极易使整平气泡偏离。

3.观测导线的水平角时，导线点被农作物挡住视线，架设三脚架棱镜不通视。用花杆棱镜做照准目标，只能照准花杆上部，产生照准目标偏心。花杆越高，偏心越大。

4.未按测量规范的有关规定进行作业

根据水利水电勘测规范明文规定：电磁波测距边需经过气象、加常数、乘常数改正后的斜距，才能化算为水平距离。一些测量员在测距时简化程序，以全站仪所测平距直接代替地球表面某两个点的空间距离，忽略观测高差或观测天顶距，导致最终出现导线平差计算时导线全长相对闭合差不超过限差，而导线最弱点位精度、最弱点间精度、最弱边长相对中误差均超限，不能满足工程设计要求的情况。

5.由于一些测量小组急于赶进度，有时不顾观测条件，在大风,烈日,雾气较大，天气透明度差的天气，早晨刚日出和黄昏日落前的时段,以及视线高距水面达不到规范要求的情况下强行观测, 而大风会使仪器不稳，地面松软可使仪器下沉，强烈阳光照射会使水准管变形，太阳的高度角、地形和地面植被决定了地面大气温度，观测视线穿过不同温度梯度的大气介质或靠近反光物体，都会使视线弯曲。产生折光现象。在不适宜的观测条件下强行观测,当然产生照准误差大、测距精度降低的情况了。

三、成果超限的主要原因总结

笔者分析施测结果超限主要有下列三方面原因：

1、观测者由于部分观测员刚毕业，技术水平有待锻炼提高,对仪器安置、照准等工作中都会产生误差。同时，观测员的工作态度也会对观测结果产生影响。

2、测量仪器测量工作所使用的测量仪器的精密度，仪器本身构造上的缺陷，都会使观测结果产生误差。

3、外界观测条件 外界观测条件是指野外观测过程中，外界条件的因素，如天气的变化、植被、地面土质的差异、地形的起伏、周围建筑物的状况，以及一天里不同时段太阳光线的强弱、照射的角度大小等。外界观测条件是保证野外测量质量的一个重要要素。

四、对应采取的主要措施

1、对使用的仪器、脚架要进行严格的检验、校正。全站仪也不能例外。不能忽略对光学对点器的检校，要固紧基座螺丝和三脚架的铁插螺丝。

2、不宜在雾天、雨天、大气透明度差、目标不清晰的天气中观测。

3、虽然全站仪是电子读数,也要在相对180°的2个读数装置上读取水平角和垂直角，以消除度盘的偏心差。

4、正确地选择的设置目标。注意以下几点：

（1）架设棱镜要能通视：作业时最好采用三联脚架法进行导线水平角观测，以提高导线水平角观测工效，减弱仪器对中误差和目标偏心对测角精度的影响，以提高方位角的推算精度。

（2）测导线水平角时，如导线点上架设棱镜看不见，使用花杆做目标时，使用的花杆必须经过原直度校正,杆上端绑上红白小布条(之所以用布条是:如果用小测旗容易受风吹而抖动倾斜,用布条则影响不明显),然后用3根细铁丝成120°角的3个方向，将其固定在导线点上。照准目标时尽量照准下部。

5、严格按照航道测量规范要求作业。

水平角、天顶距观测应严格按照表1-3执行，重测水平角和垂直角，避免水平角观测达不到精度要求，方位角闭合差超限。垂直角观测达不到精度要求，直接影响测距精度，使导线闭合超限。

测距导线测量的主要技术要求，应符合表1有规定；水平角按方向观测法进行观测法进行观测，各项限差要符合表2规定；天顶距观测应符合表3有关规定。当观测不符合要求时，应进行重测，并应遵守重测的有关规定。

6、改变测距时只测平距，不加任何改正的作业习惯，严格按照测量规范要求，对仪器所测的电磁波测距边进行气象改正、加常数、乘常数改正后的斜距，才能用于斜距求平距的运算。

目前现有的测距仪、全站仪都有自动气象改正装置或自动气象改正程序，只须根据实地测出的气温和气压，查出气象因子，将其输入仪器中由仪器自动改正。仪器加常数改正值，由仪器检测结果得出，可直接加在观测结果中，仪器乘常数数值随温度等条件而变化，一般不宜加此改正。

斜距划算为平距时可根据观测高差进行，也可根据观测垂直角进行。如果设站时存在仪器和反射镜的安置中心与标石或导线点中心不重合时，还应测量偏心距对平距进行归心改正。依照规范的规定，将观测到的平距划算到椭球面和高斯投影面上。

五、结束语

测距导线在作业时，只要认真按测量规范要求进行作业，遇到问题仔细分析并采取相应措施，不但能获得精度较高的测量成果，而且还能加快工作进度。

参考文献

[1]《城市测量规范》（CJJ8-99）.

导线测量篇10

关键词：隔离开关 接触电阻 接头过热

Abstract: This paper through the analysis of the isolating switch contact part of the structural detailed principles derive measures that draw connectors overheating. Self-conductive rod on my plant # 2 substation isolation switch applications to make the analysis shows the conductive rod to do with my factory originala comparison. Direct measurement of contact temperature using the temperature sensor, and the principle of the infrared emission signal transmission to the receiver, namely the direct contact temperature measurement program conducted a preliminary study

Key Words: isolating switch, contact resistance, the joint overheating

中图分类号： TH811文献标识码：A文章编号：

1 高压隔离开关的作用

高压电网中，隔离开关的主要功能是：当断路器断开电路后，由于隔离开关的断开，使有电与无电部分能得到明显的隔离，起辅助开关的作用。此外，隔离开关具有一定的自然灭弧能力，常用在电压互感器和避雷器等电流很小的设备投入和断开上，以及一个断路器与几个设备的连接处，使断路器经过隔离开关的倒换更为灵活方便。

2我厂#2变电站隔离开关总体状况

2008年陡河厂#2站给定的短路电流为三相39.60KA，单相29.03KA，电力系统容量不断增大，短路电流随之增大。我厂隔离开关额定电流为2000A，最大短路电流承受为40KA，由于多年的电腐蚀及化学腐蚀，现运行的隔离开关的短路电流承受能力能否达到40KA，由于没有检测手段不能确定。

3 隔离开关触头接触压力的重要作用

户外隔离开关是唯一完全暴露在大气环境中工作、受环境气候条件影响最直接最严重的电气设备,它的运行条件比较恶劣。触指和触头属可动接触,接触部分容易产生接触不良,使接触电阻增大而导致发热。为触指提供压力的弹簧,常因锈蚀和流过电流发热而退火,导致弹力下降或失效,更使接触部分发热加剧。

绝大部分检修人员都是用测量回路电阻的方法来判断导电部分接触的好坏认为只要回路电阻在合格范围内,导电部分的检修工作就圆满结束了。在很低的接触压力下运行必然会发生过热。因此,回路电阻合格不能说明触头接触良好。

4 自力式隔离开关导电杆结构性能说明

我厂#2变电站新应用的自力式隔离开关导电部分，其主导电系统采用自力式触棒材料，克服了碳素钢丝弹簧易锈蚀的弊端，可以长期保持触头、触棒的接触压力不变。同时触棒的固定安装方式也解决了活动触指夹尘夹沙现象。

7 隔离开关触头温度在线监测方案初探

（1） 基本原理

温度测量原理框图见图1。测温元件AD590集成温度传感器参数1 μA/K，由电阻取出信号，转换为10 mV/K，经差动放大器处理变为0.01 V/℃。温度―电压变换信号进入电压/频率变换器AD654，将0～100 ℃变换为0～fmax频率的信号，经红外发射回路调制后发射出去。红外接受回路将接受信号解调后再由频率/电压转换回路变为电压信号，并送入显示器。

（2） 参数选取

aU/f最高频率与红外发射频率间的配合

设温度与频率的关系为f=at(周期T)，红外调制频率为f1(周期T1)，调制频率占空比为D。由于非同步调制引起f周期丢失最大为Δtmax=(1-D)T1，由此引起的最大调制测量误差为：

为提高分辨率，希望测温范围对应的频率范围越大越好，频率越高，f/U转换时输出电压的纹波越小，响应时间也快。图3为f1=40 kHz时100 ℃对应频率fmax和占空比D与最大调制测量误差δmax的关系曲线。可见fmax与f1越接近δmax越大；D越小，δmax也越大。为提高红外发射距离，希望D小，因此须采取合理措施，减小上述矛盾带来的调制解调误差。

b同步振荡技术

从调制解调误差分析可知，为减小δmax，希望fmax越低越好，但为了提高测量温度分辨率，减小f/U的纹波，又希望fmax高。为此，采用图4同步振荡技术：以555振荡器为基本单元，输入T/f回路的输出信号，其它部分为555可变占空比标准回路。输出信号见图5。采用此回路后，经红外接受解调后的频率信号与原信号脉宽不同，但不影响周期，故f/U转换后无不同步引起的误差。

c红外发射/接受回路设计

红外发射回路见图6。隔离开关距地面＞3 m，再考虑三相共用接受盒，则发射/接受距离至少＞3.5 m。红外光有效传送距离与驱动峰值电流成正比[2]；为减小电源又希望所设计电路的能耗越小越好，为此，采用小占空比的设计模式。

红外发射二极管峰值工作电流 ，式中，IF为直流工作电流；T/T0=1/D，T0为发射波脉宽；T为发射波周期。可见，D越小，在满足IP的条件下，IF越小。同时，在一定的峰值电流下，减小D还可延长红外发射二极管的使用寿命。发射波形最小脉宽T0受发光二极管响应时间的限制，通常取T0≥1 μs，若取T0=2 μs，则发射频率为30、40、50 kHz时D分别为0.07、0.08、0.1。从前一段的分析知：采用同步振荡技术后，可不考虑D引起的调制解调误差，因此，尽量采用小D值，以达到提高发射距离、减小能耗的目的。

为了实现三相共用接受盒，避免相互间的干扰，三相红外发射频率分别取30、40、50 kHz。

红外接受电路采用日本索尼公司的CX20106，见图7[2]。通过调整R1可获得中心频率分别为30、40、50 kHz的接受解调回路。

（3）实验结果

图8为测温回路实验结果。实验时温度传感器置于可控恒温箱中，恒温精度±0.5 ℃，每天测量一次，连续20天，将每一温度点结果平均。从图中可看出，非同步调制发射条件下测温误差较大，总趋势为：温度越高误差越大，120 ℃时误差为37%；而采用同步调制发射技术后测量误差明显减小 ，最大误差～5%。测温发射回路消耗电流为5 mA。

（4） 结论

a.采用直接测温红外线传输数据的测温系统能较为准确地在线检测隔离开关的触头温度，并且没有增加绝缘故障点。

b.红外调制发射和同步振荡技术较好地解决了发射距离与调制解调误差间的矛盾。

c.异频调制发射能解决三相间的相互干扰。

参考文献：

1 孟庆民 高压开关设备的温度在线检测研究―高压电器 2006（050