测量机器人的ATR测量原理及重复性实验分析

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测量机器人ATR智能测量程序研制

测量机器人ATR智能测量程序研制
l x 2 ma 一 C值 1 () 1
3 重测方案及算法
根据《 国家 三角 测 量规 范 》 中重 测 的规定 , 采用 如下 所示 的重测 方案 及算 法 :
Mn i 一∑ { i 2 值 m ~c n
() 2
( )如果 S Ma 于 S Mi , ma ld x方 3 — x大 — n则 xn e 向“ C” 差 超 限 , 则 mil d x方 向 “ C 互 差 2 互 否 nn e 2”
测 中超 限判断 和 自动 重测 的算 法 , 编 制 了 相应 的 并
程序 。
成 果检 查 模 块 的 功 能 是 对 各 测 回 的观 测 值 进
行互差 比较 , 如水平方向各测 回观测值互差的 比较 等。如果互差 超 限, 自动识 别超 限 的测 回和方 则 向, 并按规范要求完成超 限测回的重测 。 成果输 出模块 的功 能是输 出指定格式 的观测
H A G L—e I u se g U N ii,LU G i h n j -
( h nin b nIv siaina dS r eigIsi t,Z e a gJa g u2 2 0 ,C ia Z ej gUr a n et t n u v yn t ue h  ̄i i s 1 0 8 hn ) a g o n t n n
骤 () 1 。否则进 入步 骤 ( ) 4。 ( )重 测 Ma I d x MiId x对应 的测 回 , 4 xn e , n n e 进
图 3 “C 互 差 检 测 流 程 图 2”
人 步骤 ( ) 1。
3 .若零 方 向 2 C互差 超 限或 下半 测 回的归零 差
超 限 , 重测 整个测 回l 。 应 _ 6 ]

全面剖析TCA2003全站仪ATR功能原理及其应用

全面剖析TCA2003全站仪ATR功能原理及其应用

全面剖析TCA2003全站仪ATR功能原理及其应用摘要:利用全站仪的ATR (Automatic Target Recognition)功能,能使测量工作自动化,从而提高测量效率。

本文简单地介绍了全站仪自动目标识别功能ATR的原理与测量精度,结合生产实际情况讨论了ATR在工程应用中注意的一些问题,并根据实际经验提出了解决方法。

关键词:全站仪;ATR;精度;校准;应用0 引言徕卡TCA2003全站仪作为95年生产的一种现代化测量仪器,不仅测量精度高(标称测角精度±0.5″,边长1mm+1ppm×D),而且具有自动目标识别与跟踪功能即ATR 功能(Automatic Target Recognition),可按照内置机载程序进行自动观测与记录,实现无人值守不间断观测,已在水电站大坝安全监测、岩土工程围岩变形测量等方面得到了广泛应用,使监控工作向三维、快速和高度自动化方向发展,成为安全分析和施工控制的最可靠依据之一,在测绘行业得到了普遍认可。

但是人们在分享它那特殊功能时,可能对其工作原理、使用方法以及注意事项不甚完全了解,本文结合作者在实际工作中遇到的一些问题,并针对这些问题提出了相应的解决办法,旨在提高TCA2003全站仪或类似仪器的应用水平。

1 ATR工作原理ATR功能部件被安装TCA2003全站仪的望远镜上。

在打开ATR功能进行测量时,全站仪的CCD光源发射一束红外激光,经过仪器的光学部件多次反射处理后,与望远镜的视准轴同轴地发射出去,由目标棱镜反射回来并引导ATR光束至CCD阵列上,形成光点。

光点位置以CCD相机的中心作为参考点来精确确定。

如果望远镜的视准轴和CCD相机的中心是一致的,则使用ATR功能测得的角度值,可直接从CCD相机上光点的位置计算出来(如图1所示)。

在人工粗略照准目标棱镜使用内置机载程序开始ATR精密测量之后,ATR首先检查目标棱镜是否位于望远镜的视场内,如果在视场内找不到目标棱镜,它将在仪器设定的范围内进行螺旋式搜索,一旦探测到棱镜,搜索动作即刻停止,由马达驱动望远镜重复多次、最大限度地靠近棱镜中心,并测量棱镜中心与十字丝中心的偏离值,修正输出最终的水平角和垂直角测量值(如图1所示)。

测量机器人的原理与应用

测量机器人的原理与应用

测量机器人的原理与应用1. 简介测量机器人是一种能够自动执行测量任务的机器人系统。

它结合了机器人技术和测量技术,能够高效准确地完成各种测量工作。

本文将介绍测量机器人的原理和应用。

2. 原理测量机器人的原理基于以下几个核心技术:2.1 感知技术测量机器人通过搭载多种传感器实现环境感知和位置定位。

常用的传感器包括激光雷达、摄像头、惯性测量单元等。

这些传感器能够提供精确的环境地图和机器人自身位置信息,为后续的测量任务提供准确的基础。

2.2 运动规划与控制技术测量机器人需要具备自主导航和定位能力,这就需要运动规划与控制技术的支持。

机器人需要根据测量任务的要求,通过路径规划算法确定最优路径,并通过控制算法实现精确运动控制。

2.3 测量与数据处理技术测量机器人需要搭载各种测量设备,如测距仪、测角仪等。

这些设备可以测量物体的尺寸、形状、位置等信息。

测量数据需要进行实时处理和分析,以生成准确的测量结果。

3. 应用测量机器人在许多领域都有广泛的应用,以下是几个典型的应用案例:3.1 工业测量测量机器人可以应用于工业生产中的尺寸测量、检测、定位等任务。

它可以代替人工进行高精度的测量工作,提高测量效率和准确性。

3.2 建筑测量在建筑领域,测量机器人可以用于建筑物的扫描、造型测量、立面检测等任务。

它可以快速地获取建筑物的尺寸和形状信息,并生成精确的建筑模型。

3.3 农业测量测量机器人在农业领域的应用越来越广泛。

它可以用于土壤测量、作物生长监测、病虫害检测等任务。

测量机器人可以帮助农民根据精确的测量数据制定农业生产方案,提高农业生产效率。

3.4 环境监测测量机器人可以应用于环境监测,例如水质监测、空气质量监测等。

它可以携带各种传感器,对环境参数进行实时测量,及时发现问题并采取相应的应对措施。

3.5 健康医疗测量机器人在健康医疗领域有着广泛的应用。

它可以用于体温测量、心率监测、血压测量等任务。

测量机器人可以实现非接触式的测量,避免了交叉感染的风险。

测量机器人的A TR测量原理及重复性实验分析

测量机器人的A TR测量原理及重复性实验分析

图1LEICA 第四代全站仪TS30与第三代全站
仪TCA2003
取n=10。

为计算方便,第一次观测值均置零,使水平角均在零附近测量,测得的数据经计算得表1(为叙述方便,表中忽略度和分的部分,只考虑秒的部分,这不会影响分析的结果,垂直角部分未列出,计算和分析方法同理):
可以看出,十次测回中,盘左观测的水平角标准偏差最大为0.57″,不同偏离方向间的最大互差为0.8″;盘右观测的水平角标准偏差最大为0.55″,不同偏离方向间的最大互差为3.5″;盘左盘右观测的平距标准偏差最大均为0.1 mm,不同偏离方向间
表1 TS30 363279测得的数据分析值
水平角盘左观测(″)
测回均值标准偏差最大值最小值最大互差均值标准偏差
1 5.60.33 6.1 5.30.822853.50
2 6.10.42 6.
3 5.70.622853.40.1
3 5.30.55 5.5 5.10.422853.50
4 5.80.26 6.3 5.70.622853.50 560.18 6.3 5.90.422853.40
6 5.40.56 5.6 5.20.422853.50
图2 ATR工作原理。

测量机器人的ATR测量重复性试验新技术

测量机器人的ATR测量重复性试验新技术

测量机器人的ATR测量重复性试验新技术
景琦
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2015(000)012
【摘要】测量机器人采用自动目标识别技术(Automatic Target Recognition,ATR)实现了普通棱镜长距离精确照准.应用测量全站仪ATR的功能特点,选用徕卡TS30为测量仪器,做了大量的室内和野外重复性测量试验.通过对测量结果的统计学分析,评估ATR的测角和测距重复性,进而分析了ATR测量的可靠性.试验表明,ATR的测量重复性受观测距离影响较大,随测量距离的增大逐渐离散,且测距重复性要优于测角重复性.重点研究了ATR测量的重复性,无需组网,试验设计相对简单,能快速、准确地评估ATR的测量性能,并提供更多的试验数据,给ATR性能研究提供了一个新的视角.
【总页数】4页(P74-77)
【作者】景琦
【作者单位】中国地震局第一监测中心,天津300180
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.测量机器人ATR智能测量程序研制 [J], 郭腾龙;岳建平;刘毅
2.测量机器人的ATR测量原理及重复性实验分析 [J], 景琦;程增杰;刘承字;成立辉
3.TS50测量机器人ATR精度分析与测试 [J], 郭毅轩;卢燕
4.基于不同观测环境下徕卡TCA2003测量机器人ATR性能分析 [J], 王耀国;郭腾龙
5.基于不同观测环境下徕卡TCA2003测量机器人ATR性能分析 [J], 王耀国; 郭腾龙
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红外光谱反射模式和atr模式的区别

红外光谱反射模式和atr模式的区别

红外光谱反射模式和atr模式的区别
红外光谱反射模式和ATR(全反射衰减)模式是红外光谱中
两种常见的实验方法。

它们在样品准备和测量原理上有一些区别。

1. 样品准备:
- 反射模式:在反射模式下,样品通常是固态或液态,并直
接放置在反射表面上,如金属或晶体窗口。

- ATR模式:在ATR模式下,样品通常是固态或液态,并直接接触ATR晶体(通常是钠化钾晶体)的表面。

样品不需要
特殊的准备,因为ATR晶体可以直接接触样品。

2. 测量原理:
- 反射模式:在反射模式下,红外辐射从光源通过样品反射
回来,被探测器测量。

反射光谱可以提供关于样品表面的信息,如吸收强度和振动模式。

- ATR模式:在ATR模式下,红外辐射经由ATR晶体入射,在晶体与样品接触的区域发生全反射,并进一步与样品相互作用。

然后,红外辐射进入ATR晶体并被探测器测量。

ATR光
谱提供了有关样品表面和深层结构的信息,如吸收峰形状和宽度。

3. 优势和应用:
- 反射模式:反射模式可以用于对固态和液态样品进行非破
坏性的测量,适合于光谱库比对和表面分析。

- ATR模式:ATR模式适用于液态和固态样品的快速测量,
尤其对不透明、粘稠或小体积的样品有优势。

ATR光谱可以
在无需样品准备和预处理的情况下,提供更高的灵敏度和分辨率。

总的来说,红外光谱反射模式和ATR模式在样品准备和测量原理上有所不同,适用于不同类型的样品和分析需求。

选择适当的模式取决于样品类型、表面特性和分析目的。

全面剖析TCA2003全站仪ATR功能原理及其应用

全面剖析TCA2003全站仪ATR功能原理及其应用

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ATR原理与测试方法

ATR原理与测试方法
3 1 4

(3600~3300强宽羟基;δOH1500~1300;醇C-O1200~1000\ c=c1680~1600
酚 C-O1300~1200 )、胺、醚(1300~1100强醚键);找烯烃
、芳烃c=c1600~1400 、炔烃c≡c2260~2100 、氰基 c≡N2260~2240 、硝基~15360和~1350;饱和烃等。
4、显微技术:红外显微镜与红外光谱仪结合,能对直
径20~500微米的样品进行分析,得到高灵敏度的透射 和反射光谱。
5、原位技术:
思考题
1.红外吸收光谱分析与紫外光谱、原子吸收光谱等有何区别和共同点? 在工作中它可以帮助我们做些什么? 2.影响分子振动频率的因素是有哪些? 3.分子振动产生红外吸收的基本条件是什么? 4.Machelson干涉仪的结构和工作原理 5.常用的红外检测器有哪些?各有何特点? 6.红外定性分析对样品有何要求? 7.样品中的水份对测试有何影响? 8.KBr压片法制样有哪些注意事项?对测试有何影响? 9.谱图中出现“平头峰”或“馒头峰”的原因是什么? 10.分析谱图时,能否仅凭某处的特征峰就确定某基团的存在?举例 说明。 11.羟基吸收峰在苯甲酸和在乙醇中有何不同?原因是什么? 12.乙酸酐中羰基峰有何特点?为什么?
子分子;不是所有的吸收峰都可解释尤其是一些指纹峰;对某些 复杂物质的结构分析,还须与核磁、质谱、拉曼等方法配合;定 量分析的灵敏度和准确度较低等。
实验方法的选择
常规的红外吸收实验方法有透射和反射 · 透射:通常用于各种相态样品的总成分分析 · 衰减全反射 (ATR) ATR附件主要用于固体、凝胶、橡胶等材料表面的研 究。测量表面厚度需在1μm以上,也可用于溶液分析 (蛋白水溶液) · 漫反射 漫反射附件主要用于测量颗粒表面,或不平整的表面 适用于表面厚度约在10μm左右的材料。 · 镜面反射 镜面反射附件主要借助反射吸收分析光亮的样品表面 或坚硬平整表面的涂层,适用于表面厚度 >10μm
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测量机器人的ATR测量原理及重复性实验分析
作者:景琦程增杰刘承宇成立辉
来源:《科技创新导报》2012年第35期
摘要:该文简述了Leica公司的新型测量机器人TS30自动目标识别(ATR)功能的原理,设计了一个一般观测条件下的实验,研究ATR测角重复性的情况,并运用数理统计原理加以分析,从而探讨了ATR照准精度可靠性。

关键词:测量机器人 TS30 ATR 测量重复性。

中图分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(b)-000-03
TS30是Leica公司2009年推出的第四代超高精度智能全站仪,是目前世界上最先进的测量机器人。

如图1所示,作为TCA2003的替代产品,TS30的能耗低,转动噪声较TCA2003减少很多,其标称测角标准差0.5″,自动目标识别模式(ATR模式)的测角标准差1″,ATR 照准精度
200 m内优于1 mm,1000 m优于2 mm,工作范围1.5~1000 m。

测量机器人(Survey robot)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。

其中,自动目标识别(ATR)功能是测量机器人测量准确性的核心和决定性因素,但ATR测量的重复性如何,ATR测量值是否可靠等类似的问题仍困扰着我们。

该文通过设计一系列实验,运用数理统计原理计算了ATR测量重复性即内符合性,从而评估ATR测量的可靠性。

1 ATR的测量原理
测量机器人采用了自动目标识别技术ATR(automatic target recognition),实现了普通棱镜长距离自动识别与精确照准,其工作原理如图2所示。

ATR部件安装在全站仪的望远镜上,在使用ATR测量时,CCD光源先自主发射一束红外激光,按类似自准直的原理通过光学部件同轴地投影在望远镜视准轴上,由棱镜反射回来。

望远镜里专用分光镜将反射回来的ATR 光束与可见光、测距光束分离出来,引导ATR光束至CCD阵列上,形成光点,由内置CCD相机接收,其位置以CCD相机的中心作为参考点来精确地确定。

CCD阵列将接收到的光信号,转换成相应的影像,通过图像处理算法,计算出图像的中心,即棱镜的中心。

测量机器人TS30运用ATR功能精密测量的过程就是“粗瞄—搜索—锁定—照准—测量”的过程。

即先手动对目标棱镜粗略瞄准,然后开启测量功能,ATR自动搜索自定义窗口内(这个自定义窗口大小可以通过仪器设置选项的ATR窗口设置来自定义,在TS30中,窗口大小默认为水平方向搜索4 °,垂直方向搜索4 °。

自定义的窗口范围越大,则搜索时间越长。

)的目标棱镜,如果它探测不到棱镜,它将从头开始搜索过程,即望远镜进行螺旋式的连续运动。

一旦探测到棱镜,望远镜马上停止运动,马达驱使望远镜去接近棱镜的中心,计算出十字丝中心与返回图像中心的偏移值,给出改正后的水平和垂直角度读数,得出测量值。

由于望远镜筒的位置随机,ATR完成每次测量都需要重新搜索棱镜,所走过的路径都不甚相同,得出的测量值有所不同就不足为奇,但测量结果到底有多大偏差,最值什么时候出现,是个需要深入研究的问题。

该文将就这个问题进行探讨。

2 一般观测条件下ATR的内符合实验设计
内符合性,即测量重复性,是指在相同条件下,对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。

本次实验主要分析平距、水平角、垂直角三个被测量测量值的平均值、标准偏差、极值(最大值、最小值)以及测量值之间的最大互差。

由于ATR的照准精度与外部测量环境有很大关系,故实验分为室内和野外两部分分别进行。

2.1 室内短基线测量
ATR观测精度受温度、气压和大气湍流等外界因素影响较为明显,为避免其影响,首先先在室内无气流变化、恒温恒压的短基线(约24 m)上测量。

2.1.1 具体操作:在23 m 距离处安置单棱镜,粗略瞄准之后,开启ATR自动搜索。

TS30 全站仪自动搜索并精确瞄准,记录下水平角、垂直角读数和平距值。

由于TS30的ATR精确搜索范围是1°25′,为检测ATR性能并探测最值,保持棱镜不动,微调望远镜筒向上偏离棱镜中心1°25′左右,再进行测量,记下测量值,再微调望远镜筒向下、左、右偏离棱镜中心各1°25′左右,分别记下各情况下的测量值。

每台仪器做盘左盘右10个测回,算出各测量值的均值和标准偏差,换仪器进行上述实验。

2.1.2 计算方法:均值:,其中,取n=10;
标准偏差:,其中,取n=10。

为计算方便,第一次观测值均置零,使水平角均在零附近测量,测得的数据经计算得表1(为叙述方便,表中忽略度和分的部分,只考虑秒的部分,这不会影响分析的结果,垂直角部分未列出,计算和分析方法同理):
可以看出,十次测回中,盘左观测的水平角标准偏差最大为0.57″,不同偏离方向间的最大互差为0.8″;盘右观测的水平角标准偏差最大为0.55″,不同偏离方向间的最大互差为
3.5″;盘左盘右观测的平距标准偏差最大均为0.1 mm,不同偏离方向间的最大互差均为0.1 mm。

通过对水平角和平距不同测回的测量结果的分析,可看出各仪器在室内短基线(约24 m)范围内,ATR测距值的内符合精度非常高,且盘左盘右无差别;测水平角的内符合精度较高,盘左盘右略有差距,但总体上来说ATR测量重复性很好,ATR照准可靠性很高。

同样分析垂直角可知(垂直角表在此省略),各仪器在室内短基线(约24 m)范围内,ATR测垂直角的内符合精度也非常高,ATR测量重复性很好,ATR照准可靠性
很高。

2.2 野外长基线测量
选择地形开阔、通视良好的海河比长基线场作为野外实验场地,选定5、6、8、10号(距离分别为:71.9980 m、
168.0034 m、479.9944 m、1085.9979 m)强制对中观测墩作为镜站观测点,消除了仪器及棱镜对中误差的影响。

重复室内实验过程,计算仪器在各段距离上的平距、水平角值和垂直角值的平均值、标准偏差、极值(最大值、最小值)以及最大互差。

表2列出了在不同测量距离上各台仪器盘左测量的水平角重复性比较数据(盘右同理)。

表中每台仪器的数据是在表1的基础上做了十个测回的平均值。

通过比较可知,水平角的偏差在71.9880 m和168.0034 m距离上的比较稳定,标准偏差都控制在1以下,而在479.9944 m距离上和1085.9979 m距离上标准偏差值有增大趋势,说明测量结果离散性渐大,也就是说ATR 测量的重复性变差。

结合垂直角数据分析,可知垂直角与水平角的测量重复性的变化趋势一致。

对于距离测量,ATR在这四个距离上测量的标准偏差都很小,均小于0.2 mm,测量重复性非常好。

3 结语
(1)ATR测量重复性受温度、气压、大气湍流等因素的影响,室内测量数据稳定性更好。

(2)盘左和盘右对ATR测量重复性影响不大,基本可以忽略。

(3)观测距离越长,ATR测量重复性越低,其中对于TS30来说,200 m之内,ATR测量重复性很高,超出200 m,测量值逐渐离散,超过1000 m,测量值重复性大幅降低。

这也正好跟前面提到的TS30“ATR照准精度200 m内优于1 mm,1000 m优于2 mm,工作范围1.5 m~1000 m”相符合。

说明ATR测量重复性与ATR测量精度也有一定的关系。

而1085.9979 m 超出了ATR的标称工作范围,重复性的变化不予
考虑。

(4)ATR测距的重复性远远大于测角重复性,在1000 m内,没有明显波动,几乎不受观测距离的影响。

(5)总体来说对于测量机器人TS30来说,ATR测量既缩短了工作时间,又降低了劳动强度,并且测量的重复性很高。

由于实际测量中很少会超过200 m测程,故TS30的ATR测量可靠性很高,“全世界最先进的测量机器人”称号当之
无愧。

参考文献
[1] 徕卡测量系统有限公司.Leica TS30/TM30 用户手册.
[2] 朱顺平,薛英.ATR的工作原理、校准及检测[J].北京测绘,2005(3).
[3] 黄腾,陈光保,张书丰.自动识别系统ATR的测角精度研究[J].水电自动化与大坝监测,2004(28).
[4] 文道平.全面剖析TCA2003全站仪ATR功能原理及其应用[J].云南水电技术,2009(4).
[5] 梁永兴.顶管自动测量导向系统的精度分析[J].江西建材,2011(2).。

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