关键词：激光跟踪仪；精密测量控制网；原理；应用
1引言
激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的测量仪器，较多应用于工业测量领域，而在大尺寸水轮发电机组精密安装测量领域应用很少，激光跟踪仪的技术参数可以满足大尺寸水轮发电机组安装测量的技术要求[1]，关键点是建立测量控制网，而激光跟踪仪精密测量控制网测设及其平差处理方面与传统测量控制网有较大差异，其网点布设、外业测量及数据处理等各方面都具有特殊性。本文重点对激光跟踪仪精密测量控制网的技术问题进行了探讨。
2精密测量控制网原理
2.1 控制网网形
激光跟踪仪没有装备对中装置，与普通全站仪不同，激光跟踪仪只能采用自由设站的方式工作，其观测值组成以仪器中心为原点的放射状图形。多个测站的放射状图形依靠公共点依次联结而组成整个控制网。依据每个测站是否观测所有控制点，激光跟踪仪控制网可以形成两种基本网型：全面网和扩展网。
2.2 待测点在测站坐标系中的坐标
以激光跟踪仪的仪器中心为原点，以其旋转竖轴为z轴建立左手空间测站坐标系，测站坐标系的x轴正向指向横向度盘0°方向。设在第i个测站的测站坐标系中，待测点的坐标为，其观测值为横向度盘读数，竖向度盘读数和斜距,则有下列关系式【3】：
.png)
2.3 坐标正形变换
为了将各控制点的测站坐标系统一到施工坐标系中，需要进行坐标正形变换。坐标正形变换共有七个转换参数，包括三个平移参数、三个旋转参数和一个尺度比例因子，其转换方程如下：
.png)
在激光跟踪仪控制网中，坐标变换的尺度比例因子S=1。三个平移参数为测站坐标系的原点坐标，三个旋转参数为测站坐标系依次绕其坐标轴的旋转角,设绕其轴的旋转角依次为，则,旋转矩阵:
.png)
2.4 控制网的基准数据及多余观测数
在尺度比例因子S=1的前提下，方程(2.3-1)有六个未知参数，如果有至少两个已知控制点，则方程有唯一解。设控制网含有m个控制点，共设置n个测站观测，且每个测站都观测所有控制点，则观测数为3mn个，必要观测数为3m+6(n-1)个，独立基准数据为6个，多余观测数 s.png)
。显然，两个相邻测站之间的相对定向只需要两个公共点就可以解算，多于两个公共点可形成平差条件。
对于2+1维控制网，在同样的前提下，观测数为3mn个，必要观测数为3m+4(n-1)个，独立基准数据为4个，多余观测数.png)
。两个相邻测站之间的相对定向只需要两个公共点即可形成平差条件。
2.5 三维控制网平差中的限制条件
如前所述，三维控制网平差需要至少两组三维坐标基准，在实际工作中，平面基准数据的精度可不作太高要求，当然，控制网参考高程的精度也不必太高，但确定施工坐标系Z轴方向基准的精度必须保证。一种确定施工坐标系Z轴方向的精确、可靠、而且简便的方法是悬挂重锤线。为了与激光跟踪仪配合，可以悬挂长度为1.5米或2米的标准长度杆，标准杆两端都安装有靶球座。
2.6 控制网平差
将方程（2.2-1）代入（2.3-1）并线性化，组成函数模型，采用最小二乘法即可完成控制网的平差处理。平差处理过程中，需要根据统计检验原理剔除精度较差的观测值，再迭代计算，得到控制点的最或是值及其精度、观测值的验后方差。
3精密测量控制网应用
在锦屏二级电站地下厂房的定子安装间场地，布设了一个含有12个控制点的环形控制网。为了保证有足够的数据用于随后的计算分析，现场布设了21个测站，编号为A、B、……U，其中，12个测站（编号为A~L）布置在控制网外侧，8个测站（编号为J~T）布置在控制点内测，另外一个测站（编号为U）布置在控制网的中心位置。利用21个测站的观测数据，按照不同的测站位置、不同的站数组合进行了计算分析。根据计算结果，在10米的距离之内，单站点位精度优于0.09mm。距离较差增加，则误差离散程度增大。增加测站数可提高精度，但测站数超过4个之后，精度增速变缓，因此，最优测站数为4个。在4个测站的情况下，测量误差的水平坐标分量不大于0.015mm。在布设最多测站的情况下，点位精度在0.01mm左右。
4结束语
通过对激光跟踪仪精密测量控制网的研究，建立了平差模型，在现场布测了测量控制点，引入较多的多余观测条件，得到了满意的测量精度，应用效果良好。
参考文献
[1] 水轮发电机组安装技术规范(GB/T8564-2003)
[2] LeicaAT402用户手册(1.0版)，LeicaGeosystemsAG，2014
[3] 激光跟踪仪测量精度的研究，欧阳健飞、刘万里、闫勇刚、梁智勇，《红外与激光工程》，2008年4月增刊
论文作者:李哲
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第24期
论文发表时间:2020/4/26
标签：测量论文; 激光论文; 坐标系论文; 精密论文; 精度论文; 坐标论文; 基准论文; 《建筑实践》2019年第24期论文;