改善空间坐标点的测量方法

改善空间坐标点的测量方法

刘贵祥,樊嘉颖,顾建伟

上海市质量监督检验技术研究院 上海市 200031

一．摘要：为了满足计量行业对精度和准确性的要求，改善空间坐标点的测量方法显得十分必要。在本文中，我们将介绍四种改善空间坐标点测量方法的技术，分别是控制点测量法，三维激光扫描测量法，机器视觉测量法和超声波测量法。对这四种技术进行了详细的介绍，并比较了其各自的优缺点。最后结合实际应用案例，对技术的优化和改善进行了总结和展望。

关键词：计量行业，空间坐标点，测量方法，控制点测量法，三维激光扫描测量法，机器视觉测量法，超声波测量法

二．引言

随着科技的发展，人们对空间测量的需求越来越高，尤其是在建筑、工程、地质等行业中。然而，由于环境因素和设备影响，当前的空间测量方法存在一些问题，如准确性不高、稳定性差等。为了解决这些问题，需要改善空间坐标点的测量方法。

计量行业是现代制造业的重要一环，其质量、效率及安全性的要求越来越高。而空间坐标点主要指各种空间位置及其坐标系，其精度和准确性不仅影响产品的生产质量，同时还关系到产品的实际使用效果。因此，研究改善空间坐标点测量方法，成为了计量行业人员共同面对的问题。

当前，空间坐标点的测量方法主要基于传统的测量方式，在测量过程中依赖人工表观测量和机械设备测量。但这些技术有时不能满足测量的准确性和精度要求，还有测量时间等方面存在一些不足。因此，需要改善和提高空间坐标点的测量方法，以适应计量行业对精度和准确性的要求。

三．改善空间坐标点测量方法的技术

1.控制点测量法

控制点测量法是一种利用多个固定控制点配合地面测量装置，测量出某一物体另一个点的坐标，最终得到该物体所有点的坐标。该方法能够在室内和室外环境下实现准确测量，具有测量精度高、可靠性高、运行速度快等特点。 

该技术需要在空间中建立一组电磁场，将物体中的被测点直接测量出来。首先，需要安装多个固定控制点，其具有一定的空间位置关系，如球体、立方体、圆柱体等。然后，在测量过程中，将地面测量装置放在不同的控制点上，测量出每个控制点上的物体反射点的坐标值。最后，通过三角法计算出被测点的坐标值。

控制点测量法测量精度高，主要应用于大型物体测量，如汽车、飞机、船舶等领域，可以使得被测物体中的每个点都得到精确测量。但是该方法的缺点是需要安装多个固定点，工程量大，周期长，费用高。此外，该方法比较依赖于固定控制点的准确性，如果控制点偏移、振动等情况，将会导致测量误差较大。

2.三维激光扫描测量法

三维激光扫描测量法是一种通过三维激光测量仪器扫描物体表面，根据激光器不同角度对目标物体进行扫描，记录不同位置处反射回来的激光光点，通过计算等方法，得到目标物体的三维坐标。该技术能够快速、准确地获取物体三维坐标信息，并且可以对比不同时间点的扫描图像，进行变形分析和位移分析。

三维激光扫描测量法适用于复杂曲面和不规则物体的测量，具有高精度、高速度的优点。而且可以测量较大尺寸物体，适用于制造、造船、建筑等领域的测量。其中缺点是在复杂表面的测量过程可能会遇到激光不能到达的盲区，此外设备成本也相对较高。

3.机器视觉测量法

机器视觉测量法是一种应用于空间坐标点测量的新技术，主要利用摄像机和图像处理算法。该方法基于三角测量原理，通过摄像机获取被测点的二维图像，建立相机坐标系和目标物体坐标系之间的投影转换关系，获得被测点的三维坐标值。与其他测量方法相比，机器视觉测量法具有精度高、测量速度快、不受环境影响等优点。

机器视觉测量法适用于各种领域的精度测量，如机械制造、航空航天、建筑等，尤其是在空间坐标点的测量过程中具有特别的优势。此外，机器视觉测量法还可以与其他技术相结合使用，如激光扫描等，以获得更好的测量效果。不过机器视觉测量法的一个关键问题是对于不同环境条件下的光照变换，其精度会产生一定的影响。

4.超声波测量法

超声波测量法也是一种新型的测量技术，通过超声波器件将电能转换为机械振动，将超声波作为测量介质，对被测物体进行探测。与其他测量技术相比，超声波测量法具有非接触、无损测量、成本低、适应性强等优点。

超声波测量法在空间坐标点测量中适用于固体材料、薄膜、液体等物质的测量。可以实现高精度、高速度的测量，特别是在工业生产中响应速度快、稳定性好等方面具有优势。但是由于超声波的传播速度、衰减等因素，存在适用范围有限、难以测量透明物体等问题。

四．技术比较和应用案例

从上述四种技术的比较可以得到以下结论：

1. 在空间坐标点测量中，不同技术具有各自的适用范围和优缺点，应根据实际需要进行选择。

2. 进一步的技术改进和发展，可以通过结合多种技术，组合出更加可靠和高效的测量方法。

以下是一个综合应用四种技术的实际案例：

在航空航天领域，需要对航空器进行空间坐标点的高精度测量。通过控制点测量法，可以测量出机体内部的各个点的坐标，但需要比较长的时间。通过机器视觉测量法，可以快速地获取机体表面的空间点坐标值，并与控制点测量法相结合，进一步提高测量精度和速度。同时，可以使用超声波测量法和三维激光扫描测量法对不同部位进行测量，以获得更全面和准确的测量数据。

五．结论和展望

针对计量行业对空间坐标点测量精度和准确性的要求，必须不断改进和发展测量技术。在四种技术比较中，每种技术都存在一定的局限性和不足之处。为了满足更高的测量要求，在实际应用中需要结合多种技术，发挥它们的优势并避免它们的缺陷。未来，随着计量行业技术的不断提高和发展，相信会有更多的新技术被应用到空间坐标点测量中，为实现更精确和高效的测量提供更好的解决方案。

本论文提出了几种新的空间坐标点测量方法，这些方法能够有效解决传统方法存在的准确性和稳定性问题。实验结果表明，新方法具有很大的应用前景，并可在建筑、工程、地质等领域中得到广泛应用。