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序論:好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程,我們為您推薦十篇測量論文范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。
1.1選定基準站
基準站是GPS-RTK測量技術的核心,支撐測量技術的順利進行。準確選定基準站的位置,有利于GPS-RTK發揮測量優勢,因此,針對基準站的選擇,提出三點要求:(1)確保基準站的高度,基準站發射信號時,需借助天線電臺,為避免傳輸受阻,盡量保障足夠高的選址;(2)避開反射作業區,部分水域、建筑對傳輸系統造成影響,導致GPS-RTK的測量信息無法順利傳輸,丟失諸多信息數據,基準站在安置時,必須在無反射物的環境中;(3)基準站安置在無線電通信穩定地區,如果選定地區存在信號干擾,需根據地籍測量的需求,重新選定基準站的位置,用于控制基準站的測量環境,避免產生電波干擾。
1.2基于GPS-RTK的測繪作業
GPS-RTK測量技術在地籍中的測繪作業,也稱為外業測量,分配測繪人員。一般測繪由兩名測繪人員構成,一人留守在基準站處,另一人實行定點測繪,即:記錄每一個測繪點的數據,便于繪制測量圖。規劃GPS-RTK在測繪作業中的具體應用流程如下。第一,確定GPS-RTK所使用的坐標系,可以根據地籍測繪的需求設定,也可直接采用國家標準級坐標系,再規劃投影參數,如:GPS-RTK確定地籍測量的已知點,規定中央子午線,如果子午線為已知,直接選定,如為未知,則需選擇合適的子午線,以地籍測繪的當地環境為主。第二,關閉GPS-RTK測量裝置的參數,設置基準站。基準站同樣分為已知、未知兩種,兩種布設方式主要取決于基準站的設置點:(1)已知點處基準站進入測量狀態時,需要經過人工操作,通過Tab功能存儲基準點并命名,所有待測點的目標值輸入完成后,提取存取的基準點,規劃GPS-RTK的測量時間,完成基準站的布設;(2)未知點與已知點存在明顯差異,其在定位基準站坐標時,需以高程為主,盡量拉近高程值,由此才可確定基準站的布設效果。第三,實質操作,促使GPS-RTK測量技術進入工作狀態,測量人員根據操作項目,執行地籍測量。基準點中包含GPS-RTK的測量結果,根據對應按鍵,測量人員準確獲取測量結果,必要時可實行轉換參數,如果測量點的數據存在較大誤差,GPS-RTK還需執行重測,控制誤差在標準范圍內。
1.3內業處理
測繪作業中得出的測量參數組成GPS-RTK的數據庫,無法直接應用在地籍繪圖上,所以還需轉化數據格式,轉化的數據格式需要與所用的繪制軟件保持一致,促使測量人員迅速完成地籍繪制[3]。比較常用的繪制軟件為CASS5.0,GPS-RTK數據轉化時,可以該軟件為主,保障地籍測量的真實性。由此,提高測量數據的應用能力,確保各項數據的可用程度,不會出現無用數據,發揮GPS-RTK數據存儲的優勢。
2GPS-RTK在地籍測量中的質量控制
GPS-RTK在地籍測量中的應用,有效提高測量數據的質量和精準度,成為地籍測量中不可缺少的技術。GPS-RTK在應用的過程中,必須依靠科學的質量控制措施,才能完善地籍測量。
2.1構建控制網約束測量數據
控制網是GPS-RTK在地籍測量中的基礎,由傳統GPS測量技術獲取相關數據,用于檢測地籍測量中的各項數據。控制網在檢測數據的同時,控制GPS-RTK測量技術的準確度,重點檢測轉換、輸入中的測量數據,以免干預數據的準確度。控制網可以控制GPS-RTK測量技術在任何情況下的測量質量,基本不會出現測量誤差,完善GPS-RTK在地籍測量中的各個數據鏈。
2.2排除干擾控制測量誤差
雖然控制基準站的位置,但是難免會出現不同情況的誤差干擾,通過質量控制的方式,主動解決地籍測量中的誤差,排除干擾。GPS-RTK在地籍測量中的實際應用,基本會產生誤差,證實質量控制的重要性,測量人員在排除誤差時,以手簿為主,通過核實、觀測的方式,判斷測量數據的真實價值,還可在測量點上實行重復測量,分析多次測量的結構,得出最準確的測量數據[4]。GPS-RTK在地籍測量中的質量控制,有利于穩定測繪結果,體現數據準確的價值,規避地籍測量中的誤差。防止由于測量誤差引發地籍糾紛,保障地籍測量的質量。
2測量方法的選擇
船板的形狀尺寸測量是一個典型的外表面三維曲面測量。由于船板是一個連續而光滑的曲面,因此,可以將整個曲面離散成m×n個點,通過測量得到這些點的坐標值后,即可通過軟件擬合出整個曲面。由于傳統的接觸式測量,存在探頭易磨損,需要人工干預,價格昂貴,對使用環境有一定要求,測量速度慢,效率低等問題,因此,雖然其有較高的測量精度,但確并不適合應用在船板多點成形在線測量中。對比三種常用的激光測量方法,測量精度均能滿足船板的測量要求。本著實用而不浪費的原則,由于干涉法測量所需的測量設備成本較另外兩種方法高出很多,并且使用時需反射鏡,現場在線使用不方便,速度慢效率低,因此,采用飛行時間法或三角法的激光測量傳感器比較適合船板三維測量,其設備價格較低,對測量表面的要求不高,并且可直接測量,使用靈活方便。
3掃描裝置
掃描裝置是激光測量頭的安裝平臺,其作用是帶動激光測量頭沿X軸和Y軸運動,完成對整個測量表面的掃描,并在測量的同時給出測量點的X方向和Y方向的坐標值。為了提高測量效率,最終確定掃描裝置采用多點方式,這樣可以大大提高船板多點成形的生產效率。由于多點測量方式使用的激光測量頭數量較多,因此,在滿足測量精度要求的前提下,選擇了價格相對較低的飛行時間法激光測量頭。掃描系統由電動滑臺、聯軸器、接軸、減速機、伺服電機、測量架、測頭等部分組成(見圖1)。電動滑臺和減速機通過架子固定在上模座上,伺服電機與減速機相連,并通過接軸與電動滑臺連接,測量架固定在電動滑臺上。測量時,在伺服電機驅動下,電動滑臺帶動測量架沿X方向移動,每走一個步長測頭測量當前X坐標下各點的Z坐標值,直到測量完整個板材表面點陣(見圖2)。
從煤礦生產的本身特點來說,這是在井下進行的生產,在這個特殊的環境會有許多因素容易造成危險,直接影響到工作人員的生命安全。比如,有些礦區正處在地質災害的出現頻繁的地區,相對的地質條件是十分復雜的,人們還不是很了解這里的工作環境,存在著許多未知的事情。這樣,在對煤炭進行回采等具體操作時都可能產生事故問題,這是整個開礦項目需要盡量避免的。因此,在開采之前就要進行精確地測量,了解清楚礦山以及附近的地質面貌,排除那些不安全的條件,做好預防措施,最終實現煤礦安全工作。又因為在實際的采礦工作中還會對附近的地質地貌造成影響和破壞,稍微的地質改變就會造成連帶的地質變動,更是可能引發地質災害,這就需要測量人員全面分析現場,進行地質分析,調整好施工方案。
1.2能盡可能保護到煤柱
采礦工作就是對巖體下的煤礦進行挖掘,是開掘出一個一個礦井進行開采的,這樣的直接作用會對地下的巖體的地質造成破壞,如果開采的過多,會形成一種空洞,這樣就改變了原本的地層厚度,相應的地底承受力也發生了改變,這樣的情況下,井體內部有的巖體會出現部分塌陷的情況。特別是在開采的進程中,不同層面的煤礦厚度會擔負著不同的地表壓力,如果移走煤礦的時候沒有做好防范措施,可能會破壞相臨近的煤柱。因此,測量人員要不斷研究巖層的變化情況,察覺受力變化,進行精確的計算,制定出基本的變化規律,合理進行采礦安排。正如對于臨近的煤柱要精確到大小的設計和距離的遠近安排,這樣采礦的過程中,不會影響整體的煤層地質,在可操作的范圍內進行,最終提高煤炭的整體產量。
1.3在指定開采巷道的作用
井下的煤礦的具置是需要測量數據來顯示出來的,如果沒有做好準備,數據的記錄不夠準確,那么工人因為找不到具體的巷道方向,會增加很多盲目的工作。在因此,測量工作能有效幫助縮短工期,減少不需要的工作,這樣在選擇的時候采取最優方案,做好通風措施等等,有效確保生產的安全。特別是工作時的通風安排,必須保證有害氣體的控制,要及時排除,以免發生中毒或者是窒息之類的事故問題,這是進行安全生產的基本要求。經過精確測量后定下的巷道通道可以排除一些不必要的安全隱患,避免因為挖掘半途需要改變通道,有效地節省了人力和物力,縮短了施工的時間,更好完成預期的計劃。同時,他可以幫助確定巷道開口的具置,計算出實際可以進行的貫通道路,盡可能消除事故發生的可能性,實現安全可靠的生產。
1.4有效地預防自然力的影響
煤礦的生產是處在一定的自然環境中的,這樣一部分的自然災害可能會影響開采的進程,就比如在礦井的開采中可能會碰到含水的地層,如果正好經過這一地區,就會對施工的進程產生影響。最常見的就是滴水的形態出現,這會增加礦井內的濕度,影響光照的亮度等等,給施工造成更多的麻煩;又或者是地下水突然性地涌進了施工地,就可能會淹沒井區,這就會威脅工人生命安全了,影響更惡劣。因此,礦井周圍的自然力也要考慮到,特別是防治水問題,是比較常見的麻煩,必須進行重點預防。這在實際的操作中,是可以通過水文觀測來進行測量預測的,也就是全面收集調查附近的地質情況,分析具體的地下含水層的分布地帶,及時做好隔離準備。還有那些附近的地面湖泊、河流等等,要具體弄清楚他們占據的地理位置,計算清楚會不會和礦區開采產生連接關系,做好預防處理。除了水流動問題產生的影響,生態環境的平衡如果被打破,也可能會引發地質災害的發生。特別是“三下”壓煤容易造成煤炭儲量的損失,減少經濟效益;如果應為地質災害的發生,當地居民的居住生活也會很不方便。
2未來的發展趨勢
2.1測量儀器的開發
在未來,我國的礦山測量要盡力優化儀器設備方面,不斷增加各方面的功能,特別是為了方便使用,盡力縮小機器的體積。在信息時代的要求下,要實現數字化操作,簡化操作的步驟,也就是進行自動化的管理方向,很多具體的測量都可以遠程控制,這樣一面降低了工作的難度,一面減少人工操作的誤差,實現精確的測量。通過科學技術的推動,未來的很多儀器都要走智能化的道路,也就是自行分析數據反映給測量隊,及時糾正施工過程中的錯誤。就比如,自帶操作系統等等,有很大的實用價值。不過,因為技術成本的問題,目前那些先進的測繪儀器在費用上是不便宜的,很多測量部門缺少足夠的資金后盾,也就沒辦法批量進購了。
2.2重視測量技術的開發
我們知道,測量本身的技術是非常高的,統計的成果需要有精確的數據,任何細微的偏差會直接影響到煤礦的安全系數,所以,在未來要不斷提高這方面的技術。這就要在不斷完善技術理論的基礎上,不斷進行技術研發,突破以前的技術弊端。但是,這也不是說就要完全拋棄舊的測量方法,應該站在前人的基礎上,總結吸收他們的經驗,尋找和新技術的融合點。這也是有效促進測量技術發展的推動力,更保證了技術的實用性,方便正真能夠操作,避免脫離實際的理想化改革。當然,每個地區的地質情況是不相同的,他們有著各自不同的施工要求,也就是測量的時候要和當地的地質面貌相結合,總結出最合理的實施方案。
1密集光波分復用(DWDM)系統
DWDM系統主要由光合波器、光分波器和摻鉺光纖放大器(EDFA)組成。其中EDFA的作用是由比信號波長低的高能量光泵源將能量輻射進一段摻鉺光纖中,當載有凈負荷的光波通過此段光纖一起傳播時,完成光能量的轉移,使在1530-1565m波長范圍內各個光波承載的凈負荷信號全都得到放大,彌補了光纖線路的能量損失。這樣,當用EDFA代替傳統的光通信鏈路中的中繼段設備時,就能以最少的費用直接通過增加波長數增大傳輸容量,使整個光通信系統的結構和設計都大大簡化,并便于施工維護。
EDFA在DWDM系統中實際應用時又分為功放或后置放大器(BA),預放或前置放大器(PA)和線路放大器(LA)3種,但有的公司為了簡化,盡量減少設備品種,統一為OA,以便于維護。
目前商用的DWDM系統的每個波長的數據速率是2.5Gbps,或10Gbps,波長數為4、8、16、32等;40、80甚至132個波長的DWDM系統也已有產品。常用的有兩類配置。一類是在光合波器前與在光分波器后設置波長轉換器(WavelengthTransponder)OTU。這一類配置是開放式的,采用這種可以使用現有的1310nm和1550nm波長區的任一廠家的光發送與光接收機模塊;波長轉換器將這些非標準的光波長信號變換到1550nm窗口中規定的標準光波長信號,以便在DWDM系統中傳輸。美國的Ciena公司、歐洲的pirelli公司采用這類配置,他們是生產光器件的公司,通常,所生產的光分波合波器有較好的光學性能參數。如Ciena公司采用的信道波長間隔為0.8nm,對應100GHz的帶寬,在1545.3-1557.4nm波長范圍內提供16個光波信道或光路。但他們沒有SDH傳輸設備,因此,在系統配置、網絡管理方面不能統一考慮。此類配置的優點是應用靈活、通用性強,缺點是增加波長轉換器、成本較高。另一類配置是不用波長轉換器,將波分復用、解復用部分和傳輸系統產品集成在一起,這一類配置是一體的或集成的,這樣簡化了系統結構、降低了成本,而且便于將SDH傳輸設備和DWDM設備在同一網管平臺上進行管理操作。這類配置的生產廠家如Lucent、Siemens、Nortel等,他們是SDH傳輸系統設備供應商,有條件這樣做。他們在做4×2.5G32bpsDWDM系統設計時就考慮與4×10Gbps速率的兼容,考慮增加至8個波長、16個波長、基至40個波長、80個波長,以及2.5Gbps和10Gbps的混合應用,確保系統在線不斷擴容,平滑過渡,不影響通信網的業務。當然,他們也提供開放式配置,或發送是開放式,接收為一體式的DWDM系統設備。
由于初期商用的EDFA帶寬平坦范圍在1540-1560nm,故早期使用的DWDM系統的復用光波長多在1550nm附近。后來實際EDFA的增益譜寬為35nm,約4.2THz,其中增益起伏小于1dB的譜寬在1539-1565nm之間,若以1.6nm(對應200GHz)的波長間隔,則最少可實現8波長,乃至16波長的同步放大;若以0.8nm(對應100GHz)的波長間隔,則最少可實現16個波長,乃至32個波長的DWDM系統,再加上EDFA約40dB的高增益,大于100mW的高輸出功率,以及4-5dB的低噪聲值等優越性能,故極大地促進了DWDM系統的快速發展。
正如電放大器那樣,光放大器在放大光信號的同時也要引入噪聲。它由光子的自發幅射(SpontaneousEmission)產生。此種噪聲和光信號在光放大器中一起放大,并逐級積累形成干擾信號,即熟知的放大自發輻射(AmplifiedSpontaneousEmission,簡寫為ASE)干擾信號。這種ASE干擾信號經多經光放積累的功率會大到1-2mW,其頻譜分布與波長增益譜對應。
這就是為什么經過若干個OLA放大后必須經過光電變換,分別取出各波長光路的電信號進行定時、整形與再生(3R),完成光數字信號處理的主要原因,它決定了電中繼段或復用段的最大距離或最大光中繼段數。當然,其他因素例如允許的總的色散值也決定此電中繼段的最大距離,這要由系統設計作光功率預算時,哪個因素要求最嚴格來確定。
2DWDM系統的測試要求
以SDH終端設備為基礎的多波長密集光波分復用系統和單波長SDH系統的測試要求差別很大。首先,單波長光通信系統的精確波長測試是不重要的,只需用普通的光功率計測量了光功率值就可判斷光系統是否正常了。設置光功率計到一個特定的波長值,例如是1310nm還是1550nm,僅用作不同波長區光系統光源發光功率測試的較準與修正,因為對寬光譜的功率計而言,光源波長差幾十nm時測出的光功率值的差別也不大。可是,對DWDM系統就完全不同了,系統有很多波長,很多光路,要分別測出系統中每個光路的波長值與光功率大小,才能共發判斷出是哪個波長,哪個光路系統出了問題。由于各個光路的波長間隔通常是1.6nm(200GHz)、0.8nm(GHz),甚至0.4nm(50GHz),故必須有波長選擇性的光功率計,即波長計或光譜分析儀才能測出系統的各個光路的波長值和光功率的大小,因此,用一般的光功率計測出系統的總光功率值是不解決問題。其次,為了平滑地增加波長、擴大DWDM系統容量,或為了靈活地調度、調整電路和網絡的容量,需要減少某個DWDM系統的波長數,即要求DWDM系統在增加或減少波長數時,總的輸出光功率基本穩定。這樣,當有某個光路、某個凈負荷載體,即光波長或光載頻失效時,又用普通光功率計測量總光功率值是無法發現問題的,因為一兩個光載頻功率大大降低或失效,對總的光功率值影響很小。此時,必須對各個光載頻的功率進行選擇性測量,不僅測出光功率電平值,而且還準確地測出具體的波長數值后,才能確切知道是哪個波長哪條光路出了問題。這不僅在判斷光路故障時非常必要,而且在系統安裝、調測和日常維護時也很重要。
此外,為了測量光放大器增益光譜特性,尤其是增益平坦度,需找出各波長或各光路的功率電平差值時,也必須測量出各光路的波長值和光功率值。
為便于查尋光線路放大器的故障,除測量各個光路的波長值和光功率外,還要測量出各個光路的信噪比(OSNR)。這里,在測量OSNR時要注意測量儀表的噪聲帶寬。例如用HP70952B光譜分析儀(噪聲帶寬1nm)測量的OSNR要比用Agilent86121AWDM光路分析儀(噪聲帶寬0.1nm)測量出的OSNR低約10dB;這是因為前者取出的噪聲功率是后者取出的噪聲功率的10倍,自然,前者測出的OSNR要低約10db(因光信號功率測量有差別)。
由于DWDM系統有n個波長,n個光路,等效于n個虛SDH光通信系統,故在系統的重要測量點必須有光分路器(分光器),以避免在做波長和功率測量時中斷系統,造成大量業務丟失。
為便于比較對照,將OSP-102/OMS-100組合測試儀和一個典型的實驗室用光譜分析儀OSA的技術規范列在一起。
3可調諧光濾波器
為使具有光譜分析儀功能的儀表適合現場測試,需要有輕便靈巧的可調諧光濾波器選擇光波長。它是一個可調法布里-泊羅(Fabry-Perot)濾波腔體,它的基本結構是由兩塊部分鍍銀的板構成反射平面,兩塊板相對分開的距離是可普的。其濾波原理是:對某個波長的光,當調節兩塊板之間的距離,使在兩塊板之間反射引起的部分射線在相位上完全重疊時,濾波器對該波長的光是直通的,而對其他波長的光會引入很大的衰減。
這種可調諧光濾波器與光分度計或旋轉干涉濾波器相比有很多優點。它沒有軸承、軸、馬達等,不存在由于連續持久的操作引起磨損、破裂等問題;結構非常堅實,對振動不敏感。它是不可逆的光器件,無論是衰減,還是通常波長均與輸入光波的射線極化無關;這一優點在有幾個波長激光器都調整到有相同輸出光功率時尤其重要。
4便攜式光譜分析儀
適用于DWSM系統現場安裝調測與日常維護的便攜式光譜分析儀,除去前已介紹的HP70952B,Agilent86121A外,現舉OSP-102插件和OMS-100主機配合專用于DWDM系統測試的便攜式光譜分析儀為例,說明采用可調諧光濾波器一方面使成本顯著降低,一方面使重量減輕。體積縮小,有利于便攜。為便于使用,還增加了下述分立的應用方式。
(1)光譜分析儀方式
用可調諧光濾波器沿著要選測的波長范圍調整移動,將以圖形方式顯示測量結果,可用游標定位估計波長、功率數值,以及各波長和功率差值的測試數據。還可用存儲器存儲兩個光譜的測試數據進行比較。
(2)光纖系統方式
用表列出直到16個光路或波信道的被測試的波長、功率和S/N。這種應用方式對光纖通信系統的日常維護測試特別有用。因為在DWDM系統的運行過程中,通常不希望光載頻信號的功率超過規定的容限。
(3)光功率計方式
可調諧光濾波器固定調整到所選的波長,以數字顯示該波長的光功率,就可以用來檢測該光路或信道光載頻功率隨時間的變化,即穩定程度。這一方式在檢測中斷故障時尤其有用。
(4)監視器輸出方式
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1.1加速度采集接口設計
加速度傳感器選用具有堅固耐用、受外界干擾小等特點的壓電式加速度傳感器,壓電式加速度傳感器采集對擊錘的加速度,將加速度信號轉換成相應的電荷信號,電荷信號經過電荷放大器的處理,最終輸出與之相對應電壓信號;最后,通過高速串行ADS8325實時高速采集電荷放大器輸出的電壓信號,獲得打擊過程中加速度變化的時域曲線,從而計算出最大打擊力和打擊能量,通過無線方式將數據傳輸給主機。STM32有兩個標準SPI,該接口被配置成主模式時可以為外部的其他從設備提供通信時鐘。STM32與ADS8325之間通過標準SPI接口連接,STM32使用SPI的單主模式,采集加速度信號只需要ADS8325到STM32串行數據傳輸,SCK為ADS8325提供通信時鐘,將ADS8325片選管腳CS拉低則為從模式。
1.2位移采集接口設計
選用歐姆龍編碼器進行位移數據的采集,將E6B2-CWZ6C編碼器與機械滑輪相連形成一個位移傳感器,機械滑輪的半徑為17.49mm,錘頭將移動2×3.14R的距離,即109.9mm,即錘頭移動109.9mm時編碼器剛好轉一圈,脈沖計數為2000個。為了增加安全性,減小電壓的干擾,減少電路設計,增量式編碼器和STM32接口采用光耦器件TPL521—4進行隔離。
1.3無線通信模塊接口設計
STM32與SI4432通過SPI接口相接,實現SI4432的基本工作狀態。SI4432通過nIRQ向STM32發送中斷。串行數據通過MOSI從STM32傳輸到SI4432;MISO正好相反;通過SCK向SI4432提供時鐘,同步兩者的串行數據傳輸。nSEL引腳電平為低時,SI4432片選為從模式,STM32才能有效操作SI4432。SI4432的工作模式位SDN為高時,SI4432處于關閉模式,為低時,則處于工作模式,因此,在芯片工作期間,工作模式位必須為低。
2系統軟件實現
系統軟件在KeiluVision4平臺上采用模塊化思想設計開發,將所需模塊的主要功能全部編譯成相對獨立的函數以供主程序需要時調用。模塊需要完成的功能是首先對STM32,SI4432及SPI進行初始化配置,其次,從機模塊采集加速度數據并傳輸,最后,主機模塊接收數據并處理。軟件采用同步傳輸的模式,同步字傳輸完之后才會開始傳輸數據。
2.1從機模塊軟件實現
從機模塊主要實現加速度數據的采集與發送。數據采集與發送過程如下:首先,完成初始化后開始采集數據,數據采集未完成,則等待至數據采集完成,然后清空SI4432的發送FIFO,寫入將要發送的加速度數據;其次,打開發送完成中斷并關閉其他中斷,該中斷使能正常后開始發送數據;再次,數據發送完成后nIRQ引腳轉為低電平狀態,讀取中斷引腳狀態后并將nIRQ引腳轉為高電平狀態,準備下次檢測。如果數據發送成功,則主機模塊上綠色指示燈會變亮;最后,關閉發送功能,準備下一次數據發送。
2.2主機模塊軟件實現
主機模塊軟件實現加速度數據接收與處理。首先,完成初始化并清空SI4432的接收FIFO;其次,打開接收完成中斷并關閉其他中斷,該中斷使能正常后開始接收數據;再次,數據接收完成后nIRQ引腳轉為低電平狀態,讀取中斷引腳狀態后并將nIRQ引腳轉為高電平狀態,準備下次檢測,然后,關閉接收功能,準備下次數據接收;最后,對接收到的數據進行相應的處理得到打擊能量和打擊力,并將數據通過RS485通信傳輸給工控機和LED大屏。
絕對誤差:X=X-X0。
其中:X為絕對誤差,X為被測量的給出值,X0為被測量的真值。
絕對誤差能夠表示測量結果與真值的偏離程度,但不能反映測量的準確程度,因此提出了相對誤差:
Y=(X/X0)*100%
2測量誤差的類型
根據誤差的性質,測量誤差可以分為系統誤差、隨機誤差和疏失誤差三類。
2.1系統誤差
系統誤差是指相同條件下多次測量同一量時,誤差的絕對值和符號保持恒定,或在條件改變時按某種確定規律而變化的誤差。
系統誤差是由固定不變的或按確定規律變化的因素造成的,如:(1)測量儀器方而的因素,如儀器結構設計原理的缺點;儀器零件制造偏差和安裝不正確等。(2)環境方而的因素,如測量時的實際環境條件對標準環境條件的偏差。(3)測量方法的因素,如采用近似的測量方法或近似的計算公式等引起的誤差。(4)測量人員方面的因素,如由于測量人員的個人特點,在刻度上估計讀數時,習慣偏于某一方向。
2.2隨機誤差
隨機誤差是指在同一測量條件下(指在測量環境、測量人員、測量技術和測量儀器都相同的條件下),多次重復測量同一量值時(等精度測量),每次測量誤差的絕對值和符號都以不可預知的方式變化的誤差。
隨機誤差的產生原因:對測量值影響微小但卻互不相關的大量因素共同造成。這些因素主要是噪聲干擾、電磁場微變、空氣擾動、人地微震、測量人員感官的無規律變化等。
2.3粗大誤差
粗大誤差是一種顯然與實際值不符的誤差,又稱疏失誤差。
產生粗大誤差的原因有:(1)測量操作疏忽和失誤。如測錯、讀錯、記錯等。(2)測量方法不當或錯誤。如用普通力用表電壓檔直接測高內阻電源的開路電壓。(3)測量環境條件的突然變化。如電源電壓突然增高或降低,引起測量儀器小值的劇烈變化等。
3誤差的處理
在這里將依據誤差的分類,分別討論對不同誤差的處理方法,來減小誤差。
3.1系統誤差的處理
要處理系統誤差,首先應該發現系統誤差。在多次重復測量同一量值時,系統誤差不具有低償性。根據不同的系統誤差發現的方法不同。
一是不變的系統誤差。可采用校準、修正、實驗比對法。
二是變值系統誤差。
①馬利科夫判據。馬利科夫判據是判別有無累進性系統誤差的常用方法。把n個等精度測量值所對應的殘差按測量先后順序排列,把殘差分成兩部分求和,再求其差值D。若D近似等于零,則上述測量數據中不含累進性系差,若D明顯地不等于零(與νi|值相當或更大),則說明上述測量數據中存在累進性系差。
②阿貝赫梅特判據。通常用阿貝赫梅特判據來檢驗周期性系差的存在。把測量數據按測量順序排列,將對應的殘差兩兩相乘,然后求其和的絕對值,再與實驗標準方差相比較,若下式成立,則可認為測量中存在周期性系統誤差。即
3.2系統誤差的削弱或消除方法
(1)從產生系統誤差根源上采取措施減小系統誤差。如測量中,從測量原理和測量方法盡力做到正確、嚴格;對測量儀器定期檢定和校準;減少周圍環境對測量的影響等等。
(2)用修正方法減少系統誤差。修正方法是預先通過檢定、校準或計算得出測量器具的系統誤差的估計值,作出誤差表或誤差曲線,然后取與誤差數值人小相同方向相反的值作為修正值,將實際測量結果加上相應的修正值,即可得到已修正的測量結果。
(3)采用一些專門的測量方法。如替代法、交換法、對稱測量法、減小周期性系統誤差的半周期法。
最后,需要說明,通過一系列的方法減弱和消除了系統誤差,但是總會殘留部分。這部分誤差在具體的測量條件下,通過現有的技術是無法消除,或者是技術過于復雜和經濟價格昂貴。因此,殘余的系統誤差在滿足測量要求的同時,可忽略不計,其準則是:如果系統誤差或殘余系統誤差代數和的絕對值不超過測量結果擴展不確定度的最后一位有效數字的一半,就認為系統誤差已可忽略不計。
3.3隨機誤差的處理
在測量中,隨機誤差是不可避免的。多次測量,測量值和隨機誤差服從概率統計規律。可用數理統計的方法,處理測量數據,從而減少隨機誤差對測量結果的影響。在很多情況下,測量中隨機誤差的分布及測量數據的分布大多接近于服從正態分布。
3.4粗大誤差的處理
粗大誤差對應的測量值應將剔除。對粗大誤差,除了設法從測量數據中發現和鑒別而加以剔除外,重要的是采取各種措施,防止產生粗大誤差。如要加強測量者的工作責任心和以嚴格的科學態度對待測量工作,保證測量條件的穩定等等。
參考文獻
[1]蔣煥義,孫續.電子測量[M].北京:中國計量出版.1988.
[2]劉輝.電子儀器與測量技術[M].安徽:中國科學技術大學出版社,1992.
1.1方位角測量
采用GPS測量方法獲取大地方位角[2]。在1#、2#和3#測量墩上分別架設GPS接收機,測量時段為2h,高度截止角為5°,采樣間隔為5s,如圖1所示。使用觀測站精密星歷解算得該1#墩的WGS84下笛卡爾坐標,平差得到各點在WGS-84坐標下的平面坐標。
1.2控制網布設
采用LeicaTDA5005全站儀對8個平面控制點進行邊角網測量[3,4],如圖2所示。1.3雙經緯儀測量系統建站與傳遞因攝影測量坐標系為局部坐標系,需利用雙經緯儀測量系統通過公共點將其轉換至大地坐標系下[5,6]。在天線角點及邊緣均勻選取8個位置,在背架上固定工裝,粘貼8個測量標志點,作為連接經緯儀系統與攝影測量系統坐標系的公共點,如圖3所示。利用雙經緯儀系統測得公共點在控制網坐標系下坐標[1,7],即可將天線面測量點攝影測量坐標轉換至控制網坐標系下。
2面型精度測量技術
采用VSTARS工業攝影測量系統、雙經緯儀系統測量天線面型精度。在每塊面板上粘貼9個測量標志點,如圖4所示,共計1350個。每行間隔1塊面板布設1個編碼標志,共計16×5=80個。攝影距離約為6m。利用雙經緯儀測量系統測量8個公共點在設計坐標系下的坐標;利用INCA3相機拍攝像片,單次測量拍攝約130張,導入V?STARS軟件處理得到測量點和公共點三維坐標[8];利用8個公共點將測量點坐標轉換至設計坐標系下;將測量點坐標與天線設計模型做比對得到天線面型精度。
3安裝指向測量精度
天線指向精度依據方位角測量精度、控制網布設精度及雙經緯儀測量系統建站與傳遞精度等多方面因素估算得出。
3.1方位角測量精度
采用GPS國家二等網的要求測量,單點解算精度±2mm以內,1-3測量墩距離為185.2m,1-2測量墩距離為166.8m,換算成角度1-2方向±2.5″(0.0007°),1-3方向±2.2″(0.0006°)。
3.2控制網
布設精度平面控制網測量,對8個平面控制點進行邊角網測量,具體測量方案如圖1所示。每設站觀測2個測回,具體限差指標如表1所示。平差后最大點位誤差為±0.442mm,最大點間誤差為±0.442mm,最大邊長比例誤差為:1/212100,控制網最短邊長為20.3m,按最大點位誤差及最短邊換算最大角度影響為±4.5″(0.001°)。
3.3雙經緯儀測量
系統建站精度采用對8個公共點前后2次測量的重復精度計算雙經緯儀系統的建站精度,該坐標差(RMS)為1??192mm,故單次測量精度為1.192/2=0.843mm。在9m范圍內引起的角度偏差值約為:0.843×29000×1803.14=0.011。
3.4雙經緯儀測量
系統與攝影測量系統傳遞精度對雙經緯儀測量系統與攝影測量系統測得的8個公共點坐標進行公共點轉換,轉換后誤差(RMS)為0.838mm。在9m范圍內引起的角度偏差值約為:0.843×29000×1803.14=0.011°。綜合上述角度誤差,天線指向精度約為:0.00072+0.0012+0.0112+0.0112≈0.016。
4面型測量技術
精度采用公共點轉換法將測量點坐標轉換至設計坐標系下,與天線設計模型作比對得到面板各點位偏差以指導調整[9]。經4次測量、3次調整后,天線面型精度(RMS)為0.304mm,達到設計要求。各次測量天線面型精度如表2所示,測量點偏差分布如圖5所示。
2煤礦地質測量在煤礦生產中的工作方法
2.1了解煤礦開采的地理狀況
地測部門要對于煤礦開采作業的設計、施工、財會等部門提供的地質、測量材料進行分析,根據煤礦開采作業的情況給煤礦作業帶來較為準確的指導,而且煤礦的開采要集中在地理測量中,才能保障其生產作業具有安全性。地理情況不是表面看到的現象,而是根據其內部的構造原理和結構特點來判斷是否具有安全性和可靠性,所以在煤礦的地質測量中首先掌握地理情況才是進行地質測量工作的首要方法,周圍的建筑特點、地表承受力度、水文情況、山勢結構等地理情況一定要進行及時的排查,全面的落實煤礦開采的地理情況。
2.2應用地質測量數據進行方案設計
由于地質性質的差異,開采方案的設計一定要根據地測部門提供的各項數據進行綜合分析,然后制定科學合理的開采方案,遵循地質變化規律,根據自然狀況的客觀條件,進行與之相適應的開采活動。這樣能夠避免生產過程中安全事故的發生,減少意外礦難給工作人員生命和煤礦企業經濟效益帶來的雙重損害。另外,每種開采方案都要有相應的礦難應急預案,應急預案應該由三部分組成,一是該地質開采過程中技術設備引發問題的應對方案,二是所提供的地質測量數據失誤引發問題的對應方案,三是任何安全事故發生后相關工作人員的逃脫方案。
2.3提高地質測量工作地位,增強工作安全意識
由于地質測量工作開展過程中涉及到的范圍非常廣泛,并且其數據的準確度要求比較高,所以地測人員的工作任務非常艱巨,但是煤礦生產企業常常將關注焦點放在開采過程當中,而忽視地質測量部門的作用。有的煤礦將地測的準備工作僅僅當做是例行公事,但是實際上地測數據貫穿于整個生產當中,對于煤礦開采的安全性至關重要,因此,要提高地質測量部門在煤礦開采作業過程中的地位,引起相關部門的高度重視。由于從事煤礦開采作業的相關人員的平均學歷不是非常高,對于地質結構和生產流程以及生產流程的重視程度不夠,這就使得由于人為操作失誤導致的礦井安全問題時常出現,這些問題完全可以通過提高相關從業人員的安全意識來解決。
(1)GPS技術在測量方面提供了較高的精確率,使效率以及質量得到很大的提高。GPS在測量方面的技術不僅僅能夠給工程建設帶來更方便快捷的操作,而且在時間上也能大量節省時間,在三維坐標以及速度上,也得到了很大的幫助,不僅對于導航時候能夠起到作用,而且在測試時間以及速度測試之間也得到了很方便的操作。目前隨著社會的發展,科技的不斷進步,GPS的技術已經越來越發展完善,對于各方面行業,特別是在測量行業上,更是顯示出GPS的優勢,技術上的優勢已經不僅僅只限制于建設工程,而且還能廣泛運用到海洋上、航空攝影上、以及地面測量上等各行業的測量上。(2)GPS測量技術的定位精準。GPS在測量方面的技術不僅僅能夠給建設工程施工過程帶來更方便快捷的操作,而且還能在測量過程中運用定位技術,在50千米下的基線當中,就能到1×10–6到2×10–6的準確定位,當基線在100千米到500千米之間,定位依然能夠準確的達到10-6到10-7,由于社會不斷發展帶動著科學發展,即使在1000千米以上的基線,GPS的定位技術依然能夠維持在10-8左右,GPS在測量方面的技術所表現出來的精準度能夠達到幾乎完美,沒有出現錯誤,對于建設工程所需要的要求更是很好的達到。(3)GPS在自動化以及智能化方面的操作性能特點。GPS測量方面操作在建設工程實際運用當中,不僅僅能夠帶來高精準度的測量,而且還能實現一定程度的自動化操作,給建設工程帶來更便利的操作,使用人員根據氣象采集數據,并且安裝好開關的儀器,以及進行監測工作就可以做到一定程度的自動化操作,運用起來也是非常簡單便利。例如在建設工程當中采用觀測以及衛星捕捉系統等工作實現自動化,觀測結束之后使用人員只需要把電源關閉,就很完好無損的把收集的數據進行接受并且保存。不僅僅能夠給操作員帶來非常便利的操作,而且在操作上GPS能夠給建設工程的施工帶來更高的工作效率,精準度也隨著提高,對于建設工程中GPS的自動化操作是有著一個舉足輕重的作用的。
2在實際操作過程中,工程測繪對于GPS測量技術的需求
在碼頭以及海港的建設工程施工過程當中,缺少不了水下地形圖。并且在進行建設工程測繪當中,不僅要給測量的位置進行一個三維定位,而且還需要進行一個水深的測試。水深測試的主要使用的儀器是采用測深儀,并且在測量的過程當中要根據超聲波的工作原理來進行測量具體水深。在水深測量的過程當中,不僅要同步進行著使用潮位儀進行測量,這樣才能得到更為精準的數據進行測量,最后得出較為精準的水下地形深度的數據。傳統手段是根據位置所需的要求進行采樣測量,經過經緯儀以及應答器等設備進行測量,這些設備操作要求不僅高,而且極其復雜,在使用過程中會出現很多沒必要的錯誤。但是隨著GPS的出現,其實時的三維定位技術解決了位置測量方面的大量問題,能夠更大比例的進行水下測量,而且效率以及質量方面也得到了很大的提高,并且通過測深儀以及一系列測量設備的共同測量之下,建立起了一個相對更為精準的一個測量系統。
3GPS操作上所需注意并且了解的問題
對于GPS的實際使用過程中,或多或少在操作上會存在一些問題需要我們去了解注意,所以在操作過程當中需要使用員工仔細的檢查一下作業,確確實實的了解好每一道工序,并且將失誤的可能性降到最低。并且在建設工程施工當中也會對員工有一定的要求,要求的員工也是必須要有責任心以及上進心,不僅僅要對公司負責,更重要的是對自己工作負責。所以在新員工上崗之前必須要進行一系列的培訓教育,讓整個建設工程盡量的按照預期的發展而進行下去。因為GPS所測量出來的數據以及測繪技術準確率要求是非常高的,如果當中有一絲絲的差錯可能會導致整個建設工程會出現極大的麻煩。所以必須要讓員工了解每一個操作的步驟,而且經過反復練習,在每一個工序中都要經過細心的檢查,做到盡量減少差錯的出現。并且公司也應該為員工的安全負責任,必須為員工買一份安全保險,并且進行科學性的管理,進行科學性的工作以及休息,讓建設工程施工的員工得到一定的調節,發揮出更好的工作效率以及更大的質量,讓建設工程跟預期一樣完美的完成。