精密工程测量(新)

Questions for Revision 1 Advantages and limitations of different survey techniques total station GPS InSAR Laser scanning and geotechnical instrumentation non geodetic techniques 2 Discuss InSAR technique its merits and limitations in deformation monitoring 3 Discuss major sources of errors in GPS positioning and the measures to reduce their effects 4 What are other GNSS systems in addition to GPS 5 What is pseudolite PL augmented GPS system And why do we use it 6 Discuss different systems for industrial metrology In the angular intersection method how to perform absolute and relative orientations 7 Discuss the working principles and applications of terrestrial and airborne laser scanners ALS and TLS 8 Discuss your methodology to monitoring the dynamic behaviors of a tall building 9 Discuss the significances of local geoid determination and the methods to determine it 10 What is earth tide and how does it affect precise surveys 11 Give some examples about the application of statistical testing in surveying 12 Modern trend in deformation monitoring is to integrate different kinds of techniques Discuss the reasons 13 Discuss different approaches for outlier detection statistical testing and robust method 14 How is Automatics Total Station used in deformation monitoring 15 Discuss your method to evaluate TLS terrestrial laser scanner accuracy 16 Discuss the advantages of an integration of InSAR and GPS 17 Clearly and accurately define the differences between static and mobile forms of LASER scanning technology Pay particular attention to the components required to create each of the system types and explain their functions 18 Discuss the main characteristics of precise engineering surveys 19 Describe the main objectives of deformation monitoring 20 What is the variance covariance component estimation 21 What are the internal and external reliability How to measure them What are the main criteria for optimum design of a survey scheme 22 What are the first second and third order design of survey schemes Discuss the computer simulation method for optimum design of a survey scheme 1 不同的测量技术不同的测量技术 全站仪 全站仪 GPSGPS InSAR InSAR 激光扫描激光扫描 和岩土仪器和岩土仪器 非大地测量技非大地测量技 术术 的的 优点和局限性优点和局限性 全站仪的优缺点 优点 1 价格便宜 常规全站仪相对RTK 2 测量精度高 相对RTK 3 不需 要卫星信号 因此不受室内室外 树下 高楼旁等因素影响 缺点 1 需要通视2 测程短 GPS系统的有点 高精度 全天候 高效率 多功能 操作简便 应用广泛等 InSar主要优势 1 主动式遥感方式为全天候 全天时作业 测量结果具有连续的空间覆盖优势 2 可对地壳变形进行准确的测量与检测 是地壳构造变形 板块动力学理论 地震 造山等 研究的一个新的强有力工具 作为一种新的测量手段 三维激光扫描仪有如下优点 1 速度快 密度高 精度高 特别适合大面积或者表面复杂 的物体测量及其 物体局部细节测量 2 不需要接触物体 昏暗和夜间都不影响外业测量 3 快速和准确地获取表面 体积 断面 截面 等值线等 4 方便将3D模型 转换到CAD系统中 直接供工程设计 2 2 讨论干涉合成孔径雷达技术 其在变形监测中的优点和局限性讨论干涉合成孔径雷达技术 其在变形监测中的优点和局限性 合成孔径需达干涉技术 INSAR根据复需达图像信息的相位差信息 利用传 感器高度 需达波长 波束视向及天线基线距之间的几何关系 通过影像处理 和几何转换来提取地面目标Ix 地形的三维信息 其特点是主动式遥感 全天候 成像 空间分辨率高 覆盖范围大 它固有的局限性在于对大气参数的变化 卫星轨道参数的误差和地表覆盖的变化非常敏感 给INSAR图像解译带来困难该 技术使用微波雷达成像传感器对地表进行主动遥感成像 采用一系列数据处理 方法 从雷达影像的相位信号中提取地面的地形或变形信息 用于变形观测时具有测量精度高 毫米到厘米级 空间分辨率高 一米到数 十米 不受云雨天气制约等特点可与基于离散点观测的传统大地测量方法形成 优势互补 利用其高空间分辨率 连续空间覆盖的特性 为地面信息采集 地 球物理研究和形变灾害监测等提供经济的空间对地观测新途径 此外 可弥补 可见光 近红外被动遥感受天气及气候条件制约的技术缺陷 3 3 GPSGPS误差的主要来源以及减少误差的措施误差的主要来源以及减少误差的措施 与卫星有关的误差 1 卫星星历误差 2 卫星钟差 3 SA 干扰误差 4 相对论效应的影响 与传播途径有关的误差 1 电离层折射 2 对流 层折射 3 多路径效应 与 GPS 接收机有关的误差 1 接收机钟差 2 接 收机的位置误差 3 接收机天线相位中心偏差 减少或消除误差的措施 1 模型改正法 2 求差法 3 参数法 4 回避法 5 数据处理 6 GPS 的改进 4 4 WhatWhat areare otherother GNSSGNSS systemssystems inin additionaddition toto GPS GPS GNSS的全称是全球导航卫星系统 Global Navigation Satellite System 它是泛指所有的卫星导航系统 包括全球的 区域的和增强的 如 美国的GPS 俄罗斯的Glonass 欧洲的Galileo 中国的北斗卫星导航系统 以 及相关的增强系统 如美国的WAAS 广域增强系统 欧洲的EGNOS 欧洲静地 导航重叠系统 和日本的MSAS 多功能运输卫星增强系统 等 还涵盖在建和 以后要建设的其他卫星导航系统 国际GNSS系统是个多系统 多层面 多模式 的复杂组合系统 5 5 WhatWhat isis pseudolitepseudolite PL PL augmentedaugmented GPSGPS system system AndAnd whywhy dodo wewe useuse it it 伪卫星就是基于地面的发射类似于GPS信号的地面发射站 这样当所观测 到的导航星数目或几何分布不能满足精密定位要求时 伪卫星信号就可以来增 强GPS系统 使得GPS系统能够连续 不因为GPS信号的丢失而影响正常的定位测 距等 和高精度的正常工作 伪卫星可以与GPS以多种模式组成系统进行导航和 定位 甚至伪卫星可以完全替代GPS系统而进行独立定位 伪卫星一个显著的特点 就是其高度角很低 而且信号不经过电离层传播 通过利用这种低高度角伪卫星 2 3 GPS与其组合后能够有效地改善定位几何图形结构极大提高了在垂直方向 上的定位精度 用伪卫星增强GPS有许多潜在的优势 这些包括 提高定位精度 改善定位 的可靠性 有效性 连续性以及完整监控 同时减少解决整周模糊度的时间 利用伪卫星信号完整的数据链性能 支持差分GPS处理 通过及时传输差分GPS 矫正数据和实时信息 来增强定位精度 6 6 Discuss different systems for industrial metrology In the angular intersection method how to perform absolute and relative orientations 常用的工业设备形位检测方法有 电子经纬仪 或全站仪 基于前方交会的测量方法 通常利用两台高精度电子经纬仪构成经纬仪工业测量系统 对所测物上的 目标点进行前方交会 计算目标点的三维坐标 全站仪 或激光跟踪仪 基于极坐标的三维坐标测量方法 测距精度可达到 1mm 以内 甚至更高 激光跟踪仪的测距精度为 10um m 从而可只使用一台全站仪 或激光跟踪仪 进行三维坐标测量 近景摄影测量方法 特别是对表面形状复杂 测量点密集 处于运动状态物体的检测 具有效 率高 自动化程度高等优点 绝对定向就是测定两仪器间的基线长和两仪器横轴的高差 由于两仪器之 间的距离很短 通常采用间接测定方法 两台仪器中心的高差 可根据两台仪 器对两端点的观测值 各计算出高差 然后取平均值 相对定向就是使两仪器以基线方向作为观测的零方向 其方法是将两仪器 的望远镜均调至无穷远处的情况下 互瞄十字丝 此时两望远镜的视准轴与两 仪器中心的连线相差一个小角度 消除方法是在对方仪器的物镜前套上一个与 物镜同心的照准标志 并重新对本测站仪器的望远镜进行调焦 照准对方物镜 前的同心标志 以减小该角度的值 重复上述步骤 可以使两仪器的视准轴趋 近到重合位置 重合精度可达 1 3 7 Discuss the working principles and applications of terrestrial and airborne laser scanners ALS and TLS 地面激光扫描的应用 地形测量 考古 城市规划 逆向工程 虚拟现实 等 8 Discuss your methodology to monitoring the dynamic behaviors of a tall building 1 水准测量法 水准测量作为建筑物沉降观测的一种常用方法 是利用水准仪进行基谁点 和沉降监测点的高程测量 根据沉降监测点各周期的高程变化 分析建筑物的 沉降变形情况 此法适合干不同类型 不同精度要求和不同施测条件的建筑物 沉降监测 也是一种传统而可靠的方法 2 全自动测量法 随着测量仪器的不断改进 全站仪在沉降监测中得到 了广泛的应用 尤其 是全自动跟踪测量仪的推广应用 为全天候 全方位 高精度的全 自动监测 提供 了广阔的发展空间 全自动测量法在大坝 桥梁等建筑物的沉降监测中得 到了广泛的应用 3 数字摄影测量法 数字摄影测量在经济建设 国防建设和科学研究中有着广泛的用途 特别 适用于重要工程的变形和 自动生产线的监测 弹体运动轨迹 炮 口冲击波等 不可接触物体的量测等 利用该技术进行大型建筑物的沉降监测时 无需接触 被侧物体 并可同时提供多个点的瞬间三维空间信息 从而获得建筑物的沉降 数据 测定精度可达到 24um 4 GPS 测量法 GPS 作为一种全新的空间定位技术 从静态定位发展到动态定位 并具有 很高的相对定位精度 因此 在越来越多的领域取代了常规的光学仪器和电子仪 器 应用 GPS 进行建筑物的沉降监测 可以实现全天候 实时 连续的高精度 自动监测 9 Discuss the significances of local geoid determination and the methods to determine it 方法方法 建立高精度的区域性似大地水准面 最有效的方法是在建立区域的 高精度 GPS 如 GPS B C 级 控制网并获得较密集的 GPS 水准点成果的基础 上 综合利用重力资料 地形资料 重力场模型与 GPS 水准成果 采用物理 大地测量理论与方法 应用移去恢复法计算重力似大地水准面 然后用 GPS 水准控制和校准重力似大地水准面的系统性偏差 将重力似大地水准面拟合于 GPS 水准得到的实测似大地水准面 从而得到精密的区域性似大地水准面 意义 意义 随着 GPS 定位技术的广泛应用 人们已经能够在 10 7 10 9的精度量 级上简捷经济地获得所测控制点的平面位置 但是却一直未能以相应的精度求解 点的高程值 其原因在于尽管 GPS 能够给定高精度的大地高 但由于没有一个具 有相应精度和高分辨率的似大地水准面模型 致使在 GPS 大地高至正常高的转换 中精度严重丢失 因此 高精度 高分辨率的区域似大地水准面已成为现代测 绘发展 尤其是信息化城市所必需的基本条件 GPS 定位技术结合高精度 高分 辨率似大地水准面模型 可以取代传统水准测量测定点位的正常高 真正实现 GPS 技术在几何和物理意义上的三维定位功能 使平面控制网和高程控制网相分离的 传统大地测量模式成为历史 10 What is earth tide and how does it affect precise surveys 固体潮固体潮在日 月引潮力的作用下 固体地球产生的周期性形变的现象 受固体潮的影响 地面不停的变形 影响到各种测量数据的精确度 精密 大地测量结果应加入相应的修正 现在重力观测精度已达到10 20微伽的量级 而重力潮汐变化影响的最大幅度可达 130 微伽 故须加入改正 卫星激光测 距精度达到3厘米 而地面测站的垂直潮汐形变达到30 40厘米的幅度 必须 加以改正 固体潮的变化对卫星轨道也有摄动作用 所以在卫星轨道设计中必 须顾及这一影响 11 Give some examples about the application of statistical testing in surveying 水准测量 1复测水准点高程之差的检验 2往返测高差之差检验 3水准测量成 果与 GPS 拟合高程之差检验 12 Modern trend in deformation monitoring is to integrate different kinds of techniques Discuss the reasons 不同类型技术成为现代变形监测的一个趋不同类型技术成为现代变形监测的一个趋 势 试讨论其原因 势 试讨论其原因 答 因为各种测量方法都有其优点和局限性 地面测量方法精度高 应用 灵活 适用于各种不同的变形体和不同的监测环境 但野外工作量相对较大 空间测量技术可提供大范围的变形信息 但观测环境影响大 而摄影测量外业 工作量少 可以提供变形体表面上任意点的变形 但精度较低 地面激光扫描 有类似于摄影测量的优点 精度也可达几个毫米 专门测量手段容易实现连续 自动监测以及遥测遥控 而且相对精度较高 但它们提供的是局部的变形信息 故一般都应综合考虑各方法的应用 取长补短 互相校核 13 孤立点检测的不同方法 统计检验和稳健估计 孤立点检测的不同方法 统计检验和稳健估计 统计检验统计检验是将抽样结果和抽样分布相对照而作出判断的工作 取得抽样结果 依据描 述性统计的方法就足够了 抽样分布则不然 它无法从资料中得到 非利用概率论不可 而不对待概括的总体和使用的抽样程序做某种必要的假设 这项工作将无法进行 稳健估计稳健估计消除和削弱观测误差中粗差对参数估计的干扰和影响 求解最佳估值的方 法 14 使用测量机器人进行变形监测使用测量机器人进行变形监测 答 首先在各观测墩上安置 整平仪器 并输入测站点号 进行测站设置 然后 进行后视 测量机器人便按预设的观测点顺序及测回数 全自动的寻找 并精确照准目标 记录观测数据并计算各种限差 作等待人工干预或超限重测 等 在一个测点的工作完成之后 人工将仪器搬至下一个施测的点上 重复上 述的工作 直到所有外业工作完成 1515 用你的方法来讨论评估 用你的方法来讨论评估TLSTLS 地面激光扫描仪 的精度 地面激光扫描仪 的精度 目前地面激光扫描仪已经得到广泛应用 在一些应用中 如文物保护 工厂设施 资料文本等 不需 要特别在乎其测量精度 通过数据预处理 剔除粗差 后处理后基本能达到厘米级精度 但如果应用到精 密工程测量中 需要达到毫米级精度 则必须顾及测量精度 由于扫描仪总体上还是个黑箱系统 器件的 分辨率决定 也与安装不准确有关 如轴系不相互垂直 而且测角系统是个黑箱 因此现在主要研究的是 其距离测量的精度 对于无合作目标的反射 距离测量的精度除了与气象条件 温度 气压 湿度 和内部 测距方式有关外 更多地则与反射面的物理特性 表面反射强度 颜色 表面平整度等 激光入射角度 和距离测量的长度有关 16 GPS和与和与 InSA R 集集 成成 的的 优优 势势 1 GPS是一种高精度的点定位系统 但是 GPS的空间分辨率较低 成本高 不能满 足库区 大范围形变监测的需求 而 InSAR技术则可以弥补其不足 它提供的是整个 区域面上的连续信息 能更直观地提供地表形变的全貌 其空间分辨率可以达到 20m 20m 随着SAR技术的不断发展 这个空间分辨率还可以进一步提高 2 GPS获得的是高精度的绝对坐标 而 InSAR仅提供相对坐标 二者集成可满足库 区大范 围形变监测的观测精度需求 3 GPS在水平方向的定位精度较高 但在垂直方向 GPS定位精度较差 而InSAR对垂 直方 向的高程信息特别敏感 可获得高精度的高程信息 4 GPS允许长时间连续观测 但 InSAR是瞬时观测 GPS可提供时间分辨率很高的 观测数 据 采样率可高达 20Hz 而SAR卫星提供数据通常 35天左右的重复周期 很 难保证足够的时间分辨率 因此 InSAR与GPS二者集成在时间上可将连续观测与瞬 时观测结合 从而获取库区形变场和应变场的动态变化 由上述分析可以看出 将 GPS与InSAR集成 将突破单一技术应用的局限 发 挥其各自优势 一方面利用 GPS来改正InSAR本身难以消除的误差 另一方面充分 利用InSAR与GPS的互补性 实现GPS高时间分辨率与InSAR高空间分辨率的有机统 一 1717 清晰 准确地定义静态和移动形式的激光扫描技术之间的差异 要特别注意所需的组件来创建系统类 清晰 准确地定义静态和移动形式的激光扫描技术之间的差异 要特别注意所需的组件来创建系统类 型 并解释其功能 型 并解释其功能 我们从扫描的空间位置或系统运行平台来划分 三维激光扫描技术可分为如下三类 1 机载型激光扫描系统 这类系统由激光扫描仪 LS 惯导系统 INS DGPS定位系统 成像装置 UI 计算机以及数据采集器 记录器 处理软件和电源构成 DGPS系统给出 成像系统和扫描仪的精确空间三维坐标 惯导系统给出其空中的姿态参数 由激光扫描仪进行空对地的扫 描来测定成像中心到地面采样点的精确距离 再根据几何原理计算出采样点的三维坐标 2 地面型激光扫描仪系统 此类别可划分为两类 一类是移动式扫描系统 一类是固定式扫描系统 所谓移动式扫描系统 它是集成了激光扫描仪 CCD相机以及数字彩色相机的数据采集和记录系统 GPS接 收机 基于车载平台 有激光扫描仪和摄影测量获得原始数据作为三维建模的数据源 而固定式扫描仪系统类似与传统测量中的全站仪 它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机 以 及软件控制系统组成 二者的不同之处在于固定式扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标 而是一系列的 点云 数据 这些点云数据可以直接用来进行三维建模 而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信 息 3 手持型激光扫描仪 是一种便携式的激光测距系统 可以精确地给出物体的长度 面积 体积测量 可以帮助用户在数秒内快速的测得精确 可靠的成果 应用范围包括古建筑重建 建筑应用 洞穴测量和 液面测量等 此类型的仪器配有联机软件和反射片 如莱卡的迪士通系列产品 1 18 8 精精密密工工程程测测量量特特点点 1 精密工程测量是在测量学的基本理论和方法指导下的测量技术 在信息获取的精度方 面有更高的要求 2 精密工程测量需要研制新仪器和专用设备 提高仪器的自动化程度及精度 深入分析 工程测量工作中的各种误差并采取有效措施加以克服 研究新的测量技术 实施方案 和数据处理方法 形成一套专门为高精度工程测量所需的理论 方法和技术 3 精密工程测量是服务于各种工程中精度要求 特高 特难 的那部分工作 服务范围 相对较小 但重要性十分显着 起着关键性的作用 4 精密工程测量所用的仪器设备必须具有较高的性能 以保证测量成果的精度 可靠性 和有效性 19 Describe the main objectives of deformation monitoring 变形监测工作的意义主要表现在两个方面 首