精密测量技术论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇精密测量技术论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

测控专业主干学科：光学工程、仪器科学与技术。

测控专业主要实践性环节：包括军训、金工、电工、电子实习，认识实习，生产实习，社会实践，课程设计，毕业设计(论文)等。

测控专业就业方向 本专业毕业具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面的基础知识与应用能力，能在国民经济各部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理。该专业既可以进入生产工程自动化企业从事自动控制、自动化检测等方面的工作，也可以在科研单位进行仪器仪表的开发和设计，同时还可以在工程检测领域、计算机应用领域找到适合本专业个人发展的空间。

测控专业培养要求 毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

1. 具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;

2. 较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括机械学、电工电子学、光学、传感器技术、测量与控制、市场经济及企业管理等基础知识;

3. 掌握光、机、电、计算机相结合的当代测控技术和实验研究能力，具有现代测控系统与仪器的设计、开发能力;

篇（2）

1982年，张祥朝出生于历史悠久、人杰地灵的河北巨鹿，自小勤奋聪慧，考入中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，从此与当时方兴未艾的精密工程研究结下了不解之缘。

凭借一贯的出色表现，他在毕业时获得全额奖学金，赴世界著名的英国哈德斯菲尔德大学精密技术中心攻读博士学位，师从英国工程院院士蒋向前教授，2009年毕业后留任该大学研究学者；2011年12月进入复旦大学工作，沿着本科毕业论文《大孔径高精度平面干涉仪的设计》和博士毕业论文《用于精密坐标计量的自由曲面拟合》的延伸脉络继续展开研究，且始终秉承严谨的态度对待科研工作，每一步都走得格外沉稳有力。

方寸间洞隐烛微

精密制造技术的发展一日千里，关键元件的表面形状越来越复杂，精度越来越高，产生了一系列的自由曲面和微纳结构功能元件，其应用范围也扩大到航空、航天、医学等领域。

在“工业4.0”战略引导新一代工业革命的大背景下，超精密功能元件制造的智能化与精准化成为先进制造的重点发展方向。于是，张祥朝针对当前加工、检测设备相分离，工件的重复装夹导致加工效率和检测精度难以提高的现状，致力于研究关键功能元件的快速在线/在位测量，对其开展了持续而深入的探索。

对于面形复杂的自由曲面和非球面光学元件，单点金刚石切削是主流的加工方式。他们基于相位偏折术和波长扫描干涉测量技术，发展了和精密机床相融合的子孔径拼接面形检测技术。巧妙地借用机床自身的精密运动机构，加以辅助的伺服监控，可以复杂面形的快速测量。并发展了可靠的机床误差分离技术以及六自由度数据拼接技术，避免了重复采样等因素引起的误差，从全频段保证了测量数据的真实性和可靠性。该方法克服了传统离线测量方法适用范围小、测量精度低、且对环境要求苛刻的缺点，尤其适用于超精密光滑表面的在位检测。

在张祥朝承担的总装备部预研项目、科技部重大专项等科技攻关项目中，他和团队为保形整流罩等关键光学元件研制了快速检测装置，测量精度达到了λ/10量级。相关技术显著提高了我国相关装备的使用性能，于2016年获得教育部科技进步奖二等奖。

而精密工程的另一个的发展方向是小型化和集成化。以MEMS为代表的微纳制造技术和光电子技术日新月异，但同时也对微纳结构元件的精准检测提出了挑战。

针对微结构元件特征尺寸小、陡度高、测量信号难以采集等特点，张祥朝及其团队发展了基于多波长干涉扩展量程、基于双树复小波的波前重构、基于智能化模式识别的相位解包裹、基于光纤导光的全域扫描测量、基于压缩感知的信噪分离等一系列新技术，攻克了一个又一个难题，将微纳结构元件的三维多尺度形貌完整地展现了出来。目前，他和中国工程物理研究院紧密合作，正在针对压印辊筒等复杂结构大尺寸元件研制原位精密技术，在光电技术前进的道路上再攀高峰。

繁复中溯源寻头

有句名言：怕什么真理无穷，进一步有进一步的欢喜。对张祥朝来说，他也喜欢这样进一步的“欢喜”，在无穷的真理、奥妙的科研面前，他所能做的，就是刨根问底，溯源寻头。

由于超精密功能元件的面形和纹理的复杂性，不同尺度、不同方向、不同形态的特征分量之间存在复杂的纠缠耦合，给复杂功能元件表面质量的控制带来极大的难题，也严重制约了先进功能元件的可靠设计与精准表征。

现今，自由曲面的设计加工和检测已经成为提升国家经济发展的重要支撑技术和衡量国家精密工程发展水平的重要指标。

2013年，张祥朝作为“超精密光学自由曲面面形误差评定算法”这一国家自然科学基金项目的主要负责人，从基础数学理论着手，攻克了不同目标函数下拟合算法的全局收敛、评定结果的稳定性与偏畸校正、数据采样及误差补偿等一系列难题，提出了一系列性能优越的自由曲面面形评定算法。项目结题获得“优秀”（A），应基金委邀请在总结大会上作宣讲报告。该成果获得国际同行的广泛关注，法国国际计量实验室（LNE）邀请张祥朝作为中方负责人，在欧盟Horizon2020重点项目的支持下，合作建立自由曲面的标准拟合算法体系。

对于形态复杂的微观纹理特征，张祥朝拓展了当前表面计量领域的小波分析方法，基于方向性超小波技术，发展了一系列复杂纹理特征识别与表征方法。不但根据其具体形态特征，发展了合适的基函数，并且从数学框架视角，分析了不同数学表示方法的移变性、频谱混叠、采样失真等基础性问题，并提出了有效的解决手段.能够有效分离刀痕、划痕、缺陷等形态分量，从而可以据此有针对性地开展工艺分析与性能评价。该成果完善了复杂功能形面的设计一加工一检测一评定链条.为提高复杂功能元件的可靠性.改善光电系统的性能奠定了坚实的基础。

篇（3）

桥梁的挠度变形是桥梁健康状况评价的重要参数，在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。随着桥梁健康监测技术的进步，人们研究了许多用于位移及挠度测量的方法。目前，国内外测量桥梁挠度的方法有许多种，下面对常见的几种测量方法的原理、特点及适用范围做以简要介绍。

1、传统的人工测量方法

1.1百分表测量法

百分表测量法是较传统的挠度测量方法。百分表的工作原理，就是利用齿轮转动机构所检测位置的位移值放大，并将检测的直线往返运动转换成指针的回转转动，以指示其位移数值。

特点：1）优点是设备简单，可以进行多点测量，直接得到各测点的挠度值测量结果稳定可靠；2）缺点比较繁琐，耗时较长，工作效率较低，现场应用有很大局限性；3）适用于桥下可搭设支架的桥梁工程。

1.2 精密水准仪测量法

水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。

特点：1）具有速度快、计算方便、精度高和能够及时比较观测结果的特点；2）主要适用于测点附近能够提供测站条件、范围不大的桥梁挠度变化、观测点数不多的精密水准测量。

1.3 全站仪测量法

全站仪挠度测量基本原理是三角高程测量。三角高程测量通过测量两点间的水平距离和竖直角求定两点间高差的方法。

特点：1）这种测量方法简单，不受地形条件限制，是测量桥梁挠度的一个基本方法。2）在桥梁加、卸载过程中，由于全站仪和棱镜固定不动，这就完全消除了仪器高和棱镜高的量测所带来的误差。3）采用高精度全站仪可以更加有效地提高桥梁荷载试验挠度测量精度。

2、桥梁挠度自动检测技术

2.1 连通管测量法

利用连通管原理，根据安装在桥梁各处连通管内液面高度的变化获得桥梁挠度的变化。当桥梁梁体发生变形时，固定在梁体上的水管也将随之移动，此时，各竖直水管内的液面将与基准点处的液面保持在同一水平面，但各测点处的竖直水管液面却发生了大小不等的相对移动，测得的相对位移量即是该被测点的挠度值。

特点：连通管法测量桥梁挠度的优点是可靠、易行，当挠度的绝对值大于20mm时，它1mm最小读数至少可有5%的相对精度。

2.2 倾角仪法

使用倾角法测量桥梁的挠度，并不同于传统的方法如百分表法、水准仪法直接测得桥梁某一点的挠度值，而是首先使用倾角仪测得桥梁变形时几个截面的的倾角，根据倾角拟合出倾角曲线，进而得到挠度曲线，这样就可以求得桥梁上任意一点的挠度值。倾角法实际上是一种间接地利用倾角仪测量得到桥梁挠度的方法。

特点：桥梁不需要静止的参考点，特别适于测量跨河桥、跨线桥、大型的跨海、跨峡谷桥梁和高桥，大大提高了测量效率。

2.3 激光图像挠度测量

激光图像挠度测量利用了激光良好的方向性。随着桥梁不同程度的变形，照射在被测点固定不动的光电接收器上的激光光斑中心发生等量变化，因此只要获取光斑中心位置就可得到桥梁挠度。

特点：具有很高的测量精度，可达到0.1 mm，且采样速率高、成本较低；适合于跨度不大的中小型桥梁。

2.4 GPS挠度测量

利用一台接收机(基准站)安在参考点(岸基)上固定不动，另一台接收机(移动站)设在桥梁变形较大的点，2台接收机同步观测4颗或更多卫星，以确定变形点相对岸基的位置。实时获取变形点相对参考点的位置，可直接反映出被测点的空间位置变化从而得到桥梁结构的挠度值。

特点：具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力；具有良好的抗干扰性和保密性。

2.5 光电成像挠度测量

光电成像挠度测量是在桥梁的测点上安装一个目标靶，并在靶上制作一个光学标志点(光标)。通过光学系统(光学镜头)把标志点成像在CCD接收面阵上，当桥梁产生挠度/位移时，目标靶也随之移动。通过测出靶上光标点在CCD接收面上成像位置的变化值，就可计算出桥梁实际的挠度/位移量。

挠度测量方法的比较图

3、桥梁挠度监测的发展方向

(1)长期在线自动动态测量

现在和未来，人们对桥梁，尤其是大型桥梁的安全评估不仅要求在施工过程中进行严格的检测，而且，更加注重成桥后在正常载荷下的长期在线自动监测。成熟的网络技术使人们不再局限于对一座桥梁进行集中监控，而逐步要求实现区域内多座大型桥梁的集群式监控。

(2)大量程测量

随着建筑材料和工艺的不断成熟，现代桥梁呈现出/跨度大、结构柔等特点，这就造成桥梁结构本身在各种外界环境的影响下，会出现较大的形变，将来挠度测量的量程相应地要求成倍提高。

总之，随着计算机等级的提高、数据采样技术的进步，今后桥梁的挠度测量将在此方法基础上进一步完善。未来桥梁挠度监测将会沿着/高度集中自动化、大量程测量的方向继续发展.

参考文献：

[1]余加勇，朱建军，邹峥嵘，张坤[J]. 大跨径桥梁挠度测量新方法研究.湖南大学学报(自然科学版)，2007，34(10):31-34

[2]吴晖.利用新型倾角仪测量桥梁挠度方法的理论分析研究(硕士学位论文).兰州：兰州交通大学.2009.

[3]谢浩元. 基于无线倾角传感器的桥梁挠度测量研究(硕士学位论文).大连：大连理工大学.2010.

[4]徐学文，管树国.几种挠度测量方法的比较.林业科技情报.2005(37):85

[5]郑玉福.桥梁挠度测量方法的探讨.黑河科技，2002（4）:47-48

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中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-0-02

GPS相对定位技术，通过组成双差观测值消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差及削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性强的误差影响，来达到提高精度的目的，这种作业方式无需考虑复杂的误差模型，具有解算模型简单、定位精度高等优势。网络RTK的出现更是将差分GPS技术发挥到了极致，通过差分改正信息实现了高精度的实时动态定位，由于其方便、快捷、高效的作业技术方法，得到了快速的发展。我国各大城市、地区相继建立了各自的CORS系统。但是，这种网络RTK技术也存在着不足，如受到通讯网络、覆盖范围等条件的限制，城市工程测量中通常工期较紧、要求效率较高，当测区范围内需要少数控制点而CORS系统无法使用的时候，如果建立静态GPS控制网，则大大影响了作业效率，提高了作业成本。精密单点定位技术是利用载波相位观测值以及IGS等组织提供的精度卫星星历及钟差来进行高精度单点定位的方法，能够实现厘米定位精度，完全满足城市工程测量的需求。目前，在一些发达国家精密单点定位技术已经得到广泛的应用，在我国这项技术在生产实践中的应用相对较少。

为了实现GPS单点定位达到厘米级精度，必须解决如下关键问题：①在定位过程中需要同时采用相位和伪距观测值；②卫星轨道精度需达到厘米水平；③卫星钟差改正精度需达到纳秒量级；④需要考虑更精确的误差改正模型。实质上，卫星位置和卫星钟差是影响精密单点定位精度的重要因素。该文主要从IGS提供的各种精密星历和钟差改正相关产品着手，利用国际著名导航定位软件BERNESE 5.0进行计算，分析快速星历和最终星历以及不同采样间隔星历钟差产品对静态单点定位精度的影响，进而讨论GPS单点定位技术在城市工程测量中的应用。

1 BERNESE 5.0软件数据处理

到目前为止，国际上GPS高精度单点定位软件主要有美国喷气推进实验室的GIPSY软件、瑞士伯尔尼大学的BERNESE软件、德国地学研究中心的EPOS软件。

GIPSY软件只供科研使用，不供商用，且不提供源代码，EPOS软件应用范围较为局限，主要在欧洲国家使用，也是以科研为主，而BERNESE软件可以商用，且提供源代码，使用较为广泛。图1中给出了BERNESE 5.0单点定位数据处理的简要流程，主要包括数据格式转换、钟差改正、误差模型改正、预处理和参数估计，除了得到测站坐标之外，还可以选择输出对流层、电离层、接收机钟差等参数的估计结果。

2 IGS精密星历

随着GPS定轨理论和技术的提高，轨道计算数学模型的完善，以及全球跟踪站数目的增多和跟踪站分布的改善，IGS确定GPS卫星轨道的精度有了明显的提高。目前，国际IGS服务局提供的事后精密卫星星历的精度已优于5 cm，精密卫星钟差的精度已达0.1 ns。其提供的精密卫星星历和卫星钟差产品包括：超快速产品（Ultra Rapid）、快速产品（Rapid）和最终产品（Final）3种，它们在精度、时延、更新率和采样率方面是不同的。如表1所示。

由表1知IGS给出的快速星历和最终星历在采样率和精度指标上均相同，那么快速星历和最终星历对静态精密单点定位精度的影响是否相同，在实际应用中是否需要等待最终产品解算精密单点定位，下面将用实例进行比较分析。

3 实例数据分析

该文选用成都CORS系统基准站的观测数据，分别选取超快速星历（实测部分）和最终星历，以及相对应的钟差改正文件，利用BERNESE 5.0软件进行精密单点定位计算，假设该站已知的精确坐标为真值，将两种单点定位结果分别与之求差，求得点位中误差，进而比较分析。

为了分析数据处理结果的统计特性，且避免误差偶然性，该文将全观测数据分为24个时段，分别使用两种精密星历进行单点定位计算。

图2中给出了使用两种精密星历单点定位的点位误差，可以看出采用超快星历和最终星历的精度均在±0.06 m之内，大部分时段是在±0.03 m范围之内，14：00～20：00之间的误差相对较大，与广州地区活跃的电离层活动有关，两种结果相比较，使用最终星历的单点定位精度相对较高，但并不明显。

为了更加详细地比较两种精密星历对单点定位结果的影响，对两种精密星历定位结果的坐标分量分别求差，进一步分析X、Y、Z分量较差，可以得出坐标分量较差均在±0.02 m范围之内，这种差异对于城市工程测量来说影响并不算大，因此不必等到最终星历的，可以直接使用超快速星历进行单点定位，从而保证了精密单点定位技术在城市工程测量当中的可

用性。

4 结语

目前精密单点定位在静态定位方面理论已经比较成熟，采用高精度GPS计算软件以后处理方式得到的定位结果已完全可以达到厘米级精度。该文分别选取超快速星历和最终星历两种精密星历文件，利用BERNESE 5.0软件进行计算，对全天24个时段的结果进行分析，可以看出，无论采用何种精密星历以及提供的钟差改正参数，解算结果均处于厘米级精度水平，两种测量结果相差甚微，完全可以满足城市工程测量的日常需要。随着美国GPS现代化的逐步完成，以及Galileo系统的正式运行，伪距码和多频观测值的增加，可以大大提高精密单点定位的精确性和可靠性，相信精密单点定位技术在城市测量中将会发挥更大的作用。

参考文献

[1] 施展，孟祥广，郭际明，等.GPS精密单点定位中对流层延迟模型改正法与参数估计法的比较[J].测绘通报，2009（6）.

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中图分类号：P335+.1文献标识码： A 文章编号：

一、自动化仪器仪表的简介

1. 自动化仪器仪表的定义

自动化仪器仪表是用于化学、物理方面的技术工具和设备，可以检出测量各种物理量、物质成分。从广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递等功能。显微镜、望远镜能使人们扩展自己的视野，体温计能让人们测量自己的身体的温度；此外，还有一些仪器仪表如磁强计、射线计数计具有特殊功能，可以感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的数据因子。

自动化仪器仪表又被称作信息机器，因为它的主要功能是信息形式的转换，可以将输入信号转换成输出信号。信号按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。

2. 自动化仪器仪表的分类

自动化仪器仪表是多种科学技术的综合产物，有很多种类，有的按用途分类，有的按功能分类，不同的分类方法对应着不同的产品，本文主要介绍两种分类方法。

（1）按不同用途来分类

仪器仪表有各种用途，有的用在运输上，比如汽车仪表、拖拉机仪表；有的用在航空上，比如船用仪表、航空仪表；有的用在地质上，比如地质勘探测试仪器、地震测试仪器；另外随着科学技术的发展，很多仪器仪表应运而生，比如教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。

（2）按不同功能来分类

随着我国自动化技术的成熟和各种行业的需要，产生了各种功能的仪器。比如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、记录仪表、计算仪表等；检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表等。

二、我国自动化仪器仪表行业发展的现状

自动化的内容在近10 年来随着电子信息技术和光电技术等相关学科的发展而发生了许多变化。从纵深上讲，可以涵盖从最底层的自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等到自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统到综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。从应用的行业性质上分，自动控制系统可以分成以流程过程控制为主的过程控制系统(如各种DCS、回路调节系统等) 和以运动和传动控制为主运动控制系统( 各种逻辑控制PLC 和传动控制系统如CNC 等，工业自动化仪器仪表主要是针对自动控制系统而言。

2002 年我国工业自动化仪表制造业共有309 个企业，实现工业总产量136.24 亿元，销售收入133.75 亿元，利润总额8.99 亿元。行业综合水平总体上达到国际八十年代水平。30%的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平; 约15%的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平。品种门类较为齐全，有一定的成套能力。可能承接60 万千瓦火电站、核电站、30 万吨合成氨、30 万吨乙烯、500 万吨炼油、10000 立方米空分、4000 立方米高炉、120 吨转炉、日产30 万立方米城市煤气站、日处理40 万吨污水、日产5000 吨水泥等大型工程的控制系统和仪表成套项目。

三、当前的仪器仪表技术存在的主要问题

仪器仪表行业技术发展虽然迅速，但较国外先进的高性能、高实用性的领先技术比起来，我们还存在着10~15年的差距，当前的仪器仪表技术还存在着一定的问题：

1、自主创新成果比例过少，应用技术不足

我国仪器仪表行业的初期是通过引进国外的先进技术，近几年，也有不少科技型企业加大了自主研发力度，但从总体上说，自主创新的成果还是非常少，并且技术的实用性欠缺。对于一些关键核心工艺加工制造技术力量非常薄弱。产生这种现象的原因是因为中外合资与先进技术引进与自主研发严重脱轨。

2、中低档产品居多，研发投入不足

我国现阶段的仪器仪表产品较国外比较，大部分都属于中低档产品，产品创新能力弱，高端精准仪器仪表数量非常少。其原因是现阶段的仪器仪表行业缺少对于高端检测、数字化精进技术人才，限于各大企业和单位的指导思想和投入规模，研发投入也不够，包括设备资金、人才培养等各方面的投入。

四、我国自动化仪器仪表的发展趋势

近年来，经济全球化的发展要求技术的全球化，计算机和智能机器的发展对仪器仪表的发展有很大的促进，我国应该在现有的技术基础上，借鉴国外的微电子技术，掌握关键技术，生产更多国有品牌，提升国际竞争力。我国自动化仪器仪表技术的发展前景广阔，与国际自动化仪器仪表的发展相比，可以分为智能化、高精度化和网络化等趋势。

1. 智能化

智能化技术是仪器仪表的一种发展趋势，与国外产品相比，国内产品在智能化方面有很多不足，我国仪器仪表在智能化方面与国外存在明显差距，因此，我国应该加大创新力度，改变创新模式，在智能化方向改革创新。自动化仪器仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能。采用智能化的产品可以很好的自主调节控制，利于信号的传递，提高了工业效率，更能适应国际技术的发展。

2. 高精度化

自动化仪器仪表对技术要求很高，只有高度精密化才能提升我国产品的核心竞争力。国外很多仪器仪表产品具有高精度化的特点，我国的产品在这方面明显落后，因此提高仪器仪表的精密是大势所趋，也是应对国际激烈竞争的必然选择。当前的重点是研究和发展多维精密加工工艺，精密成型工艺，球面、非球面光学元件精密加工等工艺。

3. 网络化

在国外市场以现场总线技术为代表的数字通信网络技术得到了快速发展，但是我国自动化仪器仪表在总线技术方面还不完善，许多产品功能还不完备，核心技术的掌握也差强人意，因此，网络化是我国自动化仪器仪表的发展趋势和方向。发展网络化就要充分利用计算机数字化通信技术，完成信息的转换，构造一个庞大的信息化网络，这样信号流通顺畅，更能提高生产效率。

总结

自动化仪器仪表是很多自动化元件组成的，包括各种功能的自动、智能和微型技术工具。仪器仪表有不同的用途，对应的功能也不同，有的具有测量、显示功能，有的具有记录、报警功能。近年来随着经济的发展和科学技术的进步，微电子、计算机、网络通信等日新月异发展的新技术对自动化仪表产生了深远的影响。我国自动化仪器仪表发展历史久远，随着新技术的出现不断出现新的仪器，对我国经济的发展起了很大的促进作用，从目前来看，我国自动化仪表技术发展迅速，但与国际上比起来还是有一定的差距。自动化仪表的改进有重大的应用前景，我国应该加大资金扶持力度，转变创新方式。

【参考文献】

[1]杜天旭.谢林柏仪器仪表的发展历程及趋势[期刊论文]-重庆文理学院学报（自然科学版） 2009(4)

[2]赵群.张翔.谢素珍.李辉自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述[期刊论文]-现代制造技术与装备2008(4)

[3]唐公涛.尹升宝浅谈工业自动化仪表的发展趋势[期刊论文]-科技创业家 2011(4)

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中图分类号：U238文献标识码： A 文章编号：

一．引言

随着我国经济的快速发展，我国的高速铁路已经进入了大规模的建设阶段。我们所说的高速铁路，就是指那些能够使旅客列车的最高运行速度高于200千米每小时的铁路。在我国当前主要是依据铁道部在2003年制定颁布的《京沪高速铁路测量暂行规定》来进行高速铁路平面测量工作的。在我国高速铁路的发展相对较晚，可以说还是一个新的事物。因为高速铁路使得旅客列车的行车速度大大提高，所以就会给铁路的建设带来一些新的挑战和问题，理所当然对高速铁路平面的工程测量工作也带来了新的挑战。在我国，高速铁路工程测量的标准和规范还没有正式的制定，其中还有许多的问题要进一步的研究和探讨。所以本文就针对一些具体的问题作了简单的探讨。

二．高速铁路平面控制测量布设的原则

我国《京沪高速铁路测量暂行规定》中的相关条文指出，高速铁路的测量全过程为：通过我国国家三等大地点测量加密GPS点，在GPS点的基础上做铁路五等导线测量，利用导线点测设线路中线控制点和铺设轨道。

当前如果是新建铁路，那么在其勘测中，一些铁路的勘察设计部门也正在努力的寻求一些方法来改进铁路勘测的流程，这个过程中提出了一次布网的方法，这种方法就是把各个阶段的控制点一次性的布设成为同一个等级，与此同时统一其平差测量的控制网，使的初测、航测、定测以及施工各个阶段的测量都可以在同一控制网的控制下，这样可以大大的减少工序，大幅度的提高测量效率。

当铁路在运行阶段的时候，为了使轨道的结构保持着良好的状态，就必须加强对轨道的平顺度以及整体几何形状进行定期的检测。所以，控制测量还必须能够满足运行阶段的高速铁路检测的标准和要求。

我国的高速铁路一般采用GPS测量法进行首级平面控制测量，也就是在沿线路大概每隔5m左右的距离设置一对互通视点，在定位时必须要保证其长期有效且稳定。如果在线路的定测和初测阶段时，要尽可能的利用GPS RTK来进行控制点的加密以及线路的中线测量。如果有一些不方便采用GPS RTK测量的路段，则可以采用GPS测量加密之后，再来布设线路初测以及定测的导线，集中来进行高速铁路中线的测量。对于一些大中型的构筑物，如果要布设其施工控制网，那么构筑物的轴线位置必须满足线路的整体形状的一些要求。也就是说要在其铺轨之前，布设精度较高的导线，以此来满足测量轨道的整体形状的要求。

三．高速铁路平面控制测量的精度要求

根据德国实践的经验，影响以及控制行车速度的原因有：线路平纵断面以及线路的平顺性。为此，德国铁路对于轨道不平顺限速的管理标准比较严。而且，国内外一些专家的看法基本一致。这样能够有效保证其安全性和舒适度。

线路的平顺度和控制测量精度有联系，相对于线路形状而言，平顺度是局部的误差。虽然采用测量的方法不容易达到高速铁路对于线路平顺度的要求。但是，也不能够依据线路平顺度的要求来作为控制测量精度的标准。下面分析一下线路平顺度误差对线路位置误差的影响。

用直线路来讨论，图1中AB为设计直线线路位置，当在10米处产生2mm不平顺度时，线路将出现β角的转折，使直线B移至B点。其中不平顺度有偶然性，所以，由各段不平顺度产生的B点位移可利用直伸等边支导线终点的横向中误差公式计算：

假定AB=200m，则S=190m，n=19，按式(1)计算得199mm。

可见高速铁路控制测量不是控制线路局部的平顺度，而是控制整体线路的形状。这里提出：高速铁路在5公里范围内，无论是直线段或曲线段线路平面位置偏离设计位置最大不超出50毫米，偏离幅度不超出100毫米，线路平面位置偏离设计位置的中误差为25毫米。因此，高速铁路线路平面位置不仅要满足局部平顺度的要求，同时需要满足在5公里范围内的一个直线段或曲线段中，线路偏离幅度最大不超出100毫米的要求。

由以上分析，高速铁路平面控制测量的点位中误差在线路的垂直方向不大于25毫米。如果在铺轨前，布设铁路五等导线，并适当提高测角精度，假定测角中误差为3.5，按等边直伸导线计算，导线最弱点的横向中误差为：

式中，S=5000m，n=10，则m=24.5mm。

高速铁路的首级平面控制测量采用GPS测量方法，其精度等级应相当于国家四等大地点。GPS点每隔5公里左右布设互相通视的一对点，作为附合导线的方位边。因此，GPS控制网应布设成带状网连式网，相邻同步图形之间以通视的一对点作为公共基线连接，需要有4台或更多的GPS接收机观测。国家三角测量规范中规定：四等三角测量最弱边的方位角不大于4.5。假定，按GPS网相邻两点的横向误差等于基线长度的精度，则可由式(3)计算一对通视点之间的最短长度：

式中，d为GPS网一对通视点之间的长度，a为固定误差，b为比例误差系数。设a=10mm，b=10，则d=520m。可见，GPS点每隔5公里左右布设互相通视的一对点，其距离不应短于600米。

四．五等导线测设轨道中心精度的分析

在高速铁路铺轨前布设五等导线测量，利用全站仪在导线点上直接测设轨道中心点。假如忽略由导线点测设轨道中心点的误差，可以把导线点之间的相对误差认为是轨道中心点之间的误差。五等导线可看作为在GPS点之间的直伸附合导线，导线点的相对横向中误差可按下式计算：

其中：

假定k=5，f=7，两点相隔1000米；k=4，f=8，两点相隔2000米；k=3，f=9，两点相隔3000米，如图3所示，分别计算导线点的相对横向中误差，其结果列于表1：

由以上分析可知：布设五等导线点测设轨道中心点，其线路偏离幅度可满足不超出100毫米的要求。这里需要指出的是，当较长的曲线位于两个GPS跨段时，应在曲线的两端加密GPS点，使曲线段处于同一条五等导线内。

五．结论

铁道部2003年颁布的《京沪高速铁路测量暂行规定》，对高速铁路平面控制测量布设等级和精度的规定可满足工程测量要求，但建议适当提高五等导线的测角精度，测角中误差为±3.5。考虑到一次布网的优点和不同阶段对测量精度的要求，采用GPS测量法进行首级平面控制测量，也就是在沿线路大概每隔5m左右的距离设置一对互通视点，在定位时必须要保证其长期有效且稳定。如果在线路的定测和初测阶段时，要尽可能的利用GPS RTK来进行控制点的加密以及线路的中线测量。如果有一些不方便采用GPS RTK测量的路段，则可以采用GPS测量加密之后，再来布设线路初测以及定测的导线，集中来进行高速铁路中线的测量。对于一些大中型的构筑物，如果要布设其施工控制网，那么构筑物的轴线位置必须满足线路的整体形状的一些要求。也就是说要在其铺轨之前，布设精度较高的导线，以此来满足测量轨道的整体形状的要求。如在运行阶段仍需保持高速铁路轨道的整体形状，应根据检测的需要，进行控制测量的定期复测工作。

参考文献：

[1]潘正风 徐立 肖进丽Pan ZhengfengXu LiXiao Jinli高速铁路平面控制测量的探讨 [期刊论文] 《铁道勘察》 -2005年5期

[2]汪晓英 高速铁路平面控制测量的探讨 [期刊论文] 《科海故事博览・科技探索》 -2011年4期

[3]李林 潘正风 徐立 肖进丽 高速铁路平面控制测量的探讨 [会议论文]，2005 - 2005现代工程测量技术发展与应用研讨交流会

[4]安国栋AN Guo-dong高速铁路精密工程测量技术标准的研究与应用 [期刊论文] 《铁道学报》 ISTIC EI PKU -2010年2期

[5]党军宏 雷旭华 陈龙 平面控制测量方案设计在高铁专线中的应用 [期刊论文] 《山西建筑》 -2012年29期

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机床的精度主要包括机床的几何精度、机床的定位精度和机床的切削精度。现根据我在日常工作中所积累的经验，就这些精度的检测项目、检测方法及注意事项进行综合的说明。

1 数控机床的几何精度

数控机床的几何精度反映机床的关键机械零部件（如床身、溜板、立柱、主轴箱等）的几何形状误差及其组装后的几何形状误差，包括工作台面的平面度、各坐标方向上移动的相互垂直度、工作台面X、Y坐标方向上移动的平行度、主轴孔的径向圆跳动、主轴轴向的窜动、主轴箱沿z坐标轴心线方向移动时的主轴线平行度、主轴在z轴坐标方向移动的直线度和主轴回转轴心线对工作台面的垂直度等。

常用检测工具有精密水平尺、精密方箱、千分表或测微表、直角仪、平尺、高精度主轴芯棒及千分表杆磁力座等。

1.1 检测方法：

数控机床的几何精度的检测方法与普通机床的类似，检测要求较普通机床的要高。

1.2 检测时的注意事项：

（1） 检测时，机床的基座应已完全固化。（2） 检测时要尽量减小检测工具与检测方法的误差。（3） 应按照相关的国家标准，先接通机床电源对机床进行预热，并让沿机床各坐标轴往复运动数次，使主轴以中速运行数分钟后再进行。（4） 数控机床几何精度一般比普通机床高。普通机床用的检具、量具，往往因自身精度低，满足不了检测要求。且所用检测工具的精度等级要比被测的几何精度高一级。（5） 几何精度必须在机床精调试后一次完成，不得调一项测一项，因为有些几何精度是相互联系与影响的。（6） 对大型数控机床还应实施负荷试验，以检验机床是否达到设计承载能力；在负荷状态下各机构是否正常工作；机床的工作平稳性、准确性、可靠性是否达标。

另外，在负荷试验前后，均应检验机床的几何精度。有关工作精度的试验应于负荷试验后完成。

2 数控机床的定位精度

数控机床的定位精度，是指所测机床运动部件在数控系统控制下运动时所能达到的位置精度。该精度与机床的几何精度一样，会对机床切削精度产生重要影响，特别会影响到孔隙加工时的孔距误差。

目前通常采用的数控机床位置精度标准是ISO230-2标准和国标GB10931-89。

测量直线运动的检测工具有：标准长度刻线尺、成组块规、测微仪、光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。标准长度测量以双频激光干涉仪的测量结果为准。回转运动检测工具有360齿精密分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅和平行光管等。目前通用的检测仪为双频激光干涉仪。

2.1 检测方法（用双频激光干涉仪时）

（1）安装与调节双频激光干涉仪。

（2）预热激光仪，然后输入测量参数。

（3）在机床处于运动状态下对机床的定位精度进行测量。

（4）输出数据处理结果。

2.2 检测时的注意事项：

（1）仪器在使用前应精确校正。

（2）螺距误差补偿，应在机床几何精度调整结束后再进行，以减少几何精度对定位精度的影响。

（3）进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器（如激光干涉仪），以便先测量再补偿，补偿后还应再测量，并应按相应的分析标准（VDI3441、JIS6330或GB10931-89）对测量数据进行分析，直到达到机床的定位精度要求。

（4）机床的螺距误差补偿方式包括线性轴补偿和旋转轴补偿这两种方式，可对直线轴和旋转工作台的定位精度分别补偿。

3 切削精度

检查机床切削精度的检查，是在切削加工条件下对机床几何精度和定位精度的综合检查，包括单项加工精度检查和所加工的铸铁试样的精度检查（硬质合金刀具按标准切削用量切削）。检查项目一般包括：镗孔尺寸精度及表面粗糙度、镗孔的形状及孔距精度、端铣刀铣平面的精度、侧面铣刀铣侧面的直线精度、侧面铣刀铣侧面的圆度精度、旋转轴转900侧面铣刀铣削的直角精度、两轴联动精度等。

参考文献

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一、概述

全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS应用到测量行业，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。

其中RTK模式的工作原理，就是在已知高等级点上安置接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标。

传统的导线测量，不仅要求相邻点之间通视GPS，而且精度分布不均匀，在较大的区域布设时，精度往往都不高。而采用常规的GPS静态测量、快速静态方法虽然精度高，但效率低，而且不能实时提供定位坐标和精度。利用RTK技术，则不受天气、地形、通视等条件的限制，操作简便，并节省了人力，不仅能够达到导线测量的精度要求，而且误差分布均匀，没有误差累积问题，提高了作业效率期刊网。对图根点的检测是精度检核的重要技术手段，在RTK图根控制测量需进行检核。

二、RTK图根控制的检测

1.项目概况

兴业县葵阳镇整村推进土地整治项目是广西区重点项目，地势平缓开阔，南北都是丘陵，中间是水田和三个村庄，交通便利。位于东经109°45′～49′，北纬22°41′～44′之间。测区总面积6.8平方公里，成图比例尺为1：1000，已做好12个E级GPS控制点的测量工作，准备检测E级GPS点后开始对已埋设图根点的标石、钢钉或木桩作控制测量。

2.测量技术要求

RTK测量卫星状态的高度截止角在15°以上的卫星个数≥5个，PDOP值≤6。

RTK平面控制点测量主要技术要求如下表：

 

等级

相邻间点平均边长/m

点位中误差/cm

边长相对中误差

与基准站的距离/km

观测次数

起算点等级

一级

500

≤±5

≤1/20000

≤5

≥4

四等以上

二级

300

≤±5

≤1/10000

≤5

≥3

一级以上

三级

200

≤±5

≤1/6000

篇（9）

本条件适用于测绘专业各分支专业，即大地测量、摄影测量与遥感、工程测量（含矿山测量、水利测量等）、地形测量、海洋测绘、地籍测绘、房产测绘、地质测绘、地图制图与地图制印、地理信息工程专业中从事科学研究、技术设计、技术生产及测绘仪器设备维修、质量检查监督、技术管理、技术开发、科技信息等工作的工程技术人员。

二、政治思想条件

遵守国家法律和法规，有良好的职业道德和敬业精神。任现职期间，年度考核合格以上。

三、学历、资历条件

获博士学位后，从事本专业技术工作，取得工程师资格2年以上。或大学本科毕业以上学历，从事本专业技术工作，取得工程师资格5年以上。

四、外语、计算机条件

（一）较熟练掌握一门外语，参加全国职称外语统一考试，成绩符合规定要求。

（二）较熟练掌握计算机应用技术，参加全国或全省职称计算机考试，成绩符合规定要求。

五、专业技术工作经历（能力）条件

取得工程师资格后，具备下列条件之一：

（一）省（部）级测绘科技项目、工程项目的主要参加者。

（二）主持完成市（厅）级测绘科技项目、工程项目两项以上。

（三）主持技术推广项目，采用新技术、新材料、新工艺或开发新产品两项以上或主要参加三项以上。

（四）编制和审核大中型测绘项目综合技术设计两项以上或单项设计书四项以上，并组织或主持完成大型测绘工程项目或生产项目一项以上。

（五）主持完成三项以上大中型测绘工程项目的质量检查，编写相应的技术报告。

（六）编辑设计或编审大型普通地图集或专题图集，并已出版。

（七）承担完成三种类型10台以上测绘仪器维修或检测鉴定任务，并能独立解决其重大技术难题。

（八）承担完成重大测绘仪器的研制、改装或精密仪器安装调试工作。

（九）主要参加基础地理信息系统的建设及技术推广，完成数字化制图或编辑入库等项目工作。

六、业绩成果条件

取得工程师资格后，具备下列条件之一：

（一）国家、省（部）级测绘科技成果获奖项目的主要完成人、或市（厅）级测绘科技进步一、二等奖获奖项目的主要完成人。（以奖励证书为准）

（二）主持或组织完成的项目成果获得市（厅）级优秀成果奖、优秀图书奖一等奖以上。（以奖励证书为准）

（三）主持完成大型测绘项目，经省级业务主管部门审定，其项目设计水平先进、质量优良，产生显著的效益。

（四）主持开发、推广的科技成果两项以上，取得明显的经济效益。

七、论文、著作条件

取得工程师资格后，公开发表、出版本专业有较高水平的论文（第一作者）、著作（主要编著译者），撰写有较高价值的专项技术分析报告，具备下列条件之一：

（一）出版本专业著作1部。

（二）在省级以上专业学术期刊2篇以上。

（三）在国际或全国学术会议宣读或交流论文2篇以上。

（四）为解决复杂技术问题撰写有较高水平的技术报告2篇以上或重大项目的立项研究（论证）报告2篇以上。

八、破格条件

为不拘一格选拔人才，对确有突出贡献者，并取得工程师资格2年以上，具备下列条件中的两条，可破格申报：

1、获国家级发明奖、自然科学奖、科技进步奖项的主要完成人；或省（部）级自然科学奖、科技进步奖二等奖一项或三等奖二项以上，获奖项目的主要完成人。（以奖励证书为准）

2、在推广新新技、新工艺和科技成果转化等方面取得了重大经济社会效益，处于本行业领先水平，并被省（部）级授予优秀科技工作者荣誉称号。

3、担任大、中型工程项目中的技术负责人，完成大型工程一项或中型工程二项以上，取得显著的经济效益，并通过省级权威部门鉴定，填补了省内外技术领域空白。

4、在国家级学术刊物上发表有价值的学术论文3篇、省级5篇以上，或正式出版专著1部（独著10万字以上，合著20万字以上）。

九、附则

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中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: This paper respectively from the high-speed railway precision engineering index, measuring accuracy and control network in the two aspects of technology, precise engineering surveying for high-speed rail in the issues related to the establishment and application of process involved are analyzed and researched, hope can cause particular concern and attention of all staff.

Keywords: network standard measurement precision indexes of engineering control of high-speed railway

中图分类号：U212.24 文献标识码：A文章编号：

出行旅客对于交通工具的选择不单单考虑到交通的方便与快捷，同时也将出行过程中的舒适性作为关键的衡量指标之一。特别是对于日益发展起来的高速铁路而言，列车运行的稳定、可靠、与舒适在很大程度上取决于高速铁路轨道的平顺性。为此，工程作业中往往将需要对相关的指标进行衡量，以保障其质量的稳定。这也正是构建高速铁路精密工程测量技术标准的关键所在。本文分别从精度指标以及控制网布设这两点入手，对其展开详细简要分析与说明。

1、高速铁路精密工程测量精度指标

相关实践研究证实：在构建高速铁路精密工程测量技术标准的过程当中，最关键，同时也是首先需要解决的问题在于——对平面控制网、以及高程控制网精度要求的确定。通过此种方式，将高速铁路的施工控制在合理范围内，以保障后期运行的安全与稳定。同时，相较于常规意义上的铁路测量作业，高速铁路精密工程测量技术标准有着更强的系统性与精度性。因此，精度指标在选择与确定中，需要重点关注以下几个方面的问题：

1.1 平面控制测量基准指标的选择

选择平面控制测量基准指标的目的在于：为控制网平差计算提供初始数据支持。考虑到高速铁路对工程测量精度指标的严格要求，因此需要保障实际施工中基本尺度的统一性（主要是指现场测定数据与坐标反算边长数值的一致性）。当中，需要注意以下两个方面的问题：

1.1.1 高斯投影边长变形指标

高斯投影边长变形指标以地球曲面的椭圆形态为依据，在曲面几何图形投影至平面的过程当中，产生变形是在所难免的。在测量学研究视角下，高斯投影边长变形指标的计算方式为：

[测量边中点与中央子午线间隔距离²（单位：km）/2*地球曲率半径²（单位：km）]*测量边长（m）

1.1.2 高程投影边长变形指标

在将高程投影面作为参考椭圆体面的状态下，参考椭圆体面所接收到的地面测量边长投影也同样会产生一定的变形，这即所谓的高程投影边长变形。该指标的计算方式为：

[测量边平均高程（单位：m）－投影面高程（单位：m）]/地球曲率半径（单位：km）

由于过大的边长投影变形数值会对高速铁路施工及后期运行产生不良的影响，因此在工程测量中，必须针对边长投影变形构建独立的坐标系统。结合上述指标的计算方式，为充分保障高速铁路工程建设的相关要求，就需要按照如下指标加以控制：边长投影变形值≤10mm/km。

1.2 高程控制测量基准指标的选择

现阶段，全国性统一采纳的高程基准为1985年版国家高程基准。考虑到高速铁路在线路长度、线路跨越管线等方面的特殊性，也为了保障高速铁路自身与周边相关交叉建筑物在高程关系上测量的准确与可靠，高程控制测量基准指标同样需要以1985年版国家高程基准为准。对于个别无1985版国家高程基准水准点的施工区域，可采取独立高程进行计算。但需要注意的是：在高速铁路全线高程测量贯通后，需要及时进行消除断高处理，并对独立高程进行计算与转换。

2、高速铁路精密工程测量控制网布设

高速铁路运行的快速性要求轨道几何线性具备高精度特征，精度误差应当控制在±2mm范围内。为了充分保障高速铁路轨道与地下工程在空间位置、以及高程等基本尺寸方面的吻合性，就需要构建专门性的平面控制网。结合现阶段的实际情况来看，平面控制测量需要建立在三级控制网布设基础之上所展开。三级控制网主要包括：（1）CPⅠ：这一级控制网属于基础平面控制网，主要目的在于为高速铁路的勘测、施工、以及后期运营提供必要的基础性坐标基准。需要注意的一点是：由于该级控制网直接对后两级控制网运行产生影响，因此需要在控制网布设中，对其点位间距进行严格控制（宜控制在4.0km以内），以保障后续控制网具有绝对精度；（2）CPⅡ：这一级控制网属于线路控制网，主要目的在于为高速铁路的勘测、以及施工作业提供控制基准。该级控制网在布设中的点位间距应当控制在0.8km范围内。同时，该级控制网需要布设为导线网模式，达到降低单导线横向摆动误差的目的；（3）CPⅢ：这一级控制网属于轨道控制网，主要目的在于为高速铁路的轨道施工、以及后期运营提供控制基准。该级控制网在布设中的点位间距应当控制在0.06km范围之内。

3、结束语

高速铁路工程项目的建设质量在很大程度上取决于高速铁路精密工程测量技术标准的构建，当中对于铁路轨道的平顺性有着特殊且严格的要求。为此，本文针对高速铁路精密工程测量技术标准中的相关问题展开了深入研究与探讨，望能够引起同行工作者的特别关注与重视。

参考文献：