專利名稱：基于無線傳感網絡引導的超大幾何參量測量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及超大幾何參量的測量系統，具體地說是一種基于無線傳感網絡引導的超大幾何參量測量系統。
背景技術：
隨著制造業的不斷發展，產品的尺寸已經達到幾十甚至數百米。這就意味測量范圍也隨之擴大，對超大幾何參量的測量也提出了現實要求。超大幾何參量的測量可以通過測量一些特征點的空間坐標，即對特征點進行定位間接實現。近些年，超大幾何參量測量技術得到了學術界的廣泛關注，相關的研究成果也陸續被公開。到目前為止，應用于超大幾何參量測量的技術已多達近十種。它們在擁有各自優勢的同時，也存在一些不足之處或測量范圍受限，如三坐標測量機CMM等；或測量效率低，自動化程度不高，如經緯儀測量系統等； 或系統復雜，價格昂貴，如室內GPS等。
實用新型內容本實用新型是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種測量范圍不受限制、可實現自動化測量的基于無線傳感網絡引導的超大幾何參量測量系統。本實用新型為解決技術問題采用如下技術方案本實用新型基于無線傳感網絡引導的超大幾何參量測量系統的特點是由測量基站、標記站和上位機構成；所述測量基站由無線傳感網絡的信標節點和安裝在二維旋轉臺C上的激光絕對距離測量系統組成，其中激光絕對距離測量系統中激光器的激光發射點被設定為絕對零位；所述信標節點由電源模塊C、控制模塊C、串口模塊和無線電磁波收發模塊C構成，其中控制模塊C通過串口模塊與上位機進行通信并控制無線電磁波收發模塊C的收發，無線電磁波收發模塊C的收發端點被設定為信標節點電磁波收發點，且信標節點電磁波收發點和絕對零位的空間位置關系已知；在被測對象上設定特征點，各測量基站以其整體測量范圍覆蓋被測對象所有特征點為準布置在測量現場，各測量基站的高度高于被測對象，并對所有測量基站分別標記為Cl，C2，…，Cn，其中η為所有測量基站的數目；所述標記站由無線傳感網絡的目標節點和安裝在二維旋轉臺B上的直角靶鏡組成，其中直角靶鏡的頂點與被測對象上特征點的空間位置關系確定；所述目標節點由電源模塊B、控制模塊B、無線數據收發模塊、無線電磁波收發模塊B和計時模塊構成，其中控制模塊B通過無線數據收發模塊與上位機進行通信并控制無線電磁波收發模塊B的收發以及計時模塊的開啟和結束，無線電磁波收發模塊B的收發端點被設定為目標節點電磁波收發點，且目標節點電磁波收發點和直角靶鏡的直角靶鏡頂點的空間位置關系為已知；被測對象上各特征點位置一一對應布置各標記站，所有標記站分別標記為Bi、Β2、…、to，其中m 為所有標記站的數目；測量過程首先對測量基站進行空間位置標定，再利用無線傳感網絡的引導作用使所述激光絕對距離測量系統瞄準標記站中的直角靶鏡，繼而上位機通過控制二維旋轉臺 B使標記站中的直角靶鏡對準激光絕對距離測量系統，最后由激光絕對距離測量系統獲得各標記站中直角靶鏡頂點到各測量基站中激光絕對距離測量系統的絕對零位的距離，再由上位機給出測量結果。所述無線傳感網絡的引導作用是采用脈沖時間間隔距離差法先逐個確定各目標節點電磁波收發點的空間坐標，再由上位機計算出激光絕對距離測量系統瞄準直角靶鏡所需轉動的垂直方向角度和水平方向角度，繼而通過控制二維旋轉臺C使激光絕對距離測量系統瞄準標記站中的直角靶鏡。所述脈沖時間間隔距離差法是利用上位機通過串口模塊分別向各信標節點發送命令，控制所有信標節點以大于脈沖寬度的時間間隔逐個向目標節點發射單脈沖，由目標節點中的計時模塊測得各相鄰單脈沖到達本目標節點的時間差，再由無線數據收發模塊將所有時間差數據傳輸至上位機，在上位機中按照式解算出目標節點中目標節點電磁波收發點的空間坐標(At(i+1)i-AT(i+1)i) · ν = d^-di (10)其中At(i+1)i為第i個與第i+Ι個信標節點所發射的單脈沖到達目標節點的時間差；ΔΤα+1) 為第i個與第i+Ι個信標節點發射單脈沖的時間間隔，AT(i+m大于脈沖寬度；ν為電磁波傳播速率，ν為一常數。，Cli為第i個信標節點電磁波收發點到目標節點電磁波收發點的距離；Cli = ^xi - χ)2 +(力- γ)2 + (Ζ/ - ζ)2(⑴式(11)中，i = 1，2，…，n-1 ;n為信標節點的個數，且η > 4 ；(xi7 Yi, Zi)為第i個信標節點的電磁波收發點的空間坐標；(x, y，ζ)為目標節點電磁波收發點的空間坐標。與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在1、本實用新型系統由測量基站、標記站和上位機構成，由于測量基站的數目可以根據被測對象的尺寸來確定，因此測量系統的測量范圍不受限制；2、本實用新型系統在測量過程中由無線傳感網絡引導激光絕對距離測量系統完成最終測量，因此本實用新型可實現自動化測量，且具有較高的性價比。
圖1為本實用新型整個系統框架示意圖；圖2為測量基站結構示意圖；圖3為標記站結構示意圖；圖4為信標節點框架示意圖；圖5為目標節點框架示意圖；圖6為系統測量過程流程圖。
具體實施方式
本實施例中的基于無線傳感網絡引導的超大幾何參量測量系統是由測量基站1、 標記站2和上位機3構成，其測量過程是先對測量基站1進行標定，再利用無線傳感網絡的引導作用使激光絕對距離測量系統8瞄準標記站2中的直角靶鏡13，最后由激光絕對距離測量系統8完成最終測量；如圖2所示，測量基站1是由無線傳感網絡的信標節點5和安裝在二維旋轉臺C 9上的激光絕對距離測量系統8組成；如圖4所示，信標節點5由電源模塊C、FPGA控制模塊、串口模塊和無線電磁波收發模塊C構成；絕對零位7與信標節點電磁波收發點6的位置關系已知；各測量基站1以其整體測量范圍覆蓋被測對象4所有特征點為準布置在測量現場，各測量基站1的高度高于被測對象4，并對所有測量基站1分別標以C1、C2、…、Cn，其中η為所有測量基站1的數目；如圖1所示，本具體實施例是將六個測量基站1布置在測量現場，并對六個測量基站分別標以Cl、C2、…、C6 ；如圖3所示，標記站2由無線傳感網絡的目標節點10和安裝在二維旋轉臺14上的直角靶鏡13組成；如圖5所示，目標節點10由電源模塊B、FPGA控制模塊B、無線數據收發模塊、無線電磁波收發模塊B和計時模塊構成；直角靶鏡13的直角靶鏡頂點12與目標節點電磁波收發點11的位置關系已知；各標記站2的放置位置與被測對象4上所有特征點一一對應，各標記站2分別標以Bi、B2、…、to，其中m為所有標記站2的數目；如圖1所示，本實施例是在被測對象4上放置了五個標記站2，并對五個標記站2分別標以B1、B2、…、B5 ；上位機3是測量軟件的載體，負責控制命令的發送和數據采集處理；圖6為系統的測量過程流程圖，本實施例以測量基站Cl和標記站Bl為例，來具體闡述這一測量過程如下1、對測量基站1進行標定通過標定實驗確定各測量基站1中激光絕對距離測量系統8的絕對零位7的空間坐標和信標節點電磁波收發點6空間坐標；標定實驗是預先在測量現場布置k(k>!3)個相對位置關系已知的標記站2，再通過人工控制二維旋轉臺14使各測量基站1中的激光絕對距離測量系統8與不同位置的標記站2中直角靶鏡13依次對準，從而獲得激光絕對距離測量系統8的絕對零位7與不同位置的標記站2中直角靶鏡13 的直角靶鏡頂點12之間的距離信息(Xi - Qj)2 + {yt - bj)2 + (ζ. - Cj)2 = dfj (20)式(20)中(xi7 Yi, Zi)為第i個測量基站中激光絕對距離測量系統的絕對零位的空間坐標，i =1,2,…，η ;n為測量基站的個數；(aj; bj; Cj) = ( , bi; Cl) + (j，0，0)為第j個位置標記站中直角靶鏡13的直角靶鏡頂點12的空間坐標，j = 1,2,…，k ；k為所有相對位置關系已知的標記站2的個數；Clij為第i個測量基站中激光絕對距離測量系統的絕對零位與第j個位置標記站中直角靶鏡頂點12之間的距離；(i = 1，2，…，n;j = l，2，...，m)以此計算出所有測量基站中激光絕對距離測量系統的絕對零位的空間坐標，最后根據絕對零位與信標節點電磁波收發點的位置關系解算出信標節點電磁波收發點 > 空間坐標；2、無線傳感網絡的引導作用無線傳感網絡利用脈沖時間間隔距離差法確定標記站Bl中的目標節點電磁波收發點11到各測量基站中信標節點電磁波收發點6之間距離， 再由上位機3根據式04)計算獲得標記站Bl中目標節點電磁波收發點11的空間坐標，進而由直角靶鏡頂點12與目標節點電磁波收發點11的位置關系確定標記站Bl中直角靶鏡頂點12的粗略空間坐標；
權利要求1. 一種基于無線傳感網絡引導的超大幾何參量測量系統，其特征是由測量基站(1)、 標記站(2)和上位機(3)構成；所述測量基站(1)由無線傳感網絡的信標節點( 和安裝在二維旋轉臺C(9)上的激光絕對距離測量系統(8)組成，其中激光絕對距離測量系統(8)中激光器的激光發射點被設定為絕對零位(7)；所述信標節點(5)由電源模塊C、控制模塊C、串口模塊和無線電磁波收發模塊C構成，其中控制模塊C通過串口模塊與上位機C3)進行通信并控制無線電磁波收發模塊C的收發，無線電磁波收發模塊C的收發端點被設定為信標節點電磁波收發點 (6)，且信標節點電磁波收發點(6)和絕對零位(7)的空間位置關系已知；在被測對象(4) 上設定特征點，各測量基站(1)以其整體測量范圍覆蓋被測對象(4)所有特征點為準布置在測量現場，各測量基站(1)的高度高于被測對象(4)；所述標記站O)由無線傳感網絡的目標節點(10)和安裝在二維旋轉臺B(14)上的直角靶鏡(13)組成，其中直角靶鏡(13)的頂點(12)與被測對象(4)上特征點的空間位置關系確定；所述目標節點(10)由電源模塊B、控制模塊B、無線數據收發模塊、無線電磁波收發模塊B和計時模塊構成，其中控制模塊B通過無線數據收發模塊與上位機C3)進行通信并控制無線電磁波收發模塊B的收發以及計時模塊的開啟和結束，無線電磁波收發模塊B的收發端點被設定為目標節點電磁波收發點，且目標節點電磁波收發點和直角靶鏡(13)的直角靶鏡頂點(12)的空間位置關系為已知；被測對象(4)上各特征點位置一一對應布置各標記站O)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線傳感網絡引導的超大幾何參量測量系統，其特征是由測量基站、標記站和上位機構成；測量過程是首先對測量基站進行空間位置標定，再利用無線傳感網絡的引導作用使測量基站中的激光絕對距離測量系統瞄準標記站中的直角靶鏡，繼而由上位機通過控制標記站中的二維旋轉臺使標記站中的直角靶鏡對準激光絕對距離測量系統，最后由激光絕對距離測量系統獲得各標記站中直角靶鏡頂點的空間坐標，由上位機給出測量結果，本實用新型測量范圍不受限制、可實現自動化測量。
文檔編號G01B11/00GK202119398SQ201120139129
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月5日 優先權日2011年5月5日
發明者余曉芬, 胡佳文, 胡進忠 申請人:合肥工業大學