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英文名稱：Nanotechnology and Precision Engineering
主管單位：教育部
主辦單位：天津大學
出版周期：雙月刊
出版地址：天津市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1672-6030
國內刊號：12-1351/O3
郵發代號：6-177
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：2003
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
期刊榮譽：
聯系方式
期刊簡介
雖是一名年輕的科學家，且身處光電科學的探索前沿，張祥朝給人的感覺一直都是沉穩踏實，不浮不躁。這與他所信奉人生信條：“水止猶鑒，靜水流深”有關。
1982年，張祥朝出生于歷史悠久、人杰地靈的河北巨鹿，自小勤奮聰慧，考入中國科學技術大學精密機械與精密儀器系，從此與當時方興未艾的精密工程研究結下了不解之緣。
憑借一貫的出色表現，他在畢業時獲得全額獎學金，赴世界著名的英國哈德斯菲爾德大學精密技術中心攻讀博士學位，師從英國工程院院士蔣向前教授，2009年畢業后留任該大學研究學者；2011年12月進入復旦大學工作，沿著本科畢業論文《大孔徑高精度平面干涉儀的設計》和博士畢業論文《用于精密坐標計量的自由曲面擬合》的延伸脈絡繼續展開研究，且始終秉承嚴謹的態度對待科研工作，每一步都走得格外沉穩有力。
方寸間洞隱燭微
精密制造技術的發展一日千里，關鍵元件的表面形狀越來越復雜，精度越來越高，產生了一系列的自由曲面和微納結構功能元件，其應用范圍也擴大到航空、航天、醫學等領域。
在“工業4.0”戰略引導新一代工業革命的大背景下，超精密功能元件制造的智能化與精準化成為先進制造的重點發展方向。于是，張祥朝針對當前加工、檢測設備相分離，工件的重復裝夾導致加工效率和檢測精度難以提高的現狀，致力于研究關鍵功能元件的快速在線/在位測量，對其開展了持續而深入的探索。
對于面形復雜的自由曲面和非球面光學元件，單點金剛石切削是主流的加工方式。他們基于相位偏折術和波長掃描干涉測量技術，發展了和精密機床相融合的子孔徑拼接面形檢測技術。巧妙地借用機床自身的精密運動機構，加以輔助的伺服監控，可以復雜面形的快速測量。并發展了可靠的機床誤差分離技術以及六自由度數據拼接技術，避免了重復采樣等因素引起的誤差，從全頻段保證了測量數據的真實性和可靠性。該方法克服了傳統離線測量方法適用范圍小、測量精度低、且對環境要求苛刻的缺點，尤其適用于超精密光滑表面的在位檢測。
在張祥朝承擔的總裝備部預研項目、科技部重大專項等科技攻關項目中，他和團隊為保形整流罩等關鍵光學元件研制了快速檢測裝置，測量精度達到了λ/10量級。相關技術顯著提高了我國相關裝備的使用性能，于2016年獲得教育部科技進步獎二等獎。
而精密工程的另一個的發展方向是小型化和集成化。以MEMS為代表的微納制造技術和光電子技術日新月異，但同時也對微納結構元件的精準檢測提出了挑戰。
針對微結構元件特征尺寸小、陡度高、測量信號難以采集等特點，張祥朝及其團隊發展了基于多波長干涉擴展量程、基于雙樹復小波的波前重構、基于智能化模式識別的相位解包裹、基于光纖導光的全域掃描測量、基于壓縮感知的信噪分離等一系列新技術，攻克了一個又一個難題，將微納結構元件的三維多尺度形貌完整地展現了出來。目前，他和中國工程物理研究院緊密合作，正在針對壓印輥筒等復雜結構大尺寸元件研制原位精密技術，在光電技術前進的道路上再攀高峰。
繁復中溯源尋頭
有句名言：怕什么真理無窮，進一步有進一步的歡喜。對張祥朝來說，他也喜歡這樣進一步的“歡喜”，在無窮的真理、奧妙的科研面前，他所能做的，就是刨根問底，溯源尋頭。
由于超精密功能元件的面形和紋理的復雜性，不同尺度、不同方向、不同形態的特征分量之間存在復雜的糾纏耦合，給復雜功能元件表面質量的控制帶來極大的難題，也嚴重制約了先進功能元件的可靠設計與精準表征。
現今，自由曲面的設計加工和檢測已經成為提升國家經濟發展的重要支撐技術和衡量國家精密工程發展水平的重要指標。
2013年，張祥朝作為“超精密光學自由曲面面形誤差評定算法”這一國家自然科學基金項目的主要負責人，從基礎數學理論著手，攻克了不同目標函數下擬合算法的全局收斂、評定結果的穩定性與偏畸校正、數據采樣及誤差補償等一系列難題，提出了一系列性能優越的自由曲面面形評定算法。項目結題獲得“優秀”（A），應基金委邀請在總結大會上作宣講報告。該成果獲得國際同行的廣泛關注，法國國際計量實驗室（LNE）邀請張祥朝作為中方負責人，在歐盟Horizon2020重點項目的支持下，合作建立自由曲面的標準擬合算法體系。
對于形態復雜的微觀紋理特征，張祥朝拓展了當前表面計量領域的小波分析方法，基于方向性超小波技術，發展了一系列復雜紋理特征識別與表征方法。不但根據其具體形態特征，發展了合適的基函數，并且從數學框架視角，分析了不同數學表示方法的移變性、頻譜混疊、采樣失真等基礎性問題，并提出了有效的解決手段.能夠有效分離刀痕、劃痕、缺陷等形態分量，從而可以據此有針對性地開展工藝分析與性能評價。該成果完善了復雜功能形面的設計一加工一檢測一評定鏈條.為提高復雜功能元件的可靠性.改善光電系統的性能奠定了堅實的基礎。
微納結構表面含有確定性幾何結構，其特征尺寸決定了元件的實際性能，微納領域當前面臨的主要技術瓶頸就是測量評定標準的缺失。為此，張祥朝面向“特征尺寸檢測評定的溯源性”這一核心任務.深入研究了針尖膨脹誤差校正、有效數據的選取、特征尺寸參數的可靠計算、保持邊緣濾波等多個難題，將特征尺寸擬合精度提高了兩個數量級以上。這一具有自主知識產權的研究成果顯著提高了微納結構測量表征的可靠性，也推動了我國微納制造領域的技術發展。
【關鍵詞】工程測繪 技術應用測繪發展發展趨勢現狀
中圖分類號：TB2文獻標識碼： A 文章編號：
一．引言
社會發展需要工程建設的大力支持，做好工程測繪是對工程建設質量和效果的保障。工程建設前期的測量與測繪工作，可以有效降低工程的施工難度，保證工程建設順利進行。隨著當代科學技術的進步，微電子技術、激光技術、計算機技術、空間技術和網絡通信技術的快速發展，直接推動著工程測繪技術的進步，各個學科的科學技術得到提升，這也要求傳統的工程測繪技術發生變化。同時，近些年來，大規模的經濟建設和國防建設腳步的加快，各種高規格、嚴要求的工程建設也越來越多，面對新的任務和要求，工程測繪技術的應用要求也越來越嚴，任務也越來越重。
二.工程測繪技術的現狀。
1.新技術在工程測繪中起顯著作用。
20世紀80年代以來，出現了光電測距儀、精密測距儀、電子經緯儀、電子水準儀和數字水準儀、激光掃平儀、激光準直儀等先進的地面測量儀器。傳統的工程控制網布網、地形測量、道路測量和施工測量等作業方法得以改變，測繪技術開始走向現代化、自動化和數字化。
先進技術設備的出現，改變了以往的操作模式。光電測距三角高程測量代替了三、四等水準測量。三邊網，邊角網和測距導線網取代了三角網。設備和技術的更新，彌補了傳統測繪作業中難以解決的問題。在傳統測繪中，難以攀登的山峰或無法到達的測量點，在測繪中很難直接進行測量，無需棱鏡的測距儀的出現，徹底解決了這個難題。在傳統的測量和繪圖中，是通過人工在野外進行手動測量，通過計算機進行數據處理和計算、繪制圖表，繪圖用時較長，工序繁雜且對操作人員技術要求高，電子經緯儀等儀器的出現和GEOMAP系統的問世，很好的解決了這個難題，將野外數據采集工作也計算機數據處理工作和繪圖設備結合在一起，形成了一個完善的多功能自動繪圖系統。
GPS全球衛星定位技術、GIS地理信息系統和RS遙感技術等其他科學被利用到測繪工程中，測繪技術和各學科相互交叉、滲透，測繪工程中產生新的綜合性信息采集、處理、監控管理系統。
GPS定位是通過高空的24顆衛星，由地面控制系統和用戶接收裝置組成，具有精度高、速度快、全天候、距離遠等特點。在工程測繪中，GPS定位技術的應用使的測量范圍大大延伸。利用GPS技術和水準測量資料可精化大地水準面，在進行城市、礦山等控制網時不需要造標觀測，在工程測繪中及靈活又方便，同時使用成本相對較低。
GIS地理信息系統是在20世紀60年代中后期發展起來的，是利用計算機存貯、處理地理信息的工具和技術。將各種資源信息和環境的參數按空間分布地理坐標，輸入規定的格式和分類編碼，進行處理、存貯、輸出，即可滿足應用需要。通過對諸多要素的分析和對數據的處理，可方便的將數據轉換成為圖形、圖像、數字等多種形式。
RS遙感技術是指從遠距離、高空等平臺上，利用可見光、微波、紅外等探測儀器，采取攝像、掃描、信息感應，通過信息傳輸和數據處理，從而識別地面物質的性質和狀態的現代化技術系統。通過遙感技術為城市和郊區的土地利用、土地覆蓋、植被、水、土壤、巖石等提供了獲取空間信息的可能。高分辨率衛星遙感對測繪產品形式和地圖更新有極大的促進作用。
信息技術保障工程測繪技術得以實施。在信息技術中，計算機技術是核心內容，計算機技術的應用促使工程測繪技術朝向數字化和自動化、智能化方面發展。電子經緯儀、全數字攝影測量系統、地圖自動設計和電子制版系統等都是計算機技術在工程測繪中的應用。GIS地理信息系統就是計算機技術在工程測繪中的典型應用，通過計算機替代傳統的人工分析和計算，既能保證數據結果的準確度，又能節省測繪時間，提高測繪效率。
有多平臺和多儀器支持的工程測繪系統是傳統測量結合計算機技術后的改變，是通過運用工程測繪技術，利用現代計算機網絡系統，對建筑區域的地質、建筑物以及施工采用的機械設備、建筑材料等進行勘測設計和管理而構成的系統。工程測繪技術可對工程具體施工中的項目設計和測繪信息進行綜合，為施工工程提供及時可用的信息。
2.現階段工程測繪技術存在的不足之處。
長期以來，國家對于測繪技術的投入不是很充足，對硬件設備和軟件系統的購置都較少。測繪的體制一直未有改善，加上基礎信息資源不足，信心化標準進程緩慢，數據庫建設重復，數據共享的機制也不健全。在工程測繪技術中，技術儲備不足，在理論研究和技術進步中，重視力度不夠。在遙感圖像處理技術和軟件上的投入不夠，目前國內采用的遙感圖像處理軟件都是來自國外開發的，國產的遙感圖像處理軟件同國外軟件差距太大。
三.工程測繪技術的發展趨勢和方向。
目前，工程測繪技術是朝向數字化、自動化和智能化方面發展。隨著現代科學技術的日新月異，各專業的深入研究和拓展，未來的工程測繪技術將呈現高水平，大規模，擁有具有高度精密的新技術和新設備，測繪成果更準確、更精密的發展趨勢。在測繪數據采集中，實現自動化和實時化，數據結果實現自動化和數字化；對測量數據的管理實現科學化、信息化、標準化；數據傳輸實現網絡化、安全化；測繪硬件實現人性化、智能化、經度化。
2011年12月27日，我國自主建設、獨立運行的兼容其他國家的衛星定位衛星-北斗衛星導航系統正式開始試運行。依靠國外硬件設備的時代即將結束，國內的定位技術和測繪技術將真正實現國產化。有了這一個硬件支持，提高了數據交換的效率，對工程測繪使用成本也起到降低的作用。同時，由于國產衛星的加入，在測繪終端上，設備的國產化程度將提高。屆時將涌現一批適合我國實際使用情況和使用環境的更加人性化的設備，這對提升工程測繪效率和保證測繪結果的可靠性提供了保障。
工程測繪技術成熟后，將被逐漸導入其他領域，如人體科學測量、顯微測量、顯微圖像處理等方面。測繪技術中數據處理的數學、物理模型建立、分析和辨別會成為工程測量專業教育與應用的重要內容。
在保持科學嚴謹的情況下，傳統的測量和繪制技術要從一維、二維、三維變成四維，不僅僅在空間上發生改變，同時對地域和測繪手段上都將發生變化。現代工業自動化流程的加入，三維工程測繪技術將得到進一步的發展。
四．結束語
伴隨著測繪科學技術的不斷進步，現代工程測繪也開始走向自動化、智能化，測繪設備技術含量高，測繪手段也得到了提升，測繪結果準確度也越來越高。新技術的加入，促進了測繪技術的快速發展，同時對測繪技術信息化程度要求也較高。數據的整合、信息的共享，都將促使測繪手段和測繪技術走向先進、準確、完善。
參考文獻：
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關鍵詞：GPS單點定位 城市工程測量 BERNESE 5.0 精密星歷
中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0028-02
GPS相對定位技術，通過組成雙差觀測值消除接收機鐘差、衛星鐘差等公共誤差及削弱對流層延遲、電離層延遲等相關性強的誤差影響，來達到提高精度的目的，這種作業方式無需考慮復雜的誤差模型，具有解算模型簡單、定位精度高等優勢。網絡RTK的出現更是將差分GPS技術發揮到了極致，通過差分改正信息實現了高精度的實時動態定位，由于其方便、快捷、高效的作業技術方法，得到了快速的發展。我國各大城市、地區相繼建立了各自的CORS系統。但是，這種網絡RTK技術也存在著不足，如受到通訊網絡、覆蓋范圍等條件的限制，城市工程測量中通常工期較緊、要求效率較高，當測區范圍內需要少數控制點而CORS系統無法使用的時候，如果建立靜態GPS控制網，則大大影響了作業效率，提高了作業成本。精密單點定位技術是利用載波相位觀測值以及IGS等組織提供的精度衛星星歷及鐘差來進行高精度單點定位的方法，能夠實現厘米定位精度，完全滿足城市工程測量的需求。目前，在一些發達國家精密單點定位技術已經得到廣泛的應用，在我國這項技術在生產實踐中的應用相對較少。
為了實現GPS單點定位達到厘米級精度，必須解決如下關鍵問題：（1）在定位過程中需要同時采用相位和偽距觀測值；（2）衛星軌道精度需達到厘米水平；（3）衛星鐘差改正精度需達到納秒量級；（4）需要考慮更精確的誤差改正模型。實質上，衛星位置和衛星鐘差是影響精密單點定位精度的重要因素。本文主要從IGS提供的各種精密星歷和鐘差改正相關產品著手，利用國際著名導航定位軟件BERNESE 5.0進行計算，分析快速星歷和最終星歷以及不同采樣間隔星歷鐘差產品對靜態單點定位精度的影響，進而討論GPS單點定位技術在城市工程測量中的應用。
1 BERNESE 5.0軟件數據處理
到目前為止，國際上GPS高精度單點定位軟件主要有美國噴氣推進實驗室的GIPSY軟件、瑞士伯爾尼大學的BERNESE軟件、德國地學研究中心的EPOS軟件。
GIPSY軟件只供科研使用，不供商用，且不提供源代碼，EPOS軟件應用范圍較為局限，主要在歐洲國家使用，也是以科研為主，而BERNESE軟件可以商用，且提供源代碼，使用較為廣泛。圖1中給出了BERNESE 5.0單點定位數據處理的簡要流程，主要包括數據格式轉換、鐘差改正、誤差模型改正、預處理和參數估計，除了得到測站坐標之外，還可以選擇輸出對流層、電離層、接收機鐘差等參數的估計結果。
2 IGS精密星歷
隨著GPS定軌理論和技術的提高，軌道計算數學模型的完善，以及全球跟蹤站數目的增多和跟蹤站分布的改善，IGS確定GPS衛星軌道的精度有了明顯的提高。目前，國際IGS服務局提供的事后精密衛星星歷的精度已優于5 cm，精密衛星鐘差的精度已達0.1 ns。其提供的精密衛星星歷和衛星鐘差產品包括：超快速產品（Ultra Rapid）、快速產品（Rapid）和最終產品（Final）3種，它們在精度、時延、更新率和采樣率方面是不同的。如表1所示。
由表1知IGS給出的快速星歷和最終星歷在采樣率和精度指標上均相同，那么快速星歷和最終星歷對靜態精密單點定位精度的影響是否相同，在實際應用中是否需要等待最終產品解算精密單點定位，下面將用實例進行比較分析。
3 實例數據分析
本文選用北京CORS系統基準站的觀測數據，分別選取超快速星歷（實測部分）和最終星歷，以及相對應的鐘差改正文件，利用BERNESE 5.0軟件進行精密單點定位計算，假設該站已知的精確坐標為真值，將兩種單點定位結果分別與之求差，求得點位中誤差，進而比較分析。
為了分析數據處理結果的統計特性，且避免誤差偶然性，本文將全觀測數據分為24個時段，分別使用兩種精密星歷進行單點定位計算。圖2中給出了使用兩種精密星歷單點定位的點位誤差，可以看出采用超快星歷和最終星歷的精度均在±0.06 m之內，大部分時段是在±0.03 m范圍之內，14：00～20：00之間的誤差相對較大，與廣州地區活躍的電離層活動有關，兩種結果相比較，使用最終星歷的單點定位精度相對較高，但并不明顯。
為了更加詳細地比較兩種精密星歷對單點定位結果的影響，對兩種精密星歷定位結果的坐標分量分別求差，圖3給出了X、Y、Z分量較差，可以看出坐標分量較差均在±0.02 m范圍之內，這種差異對于城市工程測量來說影響并不算大，因此不必等到最終星歷的，可以直接使用超快速星歷進行單點定位，從而保證了精密單點定位技術在城市工程測量當中的可用性。
4 結語
目前精密單點定位在靜態定位方面理論已經比較成熟，采用高精度GPS計算軟件以后處理方式得到的定位結果已完全可以達到厘米級精度。本文分別選取超快速星歷和最終星歷兩種精密星歷文件，利用BERNESE 5.0軟件進行計算，對全天24個時段的結果進行分析，可以看出，無論采用何種精密星歷以及提供的鐘差改正參數，解算結果均處于厘米級精度水平，兩種測量結果相差甚微，完全可以滿足城市工程測量的日常需要。隨著美國GPS現代化的逐步完成，以及Galileo系統的正式運行，偽距碼和多頻觀測值的增加，可以大大提高精密單點定位的精確性和可靠性，相信精密單點定位技術在城市測量中將會發揮更大的作用。
參考文獻
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【關鍵字】自動化儀器儀表發展現狀趨勢
中圖分類號：P335+.1文獻標識碼： A 文章編號：
一、自動化儀器儀表的簡介
1. 自動化儀器儀表的定義
自動化儀器儀表是用于化學、物理方面的技術工具和設備，可以檢出測量各種物理量、物質成分。從廣義來說，儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞等功能。顯微鏡、望遠鏡能使人們擴展自己的視野，體溫計能讓人們測量自己的身體的溫度；此外，還有一些儀器儀表如磁強計、射線計數計具有特殊功能，可以感受和測量到人的感覺器官所不能感受到的數據因子。
自動化儀器儀表又被稱作信息機器，因為它的主要功能是信息形式的轉換，可以將輸入信號轉換成輸出信號。信號按時間域或頻率域表達，信號的傳輸則可調制成連續的模擬量或斷續的數字量形式。
2. 自動化儀器儀表的分類
自動化儀器儀表是多種科學技術的綜合產物，有很多種類，有的按用途分類，有的按功能分類，不同的分類方法對應著不同的產品，本文主要介紹兩種分類方法。
（1）按不同用途來分類
儀器儀表有各種用途，有的用在運輸上，比如汽車儀表、拖拉機儀表；有的用在航空上，比如船用儀表、航空儀表；有的用在地質上，比如地質勘探測試儀器、地震測試儀器；另外隨著科學技術的發展，很多儀器儀表應運而生，比如教學儀器、醫療儀器、環保儀器等。
（2）按不同功能來分類
隨著我國自動化技術的成熟和各種行業的需要，產生了各種功能的儀器。比如工業自動化儀表按功能可分為檢測儀表、記錄儀表、計算儀表等；檢測儀表按被測物理量又分為溫度測量儀表、壓力測量儀表、流量測量儀表等。
二、我國自動化儀器儀表行業發展的現狀
自動化的內容在近10 年來隨著電子信息技術和光電技術等相關學科的發展而發生了許多變化。從縱深上講，可以涵蓋從最底層的自動化感應部件、各種檢測傳感器、變送器、各種間接測量設備、各種執行機構等到自動回路調節器、自動控制單元、各種大中小型裝置控制系統到綜合優化調度與協調系統和企業綜合管理信息系統等。從應用的行業性質上分，自動控制系統可以分成以流程過程控制為主的過程控制系統(如各種DCS、回路調節系統等) 和以運動和傳動控制為主運動控制系統( 各種邏輯控制PLC 和傳動控制系統如CNC 等，工業自動化儀器儀表主要是針對自動控制系統而言。
2002 年我國工業自動化儀表制造業共有309 個企業，實現工業總產量136.24 億元，銷售收入133.75 億元，利潤總額8.99 億元。行業綜合水平總體上達到國際八十年代水平。30%的產品實現了數字化，達到國際八十年代末期水平; 約15%的產品實現了智能化，達到國際九十年代水平。品種門類較為齊全，有一定的成套能力。可能承接60 萬千瓦火電站、核電站、30 萬噸合成氨、30 萬噸乙烯、500 萬噸煉油、10000 立方米空分、4000 立方米高爐、120 噸轉爐、日產30 萬立方米城市煤氣站、日處理40 萬噸污水、日產5000 噸水泥等大型工程的控制系統和儀表成套項目。
三、當前的儀器儀表技術存在的主要問題
儀器儀表行業技術發展雖然迅速，但較國外先進的高性能、高實用性的領先技術比起來，我們還存在著10~15年的差距，當前的儀器儀表技術還存在著一定的問題：
1、自主創新成果比例過少，應用技術不足
我國儀器儀表行業的初期是通過引進國外的先進技術，近幾年，也有不少科技型企業加大了自主研發力度，但從總體上說，自主創新的成果還是非常少，并且技術的實用性欠缺。對于一些關鍵核心工藝加工制造技術力量非常薄弱。產生這種現象的原因是因為中外合資與先進技術引進與自主研發嚴重脫軌。
2、中低檔產品居多，研發投入不足
我國現階段的儀器儀表產品較國外比較，大部分都屬于中低檔產品，產品創新能力弱，高端精準儀器儀表數量非常少。其原因是現階段的儀器儀表行業缺少對于高端檢測、數字化精進技術人才，限于各大企業和單位的指導思想和投入規模，研發投入也不夠，包括設備資金、人才培養等各方面的投入。
四、我國自動化儀器儀表的發展趨勢
近年來，經濟全球化的發展要求技術的全球化，計算機和智能機器的發展對儀器儀表的發展有很大的促進，我國應該在現有的技術基礎上，借鑒國外的微電子技術，掌握關鍵技術，生產更多國有品牌，提升國際競爭力。我國自動化儀器儀表技術的發展前景廣闊，與國際自動化儀器儀表的發展相比，可以分為智能化、高精度化和網絡化等趨勢。
1. 智能化
智能化技術是儀器儀表的一種發展趨勢，與國外產品相比，國內產品在智能化方面有很多不足，我國儀器儀表在智能化方面與國外存在明顯差距，因此，我國應該加大創新力度，改變創新模式，在智能化方向改革創新。自動化儀器儀表的智能化是指采用大規模集成電路技術、接口通信技術，利用嵌入式軟件協調內部操作，使儀表具有智能化處理的功能。采用智能化的產品可以很好的自主調節控制，利于信號的傳遞，提高了工業效率，更能適應國際技術的發展。
2. 高精度化
自動化儀器儀表對技術要求很高，只有高度精密化才能提升我國產品的核心競爭力。國外很多儀器儀表產品具有高精度化的特點，我國的產品在這方面明顯落后，因此提高儀器儀表的精密是大勢所趨，也是應對國際激烈競爭的必然選擇。當前的重點是研究和發展多維精密加工工藝，精密成型工藝，球面、非球面光學元件精密加工等工藝。
3. 網絡化
在國外市場以現場總線技術為代表的數字通信網絡技術得到了快速發展，但是我國自動化儀器儀表在總線技術方面還不完善，許多產品功能還不完備，核心技術的掌握也差強人意，因此，網絡化是我國自動化儀器儀表的發展趨勢和方向。發展網絡化就要充分利用計算機數字化通信技術，完成信息的轉換，構造一個龐大的信息化網絡，這樣信號流通順暢，更能提高生產效率。
總結
自動化儀器儀表是很多自動化元件組成的，包括各種功能的自動、智能和微型技術工具。儀器儀表有不同的用途，對應的功能也不同，有的具有測量、顯示功能，有的具有記錄、報警功能。近年來隨著經濟的發展和科學技術的進步，微電子、計算機、網絡通信等日新月異發展的新技術對自動化儀表產生了深遠的影響。我國自動化儀器儀表發展歷史久遠，隨著新技術的出現不斷出現新的儀器，對我國經濟的發展起了很大的促進作用，從目前來看，我國自動化儀表技術發展迅速，但與國際上比起來還是有一定的差距。自動化儀表的改進有重大的應用前景，我國應該加大資金扶持力度，轉變創新方式。
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（安徽省新技術推廣站，合肥 230061）
摘要：我國制造業規模居世界第一位，但大而不強，能力過剩和結構性短缺反差強烈，高端裝備的核心、關鍵零部件受制于人，成為制造業轉型升級瓶頸。國內大部分企業以傳統的生產方式已達到極限水平，難以滿足高端裝備對核心、關鍵零部件的精密、小體積、高靠性等要求。信息技術與制造業協同創新、深度融合正在引領制造業向智能制造變革。
本文以提高零部件的裝配精度為切入點，探索在現有加工設備的條件下，利用成熟的精密測量、數據存儲和計算機軟硬件等技術，以傳統選配工藝和全零件測量數據為基礎，解決傳統選配方案憑經驗和判斷性測量，難以確定本企業最優分組數和最佳裝配精度，實現企業的制造工藝向擁有核心靈魂的原始創新跨越，突破高端裝備核心、關鍵零部件的制造瓶頸。
關鍵詞 ：高端裝備核心零部件; 性能; 裝配精度; 集成創新
收稿日期：2015-06-30，修回日期：2015-08-04
作者簡介：楊成，男，安徽省新技術推廣站推廣二室主任。上海交通大學機械制造及工藝專業畢業，長期從事企業信息化和技術創新體系建設的推廣工作。對企業信息化和技術創新體系建設內容、步驟及實施方法論有一定造詣，形成了一套數據分析、建模及異常數據模型優化的方法論，主持編制了安徽省地方標準《中小企業成長性評價》（DB34/T 2330 ～ 32）。
1 裝備制造轉型升級的瓶頸和機遇
制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。經過幾十年快速發展，我國制造業規模躍居世界第一位，但制造業大而不強，總體仍處于國際分工和產業鏈的中低端，尤其在經濟增速放緩以及市場需求下降的今天，高端裝備核心、關鍵零部件為發達國家所掌控，受制于人的矛盾會愈發突出，能力過剩和結構性短缺反差強烈，加劇了產業“國退洋進”風險，嚴重制約了制造業轉型升級，是制造業“由大變強”的瓶頸。如挖掘機的液壓系統和發動機兩項組成的核心零部件就占成本的42%，工業機器人三大核心零部件減速器、控制器和伺服電機占成本的75%，市場份額占據了國內70% 以上，且外商憑借市場壟斷制定了大量“霸王條款”，要求國內企業提前訂貨期，甚至延長訂單交貨期等，嚴重影響了行業正常生產秩序。
當前，新一代信息技術與制造業深度融合，正在引發影響深遠的產業變革。基于信息系統的智能裝備、數字車間和智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。跨領域、跨行業協同創新，為高端核心、關鍵零部件等重點領域關鍵共性技術的突破提供了新的路徑。本文以提高零部件裝配精度為切入點，將現代精密測量、大數據存儲計算與傳統的選配工藝融合，探索跨領域跨行業協同創新的新路徑。
2 改善零部件裝配精度的理論思考
高端裝備的核心、關鍵零部件結構復雜、精密度高，且要求體積小、重量輕、噪音低、振動小、可靠性高、運行平穩和壽命長。隨著相關產業的快速發展，對產品的性能指標提出了越來越高的要求。在制造上，業內基本是提高零件的加工精度或裝配精度來解決。作為本身精密度要求極高的產品，大部分零件的加工精度己經達到了當前生產設備的極限水平。如果再提高零件的加工精度，勢必要對加工設備更新換代，這將使生產成本以指數級增加，如沒有批量和高技術工人保障，不具有可行性。在現有的生產設備的條件下，調整裝配工藝是可行的途徑。
對傳統手工模式而言，調整精密產品的裝配工藝難度極高。一方面，精密產品零件數量多、精度高，且零件間配合關系復雜，任何細微差錯都會體現在產品的最終性能上；另一方面，調整選配方案，無論是方案設計、驗證工作量，還是執行過程中的測量、保管、運輸和分組等工作量都將呈指數倍增加。隨著高精度檢測、計算機和存儲技術的發展，網絡化、數字化和智能化閉環制造系統成為高端制造的發展方向，制約選配方案優化的零件檢測量、檢測精度、人工分組計算驗證工作量和生產成本等制約因素得到了很大改善。
3 關聯技術的發展現狀
3.1 傳統的裝配工藝
（1）機械裝配。
按照設計的技術要求，實現機械零件或部件的連接，組合成機器。機械裝配是機器制造的重要環節，裝配工作的好壞對機器的效能、修理的工期、工作的勞力和成本等都起著非常重要的作用。零件的裝配有互換、選配、修配和調整4 種配合方法，批量生產主要是互換法和選配法。
（2）互換法。
裝配的同一種零件能互換裝入。零件加工公差要求嚴格，它與配合件公差之和應符合裝配精度要求，裝配質量穩定可靠，裝配過程簡單，裝配效率高，易于實現自動裝配,便于組織流水作業，產品維修方便，主要適用于生產批量大的產品。但是對設備精度要求較高，尤其組成環數較多時，組成環的制造公差規定得嚴，零件制造困難，加工成本高。
（3）選配法。
對于組成環數少而裝配精度又要求特別高的機器結構，為了提高加工經濟性，將精度高的零件的加工公差放寬,然后按照實際尺寸的大小分成若干組, 使各對應的組內相互配合的零件仍能按配合要求實現互換裝配。特點：①零件的制造精度不高，卻可獲得很高的裝配精度；②組內零件可以互換，裝配效率高；③憑經驗和判斷性測量來分組，在很大程度上取決于人的技術水平，不易準確控制裝配精度；④零件的分組數不宜太多，否則會因零件測量、分類、保管和運輸工作量的增大而使生產組織工作變得相當復雜；⑤難以控制各組零件數完全匹配，多余零部件浪費大。
3.2 數字化精密量具的發展現狀及趨勢
數字化測量是高端制造的關鍵技術。高環境適應性、亞微米、納米級測量儀器從計量室進入生產現場，為高端制造網絡化、數字化和智能化奠定了的基礎。
（1）數字化量具發展現狀及趨勢。
在生產實踐中，根據普通的工件精度要求，一般使用直尺、游標卡尺和千分尺等測量工具數字顯示已基本普及，位移傳感器的測量精度從微米量級向納米量級提升已經成為發展趨勢。Heindenhain、日本三豐及SONY 等國外公司近年來都相繼推出精度達到納米級的光柵式長度計，北京標普公司采用了有自主知識產權開發的SGG-01 型0.1 納米測長儀, 分辨力達0.1nm，示值誤差±（3+0.03L）nm。
量具基本都有數據通訊接口，但這些測量手段的準確率和效率往往與操作者的經驗和工作態度有關，難以滿足一些現代化生產制造場合的高效的在線100％檢測要求，同時測量的數據極少在線存儲。
（2）機器視覺引領高精度尺寸測量。
基于機器視覺的檢測技術，以其自動化、非接觸、高可靠性和多工件多尺寸（長度、距離、角度、形狀和位置）高精度測量，不受操作者的疲勞度、責任心和經驗等因素影響的特點，在國內外制造業得到了深入研究和廣泛應用。測量儀從檢驗室進入車間、對生產現場零部件100%檢測成為發展趨勢。目前機器視覺測量精度已經達到亞微米級以上，能夠滿足絕大部分高精度零部件的檢測要求。
德國MAHR 公司、瑞士TESA 公司和日本三豐公司等三維視像測量系統，儀器分辨力0.01μm，測量精度XY 軸（0.3+L/1000）μm，Z 軸（1+2L/1000）μm。國內西安愛德華、東莞萬濠、蘇州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也有類似產品，貴陽新天光電公司的儀器測量精度達到（1.0+L/100）μm。
3.3 數據存儲發展現狀與演變趨勢
數據存儲是增長最快的半導體技術。每12 到18 個月，存儲能力就會提升一倍。如今，臺式機硬盤存儲容量最高可達4TB，這意味著能裝下1 萬張照片或562 個小時的高清視頻。硬盤制造商希捷表示，到2020 年，熱輔助磁記錄技術將給世界帶來60TB 臺式機硬盤，足夠存儲12 萬張照片或6,750 小時高清視頻。
與有著60 年悠久歷史的硬盤驅動器技術不同，NAND 閃存技術還很年輕，有很大的發展提升空間。如今，NAND 閃存的存儲能力以每年175% 的速度增長。
MicroSD NAND 存儲卡的體積比指甲還小，存儲容量卻超過100 億字節。
大數據時代，云存儲(Cloud Storage) 應運而生。與傳統存儲設備相比，云存儲不再僅是一個硬件，而是一個由網絡設備、存儲設備和應用軟件等多個部分組成的復雜系統。“云存儲可顛覆磁盤陣列所代表的傳統存儲需求。”基于x86 服務器的分布式存儲系統、虛擬化技術和閃存的廣泛普及，以及軟件定義的存儲技術等，都使云存儲能夠以更低的成本快速向前發展。數據量的大小由TB 級增長至PB 級，云環境下的大數據存儲成為未來的發展趨勢。
4 大數據環境下的選配工藝技術實現
4.1 前期準備
（1）建立機器視覺檢測線或利用現有數字化量具100% 測量加工零件精度，并在線存儲，建立全部零件加工精度數據庫，積累海量的零部件精度數據，通過數據統計，找到各零件基本尺寸、公差和偏差穩定的分布概率。
（2）制定產品精度提升的目標，確定組成環零件組的基本尺寸、偏差和配合公差，按照產品裝配圖進行數字裝配，仿真運行，檢查、驗證驗證各組成環精度可行性；并根據裝配合格率、零件剩余率和生產效率，建立優化模型，經反復優化，確定加工零件分組數和選配公差。
（3）預測投入產出，確定建立數字化檢測線和自動分揀生產線的可行性。
4.2 過程優化
（1）建立數字化檢測線和自動分揀生產線，保證零件加工精度100% 的記錄和存儲。
（2）實施基于物聯網的庫房庫位管理，對全部零部件可識別分類包裝。庫管人員只需將生產指令、數量輸入電腦，系統會自動匹配各組別零件的庫存數量，選擇最佳的組別，并將所需零部件從庫位上取出，送往裝配車間。
（3）詳細記錄每個產品的出廠質量，建立產品可追溯檔案；盡可能多地收集客戶對產品的滿意度，對客戶返廠產品進行質量分析和記錄。
（4）按照裝配合格率、零件剩余率、生產效率、客戶滿意度和返廠產品質量等因素，準確及時掌握工藝系統的工作狀態和誤差變化趨勢，持續完善優化模型、優化加工零件選配公差和分組數
（5）產品升級。利用國家的扶持政策，充分發揮科研機構理論研究優勢，構建經實踐驗證的產品全生命周期的大數據平臺，研究全生命周期數據統一模型及現場運行過程檢測技術、面向故障與效率的數據關聯分析技術，形成面向產品的海量實踐數據和理論研究深度融合的產學研合作，實現產品從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創新跨越。
5 大數據環境下的選配工藝的意義
5.1 低投入、高產出，突破制造業“由大變強”的瓶頸增加的檢測、工藝優化和分揀設備的投入，相對研發試制高端裝備核心、關鍵零部件巨額的研發成本微不足道。零部件制造廠商轉換產品升級換代觀念，走從中低端向中高端的策略，即企業以現有滿足主機廠中低端產品，通過優化裝配工藝，主動提高產品的性能指標，必然完全滿足主機廠中低端產品的要求，一方面使主機廠用戶在原機型無障礙采用，經一段時間應用后，以“實效”樹立主機廠的信心，逐步推動主機廠在高端機型的核心、關鍵零部件上應用；另一方面，零部件制造廠商通過海量數據的積累，不斷優化裝配工藝，形成具有真正靈魂的、穩定的、難以模仿的工藝，保證產品的性能質量，形成經濟增長新動力，塑造國際競爭優勢。
5.2 效益驅動，推動零部件制造廠商智能工廠建設
通過零部件制造廠商將新一代信息技術與裝配過程融合，建立零部件加工精度和裝配過程的數字化——建設數字化裝配車間，形成的產學研合作經驗，其成果可有效樹立企業兩化深度融合的信心，推動企業進一步推進信息技術與制造過程深度融合，建立從毛坯、粗加工、熱處理、精加工、毛刺和飛邊清理打磨等到零件加工全過程的數字化，并在海量數據積累的基礎上，持續優化改造現有加工工藝流程，在有限的設備投入下，實現零件的加工精度或裝配精度雙向提高——建設智能工廠，全面提升企業的資源配置優化、實時在線優化、生產管理精細化和智能決策科學化水平，新一輪產業競爭中，搶占智能制造這一制高點。
5.3 零件精度分組工藝不可復制，成功經驗可推廣
基于企業個性化設備和人員加工出零部件海量精度數據的概率分布，并根據裝配合格率、零件剩余率、生產效率、客戶滿意度和返廠產品質量等因素，確定組成環分組數，每組零件的基本尺寸、配合公差等工藝參數和優化模型是企業產品的核心靈魂，同行企業簡單復制無效，也就是企業的核心知識沉淀不可復制，可以有效保護企業產品的競爭力。本文以提高裝配精度為切入點，技術創新上，需要將現代精密測量、大數據存儲計算與傳統的選配工藝融合，實施跨領域跨行業的協同創新，企業可完成海量的數據采集和存儲，提出客戶的要求，大量的理論研究、數字仿真、模型提煉優化等研究工作，企業不具優勢，勢必要引進專業研究機構，進行產學研合作。因此，通過項目實施，總結出的實施方法論，采用的檢測設備，數字仿真軟件、優化模型規則的提煉方法等，以及形成的專家團隊，可在行業內共享，推動行業內企業從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創新跨越。
6 結語
我國經濟發展進入新常態，經濟增速放緩，市場需求下降，資源和環境約束不斷強化，勞動力等生產要素成本不斷上升的環境下，整機生產企業在核心、關鍵零部件受制于人的背景下，難以繼續通過內部挖潛以及產品提價等方式部分的轉嫁上游供貨商提高配件價格產生的高成本，維持較穩定的盈利能力；而新一代信息技術與制造業深度融合，基于信息物理系統的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。以市場需求為導向，利用相關領域的創新成果，通過創新鏈的資源配置，實施跨行業協同創新，建立以企業為主體，政產學研用相結合的制造業創新體系，是可以突破制造業核心、關鍵零部件的瓶頸，促進制造業數字化網絡化智能化，走創新驅動的發展道路。
《智能制造》雜志征稿通知
一、征文范圍
1. 數字化設計與制造
2. 智能設計理論、方法及系統
3. 自動化與現代制造系統
4. 機器人技術及應用
5. 虛擬設計與虛擬樣機
6. 網絡化控制與制造技術
7. 綠色設計與綠色制造中的智能技術
8. 智能加工、智能檢測與控制
9. 數字企業與數字化工廠
10. 制造系統建模、運行、控制、優化與調度
11. 先進制造模式與戰略
12. 制造信息與知識處理
13. 數控技術與數字化裝備
14. 現場總線與無線傳感網技術
注：以上內容范疇供參考，圍繞智能制造全領域，具體題目請自擬。
二、論文遴選、刊錄出版和基本要求
1.《智能制造》編輯部組織編委會有關專家，對投稿進行審查、遴選，擇優刊登。審查遴選期限為自編輯部收到稿件后的三個月。
對于刊登的論文，編輯部提供正式錄用通知。
2. 論文內容必須是作者未正式發表過的研究成果，論文主題與智能制造相關，投稿作者須恪守學術道德規范，文責自負，嚴禁一稿多投及中途撤稿。論文字數4000 ～ 7000 字。
3. 論文應包括以下項目：論文題目；作者簡介（200 字以內，包括姓名、工作單位、通信地址、電話、手機、電子信箱等）；中文摘要、
關鍵詞 、標題和正文、
參考文獻。
三、編輯部投稿聯系方式
聯系人：張友蘋
[關鍵詞]高速鐵路 精密測量 應用探討
中圖分類號：TF789 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）11-0058-01
一、引言
高速鐵路以其輸送能力大、速度快、安全性好、舒適方便等優點開始在我國進入了高速發展階段。高速鐵路設計時速高達200km/h～350km/h，運行目標是高安全性和高乘坐舒適性，任何一個小小的顛簸，都會給旅客列車帶來嚴重的安全事故。因此，要求軌道結構必須具備高平順度和高穩定性。而軌道具備高平順性和高穩定性的條件，除軌道結構的合理外形尺寸、良好的材質和制造工藝外，軌道的高精度鋪設是實現軌道初始高平順性的保證。而這些必須依靠精密測量才能完成。
進入高鐵時代的鐵路測量，也隨著高鐵的要求發生了重大變革，由于高鐵比普通鐵路線路變得更直、曲線長度變得更長、隧道和橋梁的增加、軌道演變為無砟軌道測量、測量控制網的變化、沉降監控量測的高精度和持久性、測量工作時間的變化等等，給鐵路建設維護中的精密工程測量帶來很多新課題，測量的理論、方法、規范、儀器都需要革新和變化。
二、精密工程測量定義和特點
工程測量分為普通測量和精密測量，根據工程測量學的定義，精密工程測量主要是研究地球空間中具體幾何實體的精密測量描繪和抽象幾何實體的精密測量實現的理論、方法和技g。精密測量工作代表了現代測量工作的發展趨勢，精度代表的范用很廣泛.主要有相對精度和絕對精度之分。相對精度又分為兩種，一種是一個觀測量的精度與該觀測量的比值，如果比值越小，那精度就越高，例如：邊長的相對精度。精度的含義很廣泛，隨著技術的發展精度又在不斷提高，只有確定精度范圍和概念的時候才能在當下為精密測量下一個定義。那我們這就就采用一個普遍的定義，凡是采用一般的、通用的測量儀器和方法無法滿足工程隊測量或測設精度的要求時的測量.都可以叫做精密工程測量。因此，大型工程、特種工程不能與精密 程并列，但是，一些特種工程還是與精密測量有精密聯系的。
三維工業測量、工程變形監測中有很多測量也屬于精度測量，就精度而言，從工業的角度來看，在設備的安裝 、檢測和質量控制測量中，精度可能在計量級，如微米乃至納米；在工程變形監測中，精度可以放在亞毫米級；在 程控制網建立中，精度可能在毫米級。一般隧道等橫向貫穿的精度在厘米級，但其對精度測量的要求仍然很高，屬于精密工程測量。精密工程測量的另一個特點是，它的可靠性要求也很高，包括：測量儀器的鑒定檢核、測量標志的穩定 、測量方法的嚴密、測量方案的優選、觀測量之間的相互檢查控制，以及嚴格的數據處理和精確的測量監督等。精密工程測量按工程需要的精度可以分為：普通精密工程測量和特種精密工程測量。
三、高精度平面控制測量的精度標準
高速鐵路工程測量的控制網，按施測階段、施測目的及功能可分為勘測控制網、施工控制網、運營維護控制網。平面控制網應在框架控制網CP0基礎上分CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ三級布設。按逐級控制原則布設的平面控制網，其設計的主要技術要求應符合相關的規定。常用的CPⅢ平面控制網要求為測量等級為一級，相鄰點的相對中誤差為1，采用自由測站邊角交會的測量方法。
四、高速鐵路高程控制測量
高程控制測量以線路水準基點控制網為起算基準，系統采用1985 國家高程基準。當個別地段無1985 國家高程基準的水準點時，可引用其它高程系統或以獨立高程起算。但在全線高程測量貫通后，應消除斷高，換算成1985 國家高程基準。有困難時亦應換算成全線統一的高程系統。
CPⅢ高程控制網也稱軌道控制網，主要為高速鐵路軌道施工、運行期維護提供高程基準。應在線下工程竣工且沉降和變形評估通過后施測。CPⅢ高程控制點與CPⅢ平面控制點共點，測量通常安排在CPⅢ平面控制網觀測完成后進行。
CPⅢ高程控制網采用“精密水準”方法測量，它是介于二等水準和三等水準測量精度的一個等級，專用于CPⅢ高程測量。施測前應對全線的二等線路水準基點進行復測，構網聯測測區內所有復測合格的二等線路水準基點。
在具備充分準備的條件下按下列要求實測測量：
（1）CPⅢ高程控制網的首次測量與平差計算，應該獨立地進行兩次。所謂“獨立地進行兩次”是指兩次測量和平差計算應該在完全不同的兩個時間段內進行。
（2）CPⅢ高程控制網采用“精密水準”方法觀測，按照“后-前-前-后”或“前-后-后-前”的順序測量。宜使用DS1及以上精度的電子水準儀及因瓦尺進行測量。
（3）應附合于二等線路水準基點，與測區內二等線路水準基點的聯測時，采用獨立往返精密水準測量的方法進行，每兩公里聯測一個線路水準基點，每一區段應至少與三個水準基點進行聯測，形成檢核。
（4）CPⅢ點與 CPⅢ點之間的水準路線，應該采用“中視法”或“矩形法”的水準路線形式，以保證每相鄰的4個 CPⅢ點之間都構成一個閉合環。
（5）CPIII控制點水準測量應對相鄰4個CPⅢ點所構成的水準閉合環進行環閉合差檢核，相鄰CPⅢ點的水準環閉合差不得大于1mm。
（6）區段之間銜接時，前后區段獨立平差重疊點高程差值應≤±3mm。滿足該條件后，后一區段CPⅢ網平差，應采用本區段聯測的線路水準基點及重疊段前一區段連續1～2 對CPⅢ點高程成果進行約束平差。相鄰CPIII點高差中誤差不應大于±0.5mm。
（7）CPⅢ高程傳遞測量
當橋面與地面間高差大于3m，線路水準基點高程直接傳遞到橋面CPⅢ控制點上困難時，應選擇橋面與地面間高差較小的地方采用不量儀器高和棱鏡高的中間設站三角高程測量法傳遞高程，且要求變換儀器高觀測2次，每次要求手工觀測4個測回。兩組高差較差不應大于2mm，滿足限差要求后，取兩組高差平均值作為傳遞高差。
五、總結
高速鐵路是我國的百年重大工程，是我國發展的必備基礎設施，為了保證高速鐵路的安全穩定實施和運營，必須有在施工過程中保證鐵路按照設計圖計劃實施。在施工過程中建立的高精度CPⅢ控制網是常用的控制網，在實際操作過程中，必須按照規范進行建立控制網，才能保證施工項目的正常運行。
參考文獻
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[2] 左廣恒.高速鐵路測量控制體系建設與常見問題分析.城市建設理論研究（電子版）， 2012（10）.
[3] 蘇志華，周春柏，劉晚霞.工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析[J].測繪通報. 2012（03）
論文關鍵詞：RTK，GPS，圖根控制測量，已知點檢核比較法，重測比較法
一、概述
全球定位系統GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸海空三軍聯合研制的衛星導航系統，具有全球性、全天侯、連續性、實時性導航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。GPS應用到測量行業，設計了靜態、快速靜態以及RTK等作業模式。
其中RTK模式的工作原理，就是在已知高等級點上安置接收機為參考站，對衛星進行連續觀測，并將其觀測數據和測站信息，通過無線電傳輸設備，實時地發送給流動站，流動站GPS根據相對定位的原理，實時解算出流動站的三維坐標。
傳統的導線測量，不僅要求相鄰點之間通視GPS，而且精度分布不均勻，在較大的區域布設時，精度往往都不高。而采用常規的GPS靜態測量、快速靜態方法雖然精度高，但效率低，而且不能實時提供定位坐標和精度。利用RTK技術，則不受天氣、地形、通視等條件的限制，操作簡便，并節省了人力，不僅能夠達到導線測量的精度要求，而且誤差分布均勻，沒有誤差累積問題，提高了作業效率期刊網。對圖根點的檢測是精度檢核的重要技術手段，在RTK圖根控制測量需進行檢核。
二、RTK圖根控制的檢測
1.項目概況
興業縣葵陽鎮整村推進土地整治項目是廣西區重點項目，地勢平緩開闊，南北都是丘陵，中間是水田和三個村莊，交通便利。位于東經109°45′～49′，北緯22°41′～44′之間。測區總面積6.8平方公里，成圖比例尺為1：1000，已做好12個E級GPS控制點的測量工作，準備檢測E級GPS點后開始對已埋設圖根點的標石、鋼釘或木樁作控制測量。
2.測量技術要求
RTK測量衛星狀態的高度截止角在15°以上的衛星個數≥5個，PDOP值≤6。
RTK平面控制點測量主要技術要求如下表：
等級
相鄰間點平均邊長/m
點位中誤差/cm
邊長相對中誤差
與基準站的距離/km
觀測次數
起算點等級
一級
500
≤±5
≤1/20000
≤5
≥4
四等以上
二級
300
≤±5
≤1/10000
≤5
≥3
一級以上
三級
200
≤±5
≤1/6000
≤5
關鍵詞：彈體直徑 激光掃描法 誤差分析
中圖分類號：TG83 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）10-0091-02
1、引言
檢測技術是保證產品質量的重要手段，其水平高低已成為衡量一個國家科技水平的重要標志之一。產品的競爭實質上是質量的競爭，而產品質量的提高，除設計與加工精度的提高外，往往更有賴于檢測精度的提高。生產自動化程度的發展，產品數量的增長，在一定程度上也受到檢測效率的制約。對于軍事工業而言，彈藥彈體檢測技術是關系彈體生產質量的重大關鍵性技術，隨著新型武器的研制與科學技術的迅速發展，對檢測的精度和效率提出了越來越高的要求。因此，提高檢測精度和檢測效率是檢測技術的主要發展方向。傳統的彈藥彈體尺寸檢測是采用手工測量方法，即將游標卡尺卡在彈體尺寸需要檢測的位置，通過人工讀數來判斷彈體尺寸是否合格。這種手工測量方法，不僅費時費力，并且精度不高，滿足不了現代生產自動化的需要。
長期以來，國內外學者對彈體直徑測量進行了大量的研究，但是在大直徑尺寸測量方面一直沒有理想的方法和儀器出現，尤其在機械加工行業中，大直徑尺寸的精密測量尚未得到很好解決。用現有的或大型千分尺進行測量既費時又達不到精度要求。所以，進行精確的大直徑工件幾何尺寸測量研究的意義十分重大。
2、硬件條件限制分析
當被測彈藥直徑尺寸跨度較大時，無論怎樣改進系統結構，光學系統中的鏡片尺寸都會很大，其結果是：不僅鏡片加工困難，而且像差很大，因此測量誤差很大，無法保證測量精度。
根據誤差分析和光學設計經驗，f-θ透鏡尺寸≤80mm的情況下的像差較易保證。因此，針對待測炮彈外徑測量范圍，作出以下分級：
（a）小尺寸直徑
（b）大尺寸直徑>60mm。
兩個尺寸段無法用一臺設備兼容，因此，我們需要對上述小尺寸直徑測量系統進行改進，以滿足對大尺寸彈丸直徑的測量
3、小尺寸彈丸直徑測量系統
測量系統由激光器、掃描多面棱鏡、掃描透鏡、接收透鏡、光電接收器等組成。
3.1 測量原理
圖1是激光掃描測量系統測量原理圖。激光器發出的激光束照射到掃描棱鏡上，掃描棱鏡由掃描電機帶動以恒定角速度高速旋轉，掃描光束經過f-θ透鏡后形成與光軸平行并以恒定線速度掃描的掃描光束。
掃描電機和掃描棱鏡是關鍵器件，它決定了測量區域掃描光束線速度v的穩定性、光束的平行性和準直性，從而決定了儀器的測量精度。f-θ透鏡的作用是將勻角速度掃描的光束變換為與光軸平行的像方勻線速度掃描的平行光束。f-θ透鏡的精度不僅影響掃描線速度v隨垂直位置變化的特性，決定了儀器的線性指標，而且還影響掃描光束的平行性和準直性，決定了儀器的測量精度與測量的重復性。掃描電機的速度穩定性、軸向和徑向跳動，以及掃描多面棱鏡的形位誤差等影響光束的線速度v的穩定性和掃描光束入射的準確性，決定了儀器的重復性和穩定性。掃描激光光強的穩定性、光電信號邊緣檢測的準確性、光學系統的安裝誤差等對的檢測精度起到至關重要的影響作用。
3.2 測量過程
激光器發出的激光以恒速對被測彈體進行掃描，經聚光透鏡到達光電接收器，根據光電接收器接受光強的變化閾值（參看圖2）確定掃描時間t。若掃描速度為ν，對工件掃描時間為t，則被測工件直徑D：
3.3 誤差分析
影響掃描法測量彈徑誤差的因素包括多個方面。如掃描速度不是常值而是掃描棱鏡轉角Φ的函數，此時可以用平均掃描速度來求激光掃描尺寸檢測系統的誤差。其中平均掃描速度（為有效掃描口徑的半徑角），測量的三個基本參數為電機的轉速、光學系統的焦距、時鐘脈沖的頻率，這些誤差對測量精度的影響關系式為：
由式（1-3）：若激光脈沖頻率，；設計焦距為，；電機轉速為，，
被測彈徑，則：
4、大尺寸彈丸直徑測量系統
由掃描測量頭（兩臺）、光柵尺、直線滾珠導軌、滾珠絲杠、控制電機、計算機系統等組成。
4.1 測量原理
大尺寸直徑的彈丸測量依然采用激光掃描法測量原理。和小尺寸直徑彈丸測量不同的是，大尺寸彈徑測量要用兩個掃描頭，而且在測量前要對掃描頭之間的距離進行標定。
測量前，將兩臺掃描頭移出被測區域，并用標準尺標定出兩個掃描頭的距離（設為L）。
4.2 測量過程
測量時，在電機的驅動下，兩個掃描頭同時向被測彈丸待測部位靠近，如圖3所示，當兩個掃描頭發出的激光束與被測彈丸的外徑相切時，經過光電轉換，光電接收器的輸出電壓分別出現兩個下降沿，在通過實驗確定閾值后，閾值處就分別對應一個觸發脈沖，該觸發脈沖便是兩個光柵尺的計數指令，此時兩個掃描頭相向運動的距離分別為和，則被測彈徑（D）為：
（1-4）
4.3 誤差分析
（1）基礎距離L標定誤差：
此項誤差為系統誤差，可通過測量標準件等方式予以消除。
（2）掃描頭移動距離測量引起的誤差：
（a）由光柵尺引起誤差：
光柵尺測量精度為0.005，則由此引入的測量誤差為0.001。
（b）由于邊緣閾值判斷引起的誤差：
采用像元間距為7的CCD相機，經光學系統后，分辨率可達0.003mm，由此引起的誤差為0.001mm。
（3）測量總誤差為：
由于采用兩側掃描方法進行測量，實際引起的誤差為左右兩個掃描系統誤差和，按最大極限誤差累計，可得：
5、結語
本文較詳細的介紹了使用改進后的激光掃描法測量彈丸直徑的方法。對其關鍵原理進行了論述，檢測效率和精度都達到了預期目標，證明了該測量方法的可行性。此設計方案可普遍適用于一般彈丸彈體的檢測。
參考文獻
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