Page 301 - 测绘新技术的理论与实践研究
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第九章 激光跟踪仪高精度测量技术研究
量相对距离，使精度达到 ±0.5um/m，但由于硬件制造技术等原因，激光干涉仪
的应用仅仅局限于计量检定领域，其测量环境和测量对象都有较大限制。20 世
纪 90 年代，Leica 公司研制成功首台激光跟踪仪，首次将激光干涉测距用于大尺
寸工业测量。激光跟踪测量系统的测距模式分为两种：IFM（Interferometer）模
式和 ADM（Absolute Distance Meter）模式。IFM 即干涉测距模式，其原理为将
同一束激光通过分光镜分为两路，经固定反射镜反射和移动反射镜（靶标）反射，
在仪器内产生干涉条纹，经过电子计算机计算条纹的移动量从而得到距离值，因
此该测量模式必须提供距离初始值。使用该模式的激光跟踪仪设置了固定的“鸟
巢”位置以提供基距值，在测量过程中激光束不能被遮挡，否则需要重新回到鸟
巢开始测量。目前 IFM 模式测距精度最高可达 ±0.5μm/m，分辨率达 0.158μm。
3. 坐标测量系统
针对诸多大尺寸几何量工业测量的具体问题，坐标测量系统包括一系列软硬
件解决方案。根据坐标系设计原理的不同，系统可分为正交坐标系测量系统和非
正交坐标系测量系统。正交坐标系测量系统以三坐标测量机为典型代表，主要靠
严格标定的三轴（X、Y、Z）为测量基准，其测量精度能达到微米级，其特点是
结构固定紧密，配件复杂，分类明确，测量精度高，但也有明显的不足：一是测
量范围有限，测量多大物体就需要多大的测量机；二是需要将被测物体放置于测
量机上，使测量机成为专用测量室；三是测量机不便于安装和调试，固定测量位
置时安装和调试需要时间较长。
为了克服三坐标测量机的不足，满足不同环境下位置测量的要求，各种非正
交坐标系测量系统不断涌现。根据测量原理的不同，非正交坐标系测量系统可分
为三大类：角度交会测量系统、极坐标测量系统和空间支导线测量系统。
角度交会测量系统包括经纬仪工业测量系统、工业摄影测量系统和 iGPS 测
量系统。经纬仪工业测量系统的原理是利用多台经纬仪间相互观测以及测量空间
的定向点，获取组成系统的多台仪器中心的空间三维坐标、仪器三轴姿态，组成
统一的测量坐标系，并通过多台仪器交会测量同一目标点的水平角、垂直角，计
算该点三维坐标值，适用于静态目标点的非接触测量。工业摄影测量系统分为静
态系统和动态系统，其原理都是依靠多张相片对同一标志点中心进行角度交会来
获取物方点坐标值。在此过程中必须解决高精度相机标定、相机初始外方位元素
获取、标志点中心图像获取、编码标志的设计与实现、同名点自动匹配等问题。
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