自动测量范文
时间：2023-03-23 02:44:47
导语：如何才能写好一篇自动测量，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
在信息化时代的今天，不管是何种行业都会引进一些相应的技术进行应用。就井下测量接头来说，研制了一款井下测量接头自动测量系统。这种自动测量系统可以对井下钻进时的受力等情况进行实时监测，这种系统可以自动采集数据然后传输到地面，当把数据输入到电脑中就可以进行细致的分析。以下为对井下测量接头自动测量系统的结构与组成、测量系统的功能及测量系统在实际工作中的应用进行了细致的分析。
一、测量系统的结构与组成
井下测量接头自动测量系统的结构主要由2个部分组成，分别为：一个是测力应变片，另一个是电子仪器仓。测力应变片可以通过测力筒和引线等进行检测，其中的测力筒和引线都需要采取一定的保护措施，例如密封等。井下测量接头自动测量系统的的硬件分为6个部分，分别为：传感器、井下计算机、信号放大调整电路、地面回放接口板、存储器、电池及控制电路，如图1所示。其中对于存储器和井下计算机的要求特别高。原因是由于数据暂放于井下，对于存储量和速度等要求过高，所以在选取存储器时要选择存储量大、不易丢失、速度快的高质量存储器。当需要存储的空间超负荷时，只要换一个存储量大的芯片就可以了，这样给井下工作者的工作带来了便利条件。在选用计算机时要注意选择体积小、操作方便、功能强的计算机。井下测量接头自动测量系统的的软件分为几个部分，有数字处理子程序、存储子程序和通讯程序等。如图2所示。电池及控制电路，就是将可充电电池转换为系统内部需要的电压。这样的好处是，可以在延长工作时间时保证持续供电，还可以节省电量。
电子仪器仓内几乎存在全部的元器件（测力应变片除外），例如压力传感器、温度传感器、电路板、电池等。像放大器、单片机、存储器、阻容元件这些电子元件，一般情况下都焊在同一电路板上（电路板需要密封、防水、防振、耐压）。
二、测量系统的主要功能
井下测量接头自动测量系统的主要功能有以下几点：1、数据采集功能。测量系统可以循环采集数据，在采集时还可以进行一些数据处理。需要采集的数据，有振动、受力参数、温度参数、加速度等参数。这种功能的有点是：节省人力、准确性高、操作简单、可靠性高；2、数据回放功能。井下的计算机与地面上的微机，这两台计算机通过通讯回路将数据进行传输，以方便对数据举行分析；这种功能的有点是：直观方便、便于观察、节省时间；3、自动存储功能。由于现今还无法直接的向井口传递数据，所以采集后的数据只能放在井下，以存储器为介质来保存数据，到地面后在把数据输入到电脑内，最后进行各项分析。这种功能的有点是：操作方便、易于保存和携带；4、接受地面信号功能。地面与井下通过泥浆泵的方式传输控制信号，井下通过测量接头的压力传感器接受信号，在识别后数据采集子程序就开始了正常工作。这种功能的有点是：误差小、方便快捷；5、自计时功能。系统在开启后就会自动进行计时功能，而地面上的与井下的计时是相同的。当接收到特定的信号后井下测量系统将会启动倒计时功能，计时停止后系统也会随之停止等待下一次的信号。这种功能的有点是：精确性高、节省时间；6、抗干扰功能。当有一些外界的条件干扰系统功能时，井下测量接头自动测量系统可以进行自动恢复功能的正常工作状态。这种功能的有点是：安全性高等。
三、井下测量接头自动测量系统的应用
在进行井下测量接头自动测量系统的实验前需要对整个电路和传感器分别开来，以确保数据对比度的精确性。在选取传感器时要用体积小、耐高温的传感器，原因是在运用时受到结构空间、压力等限制，所以传感器的选择至关重要。在进行试验时可以采用压力试验台打压的方式检测压力传感器和相关电路。如图3所示。在进行实验时为确保各个参数的准确性和客观性，需要进行对比实验。例如胜利油田侧平59井和侧平1井进行了井下试验，取得了较好的实验结果。
四、结论
井下测量接头自动测量系统在行业中占据着重要作用，同时此它可以推动社会和经济的发展。随着科技的不断进步，在井下测量中井下测量接头自动测量系统也在不断的完善当中。相信，井下测量接头自动测量系统的发展回越来越好。
参考文献
[1] 王向周，南顺成，郑戍华，王渝；MB90F540/545单片机应用系列介绍――基于MB90F549单片机的频率测量仪[J]；电测与仪表；2012年04期.
[2] 耿艳峰；杨锦舟；闫振来；华陈全；刘宝；；基于电阻式应变片的近钻头工程参数测量技术研究[J]；传感技术学报；2013年06期.
篇2
关键词：盾构;人工测量;自动测量
Abstract: This paper introduces a coastal city subway φ 6.34m earth pressure balance shield in the process of 2.1km development, to ensure smooth traffic tunnel, shield design guidance along the axis advance, manual measurement and automatic measuring method and principle of the
Key words: shield; artificial measurement; automatic measurement
中图分类号：TU761
1 工程概况
本段区间较长，里程范围为SK+411.527~SK5+080.520，长度为1668.993。上行线有五段曲线，曲线半径依次为370m、1200m、650m、1000m、1000m。线路纵断面最小坡度2‰，最大坡度25‰。隧道覆土最小为10.0m，最大为22.2m。本区间为双线单圆盾构区间，在最低点设置旁通道（兼排水泵站）1座。
2 盾构掘进测量
对于长隧道及曲线隧道施工来讲，确保掘进机(盾构)能正确地沿着设计轴线进行推进和贯通是最关键的问题。这一方面取决于地面控制测量的精度，另一方面更重要的是地下隧道测量、以及施工测量的精度和测量采用的技术手段。本工程采用人工测量和自动测量相结合的技术进行隧道施工测量。两套测量系统、相互校核，不断修正，主要相互验证测量数据计算的准确性和测量仪器的误差。
2.1 人工测量
2.1.1 盾构测量标志的安装及测定
测量标志由前靶、后靶、横向坡度、纵向坡度组成，具体实物为前后测量徕卡反射贴片和坡度板（纵向和横向坡度都可测），进行安装时，先测量出盾构的轴线，并把贴片和坡度板固定在盾构中心线上，前标后标应具有足够的长度，前靶距切口越近越好。测量出前靶、后靶到盾构中心线的距离以及前靶到切口的距离、后靶到盾尾距离，以确定前
后靶与切口盾尾坐标归算的几何关系。
为确保整个施工期间不被破坏，设置保护记号，此项工作应有原始记录和校核记录，以免盾构标志数据中存在系统误差。
初次测量时，用仪器照准前、后占牌各测量一个测回，再根据坡度板的数值确定盾构的初始姿态，方便盾构始发及时纠正。
如图1为人工测量前后靶测设示意图,单位（mm）：
图1 人工测量前后靶测设示意图
2.1.2 人工测量的相关计算
确定好前后靶与切口盾尾坐标归算的几何关系后，编制相关计算器程序，人工测量主要测设前标水平角，后标水平角，前标垂直角，后标垂直角，坡度和转角。人工测量仪器为经纬仪和坡度板。测设完相关数据后进行计算。
（1）盾构计算：
坡度W和转角U在坡度板上直接读出；
设W=2.546m为前标至盾构中心轴线的距离，Z=2.391为后标至盾构中心轴线的距离；
G、H为经纬仪所在测站X、Y坐标，L为测站到后标方位角，R为经纬仪棱镜高程；
:I为经纬仪所在测站到前标的平距，T为当前环号，根据所测当前环号，反算得x，等于x是测站
到第一环的距离。每次转站都要更新。
：N为经纬仪所在测站到后标的平距，原理同上；
：K为切口里程，5.308是前标到切口的距离。测站的里程，是从第一个测站开始累加起来，每次加上新测站到上一测站的平距；
：
X为后标水平角，E为修正过的测站到后标的水平方位角；
：Y为前标水平角，F为修正过的测站到前标的水平角；
；
Q为前标垂直角；
得出三维坐标与设计轴线比较即可得出偏差。
（2）管片姿态测量
管片姿态＝盾构轴线上管片拼装位置的偏离值计算+管片偏离盾构轴线计算的叠加。
B、C、D分别为管片拼装完成后上右下左与盾壳之间间隙；
E、O为切口平偏和高偏，G、Q为盾尾平偏和高偏；
；K为管片里程，6.73为切口至当前环拼装好的管片的距离；
；为水平直径
；为垂直直径
L为盾构长度，S为管片前端至盾尾的距离。
2.2 自动测量
为了做到对盾构机姿态的实时控制，盾构机掘进中采用盾构姿态自动监测系统。该系统是盾构机自动导向测量系统，采用ROBOTEC隧道导向系统，具有国际先进水平，适用于隧道工程施工控制的自动测量系统。采用该系统能够确保实时、准确地控制隧道掘进，保证贯通的精度。
2.2.1 自动测量导向系统
本自动测量系统安装了三个棱镜，前靶一个，后靶两个（只用一个，一个备用），安装测定与人工测量相同。在盾构始发前，对整条隧道每一米的三维坐标计算出来，输入自动测量系统，方便实测数据与其对比计算偏差。
如图2为自动测量系统硬件构成：
图2 自动测量系统硬件构成
如图3是ROBOTEC测量系统界面
由此画面进行测量指令的发送及设定和信息反馈等。
图3ROBOTEC测量系统界面
2.2.2 自动测量盾构姿态计算原理
盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中我们不能直接测量其刀盘及盾尾的中心坐标，只能用间接法来推算出中心的坐标。
如图3，A点是盾构机刀盘中心，E点是盾构机盾尾断面中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，布置三个自动棱镜B、C、D。由A、B、C、D、四点构成一个四面体，在盾构始发前测量出B、C、D 三个角点的三维坐标（xi, yi, zi）和刀盘盾尾中心的三维坐标,建立几何关系。根据三个点的三维坐标（xi, yi, zi）分别计算出LAB, LAC, LAD, LBC, LBD, LCD, 四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中Li是不变的常量，通过对B、C、D三点的三维坐标测量来计算出A点的三维坐标。同理，B、C、D、E四点也构成一个四面体，相应地求得E 点的三维坐标。由A、E两点的三维坐标就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的仰俯角和滚动角，从而达到检测盾构机姿态的目的。
图4 盾构姿态计算原理图
3两套测量控制技术的比较
两套测量系统、相互校核，不断修正，主要相互验证测量数据计算的准确性和测量仪器的误差。通过比较两者最大相差在两厘米左右，在规定的容许范围之内。依据自动测量系统提供的数据进行推进，管片脱出盾尾后对管环进行复测，可发现偏差基本都在5cm之内，所以本工程大部分数据依据自动测量系统，节省大量劳动力。
4结语
施工区间为1668.993m。是一般隧道的2倍左右，且曲线多、部分曲线急且长，导致导线边数多且部分导线长度较短，而这些导线又不能闭合，直接导致盾构贯通误差的增大。在半径为350m的小曲线推进时，由于隧道曲率大，前方可视距离短，导致自动与人工测量移站频繁。在本工程中，在R=350m的圆曲线隧道上，平均要20环（24米）换站一次。每次换站完成后，进行一次测量复核，调整自动与人工测量的相关数据。由于测量距离短，测量站安装在尚未完全稳定的管片上，所以每次换站完成后，高程数据总有一定的变化。为了保证测量数据的准确性，每天进行一次复核，及时调整相关数据。这些因素给本区间的盾构推进导向测量工作增加了很大的难度，为了本区间盾构的顺利推进和准确进洞贯通，就必须制订周密的导向测量方案，并且在导向测量技术应用中采取合理有效的措施。
参考文献：
[1] 陈馈,洪开荣,吴学松.盾构施工技术[M].北京：人民交通出版社,2009.
[2] 王靖雅，李健，董晶.地铁盾构法施工技术浅析[J].城市建设理论研究,2012,(21):35-39.
篇3
关键词：地形测量测绘技术发展趋势
地形测量学是研究测绘地形图及与其有关测绘工作的理论、方法的应用技术学科。[1]地形测量是为城市、矿区以及各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划、矿山开采设计以及各种经济建设的需要。
地形测绘是研究地球局部表面形状和大小，并将其测绘成地形团的理论和技术。通过测定小范围地表高低起伏形态和地物(如建筑物、道路、耕地等)的特征点的平面位置和高程，经相应的数据处理、采用一定的测量符号按一定的比例缩绘在图纸上。从而获得与相应地面几何图形相似的地形图，为国家经济建设提供设计与施工的图纸资料。[2]
传统的测绘包括控制测量、地形测量、施工测量、竣工测量和变形监测5个部分。现代测绘技术自动化技术具有自动化程度高、测图精度高、图形属性信息丰富和图形编辑方便等优点。[3]
1目前地形测量的测绘自动化技术
测绘自动化是集数据采集、处理、传输、显示于一体。随着计算机、网络技术的发展及测量仪器的智能化，测绘技术自动化技术发生了重大变革，3S技术(GPS全球定位系统、GIS地理信息系统、RS遥感)及其集成技术成为测绘技术自动化技术的核心。
1.1GPS技术GPS(GlobalPositioningSystem)称为全球定位系统，是美国20世纪70年代开始研制的，它历时20年，于1994年3月全面建成的利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，是一种高精度、全天候、高效率、多功能的测绘工具。[4]
GPS定位技术与常规地面测量定位相比，具有抗干扰性能好、保密性强，功能多、应用广，观测时间短，执行操作简便，全球、全覆盖、全天候、高精度的特点。特别是RTK的定位精度可达厘米级，在水上定位得到了广泛的应用。
GPSRTK(RealTimeKinematic)技术开始于90年代初，是一种全天候、全方位的新型测量系统，称载波相位动态实时差分技术，是目前适时、准确地确定待测点的位置的最佳方式，是基于载波相位观测值基础上的实时动态定位技术。
GPSRTK具有定位精度高且精度分布均匀，速度快、效率高，观测时间短，方便灵活，测程不受限制，不受通视条件影响等优点。
1.2GIS技术地理信息系统（GeographicalInformationSystem-GIS）是利用现代计算机图形和数据库技术来处理地理空间及其相关数据的计算机系统，是融地理学、测量学、几何学、计算机科学和应用对象为一体的综合性高新技术。其最大的特点就在于：它能把地球表面空间事物的地理位置及其特征有机地结合在一起，并通过计算机屏幕形象、直观地显示出来。[5]
GIS具有以下的基本特点：一是公共的地理定位基础；二是多维结构；三是标准化和数字化；四是具有丰富的信息。
地理信息系统对空间地理信息进行处理，准确采集有关的数据，并对地理空间数据和信息进行处理、管理、更新和分析，是采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技术的技术系统，对现代测绘技术自动化技术的起重要支撑作用。
目前GIS地理信息将向着数据标准化(InteroperableGIS)、数据多维化(3D&4DGIS)、系统集成化(ComponentGIS)、系统智能化(CyberGIS)、平台网络化(WebGIS)和应用社会化(数字地球)的方向发展。
1.3RS技术遥感RS（RemoteSensing）起源于20世纪60年代，不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息(一般是电磁波的反射、辐射和发射辐射)，经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息。遥感包括摄影、陆地、卫星、航空、航天摄影测量等技术。[6]遥感技术依其波谱性质，可分为电磁波遥感技术、声学遥感技术、物理场遥感技术。
遥感信息技术已从可见光发展到红外、微波；从单波段发展到多波段、多角度、多时相、多极化；从空间维扩展到时空维；从静态分析发展到动态监测。
RS为GIS提供信息源，GIS为RS提供空间数据管理和分析的技术手段(图像处理)，GPS作为GIS有力的补测、补绘手段，实现了GIS原始地图数据的实时更新。3S的综合应用是一种充分利用各自的技术特点，快速准确而又经济地为人们提供所需的有关信息的新技术，三者的紧密结合，为地形测量提供了精确的图形和数据。[6]
2测绘技术自动化技术的发展趋势
随着计算机、网络技术的发展及测量仪器的系统、智能化，测绘技术自动化技术向着3G技术及集成技术自动化、实时化、数字化，数据库和应用软件的开发应用，三维可视化技术以及人工智能化发展。使测绘技术自动化技术能全方位的应用于地形测量中，提高了地形测量的效率和准确性。
2.13G技术及集成技术的进一步发展积极普及3G技术的应用，改进3G技术中存在问题，更新3G及其集成技术测量的方法和手段，加强测量精度和准确性，使3G技术能在地形测量测绘技术领域的应用进一步扩展。
全球数字摄影测量系统在GPS、GIS、RS和3S集成技术中的应用，对数码摄影测量和地形测量更加普及和深化，使测绘技术向电子化、自动化、数字化方向发展。
2.2测绘软件及数据库的开发与更新加强地形测量数字化测绘软件的研发，使测绘软件系统更加高效、灵活和功能齐全，使测绘软件技术在地形测量中起到了相当重要的作用。
更新完善信息数据库，将采集的测量数据转换直接进入信息数据库，数据管理查询方便，数据共享，实现全球数据更新和扩展空间基础信息系统的动态管理，实现测量数据的管理科学化、标准化、信息化，实现测绘数据的传输网络化、多样化、社会化，使测绘技术走向自动化，实时化，数字化。
2.3人工智能和专家系统在测绘技术中的应用随着计算机技术的发展和测绘技术与相关学科的交叉、综合，人工智能和专家系统在测绘技术中有着广泛的应用前景。计算机利用专家知识模拟人脑思维进行推理，从事智能化的数据、图形处理和信息管理工作，极大地提高工作效率，使测绘技术向自动化、智能化发展。
全球定位系统(GPS)、数字摄影测量系统(DPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和专家系统(ES)这5S技术的发展和相互结合，专家系统在其中发挥着重要的作用，专家系统对整个测量流程进行控制，并执行相应的推理、分析和处理工作，并可实现信息资源共享，实时动态监测诊断，提高效率和质量，是测绘技术通向实时、自动、智能测量系统的关键。
3结论
随着计算机、网络技术的发展及测量仪器的智能化，测绘技术自动化技术发生了重大变革，从传统的测绘技术（例如电子测距仪、经纬仪、水准仪和平板仪）向3G技术、数字摄影测量技术以及人工智能化发展，推动了测绘技术自动化技术的活跃和革新，测绘技术朝着自动化、实时化、网络化和数字化方向发展，使地形测量更快速、简单、精确。
参考文献：
[1]王运昌.地形测量学[M].冶金工业出版社.1993.p2.
[2]吴贵才.地形测量出版社[M].中国矿业大学出版社.2005.p2.
[3]李淑燕.浅谈数字化测绘技术和地质工程测量的发展应用[J].科技信息.2009.25:p37.
[4]张德军，皱顺平.浅谈土地测绘技术的发展[J].山西建筑.2009.35(29):p355-356.
篇4
关键词：自动站 人工观测 降水量 误差
德兴气象站地处江西省东北部，28°57′N,117°35′E，海拔88.5米，属中亚热带季风湿润气候，四季分明、雨量充沛。2007年升为国家基本气象站，按中国气象局要求，实行自动站后，仍保留人工观测雨量器，并以人工观测值作为气候资料整编的依据。本站使用的自动站雨量传感器为SL2-1型单翻斗雨量传感器，测量分辨力为0.1mm，具有测量准确度高，测量数据可靠等特点。
一、SL2-1传感器工作原理
降水通过一个表面积为200cm2的漏斗接收器，进过过滤流入翻斗内，当翻斗流入一定量的降水后，开始翻转，倒空斗内的降水，翻斗的另一边又开始接水，每次翻转输出一个脉冲信号（1脉冲=0.1mm降水量），通过电缆传输到采集器，通过必要的处理后得到相应的降水量数据。
二、资料应用
资料选取2007、2008两年全部降水时段，人工观测为08、20时两次定时观测与虹吸雨量计数据，以日为单位进行降水统计（除掉了降雪、人工降水为微量降水、自动站数据缺测日数），考虑到正点降水观测时间的差异，对人工观测降水时间段进行了一定的处理，若20时延续降水，并且前后两日的降水量分别统计存在明显的差异则将前后两日合并作为一次降水过程。按中国气象局《地面气象观测规范》对自动站仪器的要求，按≤10.0mm：差值=自动站雨量-人工站雨量、>10.0mm：差值=(自动站雨量-人工站雨量)/人工站雨量×100%两种情况分别统计。
三、数据对比与分析
通过全年数据对比得出上表：在≤10.0mm区间，差值>0.4mm共出现7次，参照虹吸雨量自记纸，可以判断有三次与虹吸雨量读数、自动站相差较大，其他为自动站误差过大。在>10.0mm区间，差值>4%的共出现21次，其中差值最大的为9%。有19次的降水过程是大于40mm以上，并通过值班日志上维护记录得出，对于≤10.0mm的降水误差有4点，第一，仪器处于较长时间无降水，翻斗内有尘埃而未在雨前及时清理造成；第二，出现强降水之后，仪器经过激烈的摆动翻斗位置发生变化而未及时校准；第三，降水量较小的日子，由于高温、大风等导致的蒸发影响；对于>10.0mm降水，第一，SL2-1雨量传感器测量降水误差基本随降水量、雨强增大而增大；第二，雨前进行维护能够明显减小数据误差。
通过2007年与2008年各月数据对比发现SL2-1传感器测量的降水量比人工测量的明显偏大，对于2007年比2008年的数据差偏大与 SL2-1传感器的维护次数（特别是雨前的维护）有关。
四、结论
1.不按要求维护SL2-1传感器是造成测量降水的主要误差，要长时间保持仪器的精度，主要应加强对仪器的校准和日常维护，特别是雨前的维护。
2. SL2-1雨量传感器性能较稳定，测量误差符合国家标准，对于降水强度与降水的连续性能很好的反应出来，但观测值要比人工观测值偏大，特别出现强降水时，观测的数据误差较大，代表性不强，所以保留人工降水观测方式很有必要。
3.尽量不要在强降水时进行人工观测，减小因观测造成不必要的。
参考文献
[1]自动气象站测量原理和方法/胡玉峰主编.—北京：气象出版社，2004.
[2]《气象仪器和观测方法指南》第六版/世界气象组织，1996.
[3]李黄，自动气象站实用手册[M]气象出版社，2007.
[4]地面气象规范观测/中国气象局编.—北京：气象出版社，2003.11.
篇5
【关键词】自动化仪表测量；光电传输系统；光电技术；原理
1.前言
高科技技术以飞速度发展，越来越高的工业自动化水平，使得自动化控制技术应用的领域在逐步的扩大。伴随着微电子技术以及计算机技术的发展，测量仪器和技术也得到了最大水平的发展，先后研制出了很多的高科技、高智能的测量仪器。任何一台仪器都离不开计算机的硬件以及软件的支持，充分利用了其优势，使仪器的测量功能大大增多，技术性能也得到了大幅度的提高。对于一些电参数的测量，包括电压、电流、相位、功率等，因为有很多模拟指针式仪表的存在，例如电压表、电流表、相位表、功率表等等，虽然很多仪器有了较高的智能化，可是这些智能仪器只能以计算机为媒介实现数据基本的打印和处理工作，未能实现真正意义上的自动化测试，工作人员的工作量还是很大，很多工作都是通过人工完成，譬如测试点必须通过人眼进行瞄准定位，手动完成仪器的操作，这样的工作方式不但使工作效率低，而且使工作人员的工作强度较大，并且引入了大量的人为误差。为了减小测量工作的工作周期，降低工作人员的工作量以及提高工作效率，实现仪表测量的自动化是迫切需要解决的问题。
2.光电传输系统的组成原理
一般情况下，光电传输系统是由包括光源在内的发射电路、光纤和包括光检测器的接收电路组成。结构如图1所示。发射电路常常由信号处理、调制以及E/O即电光转化构成，发射电路的作用主要是使先将测量信号转化为便于调制的信号，再通过被调制好的信号使发光二极管工作，使电信号向光信号转化。通过光纤，光信号传至接收电路；通常情况下，接收电路由光电转换、信号的解调以及处理三部分组成，接收电路的主要功能是将通过光纤传进来的光信号通过光电转换装置还原为电信号，再由信号解调以及处理装置恢复成最初要被测量的电信号。光电传输系统通常使用由光电二极管以及发光二极管组合成的电光及光电转化装置，进行传输的光纤多采用多模光纤。
根据信号的调制和解调方式的不同，将光电传输系统分为三大类：模数转换方式、压频转换方式、调幅方式。详见以上结构图。
模数转换方式也被称为脉冲编码调制方式，就是信号将通过ADC即模数转换器来使光源工作，此时的信号为数字信号，低压侧两端将使数字信号通过数模转换器转换成模拟信号.脉冲编码调制方式的应用大大提高了光电传输系统的传输精度。对于不必将信号还原为模拟信号的电路其接收端的电路相对来说比较简单，不必对信号进行处理，直接将信号和计算机进行连接。因为脉冲编码调制方式对时序控制电路有要求，所以对应的电路系统比较复杂，并且导致传输的速度较低。可是这种调制方式易与数字式的仪表连接，所以在电力控制系统以及继电保护领域应用的较为广泛。
压频转换方式也被称为脉冲频率调制方式，就是通过对基带信号的模拟进行对载冲脉波调频，脉冲频率的变化规律通过基带信号的幅值变化规律进行观察，进而光源的光强通过脉冲调频信号进行调制。在低压侧一端，通过频压转换器解调脉冲信号。通过压频转换方式，存在于下文将要介绍的调幅方式中的温度稳定性以及非线性的问题能够有效的得到解决。并且不需要编码，较为方便的进行解调与调制，不管环境多么复杂都可以应用该系统。在中短途的传输中比较适合。此外，对于光电转换模块的输出，可以直接将数字信号进行输出，不必解调。处理之后的信号在微机单元里面进行应用。
一般情况下，调幅方式即是将要进行测量的信号可以不通过调制而直接作为光源的驱动信号，通过观察光信号的强弱来判断被测信号的大小，光越强，被测信号越大，反之就会越小，而且在与之对应的低压侧的接收电路，也是不需要解调电路的。此种方式的光电电路具有比较简单的结构电路，但是通过光纤的信号是模拟信号，一些外界因素例如噪音温度等将会对信号产生较大的影响，线性度比较低，稳定性相对来说较差，所以在实际应用时具有一定的难度。其适用在外界温度变化较小的环境里，且仅适合较短距离的传输。
3.光电技术在自动化仪表中实现方法及原理
要想实现测量电参数的自动化，首先要研制出可以实现人眼功能的仪器来代替人眼的测量，而且该仪器的性能和瞄准度一定要高，当前大多数使用的标准仪器例如标准源、标准表等都自带和上位机向连接的端口，在硬件方面，要想实现测量系统的自动化还是比较简单的，若将质量在不断提高的CCD器件看作是一个人眼仿真技术的标准，是完全能够实现电参数测量的自动化的。具体的结构图如图2所示。
3.1 利用光原理的成像系统以及分辨率较高的CCD
图3所示的为光学成像原理图，其体现的主要是通过远心光学系统，使被测量的仪表指针以及表盘映射到CCD器件的表面，通过驱动器的作用，CCD器件把指针以及表盘的相关信号传送给模数数据采集系统进行转换。传输的数据在存储器中以矩阵的形式进行存储，便于计算机识别成像数据。通常情况下敏单元的尺寸为10m×10m的。而1024×1024为面阵CCD的尺寸。此种照明方式为同轴照明，通过光源亮度的自动调节来实现的。使用16位的模数数据采集卡进行模数信号的采集，这种采集方式可以将非线性误差控制在0.006FSR以内，进行转换的时间不大于17微秒。
3.2 微机控制技术
当前的计算机控制技术可以被分为两部分内容，一部分是将VC语言作为计算机的操作平台，与数据库管理系统相结合共同构成了计算机控制系统的软件，控制方式如下：通过计算机对需要检测的指针表的测试点进行设置，譬如对于5安培的表，可以将五个点设置在20%、40%、60%、80%、100%处，分别对应着1到5安培五个点，然后通过计算机给标准源发出信号令电流进行平滑的上升，当指针与表盘的20%刻度向吻合的时候计算机将向标准源再次发出信号，令计算机对标准源上的数值进行读数，随之与1安培进行比较，得出误差，对测量的结果进行储存。当五个点都测试完以后进行测试证书的打印。
另一部分则是对数字图像的处理软件。首先计算机先对指针信号以及表盘刻度信号进行处理，通过中值滤波以及高斯滤波进行噪声信号的处理；利用CANNY算子对提取图像的边缘，可以对噪声的干扰进行抵抗，使得提取数据更加准确，采用灰度矩法的亚像素细分定位可以提高细分精度；为了达到更高精度的拟合度，可以将最小二乘法应用在图像拟合工序里面。经过了上面的数字图像化处理，可以使计算机的识别精度比人眼对刻线以及指针的识别精度高出五倍左右。
3.3 标准的三相交流源
这种交流源通常分成三个部分：（1）由精度较高的数字所合成的三相信号源。波形存储器以及数模转换器组成的精度非常高的三相信号源。通过脉冲调宽技术对信号源的调幅进行直流基准源的设计，对于信号源的相频的调制可以通过频率综合器、锁相环技术以及脉冲移相技术的设计来实现。将信号源作为标准，标准源的交流基准可以在较短的时间里使其稳定时间保持在20×10-6/3min；（2）电流及电压放大器内带有前馈控制：放大器的作用是将信号在幅值和功率方面进行放大，以便可以使自身能够带动功率为20瓦的负载，之所以将前馈控制技术引进来是因为此项技术为无差调节的技术，它对基准信号的准确跟踪不受任何负载变化的影响，始终保持放大器输入与输出信号的一致性；（3）矢量的采样：这是一种对全部信息进行采样的技术，不仅包括了信号中的相位信息，还包括了幅值以及谐波信息，这些都可以在采样完成后通过反馈控制送至控制回路。此种方案对标准源的研制结果在控制相位精度、时间响应和采用了计算式反馈以及有效值反馈所研制出的结果进行比较更符合自动化测量的要求。
4.尚未解决的问题
4.1 发射电路的供电问题
应用在较多领域中的光电传输系统均属于有源系统，高压侧的供电电源是否稳定影响到了整个传输系统运行的可靠性，当前所了解到的有源的给高压侧的供电形式主要有三种：（1）通过高压母线进行供电；（2）把低压侧的电能转化为光能，然后由光纤输送至高压端，再转为电能为系统供电；（3）通过电池进行供电。方法一存在的缺点是一旦流经母线的电流过小的时候电路就无法得到正常的供电，但是当流经母线的电流过大的时候又会使系统受到较大的冲击，此时电路极易受到损坏；方法二的性能虽然比较稳定，却受到激光输出功率的约束，尤其是受到光电转换效率的影响，所以提出了微功耗的要求。方法三存在的问题是因为电池所提供的能量有限，要求对电路进行设计时必须要考虑到供电控制，除此以外就是更换电池的工作比较麻烦。另外，其它的供电方式譬如说风能供电、太阳能受外界环境的影响比较严重，所以稳定性比较差。
4.2 传输过程中的抑制干扰问题
虽然与传统的传输系统相比较，光电传输系统具有较高的抗电磁干扰的能力，可是由于光电传输系统由发射和接收电路以及光纤三部分组成，为了保证系统的整体抑制干扰的能力均衡，要对电路进行加强，特别要注意高压侧的电路对电磁干扰的抑制能力。为了保证发射电路不受电磁的干扰，必须要做好发射电路的屏蔽工作，除此以外，还要对发射电路的电源以及与其相连接的导线的屏蔽给予高度重视。
4.3 运行过程中的稳定问题
系统的稳定性对处在环境较复杂的系统来说尤为重要，所以，长期运行的光电传输系统中的各个电子元器件的稳定性及可靠性亟待解决。
4.4 精度问题
要想使光电技术逐步的替代传统的传输技术，传输的精度是首要解决的问题，所以对于光功率波动的消除以及温度的变化等问题都要及时采取措施解决。
4.5 工艺加工问题
光纤、发光二极管以及光电检测器件都属于光电传输系统内的器件，这里面存在着较大的光纤与光源的耦合问题，所以，光电传输的工艺要求比传统的要求更高，除此以外，对工作中不可避免振动的抑制以及消除的要求也使得光电传输的工艺要求提升了一个水平。
5.结束语
光电技术应用在测量领域中已经有较长时间，伴随着光电技术的不断发展，自动化仪表中以点测量为主的自动化仪表也在慢慢地发生着变化，较高水平的功能技术使自动化仪表测量技术得到了更加宽广的发展领域，并且也促进了电参数测量方式的不断发展。虽然完全的自动化测量功能并没有在电能表测量中得到实现。但是当前的电子信息技术以及光电技术正在高速的发展着，自动化仪表测量的发展前景将会更加光明，并且逐步实现仪表测量的全自动化。所以，有必要在测量系统领域中给出更深入的探究，使自动化仪表测量得到发展，发挥光电技术的最大优势。
参考文献
[1]张旭忠.自动化仪表测量系统的开发与煤堆体积测量应用分析[J].总裁，2009（2）.
[2]王茂盛.自控温电伴热材料在仪表测量管线上的应用[J].石油化工应用，2007（5）.
[3]肖太民.自动化仪表的故障分析及维修方法[J].中国科技纵横，2012（1）.
篇6
[关键词]颅面形态;三维测量;激光扫描
[中图分类号]R783 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455(2010)03-0404-04
A study on the reliability of three-dimensional craniofacial measuring system
SONG Jian-wei1,HOU Yu-xia1,ZHANG Yan-ning2,SHI Jian-yu2,ZHAI Pei-fang2,LI Jiang-bo1,ZHOU Hong1
(1.Department of Orthodontics,Stomatological Hospital,Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710004,Shaanxi,China; 2.School of Computer Science,Northwestern Polytechnical University)
Abstract:ObjectiveThe study aimed to develop the three-dimensional auto measuring system of craniofacial soft tissue, and to analyze the reliability of the system.MethodsThe measuring software of craniofacial soft tissue was developed based on the laser scanner. 30 volunteers were selected to study the reliability of the system, which were analyses by comparing with the direct measurement.Results52 landmarks, 129 measurement items of craniofacial soft tissue can be done in this system. Compared with the direct measurement,the system has a better reliability. The different less than 1mm accounted to 50 percent in line measurement,and less than 2mm accounted to 35.3 percent. ConclusionThe characters of the 3D auto measuring system included: measuring item was full,the visualization was better, measuring precision was accurate relatively. The system was a useful, precise and rapid way to research the craniofacial soft tissue morphometry, especially for the large sample craniofacial soft tissue morphometry.
Key words:craniofacial mophometry;three-dimensional measurement;laser scanner
颅面形态三维重建和测量在口腔正畸学、正颌外科、法医学、人类学及美学等领域有重要的意义。在20世纪80年代,激光扫描首次被应用于面部软组织三维测量[1]。激光三维扫描具有非介入性、被测物体无形变、测量重复性好、测量精度最高的特点,是目前获取面部软组织数据最先进的技术。本研究基于三维激光扫描建立精确、高效的面部软组织三维重建和自动测量系统。
1材料和方法
1.1计算机软硬件支持:计算机:CPU Celeron3.2,内存 512M,硬盘 160G,显卡 Geforce 7300GS,操作系统 Windows XP 三维激光扫描仪:Minolta VIVID910三维激光扫描仪(日本美能达公司)。开发环境:Microsoft Visual C++,VTK可视化类库。
1.2颅面部标志点和测量项目:参照Farkas颅面部表面直接测量法[2],选取面部标志点52个,正中矢状面12个点,左右对称的点有20对(如图1～2);129项测量项目,包括60项线距、17项弧长、4项角度和48项比例指数;其中绝对值测量项目头面部24项,眶部23项,鼻部12项,口唇部18项;比例指数包括水平向17项,垂直向20项,水平与垂直相比11项。
1.3测量系统的建立
1.3.1采集面部图像:受试者自然姿势位,眶耳平面与地面平行,睁眼,面部放松,双眼平视前方;分别进行正面、左45°、右45°位面部激光扫描;用RapidForm2004软件对获得的面部正侧位图像进行拼接、匹配、整合为完整的三维人面图像,处理后保存为vrnl 2.0格式。
1.3.2三维自动可视化测量软件:采用Visual C++编写软件,OpenGL图形平台,自主研发颅面部软组织三维自动测量软件,使用vrml格式数据,实现面部图像的显示和三维测量功能,全部操作过程采用人机对话和菜单选择方式完成。按顺序进行52个定点,选择全面测量可以进行129项自动测量,测量结果直接输出文档,结果数据可复制到Excel表格进行处理。
1.3.3三维自动测量精度:选择西安地区正常面型青年志愿者30例(男12例,女18例),年龄18～25岁;软组织直面型,左右对称,面部形态正常,无正颌、正畸及外伤史;2°≤ANB≤4°。对每位研究对象进行面部激光扫描自动测量和Farkas面部软组织直接测量。测量结果采用SPSS12.0处理,每个测量项目进行配对t检验,分析自动测量系统的测量精度。
2结果
2.1颅面软组织三维自动测量系统:本系统实现激光扫描重建三维图像的重现,可以将人面图像显示为三角片模式、散点模式以及充填模式,操作常采用充填模式(如图3);并可对图像任意缩放、旋转、移动,便于精确定点(如图4～6)。实现面部软组织三维测量,包括52个标志点,129项测量项目,测量结束时直接输出结果文档。
2.2三维自动测量精度的比较研究
2.2.1正常面型颅面软组织77项绝对值测量中,有统计学意义的占25项,包括16项线距,9项弧长;且主要为涉及下颌角点(gonion go)、耳屏上界切迹点(tragion t)的项目。角度测量均与直接测量法无显著差异(见表1)。
2.2.2正常面型颅面软组织48项比例指数差值中,有统计学意义的项目有14项,水平比例指数8项,垂直比例指数4项,水平与垂直比例指数2项,主要涉及t点、go点绝对值测量值与直接测量法有显著差异项的比例指数,以及与弧长有关的比例指数项(见表2)。
2.2.3测量结果差值分布表,在60项线距测量项目中,测量差值小于1mm的有30项(占50%),小于2mm的有41项(占68.3%);在17项弧长测量中,差值小于2mm的有6项,占35.3%(见表3)。
3讨论
3.1自动测量:本系统通过激光扫描获取面部软组织三维信息重构面部三维模型,实现面部52个标志点的129项测量项目的自动测量,测量省时省力,适于大样本研究面部软组织三维形态。任意定点后也可以选择即时测量进行任意两或三点间线距、角度、弧长的测量,所有测量结果均自动生成数据文档,利于后期数据统计分析。
3.2测量项目全面:本课题组前期的研究初步实现面部软组织激光扫描三维重建及43个标志点的56项点距测量[3]。本系统是前期软件的优化,具有测量项目较多较全的特点,包括52个标志点和129项测量。Aung[4]等人的激光三维测量系统包括41个标志点83个测量项目,其中表面测量17项。许天民等人[5]开发激光测量系统可进行13个定点,3项线距,2个角度测量。白玉兴[6-7]等人利用数字化面部软组织三维重建和测量系统可进行14项角度、13项线距、5项比率测量。另外,面部的平衡和协调,并不仅在于测量的角度、线距的绝对值,而是由于相互之间的比例关系所引起的,面部的比例更为重要[2]。本系统的测量项目包括比例指数48项,其中水平比例17项,垂直比例20项,水平与垂直比例11项。对于面部比例指数的测量,可以对面部形态进行更全面的测量分析研究。
3.3可视化效果好:本测量系统可视化效果较好,测量时可以对人面模型进行任意方向的旋转,利于精确定点,如颏下点(gnathion gn)定点时可以将人面向上向后旋转成仰视暴露颏下方而准确定gn点;可以对图像进行任意放大和缩小,对于标志点比较密集的部位,可以对模型进行放大以保证视图清晰、定点准确。定点数字提示顺序,出现错误可及时纠正;所有操作采用菜单提示,人机交互使用,用户使用方便。
3.4测量精度较高:激光三维扫描测量具有精度高,可重复性好的特点,Kau[8]的研究表明,首次面部的三维激光扫描与3s后扫描的形态差值为0.3mm,与3天后扫描的差值为0.4mm。Lynnerup[9]对激光扫描精度的研究表明,干头颅的5个激光扫描测量项目与手工直接测量的差值均在1mm左右。Aung等[4]研发的激光扫描系统能以0.5mm的精度重建面部软组织图像,并进行41个标志点,83个项目的三维测量,30名志愿者的激光扫描测量和直接测量比较表明,有12项差值小于1.0mm(14.0%),16项差值小于1.5mm(19.0%)。Kovacs[10]等人在严格控制扫描条件下,发现有50%的线距测量项误差小于2mm。本研究通过对30位志愿者激光三维测量和直接测量的对比表明,在60项线距测量中,差值小于1mm的有30项(占50%),小于2mm的有41项(占68.3%)。与国外学者Aung 和Kovacs研究相比,本系统具有更高的精确性。人体测量手册要求人体测量误差不超过2～3mm,本系统的三维测量精度,基本达到临床要求。
本研究结果中仍有19项点距差值大于2mm(占31.7%),17项弧长测量项目中差值小于2mm的仅有6项(占35.3%)。弧长的测量误差与测量算法有关,有待在今后研究中进一步优化。点距误差的产生与go、t点定点困难有关,go点需要触摸方可在面部准确定点,在直接测量时能准确定位,而激光三维图像只能通过视图估计,因此定点误差较大;在激光扫描三维重建图像中,耳屏前区因头发阻挡影响该处的重建可能会影响t点定点以及其相关项目的测量。今后的研究中可以进行go点扫描前贴反光材料和带头帽等处理降低定点误差。
[参考文献]
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[3]龙丽华,周 洪,潘俊君,等.面部软组织激光扫描三维自动测量系统的初步研究[J].中国美容医学,2008,17(5):701-704.
[4]Aung SC, Ngim R C K, Lee S T. Evalution of the laser as a surface measuring tool and its accuracy compared with direct facial anthropometric measurements[J].British Journal of Plastic Surgery,1995,4(8):551-558.
[5]刘 林,许天民,张 益,等.激光扫描在面部畸形三维重建及测量中的初步应用[J].口腔医学,2005,12(6):345-347.
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[7]郭宏铭,白玉兴,周立新,等.面部软组织不对称性的三维测量研究[J].口腔正畸学,2004,1(1):32-34.
[8]Kau C,Richmond S, Zhurov A, et al.Reliability of measuring facial morphology with a 3-dimensional laser scanning system[J].American J OrthodDentofacOrthop, 2005,128(4):424-430.
[9]Niels Lynnerup,Maja-Lisa Clausen,Agnethe May Kristoffersen,et al.Facial recognition and laser surface scan: a pilot study[J].Forensic Science,Medicine,and Pathology,2009,5(3):167-173.
篇7
关键词: 煤矿井下测量导线计算自动化Excel
中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）03-0000-00
在矿山测量中，几乎每天都要进行7″级控制导线测量，而内业计算一般采用手工计算器对算，此方法虽然能满足生产的需要。但只要出现错误，检查起来比较麻烦，特别是输入计算器的数据，一般不可检查，必须重新输入一遍，浪费了时间，降低了劳动效率。
随着计算机在矿山测量中的广泛应用，引进Excel软件，该软件具有地测专业的编程功能，可以轻松地将繁琐的计算转化为可视的简单易操作的自动计算，对测量各类计算十分实用，现将应用情况作一介绍。
Excel编程在控制导线测量中应用:
1、表格设计
我按照平常使用的设计表格（如表1所示），它包括已经导线起点坐标、高程、起始方位角。标定仪器站、前后测点名称。实测倾斜边长、倾斜角、仪器高上高、觇标上下高、水平角。资料在记录本上的位置，日期，方便检查资料。自动计算出方位角、坐标、高程、巷道全高。
表中利用的函数有:
IF:判断一个条件是否满足，如果满足返回一个值，如果不满足则返回另一个值；
INT:将数值向下取整为最接近的整数；
MOD:返回两数相除的余数。
2、数学公式
2.1在7″级采区控制导线中用到的公式有：
①高程公式：H2＝H1+i-v-L斜×sinV垂直；
②平距公式：L平＝L斜×cosV垂直；
③X2＝X1+L平×cosα方位；
④坐标公式：Y2＝Y1+L平×sinα方位；
⑤度~弧度转换公式：A°＝A×π/180弧度；
⑥弧度~度分秒转换公式： A弧度＝A×180/π度＝int[A×180/π]+int[（A×180/π-int[A×180/π]）×60]+int｛｛（A×180/π-int[A×180/π]）×60｝-int[（A×180/π-int[A×180/π]）×60]｝×60｝。
注：⑤、⑥式是由于Excel的格式默认的是弧度而不承认度分秒所引用。
2.2算法
2.2.1水平边长及方位角计算
以表1的数据为例，水平边长L平＝L斜×cos（倾角），由于Excel格式里只默认弧度，因此，根据公式⑤可以计算。
2.2.2巷道全高、高差、顶板高计算
在计算高差时必须用到倾角的正负，所以我们引用了SIGN（）函数，就是说当倾角小于0时，该函数返回值为-1；当倾角大于0时，该函数返回值为1；我们再利用此函数乘以弧度值就可以得到有正负的弧度，进行高差计算了。如：高差ⅠH10－11＝-1.157+24.610×sin（-1.5939）-（-1.211）＝-0.803
2.2.3坐标计算
Xn＝Xn-1+L平×cosα＝3868365.07
Yn=Yn-1+L平 ×sinα=39503500.412
Hn=Hn-1+Hn-1-n=-215.514
各项起算及原始数据进行录入。
篇8
关键词：监测系统；传感器；光照强度；光合作用
目前，信息技术及自动控制技术发展迅速，并应用在了各个行业及部门。我国作为农业大国，地域广阔，温室大棚保有量较大，其生产的现代化水平直接关系到人民的生活质量。纵观国内各农作物产区，其农业生产条件不一，旱涝灾害常发，使得农作物产量不高，质量不好，温室大棚的作用更为突出。目前，国外温室的控制系统已实现或正在向完全自动化及无人化的方向发展，尽管我国已对温室控制系统中的气温湿度、土壤温湿度、光照强度、二氧化碳浓度等因素进行了研究，但其实用效果并不理想，与国外还有很多差距，很多方面仍需要改进。因此，研发低成本、低功耗的经济型、实用型温室智能控制系统前景广阔。温室环境控制技术是温室智能控制技术的重要组成部分，其中主要包括温湿度控制、二氧化碳浓度控制、土壤情况控制、光照强度控制等技术，其中的关键技术之一是光照强度控制。因光照是植物光合作用的首要因素，影响着植物的产量和质量，所以通过研究光照强度的控制运用于农业具有重要意义。
1光对作物的影响
植物的生长离不开光合作用，在这一过程中，光对植物的影响是最关键的因素之一。光照不足或过强，都会使光合作用减弱，植物生长缓慢，植物只有在适合的光照强度下才能良好生长，开花结果。实验表明，植物的生长速度与光照强度在一定范围内成正相关的关系。传统意义的光指阳光，在温室中，采用人造光源也可以达到相同的光合作用效果。控制光照的强度，照射的时间、分布情况等，都会影响作物的生长。
2光的控制
温室光的控制主要有两个方面，一个是光的种类，另外是光的强度或时间，光强度高，作用时间长，则相应的光合作用产生的能量也高。不同的作物对光的波长有不同的需求，同一种作物在不同阶段对的需求也不相同。因此，需要对不同作物，在不同阶段进不同的光照控制，以达到促进作物生长、提高产量的目的。如使用黄色薄膜，可使黄瓜生长加速，使豆类更加茁壮等。当光照强度不足时，需要对作物进行补光处理，如阴雨天、冬春季等时节。补光控制主要有两种方法，一是人工光源进行补充，另外是控制温室草苫的揭盖时间，增加或减少光照。需要注意的是，补光要注意结合控制温室内的温度高低。光照对于温室而言，光合作用为蔬菜生长提供能量，同时光合作用释放的能量也为温室的环境提供了温度保障。当然，光照强度达到一定值时，作物光合作用与呼吸作用平衡，再增加光照，光合产物也不再增加。因此，光照的时间及强度并不是越大越好，必须合理控制。如在夏天，光照强度大，如中午以后，光照强度达到最大，高强度的光照会灼伤作物，同时作物气孔关闭，光合作用停止。此时，必须进行遮光处理，才利于作物生长。一般温室采用遮阳网对光照时间进行控制。系统控制时，主要是光敏元件接受信号，转换后启动遮光网控制器件。需要注意遮阳网的启停也要考虑温室温度的高低，温室内温度偏低时，也应控制设备打开遮阳网以利于温度上升。检查光照强度低于光照下限时，遮阳网应关闭。
3光照元件及电路
传感器是控制系统不可缺少的元件，光电传感器则是将测量的光照量转换为电信号强弱的元件，主要由光源、光学通路光电元件组成。目前的各类光电传感器中，首选价格低、推广容易的光敏电阻传感器。本研究选用PCF8591作为A/D转换芯片，该芯片包括1个串行数据接口线，1路模拟输出和4路模拟输入。工作时，待机电能耗小，8位逐次逼近型，模拟电压范围为VSS（电路供电压）到VDD（芯片工作电压）。对于光强度的测量，使用美国TAOS公司的TSL2561芯片，具有速度快，能耗低，测量范围宽、可编程灵活等优点。
4控制系统的设计
整个温室系统的设计可分为三个部分：第一是控制策略，对光照的补充、温度的高低控制、通风、灌溉等；其次是温室内部环境的控制，光照强度、温湿度、土壤湿度、作物等；三是外部环境条件，太阳辐射、降水等。在此基础上，对光照控制进行研究。其设计思路如下：对温室的光照强弱进行实时采集，经元件转换为模拟值进行传输；传输来的量值进行指令控制，调整光照强度的量；对调节指令进行对应控制器的控制，通过改变光源，达到光照调节的目的；完成初步调节后，再次进行光照强度的采集，对比系统设定值，以实现合理的光照。通过使用上述系统，对某蔬菜温室大棚进行光照控制实验，作物生长良好，与人工控制相比，生长期缩短，产量提高，基本达到了控制目的。
5结语
温室大棚光照系统的实施，是温室自动控制的一部分，通过采用光敏元件对光照信号的接受，单片机进行模拟信号的转换，通过电路设计，实施控制策略，对温室光进行了有效的控制。对比系统使用前后，使自动控制系统的实施，是本文通过光敏传感器接收光照信号，单片机转换模拟信号，实施调节方案实现光照控制的补光控制和遮光控制。有效的控制光照，使温室内蔬菜产量增加、质量提高，达到了控制目的。
参考文献：
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[2]董文国,蔬菜温室大棚智能控制系统的设计[D].曲阜师范大学,2012:112-115.
篇9
关键词:隧道施工；盾构机；地铁；组成；功能；原理；适用性
1．Φ6.24m土压平衡式盾构机的改造背景
20世纪70年代以来，盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。伴随着激光、计算机以及自动控制等技术的发展成熟，自动测量系统在盾构机中逐渐得到成功运用、发展和完善。天津城建隧道股份有限公司给一台Φ6.24m土压平衡式盾构机加装了一套自动测量系统，用于进行沈阳地铁1号线滂江街―小什字街区间隧道施工。全面理解自动测量系统的原理，有助于工程技术人员在地铁的盾构施工中及时发现问题，解决问题，保证隧道的正确掘进和最后贯通。
2.盾构机自动测量系统的组成
2.1自动测量系统的组成
掘进管理计算机、全站仪计算机、不中断电路装置、坑内监视器、数据控制盘、控制器、个人电脑转换器、集线器（8端口）、调制解调器、全站仪、全站仪电源箱、标靶、水准台、转弯基本、远隔监视器、远隔计算机、打印机等。
2.2自动测量系统和盾构机控制测量在盾构施工中的地位和作用
配置土压力和推进参数自动测量，数据采集处理和远程传输系统，可以实现办公室的掘进工况信息管理；配备自动测量导向系统，可以适时测控盾构机姿态和管片拼装精度。
3 自动测量系统原理和工作过程
3.1描述盾构机姿态的要素
描述盾构机姿态的参数有：刀头坐标（xF'，yF，zF）：水平角A；倾角α；旋转角κ。
由盾构机姿态及设计隧道中线，可推算如下数据：刀头里程：刀头、盾尾三维偏差；平面偏角（Yaw）：盾构机中心轴线和设计隧道中线在水平投影面的夹角；倾角（Pitch）：盾构机中心轴线和设计隧道中线在纵向（线路前进方向）竖直投影面的夹角；旋角（Roll）：盾构机绕自身中心轴线相对于水平位置旋转的角度。
在掘进过程中，自动测量系统按如下流程工作：首先，人工测量确定盾构机自动测量系统后视标靶、全站仪和盾构机的初始姿态数据。将上述数据资料和隧道的理论轴线位置三维坐标输入系统。盾构机开始掘进后，系统全站仪自动测量可以确定盾构机位置的标靶的坐标数据并根据后视点的坐标进行换算，得出盾构机当时的位置状况。根据位置状况数据，操作人员进行纠偏、调整管片拼装等操作。如此往复循环工作。当盾构机进行曲线掘进，全站仪与主机不能实现通视时，需重新定位全站仪，即可进行上述测量步骤。由系统控制全站仪实时测定盾构机标靶的相对坐标并由系统对照后识点标靶的位置；同时自动照准标靶，并自动记录激光水平方位角；标靶内部光栅捕获入射角，间接得到盾构机纵轴水平方位角；利用安装在标靶中相互垂直两立面内的两把测角仪测得盾构机倾角和旋转角。利用以上参数及前体、盾尾、棱镜中心三者的几何关系，通过空间坐标变换解算前体、盾尾中心坐标，结合设计隧道中线参数计算盾构机与隧道中线的相对偏差。如此反复，指导盾构机掘进。
3.2功能特点
使盾构机按照设计线路正确推进，其前提是及时测量，得到准确的空间位置和姿态方向，并以此为依据来控制盾构机的推进，及时指导操作人员进行纠偏，系统的功能特点主要表现在:
（1）本系统采用同步跟进测量方式， 较好地克服了随着掘进面的推进测点越来越远而造成的观测困难和不便。
（2）免除辅助传感器设备，六要素一次给出(六自由度)。
（3）三维向量计算和利用全站仪直接测量点的三维，坐标(x,y,z)采用新算方法 “空间向量”进行严密的姿态要素求解.
（4）运行稳定精度高，能充分满足隧道工程施工对精度控制和运行稳定性的要求.
（5）适用耐高低温，湿度高，有震动的施工环境中的正常运行。系统连续跟踪测定当前盾构机的三维空间位置、姿态与设计轴线进行比较获得偏差信息。
3.3 测量精度
本系统由两台仪器联测时，每次测量都从隧道基准导线点开始测量运行过程中每点和每条边在检验通过之后才进行下步。得到的姿态结果均相互独立，无累积计算,故系统求解计算中无累计性误差存在。因此，每次结果之间可以相互起到检核作用，从而避免产生人为的或系统数据的运行错误。
3.4自动测量系统的工作过程
盾构机体作为刚体3个不共线的点是确定其空间位置与姿态的点。由3测点的实时坐标值、 按向量归算方法，解算得出盾构机特征点坐标与姿态角度精确值。 即通过三维向量归算直接求得盾构机切口和盾尾特征部位中心点当前的三维坐标和同时根据里程得到设计所对应的理论，两者比较得出偏差量。
自动测量系统在隧道内，一共有4个靶标，而全站仪位于4个靶标中间（如下图），全站仪首先定位1，2靶标，通过这两个标靶的位置，全站仪自动设置3，4标靶，完成这一系列任务之后，自动测量系统即可开始工作，检测盾构机在隧道内的姿态。
4结论
通过使用该自动测量系统，可以达到以下使用效果：
（1）、对程序的回归测试更方便。这可能是自动化测试最主要的任务，特别是在程序修改比较频繁时，效果是非常明显的。由于回归测试的动作和用例是完全设计好的，测试期望的结果也是完全可以预料的，将回归测试自动运行，可以极大提高测试效率，缩短回归测试时间。
（2）、可以运行更多更繁琐的测试。自动化的一个明显的好处是可以在较少的时间内运行更多的测试。可以大大减轻人工测量的工作量。
（3）、可以执行一些手工测试困难或不可能进行的测试。比如，对于大量用户的测试，不可能同时让足够多的测试人员同时进行测试，但是却可以通过自动化测试模拟同时有许多用户，从而达到测试的目的。
篇10
关键词：插秧机；作业面积测量系统；电路设计
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）14-3517-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.14.048
Hardware Circuit Design of Rice Transplanter Automatic Measurement
System of Working Area
XIONG Zhong-gang，HE Juan， QU Xiang-jun，CHEN Lian-gui，YE Zhen-huan， AO Bang-qian
（College of Engineering， Zunyi Normal University， Zunyi 563002， Guizhou， China）
Abstract： Aiming to achieve operation area and boundary recognition， operation area real-time automatic measurement and data collection on rice transplanter， an automatic measurement system of working area used in rice transplanter had been designed.The system was composed of the central processing module， the sensors detecting module， the GPS positioning module， the wireless data transmission module， the U disk data storage module， the power supply module and the upper-computer controlling module.The central processing module， using MCU STC12C5A60S2， collected and processed data from GPS positioning module and sensor detecting module，and completed automatic calculation of transplanter working area by analyzing the GPS positioning information. The wireless data transmission module was used for communication with the upper-computer controlling module， which was connected to the host computer via GPRS network technology.And it can realize remote controlling start and stop action on rice transplanter. The result of the experiment showed that the automatic measurement of rice transplanter working area and start and stop action could be remote completed and remote drived by the system.
Key words：rice transplanter； operation area measurement system； hardware circuit design
随着现代信息技术的不断发展，插秧机、联合收割机及旋耕机等农业机械已逐步成为现代农业生产中不可或缺的工具。特别是联产承包责任制的实行，农户购买大型农业机械的可能性越来越小，农业机械跨区作业将成为必然[1，2]。农业机械跨区作业中，作业面积是一个很关键的数据，时常会出现由于难以准确测量作业面积而引起纠纷，是农业机械进行跨区田间作业计算工时和收费的主要依据。同时田块的大小直接决定了种子、化肥、农药等生产资料的投入量[3-5]。传统的农田面积大多使用皮尺、凭借经验或采用产量计费的方式，简单实用，但只适合于小面积的规则矩形田块[6，7]。为解决传统测量农田作业面积存在的问题，增强测量方式的普遍适应性，本研究设计了一套插秧机作业面积自动测量系统的硬件电路，能够实现任意形状插秧机作业面积的自动测量工作，并应用Visual Basic 6.0开发环境对插秧机远程上位机监控模块进行了开发[8]，实现远程参数的采集和控制机械的启停动作。
1 系统总体方案设计
系统主要由中央处理模块、传感器检测模块、GPS定位模块、GPRS无线数传模块、U盘数据存储模块、电源模块以及上位机远程监控模块等部分组成，其总体结构框图如图1所示。传感器检测模块主要由发动机机油温度检测单元、发动机机油压力检测单元、燃油油位检测单元、液压油油温检测单元和发动机转速检测单元等组成，主要用于采集插秧机工作时对发动机工况相关数据；中央处理模块以STC12C5A60S2为控制核心，主要对传感器检测模块和GPS定位模块采集来的信息进行分析处理后，通过GPRS无线数传模块将相关信息传到上位机，并将有效信息存储到U盘数据存储模块；远程监控管理者通过自主开发的上位机操作界面观察插秧机的作业面积、运行参数和作业位置等实时信息，并针对紧急情况下的需求发送机械启停命令。
2 下位机硬件电路设计
下位机硬件电路主要包括中央控制核心模块、传感器检测模块、GPS定位模块、GPRS无线通信模块、发动机点火/熄火模块、CAN总线模块以及电源模块。传感器检测模块主要完成插秧机发动机工况数据采集，GPS定位模块主要完成车体的运动轨迹定位工作，中央控制模块负责进行信息处理与分析，并完成机械作业区域的识别和面积计算工作，同时兼顾实现有效数据的远传工作。
2.1 核心模控制块电路设计
该系统主控电路如图2所示，包括中央控制单元、GPRS无线数传单元、GPS定位单元。该系统采用的是STC12C5A60S2单片机，是由宏晶科技（深圳）有限公司生产的一款增强型8051 CPU，1T单时钟/机器周期，工作频率是0～35 MHz，相当于普通8051单片机的0～420 MHz，即比普通单片机处理速度快8～12倍；单片机上集成了1 280字节RAM，60 kb的FLASH程序存储器空间，4个十六位定时器，2路十六位PCA和PWM，共有8路10位精度的ADC，转换速度高达50万次/s。系统由STC12C5A60S2单片机与各个硬件模块连接，控制各自工作，传感器模块将检测到的数据信息经由CAN总线传送到中央控制单元，与此同时，与GPS定位模块采用RS485进行通信，读取相关定位信息，然后经过相应坐标转换和处理后，完成相关区域识别和面积计算工作，并将定位信息、作业面积和传感器检测信息经由GPRS无线通信模块远程传输到上位机，同时通过单片机U盘数据存储模块完成有效信息的存储和读取工作。
2.2 传感器检测模块电路设计
传感器检测模块主要用来采集插秧机工作时发动机的相关工况参数。传感器检测模块采集的数据主要包括发动机机油温度、发动机机油压力、燃油油位、液压油油温和发动机转速等参数。中央主控芯片STC12C5A60S2通过下发采集命令采集各个传感器通过CAN总线上传的数据。该系统设计中分别选用的是ZS-6-01-10L霍尔传感器、半导体集成的两端式机油温度传感器AD590、应变式机油压力传感器BP800。
为得到更加准确的插秧机发动机转速传感器输出脉冲信号A0，首先使电路中信号A0经过限流电阻R9和电容C1组成的低通滤波电路后，经由LM339比较电路整形出需要的标准矩形脉冲，R11上拉电阻有效保证了高电平时的电压，整形电路输出的矩形脉冲经由光耦作用将其输入通道前端的现场的干扰信号和单片机隔离开，同时将信号转换成单片机可以识别的高低电平后送入I/O口，即图中的AD1端的网络接点（图3）。AD590温度传感器先将温度变化转换成电流变化，之后转换成单片机容易处理的0～5 V电压信号，具体电路如图4所示。
机油压力的检测采用应变式压力传感器BP800，通常是输出标准的电流信号，其电流信号范围为4～20 mA[9]。这种标准的接口，一般可以采取精密电阻转换成电压信号，然后直接送入中央处理单元的A/D转换端口，I/V转换电路如图5所示。
2.3 CAN总线模块电路设计
插秧机车载终端根据需求，需要具有与车载各发动机工况检测传感器进行可靠通信的功能，故通过扩展CAN总线接口实现该功能要求，从而达到双方数据和控制指令的传输。其接口的硬件电路主要由CAN总线控制器SJA1000T和CAN总线收发器PCA82C250组成，考虑到插秧机作业环境的复杂多变，为进一步增强总线的抗干扰能力，并没有直接将CAN总线控制器的TX0和RX0与CAN收发器的TXD1和RXD1相连，而是通过在其中间增加一个高速光耦合器6N137，转换速率高达10 Mbit/s，具体硬件电路如图6所示。
2.4 GPS定位模块电路设计
GPS定位模块即GPS接收机，通过它来实现插秧机的定位功能，其电路设计如图7所示。该系统设计中选用的是瑞士Ublox公司生产的NEO-6M-0-001的GPS接收机。该模块能支持AssistNow Online和AssistNow Offline等A-GPS服务，供电电压范围为2.7～3.6 V，当电压3.0 V时功耗小于120 mW，具有1个USB V2.0，全速12 Mbit/s，1个UART接口、1个DDC接口、1个SPI接口，跟踪灵敏度为-147 dBm。如图7中所示的引脚23是GPS定位模块的电源输入脚，与主控板中产生3.3 V电压接口连接，引脚22接了一个备用电池，在系统启动定位工作时，会立即给电池充电；为了增强GPS定位信号，外接了配套天线，当GPS接收到数据后通过解码经由引脚20 TXD_GPS_TTL通过RS485通信送到STC12C5A60S 2的串口上。
2.5 发动机点火/熄火模块电路设计
当检测到发动机机油温度和机油压力对比正常预设值出现较大异常时，为及时保护发动机，可以对发动机进行熄火控制。本研究中插秧机采用的是电启动风冷4冲程2气缸OHV汽油发动机，发动机的启停电路如图8所示。
该模块的整个电路主要包括STC单片机处理器、达林顿管阵列芯片ULN2003、74LS05集电极开路输出的非门阵列、两个继电器、MAX485和MAX232通信芯片。采用RS485通信方式与下位机中央控制器进行连接，当在紧急情况下接收到来自上位机的点火/熄火命令后则完成相应动作。电路为提高单片机的驱动能力，采用非门电路以高电平的方式配合驱动ULN2003达林顿管阵列，这样ULN2003的驱动能力可以达到500 mA，从而可以大大提高单片机的驱动能力[4-7]。
2.6 GPRS无线通信模块
该系统主要通过GPRS无线通信模块，接入GPRS无线数传网络，将日期、机械作业时间、作业位置、作业面积以及产量等信息传送到上位PC机完成数据通信。本研究选择SIMCOM公司生产的 SIM300作为无线远程数据通信模块，该无线通信模块支持GSM和GPRS双模式通信，内嵌TCP/IP协议栈，能够在PCS1900、DCS1800和EGSM900 3个不同频段下工作。具体工作状态指示灯和通信硬件电路如图9所示。
SIM300要接入GPRS网络进行工作，就必须使用到SIM卡，与其操作相关的信号被直接引出到SIM300的SIM卡接口上，其中SIM_DATA作为与SIM卡的串行数据线，用于数据的输入输出，SIM_CLK为SIM卡提供操作时钟，SIM_RST引脚则用来输出SIM卡的复位信号，整个SIM卡部分的电路如图10所示。
2.7 电源模块
电源在整个电路设计中扮演着一个重要角色，使用稳定电源能使电路性能更加稳定可靠，整个系统采用5 V供电，对于该重要部分设计必须考虑到硬件系统对电源具有稳压和纹波小等要求，当然在有效保证电路电压稳定输入的前提下，低功耗也是现今设计非常关注的一个热点话题。因而针对系统要求，系统得到5 V电源部分采用的是ZA3020芯片实现的。为了使电路中5 V输出电源的纹波较小，因而在经过ZA3020转换后的电压输出端采用了一个22 μF和0.1 μF的电容，另外芯片的电源输入端也放置了一个10 μF和0.1 μF的滤波电容，从而有效减小输入端受到的干扰，使信号稳定可靠的输入。具体系统输入电源电压处理电路如图11所示。
GPS定位模块的工作电压是3.3 V，为有效保证车载电源断电后仍能正常工作，该设计中增加了一个备用充电电池，该备用电池充电所需电压是3.3 V，所以先将车体上12 V电源电压通过输入电压处理电路转换为5 V，然后通过REG1117-3.3降压芯片的处理，得到3.3 V电压，具体硬件电路如图12所示。
然而该系统设计中GPRS无线通信模块工作所需要的电压是4.2 V，选用的压降芯片是MIC29302BU，其可以通过使能引脚端和反馈电阻进行输出电压的控制，本设计中通过将使能端置高，设置反馈端R16和R17两个电阻比值来确定输出电压，具体硬件电路如图13所示。
当芯片1脚使能端置高，芯片导通开始工作，经由公式可以计算出输出端电压约等于4.2 V，该电压值即供给GPRS无线通信模块工作。
3 上位机远程监控模块电路设计
上位机远程监控模块的控制单元是上位机和下位机连接的桥梁，此处上位机是采用Visual Basic 6.0开发的PC机监控平台，另外主要应用单片机连接外设了U盘数据存储模块，主要通过GPRS无线组网技术实现数据交换和相应的控制命令，并通过AT指令发送相关控制和数据采集命令。相应的U盘数据存储模块电路设计原理图如图14所示。
信息的存储是面积测量系统的重要组成部分，主要包括对日期、机械作业时间、作业位置、作业面积以及产量等信息进行记录存储。有效存储这一系列信息可作为化肥、种子、农药等生产资料投入量的依据及农业生产管理的参考依据。当系统运行时，由于需要的有效数据量比较大，故为方便定位作业区域及边界等大量定位数据的存储，系统采用了单片机U盘数据存储模块电路。模块采用CH375单片机U盘读写芯片完成U盘到单片机的衔接，通过大容量RAM完成大容量数据缓存和传输，减少设备数据读写总时间，延长U盘寿命。
存储电路中采用5 V电压工作，为了内部电源节点进行有效退耦，改善USB传输过程中的电磁干扰，故在V3引脚外接0.01 μF电容，将CH375的TXD引脚直接接地可使CH375实行并口方式工作。设计中在RSTI引脚与VCC之间跨接了一个0.47 μF的电容，是为了在电源上电时，系统电路能够完成可靠复位并且有效减少外部产生的干扰。在U盘插入过程中，为了避免CMOS电路CH375出现大电流闩锁效应而损坏芯片，故在USB插座的电源上并联了储能电容C31缓解瞬时压降。
4 小结
整个系统设计为了具备强干扰性和可移植性，均采用模块化设计。为对系统设计的可行性和稳定性进行验证，进行了相关硬件测试工作，同时完成了基于Visual Basic 6.0开发的上位机远程监控软件，并结合硬件和软件设计进行了实地试验。插秧机在水泥地上模拟田间的作业轨迹，验证前面系统设计的可行性。试验结果表明，通过将系统显示的自动测量面积值与人工实际测量面积值进行对比分析，系统能够很好地完成作业区域自动识别和面积测量工作，并能远程实时采集插秧机发动机相关工况参数和控制发动机的启停。
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