定位距离是如何测的_智能定位测距的现状

目录：

• 1、现代自动检测技术的发展现状及趋势
• 2、井下人员定位系统如何实现精确定位？
• 3、超声波测距仪的国内外研究现状
• 4、工程测量技术的技术现状
• 5、GPS定位技术在工程测量中的应用情况如何？

现代自动检测技术的发展现状及趋势

现代自动检测技术的发展现状及趋势

梁森，欧阳三泰，王侃夫.自动检测技术及应用.北京：机械工业出版社，2006.

趋势：

随着半导体和计算机技术的发展，新型或具有特殊功能的传感器出现，检测装置也向小型化、固体化及智能化发展，应用领域更加宽广。

1、不断提高监测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性

科学技术的发展要求测量系统有更高的精度。近年来，人们研制出许多高精度的检测仪器以满足各种需求。例如，用直线光栅测量直线位移时，测量范围可达二三十米，而分辨率可达到微米级；人们已经研制出测量低至几个帕的微压力和高达几千兆帕高压的；力传感器；开发了能够测出极微弱磁场的磁敏传感器等。

从20世纪60年代开始，人们对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究，使得监测系统的可靠性和使用寿命大幅度提高。

2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域

检测原理大多以各种物理效应为基础，近代物理学的进展如纳米技术、激光、红外、超声波、微波、光纤、放射性同位素等新成就为检测技术的发展提供了更多的依据。如图像识别、激光测距、红外测温、C型超声波无损探伤。放射性测厚。中子探测爆炸物等非接触测量得到迅速发展。

20世纪70年代以前，检测技术主要用于工业部门，如今，检测领域正扩大到整个社会需要的各个方面，不仅包括工程、海洋开发、航空航天等尖端科技和新兴工业领域，而且已涉及生物、医疗、环境污染监测、危险品和毒品的侦查、安全检测等方面，并且已经开始渗入到人们的日常生活设施之中。

3、发展集成化、功能化的传感器

随着半导体集成电路技术的发展，硅和砷化镓电子元件的高度集成化大量向传感器领域渗透。人们将传感技术与信号处理电路制作在同一块硅片上，从而研制体积更小、性能更好、功能更强的传感器。例如，高精度的PN结测温集成电路；又如，将排成阵列的上千万个光敏元件及扫描放大电路制作在一块芯片上，制成彩色CCD数码照相机、摄像机以及可摄像的手机等。今后还将在光、磁、温度、压力等领域开发出新型的集成度很高的传感器。

4、采用计算机技术，使检测技术智能化

自20世纪70年代微处理器问世以来，人们迅速将计算机技术应用到测量技术领域中来，使检测仪器智能化，从而扩展了功能，提高了精度和可靠性，目前研制的测量系统大多带有微处理器。

5、发展网络化传感器及检测系统

随着微电子技术的发展，现在已经可以将十分复杂的信号处理和控制电路集成到单块的芯片中去。传感器的输出不再是模拟量，而是符合某种协议格式（如可即插即用）的数字信号。从而可以通过企业内部网络，也可以通过网络实现多个系统之间的数据交换和共享，从而构成网络化的检测系统。还可以远在千里之外，随时随地浏览现场工况，实现远程调试、远程故障诊断。远程数据采集和实时操作。

现状：

在机械制造业中，通过对机床的许多静态、动态参数如工件的加工精度、切削速度、床身振动等进行在线检测，从而控制加工质量。在化工、电力等行业中，如果不随时对生产工艺过程中的温度、压力、流量等参数进行自动检测，生产过程就无法控制甚至产生危险。在交通领域，一辆现代汽车的传感器就有十几种之多，分别用以检测车速、方位、负载、振动、油压、油量、温度、燃烧过程等。在国防科研领域，例子更举不胜举，很多尖端的检测技术就是因国防工业需要而发展起来的，例如，研究飞机的强度时，需在机身、机翼贴上上百个应变片并进行动态测量；在导弹。卫星的研制中，必须对每一个部件进行强度和动态特性的检测、运行姿势的测量等。近年来，随着家电市场的兴起，自动检测技术也进入人们的日常生活中，例如，自动检测并调节房间温度、湿度的空调机；自动检测衣服污度和重量，利用模糊技术的智能洗衣机等。

模糊洗衣机

能自动判断衣服的重量、布料质地、肮脏程度来决定水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态。见图为模糊洗衣机的模糊推理。

（1）布量和布质的判断 不同的布质（）和布量

（2）水位判断 压力传感器

(3)水温判断 半导体

(4)水的浑浊度判断 红外光电对管

作用

金伟等编著，现代检测技术.北京：北京邮电大学出版社，2006.

趋势：

1、 软测量技术

科技的进步和生产规模的扩大以及工艺的日渐复杂，给自动检测和控制提出了更高的要求，人们迫切需要找到一种新的技术来满足生产过程的检测和优化控制的需要。软测量技术(Soft SensingTechniques)被认为是目前最具吸引力和卓有成效的新方法。其主要包括三部分内容：第一，根据某种最优化原则研究建立软测量数学模型的方法，这是软测量技术的核心。主要方法有机理建模方法和辨识建模方法。辨识建模方法包括动态模型的间接辨识，静态模型的回归分析法辨识，采用模糊逻辑和神经网络以及二者结合的非线性建模。第二，模型实时运算的工程化实施技术，这是软测量技术的关键。包括现场数据的采集和处理，软测量模型结构的选择，模型参数的估计等。第三，模型自校正技术，这是提高软测量准确度的有效方法，包括在线自校正和模型的离线更新技术等。

软测量技术为生产的优化控制提供了新的有用信息，今后将在实践中取得更大的成果。

2、 模糊传感器

模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control,FLC）作为一种新颖的高级控制方式，成为智能控制的一个重要分支。模糊控制技术的理论基础是模糊数学和模糊逻辑理论。模糊理论是建立在人类思维的基础上，能很好的表达事物的模糊性质。传统的传感器虽然有高精度、无冗余的优点，但也存在提供的信息简单，难于描述涉及人类感觉信息和某些高层逻辑信息的问题。模糊传感器可以说在经典传感器数值测量的基础上具有经过模糊推理和知识集成、以自然语言符号的描述形式输出的传感器，能够对模糊事物进行识别和判断，可以应用在传统传感器无法处理的场合。

贺良华主编，现代检测技术。武汉：华中科技大，2008

趋势：

研究开发仿生传感器

自然界中的许多生物有着超乎寻常的能力，如，狗的嗅觉是人类的一百多倍，鸟的视觉是人的50到60倍，蝙蝠、海豚的听觉相当灵敏。所有这些动物的感官的、性能，是今后研究仿生传感器（如视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器等）的努力方向。

现状：

电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压和大功率状态下运行，保证这些设备安全运行在国民经济中有着重要意义。为此，为此经常设置故障监测系统以对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期动态监测，以便及时发现异状，加强故障防御，达到早期诊断的目的。这样做可以避免突发事件，保证人员和机器的安全，提高经济利益。即使设备发生故障，也可以从检测的数据中找出故障原因，缩短检修周期，提高检修质量。

井下人员定位系统如何实现精确定位？

恒高（EHIGH）井下人员定位系统，采用UWB室内定位技术，通过在矿井内部署一定数量的定位基站，以及人员佩戴标签卡的形式，来实时获取人员精确位置，精度高达10cm。

1、实时定位与人员分布

随时了解员工在井下的分布情况并对其进行实时跟踪监控，能够及时、准确地将井下各个区域人员及设备的情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员及设备的分布情况，以便于进行更加合理的调度管理。

2、智能考勤和唯一性检测

可以实现考勤管理功能，如查询某人在任一时间段的活动轨迹，查询一人或多人入井次数及在井下的工作时间等一系列信息。可以督促和落实巡查人员是否按时进行各项数据测试和处理，从根本上杜绝人为因素造成的事故。

另外，煤矿人员定位系统结合井口唯一性检测装置， 可有效的解决员工在不带卡、多带卡、替带卡等情况下进入矿井的问题，可提高矿井人员的管理效率，有效防范了矿井安全生产的隐患。

3、系统下发寻呼与撤离

管理人员可通过定位系统对某个/某些员工下发寻呼指令，实现井下人员合理调度；当井下有危险情况（冒顶、渗水、气体突出等）发生时，管理人员可按区域对井下人员下发撤离命令，提高事故响应能力。

4、主、被动SOS报警

当井下人员发现或者遇到紧急情况时，可通过定位标签按键向系统发送SOS报警信息，实时告警，提醒管理人员注意，及时采取相应的措施；当井下人员出现异常情况，如昏迷，标签卡会自动向系统发送报警信息，确保昏迷人员能够及时获得救援。

5、电子围栏

矿企可在井下一些重要硐室、危险场合（盲巷等）设定电子围栏，并且可对电子围栏的形状、报警规则以及员工进出权限进行灵活设置。无当权限人员进出该区域，煤矿人员定位系统会进行报警提醒，该功能可确保井下人员的安全活动范围，防止员工误入危险区而发生意外。

6、智能巡检

传统的井下瓦斯、设备等巡检工作，因为缺乏有效监督，难免出现“守而不巡，巡而不检”的情况，甚至会出现巡检员不去巡检现场检测而进行编造记录的现象，造成异常情况的发现不及时，从而带来极大的安全隐患。

煤矿人员定位系统的智能巡检功能可有效解决以上难题。企业可针对巡检要求，自定义规划巡检点和巡检路线，设置巡检人员及周期，制定巡检任务，全方位满足煤矿矿井定时巡检的需求。定位系统还可结合视频跟踪技术，记录现场巡检的画面，进一步规范巡检过程。

超声波测距仪的国内外研究现状

国内从五十年代起对超声波测距进行了较多的研究，并取得了可喜的成果。近年来由于电子技术的飞速发展，特别是单片机技术的应用，使得原来非常复杂的超声物位测量仪的设计有了大幅简化的可能，如采用zilog公司的z86E08单片机控制的超声波测距数显装置，以8098单片机为核心的智能物位测量仪等，从而使得超声物位测量仪的应用得到更多的普及。

工程测量技术的技术现状

地面测量仪器

先进的地面测量仪器在工程测量中的应用

20 世纪 80 年代以来出现许多先进的地面测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段，如：光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等，为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件，改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。三角网已被三边网、边角网、测距导线网所替代；光电测距三角高程测量代替三、四等水准测量；具有自动跟踪和连续显示功能的测距仪用于施工放样测量；无需棱镜的测距仪解决了难以攀登和无法到达的测量点的测距工作；电子速测仪为细部测量提供了理想的仪器；精密测距仪的应用代替了传统的基线丈量。

GPS定位技术

GPS定位技术在工程测量中的应用

GPS是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着GPS定位技术的不断改进,软、硬件的不断完善,长期使用的测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次性确定三维坐标的高速度、高精度、费用省、操作简单的GPS技术代替。

在我国 G P S 定位技术的应用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用 G P S 技术，在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用 G P S 技术。随着D G P S 差分定位技术和 R T K 实时差分定位系统的发展和美国 A S 技术的解除，单点定位精度不断提高，G P S 技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的应用前景。

数字化测绘技术

数字化测绘技术在工程测量中的应用

数字化测绘技术在测绘工程领域得以广泛应用，使大比例尺测图技术向数字化、信息化发展。大比例尺地形图和工程图的测绘,历来就是城市与工程测量的重要内容和任务。

常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作,同时还有大量的室内数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一,难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。随着电子经纬仪、全站仪的应用和 GEOMAP 系统的出现,把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来,形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供纸图,也可提供软盘,为专业设计自动化,建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。

20世纪8 0 年代以来，我国数字化测绘技术的开发研究和应用发展很快，成效显著。由于技术标准和规范不同，国外研究成功的数字化测绘系统不适合国情，难以推广应用，只有依靠自己研究开发。1987 年北京市测绘设计研究院在国内首先完成了“大比例尺数字化测图系统”（即 DGJ）的软件开发，并通过技术鉴定，1990 年被建设部列为第一批技术推广应用项目之一，在 80 多个城市及工程测量单位推广应用，同时又有十几个大专院校、仪器公司和工程测量单位，先后开发和研制出多个类似的数字测图系统软件。

摄影测量技术

摄影测量技术在工程测绘中的应用

摄影测量技术已越来越广泛的在城市和工程测绘领域中得以应用，由于高质量、高精度的摄影测量仪器的研制生产，结合计算机技术中的应用，使得摄影测量能够提供完全的、实时的三维空间信息。不仅不需要接触物体，而且减少了外业工作量，具有测量高效、高精度，成果品种繁多等特点。在城市和工程大比例尺地形测绘、地籍测绘、公路、铁路以及长距离通讯和电力选线、描述被测物体状态、建筑物变形监测、文物保护和医学上异物定位中都起到了一般测量难以起到的作用，具有广泛的应用前景。由于全数字摄影测量工作站的出现，为摄影测量技术应用提供了新的技术手段和方法，该技术已在一些大中城市和大型工程勘察单位得以引进和应用。

航空摄影测量是进行城市大面积大比例尺地形图、地籍图测绘与更新以及大型工程勘测的重要手段与方法，它可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图成果。目前，我国有 100多个城市或工测单位利用航测技术测制大比例尺地形图和地籍图，最大比例尺为1/500 。采用的仪器除利用高精度的模拟测图仪和解析测图仪成图方法外，还用立体坐标测图仪与微机连接进行数据采集，经微机数据处理输入绘图机自动绘图。

GPS定位技术在工程测量中的应用情况如何？

在测绘领域，随着全站仪的推广普及，传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。近年来，随着GPS测量技术的发展，工程测量的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。现已成功应用于工程测量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。

GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

1、GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为2O 200 km，运行周期为11 h 58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。

2、GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中

3、GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。

从工程测量的实施应用中，我们可以充分看到GPS测量的优越性，充分显示了这一卫星定位技术的高精度和高效益。

1、采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强。网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型(长边)方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。尽管GPS本身在进行测量时不受到通视条件的限制，但是，工程测量一般为小范围测量并受到工程成本的限制。因此，在实际的工程测量中，仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪等常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视，特别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困难。特别是大型桥梁控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度，进而影响到桥梁本身的精度。因此，在工程测量中布设GPS控制网时，必要时应当尽量使较多的点互相通视。[NextPage]

2、GPS方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求，而且具有较大的精度储备。

3、采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，它比用相对中误差表示精度指标更为合理。

4、采用GPS方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度。网形优化比较方便。

5、采用GPS-RTK测设建筑方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业，流动站不需基准站指挥，单人即可独立作业。

GPS技术以其独特而强大的功能与优点充分显示了它在该领域发展的优越性，以及更大、更广阔的发展空间。但在该领域实际施工过程中和后续工程的建设和监测中也暴露出了一些不足。

1、GPS系统精确定位的关键就在于对卫星和接收机之间距离的准确计算，按照固定模式：距离=速度×时间，时间确定之后，速度按电磁波的传播速度定。众所周知电磁波在真空中的传播速度很快，但大气层不是真空状态，信号要受到电离层和对流层的重重干扰。GPS系统只能对此进行平均计算，在某些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差；11月11日，研究人员在新疆米兰遗址操作测量仪器，以绘制米兰遗址的最精确卫星地图。 近日，北京特种工程设计研究总院的一支测绘小组携带世界最先进的测绘仪器进驻新疆米兰遗址，在40多平方公里范围内搜集与其有关的详尽数据信息。 在2006年年底前，测绘小组将通过先进的GPS/RTK全球卫星定位系统，最终绘制出米兰遗址的卫星地图，以更好地保护已知的世界最早“带翼天使”的栖身地。 米兰遗址位于新疆南部的罗布泊地区，距乌鲁木齐900多公里，在古丝绸之路的南道上。据考证，它建于西汉时期，是著名的伊循屯垦古城遗址。唐朝以后，这里逐渐荒弃。 1907年，英籍匈牙利人奥利尔·斯坦因在这里发现了一幅“带翼天使”的壁画。斯坦因在其著述中说：世界最早的天使在这里找到了。天使们大概在2000年前“飞到”了这里。 考古学家们说，米兰遗址的“带翼天使”壁画是新疆境内保存的最古老壁画之一，它是古罗马艺术向东方传播的最远点。 绘制出米兰遗址的卫星地图后，中国有关部门将根据地图所示的信息，对米兰遗址展开细致的修缮和保护行动。 新华社记者沙达提摄

2、与常规仪器进行的控制测量一样，使用GPS-RTK技术应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布。当使用动态GPS-RTK进行观测时，基准站的精度要经过3-5个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。

3、大量的工程实例证明，虽然GPS高程测量能够达到一定的精度，但用GPS施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。

4、GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标(包括高程) 的，任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产生误差。为此，在选择测量点位时应注意以下几点：(1)点位视野开阔，向上15°，视角范围内应尽量避免有障碍物。(2)尽量远离大功率无线电发射源，间距应不小于400 m，远离高压输电线路，间距应不小于200 m。(3)远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。

5、GPS测量更适用于视野开阔、障碍物较少的新区建设、野外勘探定位等，在老城区的建设中，使用GPS测量，或者接收不到信号，或者虽接收到信号，但一直处于浮动状态，出现假固定或者不能固定，因此所得数据往往误差较大，既无效率，又无精度，不能显示出GPS测量的优越性。

6、GPS测量成果与常规测量成果之间，不同型号GPS测量成果之间存在差异，有时相差比较大。GPS网在进行平差计算时，边长一般需要进行两项改正： (1) 归算至大地水准面的改正；(2) 归算到高斯投影面上的改正。二维联台平差模型不能解决平面位置与高程位置统一的问题，而三维联台平差模型是一个多功能的可实现平差模型转换的高级平差系统，平差得到的结果是点的三维空间位置及其精度，这对于点位及其分量的全面分析和研究是极有利的。但在三维联合平差时，需要地面点有相应精度要求的大地高观测值，这在某些情况下是难以实现的。

7、GPS及其相关技术是一门新兴起的技术，其运用的规范标准还不够完善，目前我国还没有颁布统一的地理信息标准，导航产品生产商大多使用自己开发生产的电子地图，这些电子地图一般相互不兼容。另外，产品没有统一的标准规范，产品市场没有形成标准，特别是软件产品没有形成统一的规范。这还待有关部门进一步研究制定。

综上所述，在工程测量领域中，由于GPS定位技术自身独特而强大的功能，充分显示了它在该领域实际测量工作中比常规控制测量具有更大的优越性和适应性，同时也存在一些不足，还有待于进一步研究改善来适应实际测量工作。随着该技术的飞速发展和普及，以及相关技术的应用，GPS定位技术将在城市建设及工程测量中得到更加广泛的应用。

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