基本介紹
- 中文名：大尺寸三坐標測量系統
- 外文名：大尺寸三坐標測量系統
- 通用：三維坐標測量儀器的代表
- 包括：角度、距離、位移
三坐標測量機（CMM）,數字攝影三坐標測量系統,經緯儀測量系統（Theodolites）,全站儀測量系統（Total Station）,雷射跟蹤測量系統（Laser Tracker）,雷射掃描測量系統（Laser Scanner）,關節式坐標測量機（Articulated Arms）,室內GPS（Indoor GPS）,
三坐標測量機（CMM）
CMM是傳統通用三維坐標測量儀器的代表，通過測頭沿導軌的直線運動來實現精確的坐標測量。它的優點是測量準確、效率高、通用性好；其不足是屬於接觸式測量方式、不易對準特徵點，對測量環境要求高、不便攜、測量範圍小。目前，Brown & Sharpe公司生產的LAMBDA SP型龍門式巨型坐標測量機的最大測量空間達到了3m×10m×2m。
數字攝影三坐標測量系統
數字攝影測量是通過在不同的位置和方向獲取同一物體的2幅以上的數字圖像，經計算機圖像匹配等處理及相關數學計算後得到待測點精確的三維坐標。其測量原理和經緯儀測量系統一樣，均是三角形交會法。
數字近景攝影測量系統一般分為單台像機的脫機測量系統、多台像機的在線上測量系統。此類系統與其它類系統一樣具有精度高、非接觸測量和便攜等特點。此外，還具有其它系統所無法比擬的優點：測量現場工作量小、快速、高效和不易受溫度變化、振動等外界因素的干擾。國外的生產廠家和產品很多，如美國GSI公司的V-STARS系。
經緯儀測量系統（Theodolites）
經緯儀測量系統是由二台以上的高精度電子經緯儀（如Leica的T3000，水平角和垂直角的測角精度皆為0.5"）構成的空間角度前方交會測量系統，是在大尺寸測量領域套用最早和最多的一種系統，由電子經緯儀、基準尺、通訊接口和在線上電纜及微機等組成。
經緯儀測量系統的優點是測量範圍較大（2m至幾十米）、是光學、非接觸式測量方式，測量精度比較高，在二十米範圍內的坐標精度可達到10μm/m；其不足是一般採用手動照準目標，逐點測量，測量速度慢、自動化程度不高。但目前已出現了帶馬達驅動的經緯儀（如Leica的TM5100A），在重複測量時可不需人眼瞄準目標、實現自動化測量。
全站儀測量系統（Total Station）
全站儀是一種兼有電子測角和電子測距的測量儀器。其坐標測量原理最為簡單，是空間極（球）坐標測量的原理，它是測繪行業套用最廣和最通用的一種“坐標測量機”。
早在1990年之前，瑞士Leica公司就推出了商業化系統 PCMSplus，其全站儀採用TC2002，測角精度為0.5"，測距標稱精度為1mm+1pp。目前，被稱為測量機器人的帶自動照準和自動識別目標（ATR）技術的全站儀（如TDA5005，如圖1-5）已出現並廣為套用。
全站儀坐標測量系統只需單台儀器即可測量，因此儀器設站非常方便和靈活，測程較遠，特別適合於測量範圍大的情況，Leica的TDA5005構成的系統在120米範圍內使用精密角偶稜鏡（CCR）的測距精度能達到0.2mm。由於一般必須要合作目標（如稜鏡或反射片）才能測距，所以它無法直接測量目標點；測距固定誤差的存在，使其在短距離（<20m）測量時相對精度較低。雖然目前已出現了無需稜鏡測距的全站儀（如Leica的TCR1101），但測距精度均很低，低於3mm。
雷射跟蹤測量系統（Laser Tracker）
雷射跟蹤測量系統也是由單台雷射跟蹤儀構成的球坐標測量系統，其測量原理和全站儀一樣，僅僅是測距的方式（單頻雷射干涉測距）的不同。實際測量時又可以分為單站距離、角度法和多站純距離法。
由於干涉法距離測量的精度高，測量速度快，因此雷射跟蹤儀的整體測量性能和精度要優於全站儀。在測量範圍內（一般<50m），坐標重複測量精度達到5ppm（即5μm/m）；絕對坐標測量精度達到10ppm（即10μm/m）。但在單項指標上，如測角精度比全站儀的要低，測量範圍也比全站儀要小。
雷射掃描測量系統（Laser Scanner）
雷射跟蹤測量系統具有測距精度高的特點，但是測距為相對測距，需要保持在跟蹤過程中雷射束不能丟失，另外測距需要合作目標（反射器）配合，因此是一種接觸式的測量系統，往往給測量帶來諸多不便。
採用其它非干涉法測距方式可以不需要合作目標來實現距離的測量，將這類系統稱為雷射掃描測量系統。雷射掃瞄器的測距原理分為三種：一是脈衝法雷射測距，二是雷射相位法測距，三是雷射三角法測距。
基於脈衝法測距的雷射掃瞄器精度較低，一般為毫米級，但其測程較長，如Leica公司的HDS3000型雷射掃瞄器（最大測程100m，測距精度為4mm，曲面建模精度優於2mm，故其主要套用在土木工程測量、文物和建築物的三維測繪等領域。
相位法測距的精度和調製頻率有關，一般全站儀的測距頻率最高為50MHz~100MHz，但美國Metric Vision公司推出的雷射雷達掃瞄器（laser radar scanner）LR200的則達到100GHz，它在10m距離上絕對距離測量精度可以達到0.1mm，測量範圍從2~60m。
基於雷射三角法測距原理的掃描測量系統又稱結構光掃瞄器（structured light scanner）。以半導體雷射器作光源，使其產生的光束照射被測表面，經表面散射（或反射）後，用面陣CCD攝像機接收，光點在CCD像平面上的位置將反映出表面在法線方向上的變化，即點結構光測量原理。
關節式坐標測量機（Articulated Arms）
關節式坐標測量機是一種便攜的接觸式測量儀器，對空間不同位置待測點的接觸實際上模擬人手臂的運動方式。儀器由測量臂、碼盤、測頭等組成，各關節之間測量臂的長度是固定的，測量臂之間的轉動角可通過光柵編碼度盤實時得到，轉角讀數的分辨力可達 ± 1.0²，測頭功能同三坐標測量機，甚至可以通用。
關節式坐標測量機利用空間支導線的原理實現三維坐標測量功能，它也是非正交系坐標測量系統的一種。和三坐標測量機比較，關節式坐標測量機的測頭安置非常靈活，和其它光學測量系統比較，它不需要測點的通視條件，因此在一些測點通視條件較差的情況下（隱藏點），非常有效，例如汽車車身內點的測量等。但由於關節臂長的限制，它的測量範圍有限（最長可以到4m），但可以採用“蛙跳”的方法（公共點坐標轉換法），或附加擴展測量導軌支架的方法來擴大其測量範圍。
目前生產關節式坐標測量機的廠家較多，主要有美國Faro公司和ROMER公司，德國ZettMess公司、義大利的Garda公司等。
室內GPS（Indoor GPS）
所謂室內GPS是指利用室內的雷射發射裝器（基站）不停地向外發射單向的帶有位置信息的紅外雷射，接收器接受到信號後，從中得到發射器與接受器間的兩個角度值（類似於經緯儀的水平角和垂直角），在已知了基站的位置和方位信息後，只要有兩個以上的基站就可以通過角度交會的方法計算出接收器的三維坐標。基站的位置和方位通過光束法來進行系統定向後完成，這樣不需要已知控制點，只要一個基準尺度就可以了。
與GPS不同的是，室內GPS採用室內雷射發射器來模擬衛星；它不是通過距離交會，而是用角度交會的方法。與經緯儀系統不同的是，它不是通過度盤來直接測量角度，而是通過接收紅外雷射來間接得到角度值，因而就不再需要人眼去瞄準待測點了。
