基于多標(biāo)尺聯(lián)合標(biāo)定的光電經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)精度分析

付長(zhǎng)亮

【摘要】??? 隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，越來(lái)越多的精密儀器被發(fā)明出來(lái)，并廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、建筑制造業(yè)以及科研工作當(dāng)中。本文通過(guò)對(duì)多標(biāo)尺聯(lián)合標(biāo)定下光電經(jīng)緯儀的精度分析，為改善測(cè)量空間分布誤差，提高光電經(jīng)緯儀在實(shí)際工作中全方位的測(cè)量精度提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】??? 經(jīng)緯儀??? 多標(biāo)尺??? 聯(lián)合標(biāo)定

經(jīng)緯儀作為比較傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，在實(shí)際工作中發(fā)揮著重要作用。下面就詳細(xì)介紹經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)與不足，以及如何提升其測(cè)量精度的問(wèn)題。

一、經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)的原理與局限性

1、空間前方交會(huì)原理。“空間前方交會(huì)原理”是整個(gè)經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)能夠運(yùn)行的理論支撐，想要提高經(jīng)緯儀測(cè)量的精度，首先就要弄懂什么是“空間前方交會(huì)原理” （如圖1）。首先，要擁有兩臺(tái)光電經(jīng)緯儀，通過(guò)兩臺(tái)經(jīng)緯儀的互瞄測(cè)量與基準(zhǔn)尺測(cè)量來(lái)進(jìn)行空間測(cè)量坐標(biāo)系的建立。其次，由兩臺(tái)經(jīng)緯儀互瞄測(cè)量得出的水平角與垂直角等4組方程，測(cè)量基準(zhǔn)尺的兩個(gè)端點(diǎn)的水平與垂直度所得到8組方程。最后，根據(jù)觀測(cè)值以及長(zhǎng)度約束條件，就能得到兩個(gè)經(jīng)緯儀建站時(shí)的誤差方程組，通過(guò)解算方程組就可以得到相應(yīng)的參數(shù)。

圖1? 空間前方交會(huì)原理???????? 圖2? 多標(biāo)尺聯(lián)合建站測(cè)量

2、傳統(tǒng)經(jīng)緯儀測(cè)量的缺點(diǎn)。1.多余觀測(cè)次數(shù)比較少。在整個(gè)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，未知的參數(shù)數(shù)量是固定的，也就是12個(gè)。就算是顧及到標(biāo)準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度誤差，也就多了1個(gè)誤差方程。從提高測(cè)量精度的角度上來(lái)說(shuō)，多余觀測(cè)過(guò)少會(huì)導(dǎo)致單位權(quán)中誤差增大，進(jìn)而降低整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的精度[1]。2.無(wú)法檢測(cè)系統(tǒng)粗差值。同樣是由于缺少多余的觀測(cè)，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于粗差的審核能力是十分薄弱的，在這樣的情況下，一旦出現(xiàn)粗差，系統(tǒng)很難進(jìn)行自檢。3.受基準(zhǔn)尺位置的影響大。在實(shí)際的測(cè)量活動(dòng)中，由于受到空間前方交會(huì)原理的制約，測(cè)量點(diǎn)位在空間中的分布是不均勻的，通過(guò)觀察得知，這種分布的不均勻會(huì)隨著距離的增大而增大，誤差值與距離成正相關(guān)的聯(lián)系，這對(duì)于測(cè)量精度的影響是十分巨大的。4.基準(zhǔn)尺的照準(zhǔn)誤差。在基準(zhǔn)尺的測(cè)量時(shí)，特別是觀測(cè)條件不利的情況下，照準(zhǔn)精度往往比正常值要低一些，由于照準(zhǔn)誤差的存在，就相當(dāng)于是在測(cè)量的過(guò)程中，基準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度已經(jīng)發(fā)生了很大的改變，這對(duì)于解算誤差方程以及數(shù)據(jù)的記錄都是不利的。

二、多種標(biāo)尺聯(lián)合標(biāo)定測(cè)量的具體方式

特別是在大空間中進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，運(yùn)用多標(biāo)尺聯(lián)合標(biāo)定是十分高效的一種方法。具體的做法是：在大空間之內(nèi)架設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)尺，讓這些基準(zhǔn)尺均勻的分布在空間的各處[2]。這樣一來(lái)所有的基準(zhǔn)尺都可以參與空間內(nèi)的坐標(biāo)系的方程演算工作，以最為直觀的方式為整個(gè)坐標(biāo)系的建立提供了更多的約束條件，在大空間的測(cè)量中更好地控制測(cè)量誤差。而且這樣做還有一個(gè)好處是，在參考照準(zhǔn)誤差的時(shí)候，由于照準(zhǔn)誤差的隨機(jī)性，通過(guò)多個(gè)基礎(chǔ)尺的約束與限制，可以很好地減弱照準(zhǔn)誤差。這兩方面的因素綜合到一起，就會(huì)對(duì)整個(gè)空間的整體測(cè)量精度有一個(gè)顯著的提升。

具體到實(shí)際的測(cè)量活動(dòng)中。由于整個(gè)經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)的局限性，采用多標(biāo)尺聯(lián)合標(biāo)定已經(jīng)成為了精密測(cè)量作業(yè)中的常規(guī)操作。在使用經(jīng)緯測(cè)量?jī)x的測(cè)量的過(guò)程中，很多因素都會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生影響。最主要一些因素比如基準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度、空間交會(huì)距離與空間交會(huì)角度、基準(zhǔn)尺的位置與擺放的姿態(tài)，這些因素都時(shí)刻影響著最終的測(cè)量數(shù)據(jù)。我們要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定鋪設(shè)基準(zhǔn)尺的數(shù)量，理想的情況是，在環(huán)境因素以及技術(shù)因素都允許的情況下，基礎(chǔ)尺要鋪滿整個(gè)空間內(nèi)部的平面，更多的基準(zhǔn)尺的鋪設(shè)就意味著更多的限制條件，在多個(gè)約束條件共同的作用下，未知數(shù)方程的演算結(jié)果與真實(shí)的數(shù)值才會(huì)越接近，這樣才能提高測(cè)量的精度，如圖2所示。當(dāng)然，影響測(cè)量精度的不僅僅是基準(zhǔn)尺這一個(gè)元素，比如人眼觀測(cè)所造成的基準(zhǔn)誤差，儀器系統(tǒng)的誤差以及周圍環(huán)境的變化所引起的精度上的誤差。針對(duì)這些測(cè)量方式以及測(cè)量技術(shù)上的問(wèn)題，可以采取例如多次觀測(cè)取平均值，正倒鏡觀測(cè)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差值的縮小。

結(jié)束語(yǔ)：在精密儀器的測(cè)量領(lǐng)域，傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀測(cè)量方式逐漸被更為先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器所替代，但是不可否認(rèn)的是，在一些特定的測(cè)量空間內(nèi)，比如說(shuō)超大的空間且存在遮擋物的情況下，運(yùn)用光電經(jīng)緯儀的測(cè)量還是十分必要的，想要提高經(jīng)緯儀的測(cè)量精度，就要采用多標(biāo)尺聯(lián)合標(biāo)定的測(cè)量手段，以求測(cè)量結(jié)果的高精準(zhǔn)度。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]賈娜， 張銳. 光電經(jīng)緯儀測(cè)角精度分析[J]. 中國(guó)科技縱橫， 2017（20）.

[2]潘廷耀.經(jīng)緯儀多基準(zhǔn)尺聯(lián)合標(biāo)定技術(shù)研究[J].測(cè)繪工程，2016，25（5）.