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高精度全站儀技術(shù)指標(biāo)全面檢測(cè)的方法

2011-07-23 00:28曹俊茹宋振柏
關(guān)鍵詞:棱鏡全站儀標(biāo)準(zhǔn)差

李 奎,曹俊茹,宋振柏,王 廷

(1.山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,山東淄博250091;2.山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,山東淄博250091)

隨著全站儀的使用越來(lái)越廣泛,全站儀成為測(cè)繪生產(chǎn)和教學(xué)的主要儀器設(shè)備.全站儀經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、長(zhǎng)期存放、長(zhǎng)期使用以及受到強(qiáng)烈震蕩等情況會(huì)使儀器精度達(dá)不到精度要求,一般測(cè)繪生產(chǎn)單位和普通高校不具備全站儀檢測(cè)的場(chǎng)地條件和實(shí)驗(yàn)室條件[1],送到質(zhì)檢部門(mén)檢定,其費(fèi)用又相當(dāng)高.本文利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件,設(shè)計(jì)可以對(duì)全站儀主要精度指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)的簡(jiǎn)便可行方法,使其既滿足測(cè)繪生產(chǎn)和一般教學(xué)的需要,又可以節(jié)省大量經(jīng)費(fèi),具有重要的意義.

1 全站儀精度檢測(cè)的方法

1.1 照準(zhǔn)誤差2C、橫軸誤差i及豎盤(pán)指標(biāo)差x的檢測(cè)

選擇光線均勻充足(但不要太強(qiáng))的地方,將一張A4紙貼在墻上,上面畫(huà)一個(gè)十字,要求粗細(xì)適中,以便十字絲精確瞄準(zhǔn).在距墻面20~30m地方安置全站儀,通過(guò)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)十字絲十字中心O點(diǎn),盤(pán)左、盤(pán)右分別讀取水平度盤(pán)讀數(shù)L、R和豎直度盤(pán)讀數(shù)aL、aR,重復(fù)測(cè)量取平均值.各等級(jí)照準(zhǔn)誤差2C、橫軸誤差i及豎盤(pán)指標(biāo)差x的限差要求[2]見(jiàn)表1.

表1 各等級(jí)儀器2C、i、x的限差要求

表中

1.2 儀器常數(shù)的檢測(cè)

1.2.1 解析法

傳統(tǒng)六段解析法[3]是檢測(cè)全站儀加常數(shù)的主要方法之一,需要特定的基線場(chǎng)地.本文檢測(cè)設(shè)計(jì)場(chǎng)地如圖1所示.

圖1 解析法場(chǎng)地示意圖

為提高檢測(cè)加常數(shù)的準(zhǔn)確度,采用全組合觀測(cè)法,首先分別在0、1、…、5點(diǎn)安置儀器,輸入溫度和氣壓改正參數(shù),觀測(cè)模式.在i點(diǎn)觀測(cè),觀測(cè)值Dij,i=0,1,…,5;j=i+1,共觀測(cè)21個(gè)距離值.

以6個(gè)獨(dú)立分段的距離改正數(shù)及加常數(shù)K作為未知數(shù),此時(shí)就有14個(gè)多余觀測(cè)值,通過(guò)平差計(jì)算就可以求出6段距離的平差值和加常數(shù)K.

誤差方程式:

式中:Di為距離測(cè)量(經(jīng)氣象、傾斜改正以后的水平距離);Vi為距離量測(cè)值的改正數(shù)為距離的近似值為距離近似值的改正數(shù)為距離的平差值.列出誤差方程式后,轉(zhuǎn)化為矩陣形式.設(shè):

則誤差方程的矩陣表達(dá)式為

觀測(cè)值中誤差為

加常數(shù)K的中誤差為

式中,Q11為加常數(shù)K的權(quán)系數(shù).

求得儀器的加常數(shù)以后,如果發(fā)現(xiàn)其值較大,就可以通過(guò)自定義棱鏡常數(shù),把加常數(shù)歸算到棱鏡常數(shù)之中,從而對(duì)所測(cè)距離進(jìn)行修正.加常數(shù)的中誤差應(yīng)小于標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)差的1/4.筆者對(duì)索佳NET05全站儀進(jìn)行檢測(cè),儀器的加常數(shù)K為-0.47mm,測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差為±1.366 5mm,儀器的出廠標(biāo)稱精度為0.8mm±1ppm,該次檢測(cè)測(cè)距大約0.6km,所以測(cè)距精度應(yīng)為±1.4mm,考慮到讀數(shù)誤差和對(duì)中誤差,我們認(rèn)為儀器加常數(shù)及測(cè)距精度符合要求.

圖2 簡(jiǎn)易檢測(cè)法場(chǎng)地示意圖

1.2.2 簡(jiǎn)易檢測(cè)法

①用全站儀精確測(cè)出MP、MQ的平距.

②在P點(diǎn)安置全站儀并準(zhǔn)確對(duì)中,精確測(cè)出PQ的平距.可以得出全站儀測(cè)距常數(shù)K=MQ-(MP+PQ).測(cè)得K值應(yīng)接近或等于0,若|K|>3mm,則要進(jìn)行校正.簡(jiǎn)易法比較適合于野外工作之前的自檢,省時(shí)省力,能滿足一般工作的精度需求.

1.3 棱鏡常數(shù)的檢測(cè)

棱鏡常數(shù)的檢測(cè)分為配套棱鏡檢測(cè)、不配套棱鏡檢測(cè).

配套棱鏡檢測(cè):用鋼尺精確測(cè)量一段長(zhǎng)度不得超過(guò)10m基線,反復(fù)測(cè)量10次取平均值.鋼尺在不足10m的基線上,其測(cè)量誤差可以忽略不計(jì),只需保持拉力均勻即可.然后在基線兩端安置全站儀和棱鏡,設(shè)置溫度氣壓參數(shù)[4]和觀測(cè)模式,反復(fù)測(cè)量距離10次取平均值,然后與鋼尺量測(cè)的數(shù)據(jù)比較.

不配套棱鏡檢測(cè):在全站儀進(jìn)行儀器加常數(shù)檢測(cè)時(shí),與全站儀進(jìn)行檢測(cè)的棱鏡選用配套棱鏡或者已知棱鏡常數(shù)的棱鏡,并且在儀器中設(shè)置好棱鏡常數(shù),采一起常數(shù)的檢測(cè)方法,結(jié)果就是全站儀儀器加常數(shù).如果儀器加常數(shù)符合精度要求,則不需要改正;否則,在全站儀程序中改正加常數(shù).最后更換待檢棱鏡(不配套),仍然采用常數(shù)檢測(cè)法,這時(shí)測(cè)出的加常數(shù)就是不配套棱鏡常數(shù).

1.4 儀器內(nèi)符合精度的檢測(cè)

內(nèi)符合精度[5]反映一定的距離范圍內(nèi)儀器測(cè)量的穩(wěn)定性,其值應(yīng)不大于儀器標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)差的1/4.檢測(cè)方法是首先選擇相距約50m的兩點(diǎn),分別安置全站儀和反射棱鏡,設(shè)置溫度、氣壓參數(shù)、測(cè)量模式等,連續(xù)讀取30個(gè)以上的距離觀測(cè)值,這里記為Di(i=1,2,…n,n為讀數(shù)次數(shù)),其平均值為

觀測(cè)改正數(shù)為

內(nèi)部符合精度為

1.5 一測(cè)回水平、豎直方向標(biāo)準(zhǔn)差的檢測(cè)

一測(cè)回水平、豎直方向標(biāo)準(zhǔn)差[5]是指全站儀盤(pán)左、盤(pán)右觀測(cè)同一目標(biāo)所求得的方向值的準(zhǔn)確度.質(zhì)監(jiān)部門(mén)檢測(cè)方法有多目標(biāo)平行光管法和多齒分度臺(tái)法,而對(duì)于一般測(cè)繪生產(chǎn)單位和院校來(lái)說(shuō),條件很難滿足,為此本文提出了多目標(biāo)野外檢測(cè)法,如圖3所示.

圖3 一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差檢測(cè)示意圖

在一個(gè)檢測(cè)系列中,每測(cè)回方向值用Rij表示.其中,i表示目標(biāo)(i=1、2、3、4、5),j表示測(cè)回?cái)?shù)(j=1、2、3),每個(gè)檢測(cè)系列分別進(jìn)行計(jì)算.

在同一系列中,相對(duì)目標(biāo)1方向歸零后,得第i目標(biāo)3個(gè)測(cè)回方向的平均值

則同一方向各測(cè)回歸零后的觀測(cè)值與平均值之差為dij=;而同一測(cè)回各方向的偏差平均值

因此,各測(cè)回各方向的殘差為

即有第k個(gè)檢測(cè)系列殘差平方和

每一檢測(cè)系列的多余觀測(cè)量fk=(n-1)(r-1)=8,則有一系列一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差

一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差的最后結(jié)果由4個(gè)系列取幾何中數(shù)給出,即

一測(cè)回豎直方向標(biāo)準(zhǔn)差的檢測(cè)和水平方向標(biāo)準(zhǔn)差的檢測(cè)相同,讀者可自行設(shè)計(jì).以索佳NET05全站儀(K=1)為例,一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差觀測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)計(jì)算見(jiàn)表2、表3.

表2 一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差觀測(cè)數(shù)據(jù)表(K=1)

表3 一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)計(jì)算表(K=1)

對(duì)全站儀觀測(cè)四個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)差s1=0.796 9″、s2=0.427 8″、s3=0.520 2″、s4=0.478 9″,4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差取幾何中數(shù)得到s=0.574 0″,全站儀的標(biāo)稱精度0.5″,考慮實(shí)際操作中操作、場(chǎng)地誤差[10],可以認(rèn)為此觀測(cè)方法可靠有效,因此該儀器在水平方向上的一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差符合精度要求.

2 結(jié)束語(yǔ)

充分考慮到一般測(cè)繪生產(chǎn)單位和普通高校的現(xiàn)實(shí)情況,提出了以上全站儀精度檢測(cè)的一般方法.在實(shí)踐中,筆者曾對(duì)索佳NET05全站儀進(jìn)行了精度檢測(cè),檢測(cè)方法簡(jiǎn)單易行,檢測(cè)結(jié)果可行有效,可以作為一般測(cè)繪生產(chǎn)單位和普通高校進(jìn)行全站儀精度檢測(cè)的實(shí)施方法.

檢測(cè)在室外進(jìn)行,更貼近測(cè)繪生產(chǎn)實(shí)際,檢測(cè)結(jié)果可靠,檢測(cè)方法具有一定的實(shí)用價(jià)值.

本文方法使非專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和專用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的部門(mén)可進(jìn)行全站儀精度檢測(cè),特別是生產(chǎn)單位,能更好地掌握自己儀器的精度狀況.檢測(cè)場(chǎng)地布設(shè)簡(jiǎn)單,可以讓用戶隨時(shí)進(jìn)行精度檢測(cè),幫助用戶及時(shí)掌握儀器的動(dòng)態(tài)信息.

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