全站儀測量誤差分析

全站儀測量誤差分析

1紅外光譜分析測距儀《光光燈》出版于60年前，提高了測量工作效率，贏得了測繪界的廣泛關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，出現(xiàn)了以仲夏和發(fā)光管為光源的短期光學(xué)測距儀。例如，砷化i（gaa）是一種理想的測距儀。發(fā)射光的強(qiáng)度隨發(fā)光管中注入的電流大小而變化。也就是說，發(fā)射光的強(qiáng)度是由發(fā)射光的強(qiáng)度由電流的矩陣引起的。這種性質(zhì)簡化了測距儀的結(jié)構(gòu)，體積小、重輕、耗低。由于工作時(shí)發(fā)出紅外熒光,其波長一般在0.8~0.94μm波段,屬于電磁波的紅外線波段,故稱為紅外光電測距儀(簡稱紅外測距儀),它正向小型化,多功能,高精度等方向發(fā)展。測距儀按測程可分三類:短程光電測距儀(測程小于3km);中程電磁波測距儀(測程3~15km);長程電磁波測距儀(測程大于15km);按測距精度可分為:Ⅰ級,小于5mm;Ⅱ級,5~10mm;Ⅲ級,11~20mm(以每公里測距中誤差表示)。2全站儀測量儀器隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在測量領(lǐng)域中的應(yīng)用,出現(xiàn)了全站型電子速測儀——是紅外測距儀和電子經(jīng)緯儀及數(shù)據(jù)終端機(jī)相結(jié)合的儀器。是一種兼有自動(dòng)測距、測角、計(jì)算和數(shù)據(jù)處理,自動(dòng)記錄和傳輸功能的自動(dòng)化、數(shù)字化及三維坐標(biāo)測量系統(tǒng),稱此儀器為全站儀。除上述功能外,操作語言化(不同國家設(shè)置不同語言),儀器采用絕對編碼和雙軸補(bǔ)償系統(tǒng),電子水泡調(diào)平、激光對中、自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)跟蹤目標(biāo)測量、無棱鏡測距,自身校正功能和各種測量軟件的應(yīng)用(如懸高、面積、偏心測量、道路放線測量等)。使全站儀在測量領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。絕大部分全站儀都采用相位法測距來提高測距精度,而相位法測距——就是把光強(qiáng)調(diào)制成連續(xù)變化(如正弦波)的調(diào)制光波來測定距離,具有很多的優(yōu)越性,即便這樣其儀器的系統(tǒng)誤差是存在的,該誤差的大小會直接影響到測距精度,系統(tǒng)誤差包括:加常數(shù)誤差、乘常數(shù)誤差、周期誤差,影響全站儀測距誤差的因素較多,本文只對上述三種主要的誤差進(jìn)行分析。3誤差分析與檢測3.1檢測加常數(shù)的方法儀器出廠前,該常數(shù)都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢測,并將其檢測出的常數(shù)預(yù)置到儀器內(nèi)。這樣,測距時(shí)儀器顯示是地面兩點(diǎn)間的實(shí)際距離值,該常數(shù)不是一個(gè)永久不變的值,會隨著使用中儀器光、電系統(tǒng)的變化而變化,為了保證測距的精度,必須對加常數(shù)(剩余值的加常數(shù))進(jìn)行定期的檢測,變化大的要重新設(shè)置或在測距成果中進(jìn)行加常數(shù)改正。檢測加常數(shù)的方法很多,常用的有解析法、迭加法、比較法等;前二種方法都是利用被檢定儀器自身的測量結(jié)果,用平差計(jì)算求得加常數(shù)。目前普遍采用六段比較法,基線場長度0.72~1.2km之間,基線場的精度為百萬分之一。其原理是:在一條基線上分成距離不相等的六段(即0,1——6號點(diǎn)),檢測儀器時(shí)從零號點(diǎn)擺站觀測到六號點(diǎn)(即D01,D02….D06),然后再從一號點(diǎn)擺站觀測到六號點(diǎn)(即D12,D13….D16),依次類推,在五號點(diǎn)擺站觀測到六號點(diǎn)(即D56),這樣,可以組成二十一個(gè)距離段,把儀器的觀測值與基線值進(jìn)行比較,從而求得加常數(shù),乘常數(shù)。用此方法還可以進(jìn)行長度量值的傳遞。3.2測尺長度與乘常數(shù)的關(guān)系包括氣象改正和頻率改正,氣象改正——是改正測距時(shí)的ng與儀器參考折射率ngr之差產(chǎn)生的距離差值;頻率改正——是改正晶體老化等因素引起的儀器晶體振蕩器實(shí)際頻率f與標(biāo)稱頻率fr之差產(chǎn)生的距離差值,在實(shí)際測距時(shí),氣象條件變化,頻率也隨之變化。因而,測尺長度也就變了。乘常數(shù)主要有頻率的偏移,折射率的偏移產(chǎn)生。對于頻率的偏移,可用檢測頻率的方法確定。折射率的偏移,則是利用測定氣壓溫度的方法進(jìn)行氣象改正,顯得尤為重要。儀器的乘常數(shù)是一個(gè)比例改正因子,它改正的是與距離成比例的系統(tǒng)誤差。目前,常用六段比較法檢測乘常數(shù)(剩余乘常數(shù))。3.3重復(fù)出現(xiàn)的不同時(shí)點(diǎn)精測尺長為周期按正弦函數(shù)變化的,周期誤差反映在不同距離上,其誤差的大小是以測尺長度(2π)為周期重復(fù)出現(xiàn)的;主要來源于儀器內(nèi)部光,電同頻信號竄擾,而相位式全站儀是利用測定測距信號與參考信號的相位差來測定距離的,由于同頻竄擾信號的存在,測距結(jié)果中出現(xiàn)了周期誤差,減小周期誤差的方法——是增大測距信號的強(qiáng)度或減弱竄擾信號的強(qiáng)度,也常用“平臺法”檢測儀器的周期誤差,主要指標(biāo)周期誤差振幅A和初相角ψ。3.4加、乘常數(shù)改變時(shí)的測距誤差用同一塊基線場地,同一種方法(六段比較法)來對同等精度的全站儀進(jìn)行加、乘常數(shù)的檢測如下:從上述數(shù)據(jù)可得:加、乘常數(shù)的改變會直接影響測距精度,最大值△D=527.4480-527.4410=0.007m,測距在527m左右相差7mm的誤差,顯然非常大,而周期誤差變化不大,測距誤差的大小也會影響到測距中誤差。3.5評估標(biāo)準(zhǔn)3.5.1比例誤差+固定誤差注:D——測量距離,單位:km廠家選用的標(biāo)稱精度:Md=a+bD:a——固定誤差mm,b——比例誤差,mm/km(ppm)固定誤差和距離無關(guān),比例誤差和距離有關(guān),它包含了乘常數(shù)的測定誤差,而不是乘常數(shù)本身。3.5.2全站儀精度評定m測距標(biāo)準(zhǔn)偏差和電子測角的水平方向測角標(biāo)準(zhǔn)偏差(mβ)是全站儀精度評定的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。結(jié)果表明:徠卡系列的儀器測邊精度要高于日本系列。(依據(jù)《光電測距儀檢定規(guī)程》《全站型電子速測儀檢定規(guī)程》)4消除儀器加常數(shù)產(chǎn)生的誤差為了提高全站儀的測距精度,在實(shí)際測