免棱鏡全站儀實測精度分析

摘要：本文利用尼康DTM-452C免棱鏡型全站儀在免棱鏡模式下對影響測距精度的各種不同情況進行測距性能測試，了解和評價儀器的性能指標。

關鍵詞：免棱鏡全站儀；精度分析；性能

中圖分類號：F407.9文獻標識碼：A

1 實驗方案及儀器

1.1 實驗方案

根據實際工作經驗可知，影響免棱鏡全站儀測距精度的因素主要有：

①反射面不同材質對測距精度的影響；②反射面不同色彩對測距精度的影響；③不同入射角對測距精度的影響；④反射面透明度對測距精度的影響。

針對以上的這幾方面影響因素，設置實驗方案。

1.2 實驗儀器

尼康DTM-452C免棱鏡型全站儀，采用獨特的聚束脈沖激光系統，線性聚焦機制可以快速實現長短距離聚焦，測量范圍大，測量精度高，測角精度可達2\"，測距精度：±（2mm+2ppm×D），免棱鏡模式下測程達350m，單棱鏡模式下測程達3100m，三棱鏡模式下測程達5000m。

2 實驗結果及分析

2.1 不同材質對測距精度的影響

為了驗證各種材質反射面對免棱鏡測距的影響，選取以下幾種不同材質，在平坦的地面上利用免棱鏡全站儀在免棱鏡模式下分別對這幾種材質反射面進行測距，每種材質反射面觀測30次，實驗數據和統計結果如表1-1所示。

由表1-1中數據可以知：幾種反射材料測距結果的內符合精度相當，說明激光束在這幾種反射材料表面的反射是穩定的。同時說明在外界條件良好，以及激光束反射穩定的情況下，物體表面的粗糙程度對測距數據的離散程度影響不大。

表1-1 不同材質實驗結果及分析

表1-2不同顏色實驗結果及分析

2.2不同顏色對測距精度的影響

在試驗中，選取6種常見顏色的紙張，其表面光滑程度相同，首先在棱鏡模式下測量30次取平均值作為理論實際距離，然后分別在免棱鏡模式下測量各顏色紙張在相同位置的距離，同樣每種顏色紙張測量30次，實驗數據和統計結果如表1-2所示。

從表1-2中對不同顏色試驗數據可以看出，除黑色外，顏色對免棱鏡測距的精度影響并不明顯，但顏色越淺，對激光束的反射能力越好，對免棱鏡測距更有利。

2.3 不同入射角對測距精度的影響

為了驗證激光束入射角對測距的影響，在平坦地面上安置全站儀，先使用棱鏡進行測距，然后分別設置入射角成0°、15°、30°、45°、60°、75°對白色紙張進行測距，不同入射角觀測30次，實驗數據和統計結果如表1-3所示。

表1-3不同入射角實驗結果及分析

從表1-3中可以看出，在激光束入射角度不同的情況下，免棱鏡全站儀測距的內符合精度比較穩定，而其與有棱鏡模式下觀測值的差值隨入射角度增大而逐漸變大。當反射面與測量激光束有一定的入射角時，返回的信號會有損失，測量的精度就會受到影響。因此，激光束入射角度是影響測量結果的重要因素之一，在實際工程測量中應盡可能以小的入射角進行測量。

2.4 反射面透明度對測距精度的影響

為了驗證在免棱鏡模式下反射面透明度對測距精度的影響，選取玻璃及半透明紙張等材料進行測試。首先，將白色紙張放置在固定位置，并測距30次，求其平均值作為參考。然后分別將玻璃、一層透明紙、兩層透明紙、三層透明紙放置在白色紙張前10cm處進行觀測，如圖1-3所示，每次觀測30次，求其平均值，實驗結果及統計數據如表1-4所示。

表1-4 不同透明度試驗結果及分析

從表1-4中數據可以看出，對于不完全透明的物體所測得的距離比實際距離小。值得注意的是，當對玻璃進行實驗時，測量所得到的距離比實際距離要長，這是因為玻璃的穿透性強，激光束穿透了玻璃后，反射回來時，光束在不同介質之間發生折射和光速發生了變化的雙重結果，這使得光傳播時間的增加，從而造成測量所得距離比實際距離長的結果。

2.5 絕對精度試驗

為了得到實際測量時的絕對精度，在不同的距離上，采用有棱鏡和免棱鏡模式進行比較測量，不同距離下測量30次。試驗數據和統計結果如表1-5所示：

表1-5 絕對精度試驗結果及分析

從表1-5中數據可以分析得到，在儀器測程范圍內，一般情況下，絕對精度與標稱精度相符。隨著免棱鏡測量距離的增加，觀測數據的均方誤差隨著增大。上表數據，可以明顯地發現，免棱鏡測距的精度隨著距離的增加而降低。

總結

通過對尼康DTM-452C免棱鏡型全站儀測距的試驗數據分析，結論如下：

免棱鏡全站儀的測距性能可靠，在通常情況下，其測距精度和穩定性都能與儀器的標稱精度相符，能夠滿足基本的測量要求。

物體表面反射能力足夠強，反射信號穩定時，免棱鏡測距精度受反射面材質的影響并不明顯，且反射面的粗糙程度對免棱鏡測距精度的作用也不大；其次，除黑色反射面外，反射面顏色對其精度影響也不明顯，但反射面顏色越淺，反射信號越強，對免棱鏡測距越有利。

盡量以小角度入射角進行免棱鏡測距。

盡量避免穿過透明或不完全透明物體對其背景表面進行免棱鏡測距。

參考文獻

[1]高井祥.數字測圖原理與方法[J].中國礦業出版社，2001.