基于多標尺聯合標定的光電經緯儀測量系統精度分析

付長亮

【摘要】??? 隨著我國科技水平的不斷提高，越來越多的精密儀器被發明出來，并廣泛應用在工業生產、建筑制造業以及科研工作當中。本文通過對多標尺聯合標定下光電經緯儀的精度分析，為改善測量空間分布誤差，提高光電經緯儀在實際工作中全方位的測量精度提供參考依據。

【關鍵詞】??? 經緯儀??? 多標尺??? 聯合標定

經緯儀作為比較傳統的測量儀器，經過多年的研究和發展，在實際工作中發揮著重要作用。下面就詳細介紹經緯儀測量系統的特點與不足，以及如何提升其測量精度的問題。

一、經緯儀測量系統的原理與局限性

1、空間前方交會原理。“空間前方交會原理”是整個經緯儀測量系統能夠運行的理論支撐，想要提高經緯儀測量的精度，首先就要弄懂什么是“空間前方交會原理” （如圖1）。首先，要擁有兩臺光電經緯儀，通過兩臺經緯儀的互瞄測量與基準尺測量來進行空間測量坐標系的建立。其次，由兩臺經緯儀互瞄測量得出的水平角與垂直角等4組方程，測量基準尺的兩個端點的水平與垂直度所得到8組方程。最后，根據觀測值以及長度約束條件，就能得到兩個經緯儀建站時的誤差方程組，通過解算方程組就可以得到相應的參數。

圖1? 空間前方交會原理???????? 圖2? 多標尺聯合建站測量

2、傳統經緯儀測量的缺點。1.多余觀測次數比較少。在整個測量網絡的建設中，未知的參數數量是固定的，也就是12個。就算是顧及到標準尺的長度誤差，也就多了1個誤差方程。從提高測量精度的角度上來說，多余觀測過少會導致單位權中誤差增大，進而降低整個觀測系統的精度[1]。2.無法檢測系統粗差值。同樣是由于缺少多余的觀測，整個測量系統在實際的運行過程中，對于粗差的審核能力是十分薄弱的，在這樣的情況下，一旦出現粗差，系統很難進行自檢。3.受基準尺位置的影響大。在實際的測量活動中，由于受到空間前方交會原理的制約，測量點位在空間中的分布是不均勻的，通過觀察得知，這種分布的不均勻會隨著距離的增大而增大，誤差值與距離成正相關的聯系，這對于測量精度的影響是十分巨大的。4.基準尺的照準誤差。在基準尺的測量時，特別是觀測條件不利的情況下，照準精度往往比正常值要低一些，由于照準誤差的存在，就相當于是在測量的過程中，基準尺的長度已經發生了很大的改變，這對于解算誤差方程以及數據的記錄都是不利的。

二、多種標尺聯合標定測量的具體方式

特別是在大空間中進行測量的時候，運用多標尺聯合標定是十分高效的一種方法。具體的做法是：在大空間之內架設多個基準尺，讓這些基準尺均勻的分布在空間的各處[2]。這樣一來所有的基準尺都可以參與空間內的坐標系的方程演算工作，以最為直觀的方式為整個坐標系的建立提供了更多的約束條件，在大空間的測量中更好地控制測量誤差。而且這樣做還有一個好處是，在參考照準誤差的時候，由于照準誤差的隨機性，通過多個基礎尺的約束與限制，可以很好地減弱照準誤差。這兩方面的因素綜合到一起，就會對整個空間的整體測量精度有一個顯著的提升。

具體到實際的測量活動中。由于整個經緯儀測量系統的局限性，采用多標尺聯合標定已經成為了精密測量作業中的常規操作。在使用經緯測量儀的測量的過程中，很多因素都會對測量的結果產生影響。最主要一些因素比如基準尺的長度、空間交會距離與空間交會角度、基準尺的位置與擺放的姿態，這些因素都時刻影響著最終的測量數據。我們要根據實際情況來決定鋪設基準尺的數量，理想的情況是，在環境因素以及技術因素都允許的情況下，基礎尺要鋪滿整個空間內部的平面，更多的基準尺的鋪設就意味著更多的限制條件，在多個約束條件共同的作用下，未知數方程的演算結果與真實的數值才會越接近，這樣才能提高測量的精度，如圖2所示。當然，影響測量精度的不僅僅是基準尺這一個元素，比如人眼觀測所造成的基準誤差，儀器系統的誤差以及周圍環境的變化所引起的精度上的誤差。針對這些測量方式以及測量技術上的問題，可以采取例如多次觀測取平均值，正倒鏡觀測等方式來實現誤差值的縮小。

結束語：在精密儀器的測量領域，傳統的經緯儀測量方式逐漸被更為先進的測量儀器所替代，但是不可否認的是，在一些特定的測量空間內，比如說超大的空間且存在遮擋物的情況下，運用光電經緯儀的測量還是十分必要的，想要提高經緯儀的測量精度，就要采用多標尺聯合標定的測量手段，以求測量結果的高精準度。

參? 考? 文? 獻

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

[2]潘廷耀.經緯儀多基準尺聯合標定技術研究[J].測繪工程，2016，25（5）.