經(jīng)緯儀檢定標(biāo)準(zhǔn)中豎直角計(jì)量檢定方法對比分析

段麗穎

（葫蘆島市檢驗(yàn)檢測中心 遼寧葫蘆島 125000）

1 經(jīng)緯儀計(jì)量檢定方法分析

通過多齒分度臺產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)角，并與安置在多齒臺上端面并與其他同軸的經(jīng)緯儀測得的角度進(jìn)行比較，并對標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計(jì)算與分析，可提高經(jīng)緯儀計(jì)量檢定分析水平。多齒臺對零的狀態(tài)下，經(jīng)緯儀的平行光管與豎直角之間有直接關(guān)系，每隔24 齒建立n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)角，經(jīng)緯儀在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)下，可對平行光管進(jìn)行讀數(shù)，并對經(jīng)緯儀的豎直角檢定過程進(jìn)行優(yōu)化，可提高標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算精度［1］。在對經(jīng)緯儀各點(diǎn)讀數(shù)及讀數(shù)值等進(jìn)行分析的過程中，則需要對豎直角的檢定過程、讀數(shù)分析等進(jìn)行綜合分析，獲得角與標(biāo)準(zhǔn)角之間的差值，并對標(biāo)準(zhǔn)角度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計(jì)算，可對方差、傳播系數(shù)等進(jìn)行計(jì)算，滿足經(jīng)緯儀豎直角檢定分析的需求。

多目標(biāo)法在實(shí)際應(yīng)用中，則是通過平行光管作為照準(zhǔn)目標(biāo)，并對檢定過程、計(jì)算精度等進(jìn)行完善，提高檢定水平［2］。在檢定過程中，根據(jù)經(jīng)緯儀檢定規(guī)程的要求，將被測經(jīng)緯儀固定到標(biāo)準(zhǔn)平臺上，并進(jìn)行調(diào)平，對水平度盤進(jìn)行檢定分析，照準(zhǔn)部位順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)1周，依次以盤左位置照準(zhǔn)目標(biāo)的角度，并對平均值進(jìn)行計(jì)算，可提高測回的觀測結(jié)果精度［3］。考慮到每個(gè)方向都是精度測量，在對觀測值的標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計(jì)算與分析中，通過對標(biāo)準(zhǔn)偏差的加權(quán)運(yùn)算分析，提高經(jīng)緯儀豎直角檢定精度與有效性。

2 經(jīng)緯儀豎直角分析

圖1為經(jīng)緯儀豎直角的測量工作原理圖，αA即為豎直角，具體如下。

在圖1中，T為經(jīng)緯儀的中心，αA為目標(biāo)點(diǎn)A 的豎直角，αB為目標(biāo)B 的豎直角，ZA是目標(biāo)A 的天頂距，表達(dá)公式如下：

圖1 經(jīng)緯儀豎直角的測量工作原理圖

3 經(jīng)緯儀豎直角檢定方法分析

3.1 經(jīng)緯儀的豎直角檢定方法

豎直角測角標(biāo)準(zhǔn)偏差可以通過標(biāo)準(zhǔn)角度的豎直角標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定［4］，在±30°范圍內(nèi)不少于5個(gè)目標(biāo)，每個(gè)目標(biāo)的方向值為非整度數(shù)，各目標(biāo)與水平方向目標(biāo)的夾角之間構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)夾角［5］。在進(jìn)行檢定的過程中，經(jīng)緯儀在檢定臺上靜置，并精確整平，檢定時(shí)，對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)出的平行光管分別進(jìn)行必要的正、倒境測量，可以獲得天頂距觀測值Lij、Rij及豎直角αij的計(jì)算公式如下：

目標(biāo)豎直角與標(biāo)準(zhǔn)夾角的偏差值Dij的計(jì)算公式如下：

在上述公式中，αij為各目標(biāo)豎直角，ψj為各目標(biāo)與水平方向目標(biāo)的夾角標(biāo)準(zhǔn)值。在對豎直角測角標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計(jì)算中，具體計(jì)算公式如下：

3.2 經(jīng)緯儀豎直角檢定的正確方法

在對經(jīng)緯儀豎直角與標(biāo)準(zhǔn)夾角之間的關(guān)系進(jìn)行分析中，則需要對豎角關(guān)系及目標(biāo)點(diǎn)夾角等進(jìn)行檢定與計(jì)算，對經(jīng)緯儀的豎直角進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)緯儀豎直角檢定中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)出的平行光管數(shù)量為n，n的數(shù)值一般為5～7，檢定時(shí)，對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)出的平行光管分別進(jìn)行必要的正、倒境測量，在測回處理的過程中，可以在最小值的條件下，對每個(gè)目標(biāo)的豎直角、目標(biāo)夾角等進(jìn)行計(jì)算，并通過數(shù)據(jù)分析，提高經(jīng)緯儀目標(biāo)豎直角與標(biāo)準(zhǔn)夾角的偏差計(jì)算準(zhǔn)確性，在已知的數(shù)據(jù)處理過程中，可根據(jù)目標(biāo)的豎直角αij與標(biāo)準(zhǔn)豎直角的差值進(jìn)行運(yùn)算，并獲得誤差△ij：

豎直角側(cè)角標(biāo)準(zhǔn)偏差Sv的計(jì)算公式如下：

目標(biāo)間夾角βij為已知數(shù)據(jù)，則采用間接比較法進(jìn)行計(jì)算。設(shè)目標(biāo)1的豎直角為x，目標(biāo)1與其他目標(biāo)之間的夾角為βij，檢定裝置目標(biāo)的豎直角α`j，表達(dá)公式如下：

在最小夾角的關(guān)系下，可以對未知數(shù)x進(jìn)行計(jì)算，并對每個(gè)觀測值的殘差進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)白塞爾公式，可以獲得豎直角測角標(biāo)準(zhǔn)偏差Sv，表達(dá)公式如下：

4 算例分析

4.1 直接比較法

已知目標(biāo)的豎直角，在實(shí)際計(jì)算的過程中，可以通過天頂距與豎直角的過計(jì)算公式來求得豎直角的值，此時(shí)主要考慮的是天頂距的值，天頂距的值可由天頂距值的多次西格瑪運(yùn)算得出，同時(shí)，在進(jìn)行計(jì)算中，可以獲得偏差值［6］。假設(shè)目標(biāo)為5個(gè)，在進(jìn)行4次回測的過程中，豎直角的計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 直接比較法測回豎直角計(jì)算結(jié)果

在對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析中，可對測回豎直角測角標(biāo)準(zhǔn)偏差Sv，計(jì)算結(jié)果為0.89。結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在實(shí)際計(jì)算中，經(jīng)緯儀豎直角測角標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算精度具有可靠性，可應(yīng)用于經(jīng)緯儀豎直角標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)中。

4.2 間接比較法

在對經(jīng)緯儀豎直角進(jìn)行檢定分析中，可通過間接比較法的方式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)經(jīng)緯儀的應(yīng)用原理，在對豎直角進(jìn)行計(jì)算中，具體計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 間接比較法測回豎直角計(jì)算結(jié)果

目標(biāo)間的夾角為已知，目標(biāo)數(shù)n為5，測回?cái)?shù)為2，在對偏差進(jìn)行計(jì)算中，可對經(jīng)緯儀進(jìn)行檢定分析。可能在檢定時(shí)候被測對象和標(biāo)準(zhǔn)裝置發(fā)生同步轉(zhuǎn)動(dòng)，不能像水平度盤一樣移動(dòng)，所以，結(jié)合已知值對豎直度進(jìn)行比較與分析，可以采取西格瑪多次測量的方式，并對經(jīng)緯儀的觀測誤差及經(jīng)緯儀本身的誤差等不會產(chǎn)生直接的影響［7］。因此，根據(jù)經(jīng)緯儀豎直角與水平方向線之間的關(guān)系，在計(jì)量檢定中，可通過計(jì)量檢定的誤差計(jì)算，提高計(jì)量檢定水平，保證經(jīng)緯儀的測量水平。

4.3 不確定度分析

檢定或校準(zhǔn)人員通過對經(jīng)緯儀的不確定度分析，可以有效提高經(jīng)緯儀的檢定水平，在分析對經(jīng)緯儀豎直角進(jìn)行檢定的過程中，仍然需要對不確定度進(jìn)行分析，在對被測量值進(jìn)行分析中，則需要對豎直角不確定度進(jìn)行測量，并考慮測量條件對不確定度的影響，導(dǎo)致測量誤差增加，影響經(jīng)緯儀豎直角檢定的有效性。在對豎直角標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計(jì)算與分析中，則需要對檢定人員、環(huán)境條件變化或其他因素所產(chǎn)生的測量結(jié)果進(jìn)行考量，可提高經(jīng)緯儀豎直角檢定的綜合水平。各測回之間變換度盤起始位置，對豎直角偏心誤差及檢定計(jì)量結(jié)果等會產(chǎn)生直接的影響［8］。所以，在檢定的過程中，則需要對經(jīng)緯儀豎直度進(jìn)行檢驗(yàn)與評估，對提高標(biāo)準(zhǔn)偏值的計(jì)量有效性與可靠性等有積極作用。結(jié)合檢定標(biāo)準(zhǔn)，在對豎直角進(jìn)行檢定與分析處理中，可通過直接比較法提高經(jīng)緯儀豎直角的檢定效率。在檢定分析與標(biāo)準(zhǔn)偏差值計(jì)算分析中，則需要對檢定過程進(jìn)行完善，提高檢定評估分析的準(zhǔn)確性與可靠性。水平方向目標(biāo)豎直角的平均值與其他目標(biāo)之間存在量化關(guān)系，并對不確定度計(jì)量檢定過程進(jìn)行完善，提高豎直角計(jì)量檢定分析的綜合水平。

5 結(jié)語

依據(jù)經(jīng)緯儀檢定規(guī)程（JJG 414-2011），結(jié)合經(jīng)緯儀計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)，在對被測經(jīng)緯儀鑒定中，檢定員要摒棄觀測目標(biāo)的數(shù)值方向值與水平目標(biāo)方向值之間的差值計(jì)算誤區(qū)，這對豎直角檢定與校驗(yàn)精度等會產(chǎn)生直接的影響。因此，檢定員需要嚴(yán)格按照經(jīng)緯儀檢定規(guī)程進(jìn)行檢定，同時(shí)，則需要對豎直角的檢定過程進(jìn)行優(yōu)化，并通過直接比較法進(jìn)行檢定，對提高經(jīng)緯儀豎直角測量精度有積極作用，進(jìn)而提升經(jīng)緯儀等測繪儀器的檢定和校準(zhǔn)水平，促進(jìn)該行業(yè)的健康發(fā)展。