无反射棱镜全站仪实测精度检测方法探讨

冯永长

(江苏省高邮市测绘院，江苏高邮 225600)

1 概述

全站仪在多种测绘领域得到广泛的应用，已成为一种不可替代的测量设备。无反射棱镜全站仪是不需要棱镜作为前方目标就可以进行测距的全站仪。在使用无反射棱镜全站仪时，人们会很自然地关心其精度问题:即测角与测距的精度。实际上测角精度与使用棱镜时是一样的精度;测距精度比使用棱镜时要复杂一些，它与照准目标密切相关，包括不同颜色的反射目标对测程和测距精度的影响。本文将介绍简便的测角和测坐标的精度检测方法。本实验以拓普康MS05全站仪为例进行实验。拓普康MS系列全站仪，是以超精密三维自动化测量而著称的新型测量机器人。它提供了0.5″测角精度和亚毫米级测距精度，以及测量机器人智能一体化功能，采用了三大最新的拓普康专利技术:IACS测角技术、RED-tech EX测距技术、多棱镜目标识别技术，并且具备三大特点:高精度、高性价比和自动化测量。可以实现包含自动跟踪、自动照准、智能识别、遥测控制等功能在内的自动化测量，极大的提高了测量效率。此外，MS系列全站仪还具备隧道测量激光指示，完美的LED照明，Windows CE操作系统，特殊的万能反射片功能，并包含无棱镜测量功能。MS系列全站仪可应用于所有测量、建筑、土木、精密测量领域，可以为各种测量任务提供完美解决方案。它的主要精度指标见表1。

表1 拓普康MS05全站仪主要技术精度指标

2 角度检测方法

为了检测角度测量的精度，可以采用如图1所示的方法来实现。具体方法是在距仪器100 m左右处水平设置因瓦水准标尺，使尺子与全站仪构成等腰三角形。然后以等间隔分别观测各分划方向值，并与理论值比较，求出差值，即可评定精度。

如图1所示，若S=100 m，以因瓦尺上10 cm，20 cm，30 cm等间隔来与仪器中心构成的小角度βi来进行检测即可达到目的。对S的测量精度要求并不是很高，它的影响可以从以下计算来说明:

对式(1)中误差传播，则有:

在式(2)中若取 S=100 m，d=0.1 m，mβ=0.1″，则对 S 的测量精度要求为:

很显然，这样的测距要求是很容易达到的。本实验用该方法对该类仪器的实际测角精度(100 m距离)检测后，其角度测量的中误差为m方=±0.58″。实际上，若边长增加，测角精度会更好。

3 坐标检测方法

在日常测量工作中，坐标测量经常会碰到的。如放样点位、测量空间点位坐标等，特别是在结构件安装与拼接时，经常要测量三维坐标，这时最有效的方法就是无反射棱镜测量模式。所以，探讨无反射棱镜测量模式测量三维坐标的精度是很有实际意义的。

为了检测三维测量的精度，可以采用如图2所示的方法来实现。具体思路是在距仪器一定距离处设置一标准方格网，使其中心与全站仪照准轴正交。然后分别观测各方格网点的坐标，并与理论值比较，求出差值，即可评定精度。

实验时方格网采用常用的聚酯薄膜图纸，其对角线精度小于0.3 mm，对于检测有1 mm的固定误差的无反射棱镜测量模式，精度是合适的。方格网距仪器30 m处，照准轴照准方格网中心是垂直角为0°左右。通过对25个方格网点的重复测量，并与理论值比较，得到该观测条件下的坐标测量误差分量分别为:

图1 角度检测示意图

图2 三维坐标检测示意图

4 工程实例应用比较

应用的实例是一钢结构建筑，屋顶为椭圆形钢构件拼接施工。为了检测结构拼装过程中的变形，我们用拓普康MS05全站仪对其进行变形监测，设置检测点30个，分布在主要轴线和穹顶及斜立柱的不同高度位置。

根据施工平面图建立局部的三维坐标系，每个点位采用正倒镜观测，以坐标分量差值来衡量观测精度，其部分观测结果如表2所示，剔除误差较大的西穹顶4点后，求得相应的坐标测量中误差(摘自该项目5月27日检测报告)。

用相应的较差计算出坐标分量的中误差分别为:

5 结语

本文对MS05全站仪在无反射棱镜模式下的实际测量精度进行了实验，其结果与工程实例的测量结果相符，具有一定的实用价值。Z坐标方向的中误差较大，主要是1轴、28轴、29轴及31轴4.5A这些点的误差较大所致。

在坐标精度实验时，其结果是综合精度，没有将测角、测距精度、目标材质、颜色不同等情况分开讨论，因为大多数工程应用时，都需要综合精度，所以，这样讨论更有实际意义。本实验还有一些问题没有展开讨论，例如，不同测程情况下的精度问题，不同高度角的情况下，精度是否有变等问题，还有待进行实验与分析研究。

表2 坐标差值分量表

目前全站仪无棱镜测量模式虽然还存在一些不足，但是随着科技的发展，无棱镜全站仪的不断完善，它将逐渐取代传统的测量仪器，成为测绘行业中的一颗明珠。无反射棱镜测量方式在各个领域的应用会愈来愈广，应值得大家去分析和研究。

［1］张正禄.工程测量学［M］.武汉:武汉大学出版社，2005.

［2］拓普康公司.拓普康MS05全站仪操作手册［Z］.2009.

［3］边小伟，梁孝忠，李道发.RTK及全站仪在公路测量中的应用及比较［J］.山西建筑，2011，37(14):193-195.