基于多标尺联合标定的光电经纬仪测量系统精度分析

付长亮

【摘要】    随着我国科技水平的不断提高，越来越多的精密仪器被发明出来，并广泛应用在工业生产、建筑制造业以及科研工作当中。本文通过对多标尺联合标定下光电经纬仪的精度分析，为改善测量空间分布误差，提高光电经纬仪在实际工作中全方位的测量精度提供参考依据。

【关键词】    经纬仪    多标尺    联合标定

经纬仪作为比较传统的测量仪器，经过多年的研究和发展，在实际工作中发挥着重要作用。下面就详细介绍经纬仪测量系统的特点与不足，以及如何提升其测量精度的问题。

一、经纬仪测量系统的原理与局限性

1、空间前方交会原理。“空间前方交会原理”是整个经纬仪测量系统能够运行的理论支撑，想要提高经纬仪测量的精度，首先就要弄懂什么是“空间前方交会原理” （如图1）。首先，要拥有两台光电经纬仪，通过两台经纬仪的互瞄测量与基准尺测量来进行空间测量坐标系的建立。其次，由两台经纬仪互瞄测量得出的水平角与垂直角等4组方程，测量基准尺的两个端点的水平与垂直度所得到8组方程。最后，根据观测值以及长度约束条件，就能得到两个经纬仪建站时的误差方程组，通过解算方程组就可以得到相应的参数。

图1  空间前方交会原理         图2  多标尺联合建站测量

2、传统经纬仪测量的缺点。1.多余观测次数比较少。在整个测量网络的建设中，未知的参数数量是固定的，也就是12个。就算是顾及到标准尺的长度误差，也就多了1个误差方程。从提高测量精度的角度上来说，多余观测过少会导致单位权中误差增大，进而降低整个观测系统的精度[1]。2.无法检测系统粗差值。同样是由于缺少多余的观测，整个测量系统在实际的运行过程中，对于粗差的审核能力是十分薄弱的，在这样的情况下，一旦出现粗差，系统很难进行自检。3.受基准尺位置的影响大。在实际的测量活动中，由于受到空间前方交会原理的制约，测量点位在空间中的分布是不均匀的，通过观察得知，这种分布的不均匀会随着距离的增大而增大，误差值与距离成正相关的联系，这对于测量精度的影响是十分巨大的。4.基准尺的照准误差。在基准尺的测量时，特别是观测条件不利的情况下，照准精度往往比正常值要低一些，由于照准误差的存在，就相当于是在测量的过程中，基准尺的长度已经发生了很大的改变，这对于解算误差方程以及数据的记录都是不利的。

二、多种标尺联合标定测量的具体方式

特别是在大空间中进行测量的时候，运用多标尺联合标定是十分高效的一种方法。具体的做法是：在大空间之内架设多个基准尺，让这些基准尺均匀的分布在空间的各处[2]。这样一来所有的基准尺都可以参与空间内的坐标系的方程演算工作，以最为直观的方式为整个坐标系的建立提供了更多的约束条件，在大空间的测量中更好地控制测量误差。而且这样做还有一个好处是，在参考照准误差的时候，由于照准误差的随机性，通过多个基础尺的约束与限制，可以很好地减弱照准误差。这两方面的因素综合到一起，就会对整个空间的整体测量精度有一个显著的提升。

具体到实际的测量活动中。由于整个经纬仪测量系统的局限性，采用多标尺联合标定已经成为了精密测量作业中的常规操作。在使用经纬测量仪的测量的过程中，很多因素都会对测量的结果产生影响。最主要一些因素比如基准尺的长度、空间交会距离与空间交会角度、基准尺的位置与摆放的姿态，这些因素都时刻影响着最终的测量数据。我们要根据实际情况来决定铺设基准尺的数量，理想的情况是，在环境因素以及技术因素都允许的情况下，基础尺要铺满整个空间内部的平面，更多的基准尺的铺设就意味着更多的限制条件，在多个约束条件共同的作用下，未知数方程的演算结果与真实的数值才会越接近，这样才能提高测量的精度，如图2所示。当然，影响测量精度的不仅仅是基准尺这一个元素，比如人眼观测所造成的基准误差，仪器系统的误差以及周围环境的变化所引起的精度上的误差。针对这些测量方式以及测量技术上的问题，可以采取例如多次观测取平均值，正倒镜观测等方式来实现误差值的缩小。

结束语：在精密仪器的测量领域，传统的经纬仪测量方式逐渐被更为先进的测量仪器所替代，但是不可否认的是，在一些特定的测量空间内，比如说超大的空间且存在遮挡物的情况下，运用光电经纬仪的测量还是十分必要的，想要提高经纬仪的测量精度，就要采用多標尺联合标定的测量手段，以求测量结果的高精准度。

参  考  文  献

[1]贾娜， 张锐. 光电经纬仪测角精度分析[J]. 中国科技纵横， 2017（20）.

[2]潘廷耀.经纬仪多基准尺联合标定技术研究[J].测绘工程，2016，25（5）.