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无棱镜测量的精度分析研究 　　【摘要】无棱镜测量技术作为测绘界的一项技术应用于生产，其精度如何是人们最关心的问题。在实际的测量工程中，无棱镜的使用极大的提高工作效率。在不同的环境下，各种因素对其测量结果精度的影响仍在研究中，鉴于此，以下将探讨全站仪在无棱镜模式下，对测量结果精度影响进行研究。 　　【关键词】无棱镜测量；精度分析研究 　　1 引言 　　无棱镜测距的数据质量和测程与反射物体的属性、观测条件都密切相关。对一般物体的观测其气象改正、加乘常数改正、倾斜改正、投影改正都非常小，其影响可忽略不计，影响最大的误差是仪器本身的固定误差和目标物的标识。固定误差主要是由仪器加常数的测定误差、对中误差、测相误差造成的，也与所选择的测量仪器有关。本文主要讨论目标物的标识对测距精度的影响。 　　2 不同材质对测距精度的影响 　　在平坦的场地上分别对不同材质的物体进行观测，每一种物体连续观测20次，物体与仪器的间距在30m左右。测量结果如表1、2所示。 　　从理论角度来讲，观测值均方差并不反映观测值的精度，但是能很好地代表观测值的内符合精度，由此结合表1、2可以知：几种反射材料测距结果的内符合精度相当，激光束在所选的几种材料表面的反射是稳定的。在几种反射材料中，水泥墙面和白色粉刷墙面的粗糙程度明显比白纸和白铁片大很多，但其内符合精度相当。这说明，在外界环境良好的情况下，只要物体表面有足够的反射能力且反射信号稳定，则材质的差异对测距精度的影响并不明显[1]～[3]。 　　3不同色彩对测距精度的影响 　　在测试实验中，选取6种材质相同而颜色不同的纸板进行测距精度测试。首先，应用棱镜模式测距20次，取其平均值作为标准距离；然后在同一位置分别对不同颜色的纸板测距30次，结果如表3、4所示。 　　从表3、4可以看出，除黑色纸板的内、外符合精度较低以外，其他颜色纸板测距的内、外符合精度基本相当。由此可知：除黑色外，材料颜色对测距精度的影响不明显；但颜色越浅，物体的反射信号的能力越强，对测距有利。 　　4 不同入射角对测距精度的影响 　　在此项测试中，我们选择了一个“多路径效应”影响可以忽略的开阔地点，借助于带有精确刻度的圆盘和可在圆盘上旋转的目标平板进行测试，如图1所示。 　　在测试中，固定目标圆盘并把棱镜正对仪器放在圆盘中心，照准棱镜连续测量30次，取平均值作为比较测量距离的基准，然后从0°开始，每次增加10°的转动目标平板，使激光入射角度不断变化，观察入射角对测距精度的影响，结果如表5所示。 　　在激光入射角度不同的情况下，无棱镜全站仪的内符合精度比较稳定，而外符合精度随着入射角度的增加而降低。当棱镜正对仪器时，返回的信号最强，测量精度也最高。当反射表面与测量光有一定的入射角时，返回的信号会有损失，测量精度会受影响。在入射角大于30°以后，测距精度明显下降；当入射角在70°左右时，反射回来的信号已经非常微弱，仪器的反应时间也很长，测距精度急剧下降；入射角大于80°以后，仪器就不能正常测距了。综上可见，激光入射角度是影响测量结果的重要因素之一，因此在实际工程测量中应尽可能以小的入射角进行测量。 　　5 反射面的透明度对测距精度的影响 　　为了解物体透明度对测距结果的影响，对几种不同透明度的材料进行了测试。首先，将白铁片放置在固定位置，并测距20次，求出平均值作为参考。然后，将不同透明度的物体逐次放置在白铁片前10cm处（如图2所示），也测距30次，求出平均值，结果如表6、7所示。 　　值得注意的是：在把玻璃放置在铁片前10cm处时，测量所得到的距离比实际距离要长。这是因为玻璃的穿透性好，光束在穿透玻璃时其速度也发生变化，其速度大小为2×10m/s，这就造成光束在玻璃当中的传播时间延长，测量所得距离比实际距离长的现象。 　　无棱镜测距在实际应用中，经常需要对一些特殊点进行测量，比如房屋的拐点、非平面反射物体等。此时无棱镜测距的精度和全站仪激光束在反射物体表面形成的光斑大小有着密切的关系。当使用无棱镜测距进行边缘测量时，望远镜十字丝中心最好不要准确瞄准待测边缘点，这样会造成至少一半激光束落在边缘点旁边的其它反射物体上，使测量得到的距离精度大大降低。此时最好使激光束全部落在边缘点所在的平面上，从而提高测量精度。以最常见的房屋拐点等为例，其测量原理如图3所示。 　　从图3中可以看出，在进行墙角测量时，实际测量距离等效于测站P到平面L的距离，与实际距相差一个距离DL，DL的大小随着激光束入射角度的不同变化。测量结果如表8所示。 　　在测量圆柱表面和正对测量房屋拐角时，计算距离和测量距离仅差3～5mm，这个差值和测量距离、瞄准、入射角度有密切的关系。从边长1―8、2―3和2―8的数据可以看出，当入射角度比较差时，望