無(wú)反射棱鏡全站儀及其性能測(cè)試分析

1、    無(wú)反射棱鏡全站儀及其性能測(cè)試分析    張英甫摘要：本論文首先簡(jiǎn)單介紹了無(wú)反射棱鏡全站儀的基本原理和功能，并以徠卡tcra1102和tcr110全站儀為例，對(duì)該兩臺(tái)儀器無(wú)反射棱鏡測(cè)距的精度進(jìn)行了測(cè)試分析。得出了，不同被測(cè)目標(biāo)特性、不同反射角度與測(cè)距精度的關(guān)系，并進(jìn)行了邊緣點(diǎn)測(cè)距精度試驗(yàn)和激光束對(duì)網(wǎng)孔的穿透試驗(yàn)。關(guān)鍵詞：無(wú)反射棱鏡全站儀；性能測(cè)試；精度1引言1990年wild推出dior3002無(wú)反射鏡測(cè)距儀,實(shí)現(xiàn)了無(wú)需反射棱鏡或反射片配合的無(wú)反射鏡測(cè)距儀隨后,leica,sok2kisa,topcon,nikon和pentax也相繼推出了無(wú)反射鏡

2、全站儀。無(wú)反射棱鏡全站儀的優(yōu)勢(shì)在于不接觸被測(cè)點(diǎn)就可獲得被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。既省去了作業(yè)員跑鏡之苦又降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也能避開(kāi)危險(xiǎn)性場(chǎng)所可能對(duì)人員造成的傷害。隨著無(wú)反射棱鏡全站儀應(yīng)用的普及,進(jìn)行無(wú)反射棱鏡全站儀及其性能測(cè)試分析研究將具有十分重要的科研價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。2無(wú)棱鏡測(cè)距的精度分析2.1不同實(shí)際材質(zhì)對(duì)測(cè)距精度的影響1）測(cè)試方案。用徠卡tca2003進(jìn)行距離標(biāo)定，在一平整場(chǎng)地上,分別對(duì)不同材質(zhì)的物體進(jìn)行觀測(cè),每一種材料連續(xù)觀測(cè)10次,物體與儀器的實(shí)際間距用棱鏡測(cè)出。2）測(cè)試結(jié)果分析表 2-1 不同材料測(cè)距結(jié)果分析表從表2-1可以看出，幾種材料測(cè)量結(jié)果的內(nèi)部符合精度相當(dāng)。說(shuō)明激光束在上述幾種材料表

3、面的反射是穩(wěn)定的。2.2不同色彩對(duì)測(cè)距精度及距離的影響1.）測(cè)試方案。首先在室外不同于1號(hào)點(diǎn)為觀測(cè)基準(zhǔn)站的距離選取點(diǎn)（2、3、4）上，用高精度的全站儀（tca2003）進(jìn)行距離標(biāo)定，每個(gè)點(diǎn)使用棱鏡測(cè)距10次，取平均值作為標(biāo)準(zhǔn)距離。然后分別測(cè)量各種顏色材料在同一位置的距離10次。2.）測(cè)試及結(jié)果分析。從測(cè)試結(jié)果可以看出，在有效的測(cè)距范圍內(nèi)，徠卡tcra1102大概為70m左右，tcr110大概為40m左右。除黑色材料外，幾種顏色材料測(cè)值的內(nèi)符合精度相當(dāng)，與用棱鏡測(cè)量結(jié)果的差值也相當(dāng)，材料顏色對(duì)測(cè)距精度的影響不明顯。但是當(dāng)測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí)顏色對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響較為明顯。顏色越淺，物體的反射信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)

4、測(cè)距有利。色越淺，物體的反射信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)測(cè)距有利。2.3不同反射角度對(duì)測(cè)距精度的影響1.）測(cè)試方案。本次測(cè)試的目的是考察不同反射角度對(duì)測(cè)距的影響。因?yàn)?到90°和90°到180°的反射是等效的。所以測(cè)試試驗(yàn)中選擇90°、75°、60°、45°、30°、15°、0°作為不同的反射角度。首先把棱鏡安置在標(biāo)志點(diǎn)上，測(cè)距10次并取平均值作為精確距離。然后依次對(duì)不同反射角度的白色紙板進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試過(guò)程中保證激光束打在紙板的中軸線上，每種反射角的物體測(cè)距10次，并取其平均值。2.）測(cè)試及結(jié)果分析表2-2 不

5、同反射角測(cè)量數(shù)據(jù)分析表從表2-2可以看出，45°是一個(gè)分界角度，當(dāng)反射角度在90°到45°之間時(shí)，反射角度對(duì)測(cè)距精度影響不大。當(dāng)反射角度小于45°時(shí)，測(cè)距結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)距離有明顯差異。因此，在實(shí)際工作中應(yīng)引起注意。2.4反射面透明度對(duì)測(cè)距精度的影響1.）測(cè)試方案。為了測(cè)試物體透明度對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響，選取玻璃等材料來(lái)驗(yàn)證激光束的穿透性質(zhì)。首先將白鐵片放置在固定位置，并測(cè)距10次，求出平均值作為參考距離。然后將透明物體放置在白鐵片前20cm處。對(duì)其測(cè)距10次，求出平均值。2.）測(cè)試及結(jié)果分析表2-3物體透明度對(duì)測(cè)距影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表對(duì)于不完全透明的物體所測(cè)得的距

6、離小，這是因?yàn)榧す馐鴽](méi)有完全穿透，激光束分別從不完全透明物體和白鐵片兩個(gè)反射面反射。所得距離是它們分別與儀器之間距離的一個(gè)加權(quán)平均值。2.5.激光束對(duì)網(wǎng)孔的穿透試驗(yàn)1.）測(cè)試方案。在無(wú)棱鏡測(cè)量模式時(shí)，若目標(biāo)離測(cè)站的距離為50mm則儀器標(biāo)稱的光斑大小為50mm*30mm的橢圓。為了驗(yàn)證儀器的標(biāo)稱和實(shí)際測(cè)量時(shí)的差距，分別選用直徑為5，10，15，20，30，50的圓孔，進(jìn)行激光束光斑大小的驗(yàn)證試驗(yàn)。首先使用棱鏡測(cè)量10次，取平均值作為實(shí)際距離。然后在棱鏡到儀器之間連線的正前方10cm處放置不同直徑大小的圓孔，照準(zhǔn)圓孔中央進(jìn)行測(cè)量。每種孔徑大小分別測(cè)距10次，取平均值，然后與棱鏡測(cè)值相比較。2.）測(cè)

7、試結(jié)果分析表2-4激光束對(duì)網(wǎng)孔的穿透試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表孔徑為20mm時(shí)，測(cè)量得到的距離和使用棱鏡測(cè)量得到的距離相差22mm。所以，在50m范圍內(nèi)，激光束的光斑大于儀器標(biāo)稱的15mm*30mm。當(dāng)孔徑直徑為50mm時(shí)，差值僅為4mm。此時(shí)，可以認(rèn)為激光束完全通過(guò)圓孔。3.結(jié)論根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和分析得到以下結(jié)論：1.)在有效的測(cè)距范圍內(nèi)，物體表面的粗糙程度對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響并不明顯。2）除特殊顏色，黑色外材料顏色對(duì)測(cè)距精度的影響不明顯，但顏色越淺，物體的反射信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)測(cè)距有利。3）在測(cè)量物體拐角時(shí)，實(shí)際所得距離為測(cè)站到等效平面的距離，因此，實(shí)際工作中應(yīng)盡量避免瞄準(zhǔn)拐角點(diǎn)，特別是角度很小的尖角，其測(cè)距誤差可能會(huì)很大。4）反射角度在90°到45°之間時(shí)，反射角度對(duì)測(cè)距精度影響不大。當(dāng)反射角度小于45°時(shí)，測(cè)距結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)距離有明顯差異。5）當(dāng)儀器瞄準(zhǔn)透明物體時(shí)，一般不能得到正確的距離值，其誤差隨被測(cè)物體的透明度及背景物體的距離而變化。參考文獻(xiàn)【1】工程測(cè)量規(guī)范【m】技術(shù)監(jiān)督局.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1999.【2】 徠卡