关于拓普康MS05智能型全站仪用于变形监测工程实测精度探讨

摘 要：本文通过模拟拓普康MS05智能型全站仪在监测工程中实际观测精度和可靠性的试验，成功获取了该仪器在复杂恶劣的外界观测条件下“独立于”仪器标称精度之外的实际观测精度。

关键词：智能型全站仪;变形监测精度;可靠性

0 引言

在变形监测技术发展日益精进的今天，随着各种仪器制造技术的日臻完善，现在许多仪器的标称精度都很高，但是在实际工程应用当中，各种仪器的实际观测精度和可靠性受外界观测环境影响而无法达到预想的精度。因此如何去挑选一款经济实惠、又能满足观测精度要求的仪器，是困扰生产管理者们的一大难题。本文通过实景模拟试验，对拓普康推出的MS05型智能全站仪的实测精度进行了探讨。

1 探讨试验过程

1.1 试验设计 为了能够贴近工程应用实际，本试验选取比邻市政道路的广场作为试验场地。采用极坐标的方法测定空间两点的三维坐标，反算其空间距离与真值进行比较，经过统计分析，得出结论。试验分四个区域进行数据采集，分别为距离测站10米、30米、50米、100米位置，以对仪器在不同观测距离时的实际观测精度进行分析评价。

1.2 基本原理

1.2.1 智能全站仪工作原理。智能型全站仪是一种能自动识辨、照准和跟踪目标的一种全站仪，称测量机器人[1]。原理是：仪器向目标发射激光束，经反射棱镜返回，并被仪器中的CCD相机接收，从而计算出反射光点中心位置，得到改正数，最后启动马达，驱动全站仪转向棱镜，自动精确找准目标。

1.2.2 极坐标法原理。极坐标法的观测原理如下图1。

以全站仪的设站点0点为原点，测站的铅垂线为Z轴，以定向方向为X轴，建立左手直角坐标系o-xyz。设全站仪测量P点的观测值分别为：水平角α，垂直角β，斜距S，则P点的测站坐标系下的坐标为：

x=Scosβcosα   y=Scosβsinα z=Ssinβ

式中表示测量点在测站独立坐标系下的坐标计算公式，当利用全站仪联测两个以上已知点时，经过适当的数据处理方法便可以得到测站独立坐标系与已知点所在坐标系的关系[2]。

空间距离的计算公式为：SAB=

SAB即为空间点A到点B的距离。

1.2.3 空间距离“真值”获取。本试验获取空间真值的方法是利用微动平台精密获得空间距离的“真值”。虽然微动平台获得的距离并不是真值，但是由于微动平台的精度非常高，能达到0.01mm级，故将此当做真值。

1.3 数据采集与数据处理 采用仪器自动观测的方式进行野外观测，获取原始的角度距离观测数据。在数据采集完毕后，将数据导出，采用极坐标法计算出各点的三维坐标数据，反算出各段空间距离的测量值。

2 探讨试验结果

2.1 试验数据统计 试验共选取了四个区域进行，分别为距离测站10米、30米、50米、100米左右的位置。通过上述方式，最终获取了所有观测值的真误差，并对真误差进行统计计算，分别求出了观测值中误差，如下表1。

表1  观测值真误差统计表

2.2 试验数据分析 ①由“观测值真误差统计表”可以看出，所有观测值真误差最大为1.44mm、最小值为-0.01mm，平均值为0.46mm，中误差为0.38mm。数据表明该仪器100米观测范围内，可以达到1mm以内的实际观测精度。观测值中误差较小（<0.5mm），说明仪器观测数据的稳定性好、可靠性高。因此可以判定，该仪器可满足绝大部分变形监测工程项目的精度要求，且稳定性、可靠性较高。②四个数据采集区域内的观测真误差平均值由近及远分别为0.18mm、0.40mm、0.38mm、0.88mm，其中误差分别为0.26mm、0.19mm、0.38mm、0.28mm。这组数据表明，該仪器的实际观测误差随着观测距离的增加呈现出上升的趋势。因此说明该仪器在变形监测项目中的应用，具有一定的有效观测距离。③统计数据显示，观测值真误差绝大部分为正值，仅包含个别负值情况，说明该试验方法所获取的观测结果存在一个系统误差，该系统误差可能是由仪器的的某个固定误差或系统误差造成。

3 试验结论

由以上试验数据统计分析可以得出的结论是：拓普康MS05型智能全站仪在工程实际应用当中，在有效的观测范围内，能够达到很高的观测精度而且能够获得稳定的监测数据，因此在变形监测工程项目中，该仪器是一个不错的选择。

4 展望与不足

受到试验场地的限制，仅对该仪器短距离的实际观测精度和可靠性进行了探讨试验，获得了科学的数据资料，取得了试验成功。但是目前的工程监测项目大多规模体量较大，要想完整的获取该仪器在不同场合下、不同观测距离中的实际观测精度和可靠性，还需要日后在实际工程实践中进行探索与研究。

参考文献：

[1]张正禄.测量机器人学[P].成都，测绘通报，2001（5）.

[2]卫建东.基于测量机器人的自动变形监测系统[J]，测绘通报，2006（12）.

[3]李青岳，陈永奇.工程测量学[M].北京，测绘出版社，1995.

作者简介：颜亮，1987年生，男，汉族，湖北秭归人，本科，主要从事工程测量方面工作。