摘要：本文利用尼康DTM-452C免棱鏡型全站儀在免棱鏡模式下對(duì)影響測距精度的各種不同情況進(jìn)行測距性能測試，了解和評(píng)價(jià)儀器的性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：免棱鏡全站儀；精度分析；性能

中圖分類號(hào)：F407.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 實(shí)驗(yàn)方案及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)可知，影響免棱鏡全站儀測距精度的因素主要有：

①反射面不同材質(zhì)對(duì)測距精度的影響；②反射面不同色彩對(duì)測距精度的影響；③不同入射角對(duì)測距精度的影響；④反射面透明度對(duì)測距精度的影響。

針對(duì)以上的這幾方面影響因素，設(shè)置實(shí)驗(yàn)方案。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

尼康DTM-452C免棱鏡型全站儀，采用獨(dú)特的聚束脈沖激光系統(tǒng)，線性聚焦機(jī)制可以快速實(shí)現(xiàn)長短距離聚焦，測量范圍大，測量精度高，測角精度可達(dá)2\"，測距精度：±（2mm+2ppm×D），免棱鏡模式下測程達(dá)350m，單棱鏡模式下測程達(dá)3100m，三棱鏡模式下測程達(dá)5000m。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同材質(zhì)對(duì)測距精度的影響

為了驗(yàn)證各種材質(zhì)反射面對(duì)免棱鏡測距的影響，選取以下幾種不同材質(zhì)，在平坦的地面上利用免棱鏡全站儀在免棱鏡模式下分別對(duì)這幾種材質(zhì)反射面進(jìn)行測距，每種材質(zhì)反射面觀測30次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1-1所示。

由表1-1中數(shù)據(jù)可以知：幾種反射材料測距結(jié)果的內(nèi)符合精度相當(dāng)，說明激光束在這幾種反射材料表面的反射是穩(wěn)定的。同時(shí)說明在外界條件良好，以及激光束反射穩(wěn)定的情況下，物體表面的粗糙程度對(duì)測距數(shù)據(jù)的離散程度影響不大。

表1-1 不同材質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表1-2不同顏色實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2不同顏色對(duì)測距精度的影響

在試驗(yàn)中，選取6種常見顏色的紙張，其表面光滑程度相同，首先在棱鏡模式下測量30次取平均值作為理論實(shí)際距離，然后分別在免棱鏡模式下測量各顏色紙張?jiān)谙嗤恢玫木嚯x，同樣每種顏色紙張測量30次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1-2所示。

從表1-2中對(duì)不同顏色試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，除黑色外，顏色對(duì)免棱鏡測距的精度影響并不明顯，但顏色越淺，對(duì)激光束的反射能力越好，對(duì)免棱鏡測距更有利。

2.3 不同入射角對(duì)測距精度的影響

為了驗(yàn)證激光束入射角對(duì)測距的影響，在平坦地面上安置全站儀，先使用棱鏡進(jìn)行測距，然后分別設(shè)置入射角成0°、15°、30°、45°、60°、75°對(duì)白色紙張進(jìn)行測距，不同入射角觀測30次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1-3所示。

表1-3不同入射角實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

從表1-3中可以看出，在激光束入射角度不同的情況下，免棱鏡全站儀測距的內(nèi)符合精度比較穩(wěn)定，而其與有棱鏡模式下觀測值的差值隨入射角度增大而逐漸變大。當(dāng)反射面與測量激光束有一定的入射角時(shí)，返回的信號(hào)會(huì)有損失，測量的精度就會(huì)受到影響。因此，激光束入射角度是影響測量結(jié)果的重要因素之一，在實(shí)際工程測量中應(yīng)盡可能以小的入射角進(jìn)行測量。

2.4 反射面透明度對(duì)測距精度的影響

為了驗(yàn)證在免棱鏡模式下反射面透明度對(duì)測距精度的影響，選取玻璃及半透明紙張等材料進(jìn)行測試。首先，將白色紙張放置在固定位置，并測距30次，求其平均值作為參考。然后分別將玻璃、一層透明紙、兩層透明紙、三層透明紙放置在白色紙張前10cm處進(jìn)行觀測，如圖1-3所示，每次觀測30次，求其平均值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1-4所示。

表1-4 不同透明度試驗(yàn)結(jié)果及分析

從表1-4中數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于不完全透明的物體所測得的距離比實(shí)際距離小。值得注意的是，當(dāng)對(duì)玻璃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，測量所得到的距離比實(shí)際距離要長，這是因?yàn)椴ＡУ拇┩感詮?qiáng)，激光束穿透了玻璃后，反射回來時(shí)，光束在不同介質(zhì)之間發(fā)生折射和光速發(fā)生了變化的雙重結(jié)果，這使得光傳播時(shí)間的增加，從而造成測量所得距離比實(shí)際距離長的結(jié)果。

2.5 絕對(duì)精度試驗(yàn)

為了得到實(shí)際測量時(shí)的絕對(duì)精度，在不同的距離上，采用有棱鏡和免棱鏡模式進(jìn)行比較測量，不同距離下測量30次。試驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1-5所示：

表1-5 絕對(duì)精度試驗(yàn)結(jié)果及分析

從表1-5中數(shù)據(jù)可以分析得到，在儀器測程范圍內(nèi)，一般情況下，絕對(duì)精度與標(biāo)稱精度相符。隨著免棱鏡測量距離的增加，觀測數(shù)據(jù)的均方誤差隨著增大。上表數(shù)據(jù)，可以明顯地發(fā)現(xiàn)，免棱鏡測距的精度隨著距離的增加而降低。

總結(jié)

通過對(duì)尼康DTM-452C免棱鏡型全站儀測距的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)論如下：

免棱鏡全站儀的測距性能可靠，在通常情況下，其測距精度和穩(wěn)定性都能與儀器的標(biāo)稱精度相符，能夠滿足基本的測量要求。

物體表面反射能力足夠強(qiáng)，反射信號(hào)穩(wěn)定時(shí)，免棱鏡測距精度受反射面材質(zhì)的影響并不明顯，且反射面的粗糙程度對(duì)免棱鏡測距精度的作用也不大；其次，除黑色反射面外，反射面顏色對(duì)其精度影響也不明顯，但反射面顏色越淺，反射信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)免棱鏡測距越有利。

盡量以小角度入射角進(jìn)行免棱鏡測距。

盡量避免穿過透明或不完全透明物體對(duì)其背景表面進(jìn)行免棱鏡測距。

參考文獻(xiàn)

[1]高井祥.數(shù)字測圖原理與方法[J].中國礦業(yè)出版社，2001.