張光宇，師會生，劉智超

(1.浙江省測繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，浙江杭州310012;2.中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所，北京100095;3.中國人民解放軍61365 部隊，天津300140)

0 引言

長度基線場是現(xiàn)階段作為大地長度標(biāo)準(zhǔn)向全站儀進(jìn)行大尺寸長度量值傳遞的唯一途徑，一般由若干固定觀測墩組成，全長在1000 m 以上。目前，國內(nèi)長度基線場采用24 m 因瓦基線尺［1］，國際上則采用高準(zhǔn)確度光電測距儀ME5000。長度基線場的穩(wěn)定性是影響其對全站儀校準(zhǔn)的重要因素。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其校準(zhǔn)周期可達(dá)3 至5年［2-3］，在3 至5年的時間內(nèi)能否保證基線不偏移，進(jìn)而給用戶提供可靠的量值，是值得我們?nèi)ヌ接懙膯栴}。

全站儀加乘常數(shù)是長度基線場最主要的量值傳遞參數(shù)，其校準(zhǔn)結(jié)果的優(yōu)劣也是衡量校準(zhǔn)實驗室校準(zhǔn)能力的重要依據(jù)。幾年前，各大區(qū)計量機構(gòu)曾對全站儀加乘常數(shù)進(jìn)行了實驗室比對，測量方法依據(jù)JJG703-2003《光電測距儀檢定規(guī)程》規(guī)定的六段比較法，但比對結(jié)果不太滿意。筆者認(rèn)為單采用六段比較法計算加乘常數(shù)和測距標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法是導(dǎo)致比對結(jié)果不令人滿意的根源，但若采用六段比較法和六段解析法分別計算加乘常數(shù)和全站儀測距標(biāo)準(zhǔn)偏差，并采用實驗室間比對中的穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)作為比對判斷準(zhǔn)則，就能有效地解決這一問題。加、乘常數(shù)不僅是長度基線場最主要的量值傳遞參數(shù)，也是衡量實驗室校準(zhǔn)能力的重要指標(biāo)。

1 比對方法

1.1 被測件選擇

選取性能穩(wěn)定的一等全站儀作為被測件，在主持計量檢定和管理工作。實驗室進(jìn)行穩(wěn)定性測試，全站儀穩(wěn)定性考核采取t 檢驗法，通過比較兩組測試數(shù)據(jù)平均值之間的一致性來判斷全站儀的穩(wěn)定性。t 檢驗法通常被用于比較一個平均值與標(biāo)準(zhǔn)值/參考值之間或兩個平均值之間是否存在顯著性的差異［4］。

1.2 校準(zhǔn)設(shè)備的配置及操作要求

1)校準(zhǔn)設(shè)備為長度基線場，長度基線場不得少于7 個點位，最長邊不得低于800 m。

2)測試配套設(shè)備應(yīng)包含兩套棱鏡組，兩個通風(fēng)干濕溫度計，一個氣壓表;溫度計和氣壓表的最小分度值分別應(yīng)達(dá)到0.2 ℃和0.5 mb。

3)用長度基線場測距時，必須減少“氣象代表性誤差”的影響，測試時間盡可能安排在早上7 點和下午4 點左右，且氣象條件良好。

4)各基線段上的觀測值，均為一次照準(zhǔn)，讀5 次數(shù)取平均。

5)溫度計懸掛離地面1.2 m 以上，氣壓計要防止爆曬。每次移置儀器后，測距時應(yīng)在測站上讀記主機站和棱鏡站的溫度和氣壓值，以便計算時作氣象改正，或?qū)囟萾 和氣壓p 值在儀器中預(yù)置，由儀器自動進(jìn)行測距值的氣象改正［5］。

6)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理不進(jìn)行頻率改正。

1.3 校準(zhǔn)方法

比對時可分別按六段比較法和六段解析法進(jìn)行校準(zhǔn)。加常數(shù)由六段解析法求得，乘常數(shù)由六段比較法求得。

六段比較法是將儀器的觀測值和基線標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較求得加常數(shù)和乘常數(shù)，校準(zhǔn)時依據(jù)JJG703-2003《光電測距儀檢定規(guī)程》規(guī)定的六段比較法進(jìn)行，校準(zhǔn)結(jié)果按最小二乘法原則，采用一元線性回歸的方法求解乘常數(shù)R、測距單次標(biāo)準(zhǔn)偏差m0和乘常數(shù)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差mR，最后采用t 檢驗法進(jìn)行儀器常數(shù)的顯著性檢驗，以判別其合理性和有效性。

六段解析法是一種不需要預(yù)先知道檢測場地的精確長度，而僅利用測量儀器自身的測量成果，通過六段全組合觀測方法采用間接平差原理來求定加常數(shù)的方法，同時可以求出測距標(biāo)準(zhǔn)偏差。六段解析法通常采用權(quán)系數(shù)矩陣Q 計算加常數(shù)和改正數(shù)。校準(zhǔn)時依據(jù)GB/T14267-1993《短程光電測距儀》規(guī)定的方法進(jìn)行，最后求得加常數(shù)K、測距單次標(biāo)準(zhǔn)偏差m'0和加常數(shù)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差mK。

1.4 比對數(shù)據(jù)的處理和評價方法

比對結(jié)果的處理采用實驗室間比對中的穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)。能力統(tǒng)計量取參比實驗室的中位值和標(biāo)準(zhǔn)IQR，因為它們是穩(wěn)健的統(tǒng)計量，因而較少受數(shù)據(jù)中存在的離群值的影響。

中位值是一組結(jié)果的中間值。如果N 為奇數(shù)，中位值是一個單一的中心值，為X(N +1)/2;若N 為偶數(shù)，中位值是兩個中心值的平均值［4］。標(biāo)準(zhǔn)IQR 是用穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)處理、用于表示數(shù)據(jù)分散度的一個量，是一個結(jié)果變異性的量度，其值相當(dāng)于正態(tài)分布中的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

比對結(jié)果的判斷采用穩(wěn)健Z 統(tǒng)計比分?jǐn)?shù)作為判斷準(zhǔn)則［4］:

式中:A 為加、乘常數(shù)測量值。

2 校準(zhǔn)結(jié)果比對實例

以4 個實驗室參加全站儀加、乘常數(shù)能力比對的情況為例，其加常數(shù)、乘常數(shù)Z 比分?jǐn)?shù)圖如圖1所示，其校準(zhǔn)結(jié)果如表1所示。

圖1 加常數(shù)、乘常數(shù)Z 比分?jǐn)?shù)圖

表1 各參比實驗室比對結(jié)果

每個實驗室可由圖1 找到自己數(shù)據(jù)所處的位置并與其他實驗室的能力進(jìn)行比較。其中，當(dāng)某實驗室的“條柱”在±2 范圍內(nèi)，表示該實驗室結(jié)果滿意;在±2 ～±3 范圍內(nèi)，表示該實驗室結(jié)果可疑;當(dāng)超出±3范圍，說明該實驗室標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果為離群值。

3 結(jié)束語

本文提出的基于穩(wěn)健統(tǒng)計的實驗室比對方法不僅可以用于確定實驗室校準(zhǔn)的能力，也可以發(fā)現(xiàn)實驗室存在的問題，并制定相應(yīng)的補救措施。比如用六段比較法和六段解析法分別計算測距標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法可以更詳細(xì)地描述實驗室校準(zhǔn)中暴露出的問題，六段解析法計算的測距標(biāo)準(zhǔn)偏差較大就說明該實驗室人員校準(zhǔn)操作不熟練，又如六段比較法計算的測距標(biāo)準(zhǔn)偏差較大且與六段解析法計算的測距標(biāo)準(zhǔn)偏差相差較大，就說明該基線場標(biāo)志點可能發(fā)生了偏移。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF1214-2008 長度基線場校準(zhǔn)規(guī)范［S］.北京:中國計量出版社，2008.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T14267-2009 光電測距儀［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］國家技術(shù)監(jiān)督局.GB 16789-1997 比長基線測量規(guī)范［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［4］中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS-GL02:2006 能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南［S］.北京:中國合格評定國家認(rèn)可委員會，2006.

［5］陳益茂，虞潤身.光電測距中儀器加常數(shù)和乘常數(shù)校準(zhǔn)比對［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2003，31(1):82-84.