覃澤穎，黃 鷹，李 保，唐詩華

（1.桂林好測(cè)信息科技有限公司，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004）

徠卡TS30全站儀測(cè)量精度測(cè)試與分析

覃澤穎1，黃 鷹1，李 保1，唐詩華2

（1.桂林好測(cè)信息科技有限公司，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004）

簡(jiǎn)述了徠卡測(cè)量機(jī)器人TS30及其ATR功能，研究了在短距離情況下ATR角度的觀測(cè)精度、測(cè)距精度與距離的關(guān)系。結(jié)果表明，ATR測(cè)角精度隨距離的增加而下降，而測(cè)距精度比較穩(wěn)定。

測(cè)量機(jī)器人；TS30；ATR；測(cè)距；精度

TS30全站儀是徠卡公司第4代高精度智能型全站儀，其測(cè)距標(biāo)稱精度為0．6 mm+1×10-6(有棱鏡模式)、2 mm+2×10-6（無棱鏡模式）；測(cè)角精度0．5"；ATR照準(zhǔn)精度200 m優(yōu)于1 mm、1 000 m優(yōu)于2 mm。自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別（ATR）系統(tǒng)是智能型全站儀所具備的一種自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)，在望遠(yuǎn)鏡同軸上安裝ATR裝置并發(fā)射紅外光，被反射棱鏡返回，CCD相機(jī)根據(jù)反射回的信號(hào)判斷棱鏡是否在視場(chǎng)內(nèi)。如果視場(chǎng)內(nèi)無棱鏡，則在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行螺旋式搜索。一旦搜索到目標(biāo)，CCD陣列就會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為影像，通過圖像處理算法計(jì)算出圖像中心，也就是棱鏡中心[1]。全站儀在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)向棱鏡，并自動(dòng)精確定位棱鏡中心的位置[2]。

1 TS30 ATR精度測(cè)試

ATR精度測(cè)試可以使用多種方式，如通過測(cè)量的點(diǎn)位中誤差來衡量ATR精度[1]，或通過測(cè)量控制網(wǎng)，利用角度閉合差來分析ATR精度[3,4]。本文使用棱鏡移動(dòng)量為參照，根據(jù)儀器測(cè)角的分辨率來分析ATR精度。

實(shí)驗(yàn)方案：在距離儀器一定距離（大約4 m、30 m、90 m、150 m）安置精密移動(dòng)平臺(tái)，該平臺(tái)在測(cè)微尺控制下能夠使棱鏡橫向、縱向移動(dòng)，精度達(dá)0．01 mm。平臺(tái)的縱軸對(duì)著全站儀方向，將棱鏡置于平臺(tái)上，在橫向作微小移動(dòng)，每次移動(dòng)1個(gè)固定值，如0．1 mm。通過這個(gè)移動(dòng)量和儀器到棱鏡的距離，算出棱鏡偏移的角度，設(shè)該角度為真值。比較每次測(cè)量的角度與真值，分析ATR的精度。每移動(dòng)一次使用盤左盤右測(cè)量3個(gè)測(cè)回，3個(gè)測(cè)回的測(cè)量過程由軟件控制。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)大棱鏡（棱鏡常數(shù)為0）和小棱鏡（棱鏡常數(shù)為17．5 mm）進(jìn)行測(cè)試。

式中，α為角度中誤差（"），為測(cè)站至棱鏡距離（m）；mA為ATR的定位精度（mm）；βi為每次測(cè)量的角度（"）；θ為角度真值（"）；Md為棱鏡每次的移動(dòng)量（mm）。

在約4 m的距離下測(cè)量角度，測(cè)量數(shù)據(jù)見表1。

表1 4 m距離大棱鏡測(cè)量數(shù)據(jù)

距離為4 m左右時(shí)，得出的角度中誤差為0．734″，可得3個(gè)測(cè)回的ATR定位精度為0．01 mm，則1個(gè)測(cè)回的ATR定位精度為

同理，在30 m、90 m、150 m距離做同樣的測(cè)試，由于數(shù)據(jù)量大，在此不列出。在30 m距離時(shí)每次移動(dòng)量仍為0．1 mm，但隨著距離增大，為保證ATR能夠識(shí)別棱鏡的微小移動(dòng)，每次移動(dòng)量應(yīng)增大，所以在90 m和150 m距離下，每次移動(dòng)量分別為0．2 mm、0．5 mm。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2，ATR精度與距離關(guān)系見圖1。

表2 不同距離下ATR精度(大棱鏡)

圖1 TS30大棱鏡ATR精度與觀測(cè)距離關(guān)系圖

由于數(shù)據(jù)量大，小棱鏡測(cè)量數(shù)據(jù)在此不列出，測(cè)量小棱鏡的ATR精度統(tǒng)計(jì)如表3，ATR精度與距離的關(guān)系如圖2。

表3 不同距離下ATR精度(小棱鏡)

圖2 TS30小棱鏡ATR精度與觀測(cè)距離關(guān)系圖

2 TS30測(cè)距精度測(cè)試

實(shí)驗(yàn)方案：分別對(duì)大棱鏡和小棱鏡進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量距離與ATR實(shí)驗(yàn)相同。移動(dòng)平臺(tái)的縱軸對(duì)著全站儀方向，將棱鏡置于平臺(tái)上，在縱向作微小移動(dòng)，每次移動(dòng)0．1 mm。通過相鄰2次測(cè)量距離的差值來統(tǒng)計(jì)測(cè)距精度。使用盤左盤右測(cè)量3個(gè)測(cè)回。

在此只列出大棱鏡90 m測(cè)量的數(shù)據(jù)，如表4。

表4 大棱鏡縱向移動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)

從表4可以看出，相鄰2次距離的差值基本能夠反映出棱鏡的移動(dòng)量，說明測(cè)距的靈敏度很高。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)大棱鏡與小棱鏡測(cè)距中誤差與距離的關(guān)系，如表5。

表5 不同距離下的測(cè)距精度

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在短距離情況下，TS30測(cè)距精度較高，受距離影響不大，測(cè)距精度比較穩(wěn)定。

3 結(jié) 語

TS30的ATR精度隨距離的增加而下降，一般觀測(cè)條件下，在150 m范圍內(nèi)可以獲得較高的精度，在觀測(cè)中除了避免ATR 功能受距離的不利影響外，不良?xì)庀髼l件的影響也不可忽視。TS30長(zhǎng)距離的測(cè)量精度有待進(jìn)一步研究。

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1672-4623（2015）02-0145-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.051

覃澤穎，主要研究方向?yàn)榫芄こ虦y(cè)量。

2014-03-27。

項(xiàng)目來源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41071294）。