楊名川

摘 要：介紹了徠卡TCA1800全站儀的自動目標識別（ATR）系統(tǒng)及其功能， 研究了自動識別系統(tǒng)的測角精度及其可靠性。通過選擇在不同觀測時間、不同觀測距離、不同觀測環(huán)境下，詳細分析ATR的測角精度以及環(huán)境對測角質(zhì)量的影響，比較傳統(tǒng)的人工測角與ATR測角的可靠性，獲得有益的結論，來指導使用者選擇徠卡TCA1800的觀測方式及觀測時段。

關鍵詞：TCA1800全站儀；自動目標識別系統(tǒng)；測角；精度分析

1 緒論

1.1 目的。隨著具有自動目標識別（ATR-automatic target recognition）的智能型全站儀的問世，使測量方法發(fā)生了革命性的變化。目前，具有ATR功能的全站儀已廣泛應用在高精度的精密工程測量、變形監(jiān)測以及自動化較高的自動觀測任務中。然而，在實際測量工作中，ATR測量能否達到所需的精度要求？觀測質(zhì)量和成果是否可靠？工作效率跟人工測量相比如何？基于運用徠卡TCA 1800全站儀ATR功能進行試驗和測量工作的實踐，本文通過對其在試驗中的測量成果的分析，研究了ATR功能在不同環(huán)境條件下的水平測角精度，探討ATR測量的可靠性。

1.2 研究方法。室內(nèi)試驗：為避免外界條件對觀測造成的影響，選擇觀測條件穩(wěn)定的室內(nèi)進行一個中心多邊形的水平角觀測，對比驗證人工觀測和ATR測量能達到的精度。室外試驗：通過室外實地的大地四邊形測量，運用ATR測角和傳統(tǒng)的人工測角進行測量，并進行精度分析比較，得出ATR測角在實際應用中的精度。同時，對比人工測量和ATR測量的工作效率。全天候試驗：選擇不同天氣、不同時間段下，進行測角任務，然后進行精度評定，求證不同天候情況下，測角精度是否滿足測量要求。

2 室內(nèi)試驗

2.1 外界條件的影響

精密測角會受到外界條件變化的影響，為減少外界條件的影響，精確測定ATR測角所能達到的精度，選擇外界環(huán)境相對穩(wěn)定的室內(nèi)進行試驗。

2.2 方案設計

試驗場地：廣工大結構實驗室。在室內(nèi)布置如圖1所示的中心多邊形網(wǎng)進行測試，平均邊長為18m。

觀測等級設計：本次試驗主要目的是試驗儀器在室內(nèi)穩(wěn)定的觀測條件下不同觀測方法所能達到的精度，采用方向觀測法，TCA 1800屬于DJ1，觀測4個測回。

試驗過程：4月22日，在O點架設儀器，A、B、C、D、E點架設棱鏡，將每個方向逐一照準進行觀測。14：30開始人工觀測4測回，人工記錄數(shù)據(jù)，14：55結束人工觀測，無重測；15：00開始ATR自動觀測5測回，儀器自動記錄數(shù)據(jù)，15：25結束，無重測。

對比人工觀測，ATR自動觀測得出的水平夾角的值列于表1。

2.3 精度分析

在測站O點觀測了5個方向、4個測回，則用上式計算得出的一測回方向觀測中誤差，人工觀測的結果為±1.22″，ATR觀測結果為±0.014″。TCA 1800全站儀的測角標稱精度為±1秒。在觀測過程中，由于穩(wěn)定的外界條件，同時，觀測距離較短，使得儀器內(nèi)置的CCD傳感器獲取和識別目標的精度得以提高，在ATR觀測時，同一方向，望遠鏡鎖定目標之后的方向值幾乎不變。ATR觀測結果遠遠超過標稱精度和人工測角的精度。

3 室外試驗

3.1 方案設計

試驗場地：廣工大圖書館東廣場空地，地形開闊、通視良好。通過實地勘察、選點、埋點，組成一個大地四邊形網(wǎng)，如圖2所示。最短邊約145m，最長邊約190m，平均邊長170m。觀測等級設計：觀測網(wǎng)形為大地四邊形，采用四等三角測量水平角觀測的技術要求進行觀測，每個測站的水平觀測采用方向觀測法。測距按照四等控制網(wǎng)的技術要求進行觀測。試驗過程：為了減少大氣折光以及大氣湍流對測角的影響，選擇在空氣清新、大氣相對穩(wěn)定的陰天進行觀測。5月15日8：25開始，按照點號N、W、S、E的順序架設儀器，先進行人工觀測4測回，緊接著利用ATR功能進行自動觀測4測回，均為儀器自動記錄數(shù)據(jù)，換站時，儀器與相應的棱鏡調(diào)換。11：50所有觀測結束，人工觀測無重測；ATR觀測在點W、S因為行人阻擋分別重測一測回。期間，人工觀測平均一個測站需要約12分鐘，ATR觀測平均一個測站需要約15分鐘。

3.2 精度計算

評定三角網(wǎng)的測角精度的主要指標是三角形的閉合差，大地四邊形網(wǎng)共有3個獨立的三角形。使用人工觀測和ATR自動觀測計算得出的三角形閉合差列于表2。

3.3 精度分析

人工測角和ATR測角時間間隔很短，且整個觀測時段氣象條件相對穩(wěn)定，可以認為兩者測量時所處的外界條件基本一致，因此，兩者的照準精度之差基本上就反映在測角精度上。從數(shù)據(jù)以及試驗過程可知：（1）在短邊網(wǎng)中，ATR測量模式和人工測量模式的測量精度都能達到四等三角網(wǎng)的指標要求，并且ATR測量模式的測角精度略高于人工測量模式，主要體現(xiàn)在ATR測量消除了人工的照準誤差。（2）在短邊網(wǎng)的觀測中，人工測量模式在距離發(fā)生變化時需要調(diào)整望遠鏡的焦距，從而產(chǎn)生了調(diào)焦誤差，ATR測量模式不需要進行望遠鏡的調(diào)焦，消除了調(diào)焦誤差。

4 全天候觀測測試

4.1 方案設計

試驗場地：為了測試自動識別系統(tǒng)的全天候觀測的可能性及其精度，選擇在夜間進行試驗?？紤]到夜間光線污染對觀測產(chǎn)生的影響，試驗場地選在樓頂，選取已布設在廣工大校內(nèi)的四等點44號點（東一）、45號點（西一）、46號點（教六）。44與45號點相距約700m，45與46號點相距約900m，如圖3所示。試驗期間，儀器、棱鏡均固定不動。

觀測等級設計：采用方向觀測法，按四等導線水平角觀測的技術要求觀測。

試驗過程：5月17日17：30，天氣晴朗有陽光。在45號點架設儀器，進行人工觀測44、46號點的方向值，觀測6測回，由儀器自動記錄。17：58人工觀測結束，儀器和棱鏡不動，等待夜間觀測。20：30，夜間天氣晴朗有月光，有一定視野。導入白天的觀測數(shù)據(jù)，開始ATR觀測，為保證觀測數(shù)據(jù)的有效性，ATR觀測為8測回，儀器自動記錄。21：10，ATR觀測結束。

5月19日18：00，陰天。在45號點架設儀器，人工觀測44、46號點方向值各一次，儀器自動記錄，并導入ATR觀測程序，儀器和棱鏡不動，等待夜間觀測。20：30，夜間陰天，沒有視野。開始ATR觀測8測回，21：15，ATR觀測結束。

測角結果列于表4。

4.2精度分析

為評價ATR在夜間測量的可靠性，根據(jù)白塞爾公式

按觀測值的改正值計算觀測值的中誤差，結果如表5。

表5 觀測值的中誤差

試驗證明，TCA 1800全站儀的自動識別系統(tǒng)在夜間也能進行自動測量（需要事先獲得觀測目標的方向值，或直接導入已有的觀測目標觀測數(shù)據(jù)），且夜間的測角精度比白天略有提高；而陰天的夜間相對晴朗的夜間，精度有所下降，均能達到精度要求。

5 結束語

根據(jù)以上試驗得出如下結論，提供給選用TCA 1800全站儀的用戶參考：（1）在良好的觀測環(huán)境下，ATR測角的精度能達到很高的水平。短邊網(wǎng)試驗結果表明，ATR測角的精度略高于人工測角的精度。（2）在夜間，仍可使用ATR進行測量，并可保證測量的精度。（3）在良好的外界條件下，選擇適當?shù)臅r段，ATR測角能夠完全代替人工測角，降低了測量人員的勞動強度。（4）在復雜的環(huán)境下，如背景有強光反射、棱鏡處在逆光等情況下，使用ATR進行測量會出現(xiàn)搜索不到棱鏡或照準棱鏡超時的錯誤。

參考文獻

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