第34卷第2期
2011年03月
现 代 测 绘
Vol. 34, No. 2M ar. 2011
Topcon MS05系列全站仪的特点解读及精度测试
荆旭洋
(南京东拓测绘有限公司, 江苏南京210009)
摘 要 日本拓普康公司生产的M S05系列全站仪, 主要针对高精度测量要求的用户, 具有测量精度高、功能全、可靠性好等特点, 在测绘、建筑、三维工业测量等领域有着广泛的应用。其测角标称精度为0. 5 , 测距标称精度对反射片为0. 5mm+1ppm, 对棱镜为0. 8mm+1ppm, 对无棱镜测距为1mm+1ppm, 这一精度指标与一般全站仪有较大差别, 尤其是该仪器对反射片及无棱镜的测距精度远高于其它同等级仪器。针对这一特点, 给出了M S05全站仪的基本特点, 并以大量的测试试验对其标称精度进行了测试。关键词 全站仪 三维工业测量 坐标转换 均方根误差
中图分类号:P204 文献标识码:B 文章编号:1672-4097(2011) 02-0035-04
1 MS 05系列全站仪测距原理特点简介
拓普康M S05系列全站仪主要为三维工业计量、设备安装、变形监测等应用领域专门设计, 因此具有测量精度更高、测量性能更加可靠等特点。MS05是目前拓普康系列全站仪中测距精度最高的, 其测距性能主要特点有:1. 1 多个测距频率同时调制发射
传统的测距原理是不同的测距频率在时序指令的控制下依次对红外或激光光波进行调制发射。而拓普康的新型测距仪, 多个测距频率同时调制发射与解调接收, 然后对解调后的不同频率信号再分别处理而测定距离。此新型测距技术有利于缩短测距时间。
1. 4 拓普康MS05系列全站仪是专门针对反射片
测距开发的, 具有测距误差预修正的特别技术 除了在原器件选用指标上要求更严之外, 还对不同距离上测距误差进行预测试, 然后将结果保存在仪器中, 用于实际测距时的修正。这一技术在短距离内容易做到很高的误差修正精度, 因此MS05在200m (反射片) 和100m (无棱镜) 的短测程内可以分别达到(0. 5mm +1ppm ) 和(1mm +1pmm) 的特高精度指标。
2 MS05系列全站仪的精度测试
2. 1 测试方法
MS05全站仪的标称测角精度为0. 5 , 对反射片测距精度标称为0. 5mm+1ppm, 对棱镜测距精度标称为0. 8mm+1ppm, 无棱镜测距精度标称为1mm +1ppm 。该标称精度与其它各厂家推出的同等级仪器相比, 其对反射片、无棱镜测距精度明显较高, 如该全站仪能够满足其标称指标, 则其在工业测量、设备安装、变形监测等领域将具有很高的应用价值。为了
图1 RED tech 测距信号同步调制发射示意图
1. 2 消除望远镜光学系统反射干扰信号的影响
新的光学系统消除了透镜组反射干扰的信号的应用, 有利于进一步提高测距结果的准确性。1. 3 智能信号处理系统
一般来讲, 测距系统相位差测量结果是几千次测量的平均值。索佳测距系统设定了一个标准偏差, 如实测统计的标准偏差达到设定值, 即停止相位差测量; 如果实测标准偏差未达到设定值, 即适
当增加相位差测量次数, 直到满足要求为止。由此可见, 索佳测距系统相位差测量次数是动态的, 一旦有测量结果即是可靠的。
充分掌握MS05系列全站仪的实际测量精度, 我们对其进行了全方位的精度测试。测试中采用经纬仪工业测量系统作为标准, 依据现已掌握的有关经纬仪工业测量系统的应用经验, 由多台T3000或TM5100电子经纬仪构成的经纬仪工业测量系统, 其标称测量精度可达1/10000[1], 即在10m 左右的测量范围上, 其点位测量误差一般小于0. 1mm 。因此可以采用T3000或TM5100经纬仪工业测量系统的测量数据作为标准值, 以此检验M S05全站仪的测量精度指标。在实际测试中, 采用了由两台T M5100构成的经纬仪工业测量系统作为基准, 在进行系统定向时, 对两台经纬仪及一台M S05全站仪同时进行系
36
现 代 测 绘 第34卷
统定向, 将三台仪器设站纳入到一个统一的坐标系统中, 如图2所示。定向完成后, 在测试空间中设置若干个测量点, 用两台TM 5100通过前方交会测量各点坐标作为点坐标基准值, 采用M S05全站仪测量点的坐标作为待测试值,
与前面交会测量的坐标
进行比较, 通过比较差值可以测试MS05全站仪的实际测量精度。
2. 2 测距精度测试
由于三台仪器构成了统一的测量系统, 通过系统定向获得了各设站仪器中心的三维坐标, 两台TM5100经纬仪对空间点交会测量时可得到点的三维坐标, 采用交会测量的点坐标及MS05的设站仪器中心坐标可以反算出MS05仪器中心到测量点的空间距离, 同时MS05对点直接测量时可以得到对点测量的斜距, 将上述反算的距离与MS05实测的距离比较可以看出MS05的实际测距精度。按照上述方法针对反射片进行了三组独立的试验, 每组试验前都对系统进行定向, 然后再测量约20个空间点。表1列
图2 测试中的设站示意图
出了针对反射片测量的第一组试验的距离比较差值。
表1 MS05对反射片测距精度测试结果(单位:mm)
点序号[1**********]
反算距离5230. 7665589. 2606632. 1128474. 9488281. 8467663. 6249187. 2378290. 3068360. 8944885. 901
实测距离5230. 7755589. 5276632. 4828475. 0918281. 8407664. 3379187. 7448289. 5908361. 1904886. 024
差值0. 0090. 2670. 3700. 143-0. 0060. 7130. 507-0. 7160. 2960. 123
点序号[***********]20
反算距离5311. 8136223. 8714530. 9136127. 4687719. 2898868. 2866965. 2108810. 5185336. 3736041. 596
实测距离5312. 0266223. 4804530. 7226127. 3807718. 8878868. 7936965. 2348810. 5425335. 9766040. 979
差值0. 213-0. 391-0. 191-0. 088-0. 4080. 5070. 0240. 024-0. 397-0. 617
将所有比较差值取平均值, 将各差值与该平均值相减, 相减的结果取均方根, 作为测距均方根误差。该误差能很好的反应全站仪的测距精度。表2列出了各组试验的测距均方根误差。
表2 MS05测距均方根误差(单位:mm) 反射类型反射片
均方根误差
测试点数
第一组0. 34
第二组0. 26
第三组0. 31
20个点
仪针对反射片具有较高的测距精度, 在许多要求测量点位精度达到亚毫米量级的测量工作中, 完全可以采用M S05全站仪测量反射片实现。2. 3 三维坐标测量精度测试
前面2. 2的比较主要针对测距的精度, 未涉及MS05的测角精度。而在工业检测、设备安装等测量工作中, 常常要测量点的三维坐标, 因此必须了解其三维坐标测量精度。利用前面针对反射片进行距离精度测试的三组数据, 由于三台仪器经系统定向后处于同一个坐标系统中, 因此通过TM5100交会测量的三维坐标与MS05直接测量点的三维坐标具有可比性, 表3列出了第一组试验中针对反射片测量三维坐标比较结果。
从表2结果可以看出, 针对反射片测距各组试验的均方根误差小于0. 4mm, 与其标称的测距精度(0. 5mm +1ppm ) 比较吻合, 说明MS05全站
表3 MS05针对反射片三维坐标测量精度测试结果(单位:mm)
点序号123456
dX 0. 041-0. 0060. 3750. 3950. 1680. 043
dY 0. 195-0. 1570. 3430. 4810. 1230. 392
dZ -0. 103-0. 149-0. 0450. 036-0. 096-0. 127
dP 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
点序号[1**********]6
dX 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
dY 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
dZ -0. 145-0. 3450. 058-0. 128-0. 074-0. 208
dP 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
第2期荆旭洋:T opcon M S05系列全站仪的特点解读及精度测试
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续 表
点序号78910
dX 0. 266-0. 149-0. 144-0. 117
dY 0. 3380. 3790. 4140. 447
dZ -0. 188-0. 173-0. 294-0. 142
dP 0. 4690. 4420. 5280. 483
点序号17181920
dX -0. 089-0. 101-0. 1420. 138
dY 0. 4540. 2540. 0320. 345
dZ -0. 283-0. 209-0. 172-0. 113
dP 0. 5420. 3440.
2250. 388
表中, dX 、d Y 、dZ 分别为交会测量坐标与MS05极坐标测量坐标的X 、Y 、Z 坐标差, dP 为dX 、d Y 、dZ 的平方和根, 称之为点位误差。对所有点位误差取均方根值, 针对反射片进行的三组试验的均方根值分别为:0. 424mm 、0. 393mm 、0. 415mm, 该误差综合反应了MS05全站仪的点位测量精度, 但该项误差还包含了三台仪器进行系统定向时的定向误差, 因此综合起来看, 单台MS05全站仪极坐标测量的点位精度完全可达到0. 5mm 。2. 4 MS05全站仪多站测量精度测试
在工业检测、设备安装等工作中, 一台全站仪单次设站常常不能测量完毕所有待测对象, 通常需要多次设站, 当仪器搬站后一般采用设置公共点来统一多次设站的坐标系, 如图3所示。
测试中, 在空间设置了10个公共点, 点在空间的分布范围约12m 6m 2m , M S05全站仪在两
图3 多站测量精度测试设站示意图
个位置设站, 分别观测10个公共点, 然后利用工业测量系统软件进行定向解算统一两次设站的坐标系, 可以得到两次设站在统一坐标系中的三维坐标以及各公共点的坐标。由于针对每个公共点, 均在两次设站时对点进行了角度、距离测量, 在定向解算时将会采用空间角度、距离交会的方式计算点坐标, 同时可以解算出点的不相交误差, 以Rms [2]表示, 该不相交误差可以反应多次设站的精度。表4列出了定向解算计算出的公共点不相交误差。
表4 MS05多次设站交会测量精度测试结果(单位:mm)
点序号12345
Rm sX 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsY 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsZ 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsP 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
点序号678910
Rm sX 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsY 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsZ 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsP 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
从上表可以看出, 在该测试空间范围内, 最大的点位不相交误差小于0. 1mm, 达到如此精度主要因为在点坐标解算中角度交会占主导, 而MS05全站仪在较小范围内的测角误差引起的点位误差远小于测距误差引起的点位误差, 因此采用MS05角度交会测量点坐标可以达到约1/100000的
相对精度。为了进一步考察M S05的整体测量精度, 不进行交会解算, 将上述试验中两站观测的10个点分别解算点坐标, 得到10个点在两个测站坐标系中的两套坐标, 利用最小二乘公共点转换来解算两套点坐标的差值, 结果列于表5中。
表5 MS05多次设站测量点坐标最小二乘转换结果(单位:mm)
点序号12345
RmsX -0. 082-0. 4070. 2620. 0110. 190
RmsY -0. 370-0. 0540. 1630. 2500. 128
RmsZ 0. 084-0. 0610. 161-0. 075-0. 138
RmsP 0. 3880. 4150. 3480. 2610. 267
点序号678910
RmsX 0. 243-0. 039-0. 272-0. 0250. 121
RmsY -0. 145-0. 1200. 0740. 122-0. 049
RmsZ -0. 065-0. 011-0. 0190. 156-0. 030
RmsP 0. 2900. 1270. 2830. 1990. 134
最大点位差值:0. 42mm ; 点位差均方根:0. 29m m 。
表5表明, M S05全站仪两次设站对同一批点测量, 点位差值最大差值小于0. 42mm, 差值均方
根为0. 29mm, 该结果一方面反应了MS05全站仪自身符合精度, 也反应了其综合点位测量精度。与2. 3三维坐标测量精度测试中与其它测量系统比较差值吻合。
(下转第41页)
第2期凌 锋等:前方交会在建筑倾斜和水平位移监测中的应用探讨
准点, 能得到较高的交会点点位精度。
41
能在本次倾斜观测和水平点位位移监测中取得更好的精度成果。
(3) 在由于现场条件有限制导致交会图形不佳, 在有高精度全站仪时, 利用边角交会来进行变形点监测, 测点的观测不仅速度快而且精度高, 且受交会图形影响较小。
参考文献
1 武汉测绘科技大学 测量学 编写组. 测量学[M ]. 北京:测绘出版社, 1993
2 中华人民共和国建设部. JGJ 8 2007建筑变形测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2007
5 结束语
通过以上分析及对倾斜和水平位移监测点的具体交会情况, 可得出如下几点看法:
(1) 用角度前方交会法对倾斜监测和水平位移监测点进行监测时, 对交会图形进行优化设计时, 宜选择交会角在109 附近且观测角度差别不大的基准点, 能得到较高的交会点点位精度。
(2) 用边长前方交会法对倾斜监测和水平位移监测点进行监测时, 宜选择交会角在90 附近的基
Discussion on The Application of Forward Intersection Method in Building Inclination Measurement and Horizontal Displacement Measurement
LING Feng , XU E Shi xing
(1Nanjing Building safety appraisal Department, Nanjing Jiangsu 210029, China;
2
1
2
H anjiang Surveying Office, Yang zhou Jiangsu 225009, China)
Abstract T he paper br iefly int roduces the calculatio n on data and the accuracy evaluat ion abo ut ho w to use three differ ent kinds of the fo rw ard int ersect ion metho d to sur vey building inclination and hor izontal displacement, and uses an exam ple to dis cuss the o pt imum intersection figure o f defo rmat ion observ at ion points by forw ar d inter section method. In the end, the pa per obtains so me pr act ical conclusions.
Key words fo rw ard intersect ion method; inclinat ion measur ement; accuracy ev aluatio n; the optimum intersection fig ure
(上接第37页)
3 结 论
从各项测试结果表明, M S05针对反射片测量精度完全能达到标称的0. 5m m +1ppm 精度指标。M S05两次设站对点交会测量精度测试结果表明其交会测量精度可到1/100000, 与其标称的0. 5 测角精度吻合。在工业测量、设备安装、变形监测等要求达到亚毫米测量精度的测量工程中具有
很强的实际应用价值。
参考文献
1 黄桂平, 李广云, 赵其印等. 经纬仪工业测量系统定向及单点解算[J].测绘学院学报, 2001(2) :17 19
2 黄桂平. 多台电子经纬仪/全站仪构成混合测量系统的研究与开发[D ]. 解放军信息工程大学测绘学院, 1999
C haracteristic Explanation and Accuracy Test for Total Station of Topcon MS05Series
JIN Xu yan g
(Nanjing Do ng tuo Surv ey ing and M apping Ltd. Nanjing Jiang su 210009, China)
Abstract Topcon s brand new range o f M S05 Measuring Stations are the high precision robotic total stations that you need for critical job site applications such as high precision positioning or construction and 3D industrial measurement. T he MS05offers a incredible 0. 5" ang ular accur acy. In addition, the sensor is able to measur e reflective tape targets with a pr ecision of 0. 5mm (+1ppm) , to standard prisms with a precision of 0. 8mm (+1ppm) , and to non prism targ et with a precision of 0. 5mm (+1ppm). T he accuracy indicators of MS05are quite different fro m general total station. In par ticular, the equipment on the reflective tape and non-prism measurement ac curacy is much higher than other same level of devices. In v iew o f this, it presents the basic character istics of the M S05total station, and a large number of tests carried out o n its nominal accuracy of the test.
Key words to tal statio n; 3D industria l measur ement; co or dinate tr ansfo rmation; RM S er ro r
第34卷第2期
2011年03月
现 代 测 绘
Vol. 34, No. 2M ar. 2011
Topcon MS05系列全站仪的特点解读及精度测试
荆旭洋
(南京东拓测绘有限公司, 江苏南京210009)
摘 要 日本拓普康公司生产的M S05系列全站仪, 主要针对高精度测量要求的用户, 具有测量精度高、功能全、可靠性好等特点, 在测绘、建筑、三维工业测量等领域有着广泛的应用。其测角标称精度为0. 5 , 测距标称精度对反射片为0. 5mm+1ppm, 对棱镜为0. 8mm+1ppm, 对无棱镜测距为1mm+1ppm, 这一精度指标与一般全站仪有较大差别, 尤其是该仪器对反射片及无棱镜的测距精度远高于其它同等级仪器。针对这一特点, 给出了M S05全站仪的基本特点, 并以大量的测试试验对其标称精度进行了测试。关键词 全站仪 三维工业测量 坐标转换 均方根误差
中图分类号:P204 文献标识码:B 文章编号:1672-4097(2011) 02-0035-04
1 MS 05系列全站仪测距原理特点简介
拓普康M S05系列全站仪主要为三维工业计量、设备安装、变形监测等应用领域专门设计, 因此具有测量精度更高、测量性能更加可靠等特点。MS05是目前拓普康系列全站仪中测距精度最高的, 其测距性能主要特点有:1. 1 多个测距频率同时调制发射
传统的测距原理是不同的测距频率在时序指令的控制下依次对红外或激光光波进行调制发射。而拓普康的新型测距仪, 多个测距频率同时调制发射与解调接收, 然后对解调后的不同频率信号再分别处理而测定距离。此新型测距技术有利于缩短测距时间。
1. 4 拓普康MS05系列全站仪是专门针对反射片
测距开发的, 具有测距误差预修正的特别技术 除了在原器件选用指标上要求更严之外, 还对不同距离上测距误差进行预测试, 然后将结果保存在仪器中, 用于实际测距时的修正。这一技术在短距离内容易做到很高的误差修正精度, 因此MS05在200m (反射片) 和100m (无棱镜) 的短测程内可以分别达到(0. 5mm +1ppm ) 和(1mm +1pmm) 的特高精度指标。
2 MS05系列全站仪的精度测试
2. 1 测试方法
MS05全站仪的标称测角精度为0. 5 , 对反射片测距精度标称为0. 5mm+1ppm, 对棱镜测距精度标称为0. 8mm+1ppm, 无棱镜测距精度标称为1mm +1ppm 。该标称精度与其它各厂家推出的同等级仪器相比, 其对反射片、无棱镜测距精度明显较高, 如该全站仪能够满足其标称指标, 则其在工业测量、设备安装、变形监测等领域将具有很高的应用价值。为了
图1 RED tech 测距信号同步调制发射示意图
1. 2 消除望远镜光学系统反射干扰信号的影响
新的光学系统消除了透镜组反射干扰的信号的应用, 有利于进一步提高测距结果的准确性。1. 3 智能信号处理系统
一般来讲, 测距系统相位差测量结果是几千次测量的平均值。索佳测距系统设定了一个标准偏差, 如实测统计的标准偏差达到设定值, 即停止相位差测量; 如果实测标准偏差未达到设定值, 即适
当增加相位差测量次数, 直到满足要求为止。由此可见, 索佳测距系统相位差测量次数是动态的, 一旦有测量结果即是可靠的。
充分掌握MS05系列全站仪的实际测量精度, 我们对其进行了全方位的精度测试。测试中采用经纬仪工业测量系统作为标准, 依据现已掌握的有关经纬仪工业测量系统的应用经验, 由多台T3000或TM5100电子经纬仪构成的经纬仪工业测量系统, 其标称测量精度可达1/10000[1], 即在10m 左右的测量范围上, 其点位测量误差一般小于0. 1mm 。因此可以采用T3000或TM5100经纬仪工业测量系统的测量数据作为标准值, 以此检验M S05全站仪的测量精度指标。在实际测试中, 采用了由两台T M5100构成的经纬仪工业测量系统作为基准, 在进行系统定向时, 对两台经纬仪及一台M S05全站仪同时进行系
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现 代 测 绘 第34卷
统定向, 将三台仪器设站纳入到一个统一的坐标系统中, 如图2所示。定向完成后, 在测试空间中设置若干个测量点, 用两台TM 5100通过前方交会测量各点坐标作为点坐标基准值, 采用M S05全站仪测量点的坐标作为待测试值,
与前面交会测量的坐标
进行比较, 通过比较差值可以测试MS05全站仪的实际测量精度。
2. 2 测距精度测试
由于三台仪器构成了统一的测量系统, 通过系统定向获得了各设站仪器中心的三维坐标, 两台TM5100经纬仪对空间点交会测量时可得到点的三维坐标, 采用交会测量的点坐标及MS05的设站仪器中心坐标可以反算出MS05仪器中心到测量点的空间距离, 同时MS05对点直接测量时可以得到对点测量的斜距, 将上述反算的距离与MS05实测的距离比较可以看出MS05的实际测距精度。按照上述方法针对反射片进行了三组独立的试验, 每组试验前都对系统进行定向, 然后再测量约20个空间点。表1列
图2 测试中的设站示意图
出了针对反射片测量的第一组试验的距离比较差值。
表1 MS05对反射片测距精度测试结果(单位:mm)
点序号[1**********]
反算距离5230. 7665589. 2606632. 1128474. 9488281. 8467663. 6249187. 2378290. 3068360. 8944885. 901
实测距离5230. 7755589. 5276632. 4828475. 0918281. 8407664. 3379187. 7448289. 5908361. 1904886. 024
差值0. 0090. 2670. 3700. 143-0. 0060. 7130. 507-0. 7160. 2960. 123
点序号[***********]20
反算距离5311. 8136223. 8714530. 9136127. 4687719. 2898868. 2866965. 2108810. 5185336. 3736041. 596
实测距离5312. 0266223. 4804530. 7226127. 3807718. 8878868. 7936965. 2348810. 5425335. 9766040. 979
差值0. 213-0. 391-0. 191-0. 088-0. 4080. 5070. 0240. 024-0. 397-0. 617
将所有比较差值取平均值, 将各差值与该平均值相减, 相减的结果取均方根, 作为测距均方根误差。该误差能很好的反应全站仪的测距精度。表2列出了各组试验的测距均方根误差。
表2 MS05测距均方根误差(单位:mm) 反射类型反射片
均方根误差
测试点数
第一组0. 34
第二组0. 26
第三组0. 31
20个点
仪针对反射片具有较高的测距精度, 在许多要求测量点位精度达到亚毫米量级的测量工作中, 完全可以采用M S05全站仪测量反射片实现。2. 3 三维坐标测量精度测试
前面2. 2的比较主要针对测距的精度, 未涉及MS05的测角精度。而在工业检测、设备安装等测量工作中, 常常要测量点的三维坐标, 因此必须了解其三维坐标测量精度。利用前面针对反射片进行距离精度测试的三组数据, 由于三台仪器经系统定向后处于同一个坐标系统中, 因此通过TM5100交会测量的三维坐标与MS05直接测量点的三维坐标具有可比性, 表3列出了第一组试验中针对反射片测量三维坐标比较结果。
从表2结果可以看出, 针对反射片测距各组试验的均方根误差小于0. 4mm, 与其标称的测距精度(0. 5mm +1ppm ) 比较吻合, 说明MS05全站
表3 MS05针对反射片三维坐标测量精度测试结果(单位:mm)
点序号123456
dX 0. 041-0. 0060. 3750. 3950. 1680. 043
dY 0. 195-0. 1570. 3430. 4810. 1230. 392
dZ -0. 103-0. 149-0. 0450. 036-0. 096-0. 127
dP 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
点序号[1**********]6
dX 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
dY 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
dZ -0. 145-0. 3450. 058-0. 128-0. 074-0. 208
dP 0. 0. 0. 0. 0. 0. [***********]
第2期荆旭洋:T opcon M S05系列全站仪的特点解读及精度测试
37
续 表
点序号78910
dX 0. 266-0. 149-0. 144-0. 117
dY 0. 3380. 3790. 4140. 447
dZ -0. 188-0. 173-0. 294-0. 142
dP 0. 4690. 4420. 5280. 483
点序号17181920
dX -0. 089-0. 101-0. 1420. 138
dY 0. 4540. 2540. 0320. 345
dZ -0. 283-0. 209-0. 172-0. 113
dP 0. 5420. 3440.
2250. 388
表中, dX 、d Y 、dZ 分别为交会测量坐标与MS05极坐标测量坐标的X 、Y 、Z 坐标差, dP 为dX 、d Y 、dZ 的平方和根, 称之为点位误差。对所有点位误差取均方根值, 针对反射片进行的三组试验的均方根值分别为:0. 424mm 、0. 393mm 、0. 415mm, 该误差综合反应了MS05全站仪的点位测量精度, 但该项误差还包含了三台仪器进行系统定向时的定向误差, 因此综合起来看, 单台MS05全站仪极坐标测量的点位精度完全可达到0. 5mm 。2. 4 MS05全站仪多站测量精度测试
在工业检测、设备安装等工作中, 一台全站仪单次设站常常不能测量完毕所有待测对象, 通常需要多次设站, 当仪器搬站后一般采用设置公共点来统一多次设站的坐标系, 如图3所示。
测试中, 在空间设置了10个公共点, 点在空间的分布范围约12m 6m 2m , M S05全站仪在两
图3 多站测量精度测试设站示意图
个位置设站, 分别观测10个公共点, 然后利用工业测量系统软件进行定向解算统一两次设站的坐标系, 可以得到两次设站在统一坐标系中的三维坐标以及各公共点的坐标。由于针对每个公共点, 均在两次设站时对点进行了角度、距离测量, 在定向解算时将会采用空间角度、距离交会的方式计算点坐标, 同时可以解算出点的不相交误差, 以Rms [2]表示, 该不相交误差可以反应多次设站的精度。表4列出了定向解算计算出的公共点不相交误差。
表4 MS05多次设站交会测量精度测试结果(单位:mm)
点序号12345
Rm sX 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsY 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsZ 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsP 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
点序号678910
Rm sX 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsY 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsZ 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
RmsP 0. 0. 0. 0. 0. [**************]
从上表可以看出, 在该测试空间范围内, 最大的点位不相交误差小于0. 1mm, 达到如此精度主要因为在点坐标解算中角度交会占主导, 而MS05全站仪在较小范围内的测角误差引起的点位误差远小于测距误差引起的点位误差, 因此采用MS05角度交会测量点坐标可以达到约1/100000的
相对精度。为了进一步考察M S05的整体测量精度, 不进行交会解算, 将上述试验中两站观测的10个点分别解算点坐标, 得到10个点在两个测站坐标系中的两套坐标, 利用最小二乘公共点转换来解算两套点坐标的差值, 结果列于表5中。
表5 MS05多次设站测量点坐标最小二乘转换结果(单位:mm)
点序号12345
RmsX -0. 082-0. 4070. 2620. 0110. 190
RmsY -0. 370-0. 0540. 1630. 2500. 128
RmsZ 0. 084-0. 0610. 161-0. 075-0. 138
RmsP 0. 3880. 4150. 3480. 2610. 267
点序号678910
RmsX 0. 243-0. 039-0. 272-0. 0250. 121
RmsY -0. 145-0. 1200. 0740. 122-0. 049
RmsZ -0. 065-0. 011-0. 0190. 156-0. 030
RmsP 0. 2900. 1270. 2830. 1990. 134
最大点位差值:0. 42mm ; 点位差均方根:0. 29m m 。
表5表明, M S05全站仪两次设站对同一批点测量, 点位差值最大差值小于0. 42mm, 差值均方
根为0. 29mm, 该结果一方面反应了MS05全站仪自身符合精度, 也反应了其综合点位测量精度。与2. 3三维坐标测量精度测试中与其它测量系统比较差值吻合。
(下转第41页)
第2期凌 锋等:前方交会在建筑倾斜和水平位移监测中的应用探讨
准点, 能得到较高的交会点点位精度。
41
能在本次倾斜观测和水平点位位移监测中取得更好的精度成果。
(3) 在由于现场条件有限制导致交会图形不佳, 在有高精度全站仪时, 利用边角交会来进行变形点监测, 测点的观测不仅速度快而且精度高, 且受交会图形影响较小。
参考文献
1 武汉测绘科技大学 测量学 编写组. 测量学[M ]. 北京:测绘出版社, 1993
2 中华人民共和国建设部. JGJ 8 2007建筑变形测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2007
5 结束语
通过以上分析及对倾斜和水平位移监测点的具体交会情况, 可得出如下几点看法:
(1) 用角度前方交会法对倾斜监测和水平位移监测点进行监测时, 对交会图形进行优化设计时, 宜选择交会角在109 附近且观测角度差别不大的基准点, 能得到较高的交会点点位精度。
(2) 用边长前方交会法对倾斜监测和水平位移监测点进行监测时, 宜选择交会角在90 附近的基
Discussion on The Application of Forward Intersection Method in Building Inclination Measurement and Horizontal Displacement Measurement
LING Feng , XU E Shi xing
(1Nanjing Building safety appraisal Department, Nanjing Jiangsu 210029, China;
2
1
2
H anjiang Surveying Office, Yang zhou Jiangsu 225009, China)
Abstract T he paper br iefly int roduces the calculatio n on data and the accuracy evaluat ion abo ut ho w to use three differ ent kinds of the fo rw ard int ersect ion metho d to sur vey building inclination and hor izontal displacement, and uses an exam ple to dis cuss the o pt imum intersection figure o f defo rmat ion observ at ion points by forw ar d inter section method. In the end, the pa per obtains so me pr act ical conclusions.
Key words fo rw ard intersect ion method; inclinat ion measur ement; accuracy ev aluatio n; the optimum intersection fig ure
(上接第37页)
3 结 论
从各项测试结果表明, M S05针对反射片测量精度完全能达到标称的0. 5m m +1ppm 精度指标。M S05两次设站对点交会测量精度测试结果表明其交会测量精度可到1/100000, 与其标称的0. 5 测角精度吻合。在工业测量、设备安装、变形监测等要求达到亚毫米测量精度的测量工程中具有
很强的实际应用价值。
参考文献
1 黄桂平, 李广云, 赵其印等. 经纬仪工业测量系统定向及单点解算[J].测绘学院学报, 2001(2) :17 19
2 黄桂平. 多台电子经纬仪/全站仪构成混合测量系统的研究与开发[D ]. 解放军信息工程大学测绘学院, 1999
C haracteristic Explanation and Accuracy Test for Total Station of Topcon MS05Series
JIN Xu yan g
(Nanjing Do ng tuo Surv ey ing and M apping Ltd. Nanjing Jiang su 210009, China)
Abstract Topcon s brand new range o f M S05 Measuring Stations are the high precision robotic total stations that you need for critical job site applications such as high precision positioning or construction and 3D industrial measurement. T he MS05offers a incredible 0. 5" ang ular accur acy. In addition, the sensor is able to measur e reflective tape targets with a pr ecision of 0. 5mm (+1ppm) , to standard prisms with a precision of 0. 8mm (+1ppm) , and to non prism targ et with a precision of 0. 5mm (+1ppm). T he accuracy indicators of MS05are quite different fro m general total station. In par ticular, the equipment on the reflective tape and non-prism measurement ac curacy is much higher than other same level of devices. In v iew o f this, it presents the basic character istics of the M S05total station, and a large number of tests carried out o n its nominal accuracy of the test.
Key words to tal statio n; 3D industria l measur ement; co or dinate tr ansfo rmation; RM S er ro r