全站仪和水准仪的区别 设备检修测量中全站仪代替水准仪测量的可行性分析

　　摘要：本文将对全站仪测量三角高程的测量不确定度进行分析，论证在检修测量中全站仪代替水准仪的可行性。 　　关键词；设备检修；全站仪；水准仪；测量不确定度 　　中图分类号：U675.4 文献标识码：A
　　1 概论
　　目前，无论是水准路线测量还是相对标高测量，主要手段是采用水准仪配合水准标尺进行测量。可是在检修测量中，大部分情况会涉及三维坐标测量即不仅要求高度测量,还要求平面坐标测量，这就要求测量仪器不仅包括全站仪及其附件，还包括水准仪及其附件。另外，在检修测量中,往往会遇到测点位置小，空间有限，而导致宽大且较长的水准尺无法进行立尺工作。在检修测量中，人员少、仪器和工具多，不仅增加作业负担，也会带来高空坠物、物品丢失等安全隐患，特别是在远距离出差时体现尤为明显。
　　2 检修相对标高测量主要有几个特点
　　2.1 距离短
　　测量距离一般较短,大部分在50米以内,20米左右的特别多,这就可以忽略大气以及地球曲率的影响。
　　2.2 空间位置狭小
　　很多测量点隐蔽,空间狭小,或者上方高度不足而导致放不下水准尺.有时即使能放置水准尺,也会因为目标点太低而无法假设仪器。
　　2.3 离地面高度高
　　部分点位高出地面较多，即使能放上水准尺也很难看到水准气泡，从而使得水准尺很难立直，使得测量误差大幅增大。
　　2.4 测量相对标高的项目往往会涉及平面坐标测量
　　很多项目，往往是综合性的，部分设备需要测量平面坐标，部分设备需要测量相对标高。
　　检修测量的以上4个特点都制约着水准仪的测量，但同时也为全站仪的测量带来了可能。如果采用全站仪测量能满足测量的精度要求，则今后完全可以采用全站仪代替水准仪进行测量，从而避免很多不必要的麻烦。
　　3 全站仪测量相对标高的测量不确定度分析
　　根据不确定度及相关系数理论，可以得出合成标准不确定度的计算公式为：
　　
　　(1)
　　上式即为输入量相关的合成标准不确定度的计算公式。式中r(xi,xj)表示输入量xi,xj之间的相关系数。当输入量之间的关系比较复杂时，在计算时可以把系统效应和随机效应引起的测量不确定度分开进行计算，公式如下：
　　
　　 (2)
　　式中：usgs(y)表示系统效应引起的不确定度，urd(y)表示随机效应引起的不确定度。usgs(y)和urd(y)均可以按照（1）式进行计算，然后按照（2）式进行合成即可。
　　根据测量不确定度理论和测绘知识，输入量的扩展不确定度U可以这样计算：
　　U=2uc(y)（3）
　　上式中包含因子K取2表示可以期望在 y-U至y+U的区间包含了测量结果的95%。
　　根据三角高程测量计算高差的公式是:ｈ=Ｓ*ｔｇα
　　式中Ｓ为距离,α为垂直角，h为所要测量的高度。设Ｓ、α与h的测量标准不确定度分别为us、ua及urd,根据测量不确定度理论得:
　　
　　
　　
　　
　　上式中Ua为以弧度计算的标准测量不确定度。
　　从上式可看出，距离越大、仰角越大，高差的标准测量不确定度越大。在工业生产中，由于生产方关心的只是设备之间的相对关系，即相对标高，也就是需要计算高度的差值。故对不确定度的计算可以进行简化。
　　设两高程为h1和h2，系统效应引起的不确定度分别为usgsh1和usgsh2，整个高差值由系统效应引起的不确定度为uhsgs。
　　由于在同一测站，测量距离接近，环境一致，因此其系统误差近似相等，因此uhsgs≈0，可以不参与计算，只计算偶然误差带来的影响。而偶然误差可以通过增加测量次数来提高，因此一般在测量时采取4次测量的方式提高测量精度。
　　4实例计算
　　在冷轧薄板厂08机组辊系测量中，水平度测量采用了全站仪（徕卡TCA2003，测角不确定度为0.5秒，测距不确定度位1mm，根据经验，10米左右测距精度可达0.3mm，100米内可达0.5mm）进行测量。测量时两点中最大距离差为3米，最大仰角为15度，两点间距离为2米，把两个最大值分别代入公式：
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　当进行4次测量时，其
　　
　　由于水平度是测量2个点的高差相减后除以测点间距离，则水平度的标准不确定度为■×0.075/２=0.05mm/m。按照测量不确定度原理，其扩展测量不确定度为0.05×2=0.1mm/m，该成果完全能满足用户的需求，因此该项目是合格的。
　　5 扩展运用
　　根据上面的计算公式，我们可以进行模拟计算，得出下表。
　　
　　
　　
　　
　　
　　从上表可以看出，仰角对结果的作用远远大于距离的对结果作用，可以这样归纳：仰角在10度左右，可以测量较精密的设备；仰角在30度左右，可以测量普通设备；仰角在45度左右，可以测量行车轨道、土建基础等；仰角在60度以上左右，只能限制使用。
　　根据分析，全站仪几乎可以代替水准仪进行设备检测，只是在使用时需要进行分析，注意仰角大小，区别使用[4]-[6]。另外，由于仰角对结果不确定度的影响作用大于距离的影响，在仰角较小的地方，可以将仪器架设远一些，即增大距离、减少仰角，从而提高测量不确定度。
　　参考文献
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