專利名稱：測繪工程類陀螺全站儀精度評(píng)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測繪工程類陀螺全站儀精度評(píng)定方法。
技術(shù)背景陀螺全站儀是一種將陀螺儀和全站儀集成于一體的且具有全天候、全天 時(shí)、快速高效獨(dú)立的測定真北方位的精密測量儀器。高精度陀螺全站儀在國 防測繪保障和關(guān)乎國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展命脈的能源、交通及地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面 發(fā)揮著不可替代的作用。隨著我國地下工程建設(shè)的腳步不斷加快，礦山、海底隧道、江底隧道、 城巿地鐵以及地下商場等工程的陸續(xù)上馬，陀螺全站儀的巿場需求將大幅增 加，然而在國內(nèi)尚沒有一套明確的，針對(duì)陀螺全站儀精度指標(biāo)評(píng)定的方法規(guī) 范，對(duì)于測量儀器檢定部門也沒有可以遵循的儀器檢定規(guī)程對(duì)陀螺全站儀進(jìn) 行檢定。這極大的制約了陀螺全站儀的應(yīng)用巿場，也為新型陀螺全站儀的研 發(fā)提出了難題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以客 觀反應(yīng)陀螺全站儀的定向精度指標(biāo)的測繪工程類陀螺全站儀精度評(píng)定方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種測繪工程類陀螺全站 儀精度評(píng)定方法，其主要包含以下幾個(gè)步驟(1)建立用于測試陀螺全站儀精度的比對(duì)控制網(wǎng)；(2 )利用測角精度0. 5秒級(jí)的全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行三角網(wǎng)測量，得 到全站儀的角度測量成果；利用GPS對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行測量，得到GPS測量 成果；(3)用待定精度的陀螺全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)內(nèi)測線進(jìn)行陀螺定向測量， 得到陀螺定向測量成果；(4)將步驟(3)中的陀螺定向成果與步驟(2)中的全站儀的角度測量 成果進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)白塞爾計(jì)算公式m、/H和誤差傳播定律附二2W得出w = J^f，對(duì)陀螺全站儀的定向精度進(jìn)行計(jì)算；其中，^代表測線定向中誤差，氣代表角度測量中誤差，"代表測量角度數(shù)，r代表全站儀測量角度成果與陀螺定向成果之間的較差；(5)將步驟(3)中的陀螺定向成果與步驟(2)中的GPS測量成果進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)白塞爾計(jì)算公式附=、|^對(duì)陀螺全站儀的定向精度進(jìn)行計(jì)算，V w-l其中，m代表中誤差，"代表比對(duì)方向的個(gè)數(shù)，r代表GPS測量成果與陀螺定向成果之間的較差；(6 )根據(jù)步驟(4 )和步驟(5 )得到的陀螺全站儀定向精度的計(jì)算結(jié)果得出陀螺全站儀的定向精度指標(biāo)。所述的GPS測量，依據(jù)GPS外業(yè)測量規(guī)范的要求，按照AA級(jí)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行測量；通過GPS數(shù)據(jù)后處理軟件對(duì)外業(yè)釆集的測量坐標(biāo)進(jìn)行基線解算以及網(wǎng)平差，得到每個(gè)控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)(X，Y，Z);將空間坐標(biāo)(X，Y，Z)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)(B，L，H),根據(jù)各控制點(diǎn)的大地坐標(biāo) (B，L,H)計(jì)算得到各點(diǎn)的子午線收斂角，再將各控制點(diǎn)的大地坐標(biāo) (B,L，H)投影到高斯平面上，并根據(jù)方位角計(jì)算公式，得到各測線的坐標(biāo)方位角；根據(jù)測線的坐標(biāo)方位角和控制點(diǎn)的子午線收斂角計(jì)算各測線的真北方位角。所述陀螺定向成果與全站儀的角度測量成果進(jìn)行比對(duì)包括以下步驟 (1)將測線之間的陀螺定向成果相減，求取測線之間夾角； (2 )將步驟(1 )中得到的測線之間夾角與全站儀的角度測量成果比對(duì)， 求得較差r;(3) 在各控制點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，求取較差V1,V2...Vn;(4) 將所有計(jì)算得到的較差值歸納整理，剔除含有粗差的部分零星數(shù)據(jù)，其較差值>3", c為標(biāo)準(zhǔn)差，將整理后的數(shù)據(jù)依據(jù)公式w1/v^進(jìn)行計(jì)算；其中，W代表測線定向中誤差，氣代表角度測量中誤差，"代表測量 角度數(shù)，K代表全站儀測量角度成果與陀螺定向成果之間的較差。所述陀螺定向成果與GPS測量成果進(jìn)行比對(duì)包括以下步驟(1) 在某一控制點(diǎn)上以任意方向作為基準(zhǔn)方向，將陀螺測定的該測線的陀螺方位角與通過GPS測量成果計(jì)算得到的真北方向值做差，計(jì)算儀器常數(shù);陀螺全站儀的儀器常數(shù)采用一控制點(diǎn)一計(jì)算的方法進(jìn)行；(2) 將步驟(1)中得到的儀器常數(shù)與該控制點(diǎn)的其余測線的陀螺方位 角值相加，求取其余測線的真北方位角；(3) 將步驟(2)中得到的其余測線真北方向值與通過GPS測量成果計(jì)算得到的真北方向值，比對(duì)求得較差r;(4) 在各控制點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，求取較差R, r2,…F。；將所有計(jì)算得到的較差值歸納整理，剔除含有粗差的部分零星數(shù)據(jù)，其 較差值>3^, C7為標(biāo)準(zhǔn)差，將整理后的數(shù)據(jù)依據(jù)公式m-J^進(jìn)行計(jì)算；其中，m代表中誤差，n代表比對(duì)方向的個(gè)數(shù)，r代表GPS測量成果與陀螺定向 成果之間的較差。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明制定了一套明確的、可以 客觀反應(yīng)陀螺全站儀的定向精度指標(biāo)的測繪工程類陀螺全站儀精度評(píng)定方 法，對(duì)于測量儀器檢定部門也可以遵循該方法對(duì)陀螺全站儀進(jìn)行檢定。該方 法極大的推動(dòng)了陀螺全站儀的應(yīng)用巿場。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖。圖2為本發(fā)明陀螺全站儀比對(duì)控制網(wǎng)示意圖。 附圖標(biāo)記說明l一控制點(diǎn)； 2—測線；具體實(shí)施方式
如圖l所示的一種測繪工程類陀螺全站儀精度評(píng)定方法，包括以下步驟1) 建立用于測試陀螺全站儀精度的比對(duì)控制網(wǎng)，如圖2所示，比對(duì)控制 網(wǎng)包含多個(gè)控制點(diǎn)l，兩個(gè)可通視控制點(diǎn)之間形成一條測線2;比對(duì)控制網(wǎng)中 點(diǎn)之間的距離應(yīng)該控制在150m ~ 400m之間；保持相鄰控制點(diǎn)1之間的通視， 且控制點(diǎn)1周圍不應(yīng)有大面積的水域、高壓線等不利于GPS測量的外業(yè)觀測 條件，比對(duì)控制網(wǎng)1應(yīng)選在既有利于陀螺定向觀測也有利于GPS測量的空曠 開闊地區(qū)；2) 利用全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行高精度三角網(wǎng)測量，得到全站儀的角度 測量成果；利用GPS對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行測量，得到GPS測量成果；全站儀三角網(wǎng)測量選用測角精度0.5秒級(jí)的精密全站儀，每控制點(diǎn)測量 四個(gè)測回，依據(jù)方向法進(jìn)行角度測量；距離測量釆用往返測量各兩測回；得 到全站儀的角度測量成果。GPS外業(yè)測量按照AA級(jí)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行GPS測量；GPS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。釆用高精度GPS數(shù)據(jù)后處理軟件對(duì)外業(yè)釆集的GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算并進(jìn)行網(wǎng)平差；基線解算以及網(wǎng)平差過程均不引入任何外 部數(shù)據(jù)；得到控制點(diǎn)空間坐標(biāo)(X,Y，Z)。GPS數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換將計(jì)算得到的控制點(diǎn)空間坐標(biāo)(X，Y,Z)轉(zhuǎn)換為大地 坐標(biāo)(B，L，H),并根據(jù)各控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)，通過公式y(tǒng) = sin 5/f 1 +丄c。s2 S(l + 3/72 + 2t74 >2 +丄c。s4 5(2 — f2 >4其中，7代表子午線收斂角，^代表緯度，/代表與中央子午線經(jīng)度差， /7^2cosS, e'2為橢球偏心率， tanB計(jì)算得到各點(diǎn)的子午線收斂角，再將各點(diǎn)的坐標(biāo)投影到高斯平面上，并 根據(jù)方位角計(jì)算公式，計(jì)算各條通視控制點(diǎn)之間測線的坐標(biāo)方位角。根據(jù)測 線的坐標(biāo)方位角與控制點(diǎn)的子午線收斂角計(jì)算各測線的真北方位角。3) 陀螺定向測量使用待定精度的陀螺全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)內(nèi)測線進(jìn)行 陀螺定向測量；得到陀螺定向成果，即各條測線的陀螺方位角。4) 將陀螺定向成果與全站儀的角度測量成果進(jìn)行比對(duì)，包括以下步驟a) 將測線之間的陀螺定向成果相減，求取測線之間夾角；b) 將步驟(a)中得到的測線之間夾角與全站儀的角度測量成果比對(duì)，求 得較差r;c) 在比對(duì)控制網(wǎng)中的每一個(gè)夾角進(jìn)行比對(duì)，求取較差R， r2,…^;將所有計(jì)算得到的較差值歸納整理，剔除含有粗差的部分零星數(shù)據(jù)，將 整理后的數(shù)據(jù)根據(jù)白塞爾計(jì)算公式附=、|^和誤差傳播定律^=2附2得出^ = J ^，對(duì)陀螺&站儀的定f^精度進(jìn)行計(jì)算；其中，m代表測線定向中誤差， 代表角度測量中誤差，"代表測量角度數(shù)，r代表全站儀測量角度成果與陀螺定向成果之間的較差；5)將陀螺定向成果與GPS測量成果進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)白塞爾計(jì)算公式 W = J^，對(duì)陀螺全站儀的定向精度進(jìn)行評(píng)定。比對(duì)包括以下步驟陀螺全站儀的儀器常數(shù)采用一控制點(diǎn)一計(jì)算的方法進(jìn)行；a) 在某一控制點(diǎn)上以任意方向作為基準(zhǔn)方向，將陀螺測定的該測線的陀 螺方位角與通過GPS測量成果計(jì)算得到的真北方向值做差，計(jì)算儀器常數(shù)；b) 將步驟U)中得到的儀器常數(shù)與該控制點(diǎn)的其余測線的陀螺方位角值 相加，求取其余測線的真北方位角；c) 將步驟(b )中得到的其余測線真北方向值與通過GPS測量成果計(jì)算得到的真北方向值，比對(duì)求得較差r;d) 在各控制點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，求取較差^， ^，e) 將所有計(jì)算得到的較差值歸納整理，剔除含有粗差的部分零星數(shù)據(jù)， 將整理后的數(shù)據(jù)依據(jù)公式m = J^進(jìn)行計(jì)算中誤差。f) 根據(jù)(d) (e)步中對(duì)陀螺全站儀定向精度的評(píng)定結(jié)果對(duì)陀螺全站儀 的定向精度給予綜合評(píng)定結(jié)果。如圖2所示比對(duì)控制網(wǎng)，首先利用全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行三角網(wǎng)測量得到網(wǎng)中各角度值，"(9萬、Z04B、 Z05J、 "C5等等。再對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)中各點(diǎn)進(jìn)行GPS測量得到各點(diǎn)的空間坐標(biāo)(x。,y。,z。)、 (x,，L,zJ、 (xs，rB,zs)、 (A.,rc,Zc)等等，將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)(萬。,z。，//。)、 (n,，zO、根據(jù)大地坐標(biāo)可以計(jì)算出各控制點(diǎn)處的子午線收斂角r。、 ^、 ^、 ；^等 等；同時(shí)，再將各點(diǎn)的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為高斯平面坐標(biāo)(x。，y。)、 (h,h)、 (xB，yB)、(Xc,少c)等等。依據(jù)高斯坐標(biāo)計(jì)算測線的坐標(biāo)方位角，并與子午線收斂角計(jì)算測線的真北方位角^4"、 zL4。,等等。利用待測精度的陀螺全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)中測線進(jìn)行陀螺定向，得到測線方向值，得出測線與T方向夾角，既陀螺方位角Z"。,、 Z"。,等等。與全站儀成果比對(duì)。以0點(diǎn)為例，N方向?yàn)檎姹狈较颍琓方向?yàn)橥勇萑?儀測出的北方向，通過測線04、 05的陀螺方位角Z"。，、 Z6^可以計(jì)算出 zL40S' = Z"。s -Zc^ ; 而全站儀的測量值為ZJ<95 , 二者的較差值為 F = ^4W-^4<95,依據(jù)此方法，計(jì)算比對(duì)控制網(wǎng)中其余各角度較差值K。然 后依據(jù)白塞爾計(jì)算公式氣^/H,計(jì)算中誤差氣。由于陀螺全站儀是分別對(duì)夾角的兩邊進(jìn)行獨(dú)立定向，因此根據(jù)誤差傳播定律存在^=2附2,因此陀螺全站儀的定向中誤差為^JH/v^。與GPS成果比對(duì)。以0點(diǎn)為例，以04方向作為基準(zhǔn)方向，計(jì)算陀螺全站儀儀器常數(shù)A^二Z^。,-Z"。，(儀器常數(shù)A^按多次測量求取平均值的辦法確 定)。再將此儀器常數(shù)與05方向的陀螺方位角Za。s相加，計(jì)算測線OA的真北方位角zL4;s =Aft+z"。B;而通過GPS測量成果計(jì)算的OB的真北方位角為"。s, 二者的較差值為「=";-"。B,依據(jù)此方法，計(jì)算比對(duì)控制網(wǎng)中其余各測線真北方位角的較差值r。然后依據(jù)白塞爾計(jì)算公式m、/H，計(jì)算中V n —1誤差附o根據(jù)上述計(jì)算得出的中誤差，假設(shè)與全站儀成果比對(duì)的計(jì)算值為3.7〃 ， 與GPS成果比對(duì)的計(jì)算值為3.9〃 ，即可綜合評(píng)定陀螺全站儀的定向精度優(yōu)于5〃 。本發(fā)明的原理是GPS的定位測量成果轉(zhuǎn)換成測線的真北方位角，并且由于陀螺全站儀在 某一控制點(diǎn)上的儀器常數(shù)一定是穩(wěn)定不變的，因此，依據(jù)其中的任意一條測 線、標(biāo)定儀器常數(shù)，再利用這個(gè)儀器常數(shù)配合其余測線的陀螺定向值計(jì)算出 其余測線的真北方位角，并與前面GPS定位測量成果轉(zhuǎn)換得到的測線真北方 位角進(jìn)行比對(duì)。由于儀器常數(shù)的標(biāo)定將推算儀器常數(shù)的基準(zhǔn)邊定向誤差轉(zhuǎn)移 到了其他邊上，因此，根據(jù)白塞爾計(jì)算公式并通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，即可推求 陀螺全站儀的定向誤差。將陀螺全站儀在某控制點(diǎn)對(duì)各條測線獨(dú)立定向成果轉(zhuǎn)換成夾角與全站儀 三角網(wǎng)的測量成果進(jìn)行比對(duì)。由于每條測線的定向成果是相互獨(dú)立的，因此， 比較產(chǎn)生的較差值一定是兩條測線定向誤差共同影響所造成的。根據(jù)白塞爾計(jì)算公式和誤差傳播定律可知進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后由公式附=JE^/^即<formula>formula see original document page 9</formula>可推求陀螺全站儀的定向誤差。以上兩種方法得到的陀螺定向誤差應(yīng)該是一致的，通過公式計(jì)算得到的 數(shù)值應(yīng)該是相互接近的，互差不超過l秒。其中與全站儀夾角的比對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié) 果是通過將陀螺全站儀的角度相減后求取夾角值在進(jìn)行比對(duì)計(jì)算得到的，因此主要是對(duì)陀螺全站儀定向測量的偶然誤差進(jìn)行檢測；通過與GPS測量成果 的比對(duì)則可以客觀的評(píng)定陀螺全站儀的定向測量精度；綜合以上兩種推算結(jié) 論，即可對(duì)陀螺全站儀的定向精度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。
權(quán)利要求
1. 一種測繪工程類陀螺全站儀精度評(píng)定方法，其主要包含以下幾個(gè)步驟(1)建立用于測試陀螺全站儀精度的比對(duì)控制網(wǎng)；(2)利用測角精度0.5秒級(jí)的全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行三角網(wǎng)測量，得到全站儀的角度測量成果；利用GPS對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行測量，得到GPS測量成果；(3)用待定精度的陀螺全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)內(nèi)測線進(jìn)行陀螺定向測量，得到陀螺定向測量成果；(4)將步驟(3)中的陀螺定向成果與步驟(2)中的全站儀的角度測量成果進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)白塞爾計(jì)算公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><mrow> <mo>[</mo> <mi>VV</mi> <mo>]</mo></mrow><mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </mfrac></msqrt> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S200810018048XC00011.gif" wi="18" he="10" top= "120" left = "107" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->和誤差傳播定律<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msubsup> <mi>m</mi> <mi>&alpha;</mi> <mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><msup> <mrow><mn>2</mn><mi>m</mi> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S200810018048XC00012.gif" wi="17" he="4" top= "123" left = "161" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->得出
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測繪工程類陀螺全站儀精度評(píng)定方法，該方法包括以下步驟建立用于測試陀螺全站儀精度的比對(duì)控制網(wǎng)，利用測角精度0.5秒級(jí)的全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行三角網(wǎng)測量，得到全站儀的角度測量成果；利用GPS對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行測量，得到GPS測量成果；使用待定精度的陀螺全站儀對(duì)比對(duì)控制網(wǎng)內(nèi)測線進(jìn)行陀螺定向測量，得到陀螺定向成果；將陀螺定向成果與全站儀的角度測量成果和GPS測量成果分別進(jìn)行比對(duì)分析；根據(jù)比對(duì)分析的結(jié)果得出陀螺全站儀的定向精度指標(biāo)。該方法可以客觀反應(yīng)陀螺全站儀的定向精度，也可以遵循該方法對(duì)陀螺全站儀進(jìn)行檢定。
文檔編號(hào)G01C25/00GK101266153SQ200810018048
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者楊志強(qiáng), 田永瑞, 震 石 申請(qǐng)人:長安大學(xué)