国内外测量精度标准的对比分析.docx
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国内外测量精度标准的对比分析
国内外测量精度标准的对比分析
摘要
本文通过介绍现在国内外测量仪器的发展，对国内外测量仪器相关性能进行对比研究，结合了测量实验，对许多相关资料进行了分析，对国内测量仪器的改进提出了一些改进的意见。
关键字：
测量精度标准；全站仪；GPS
Abstract
Thispaperintroducesthedomesticandforeigndevelopmentofthemeasuringinstrumentnow,ondomesticandinternationalcomparativestudyontheperformancemeasuringinstrumentrelated,combinedwithmeasurement,analysisofmanydata,improvementstotheinternalmeasuringinstrumentsputforwardsomeviewsforimprovement.
Keywords:
measurementaccuracystandards;totalstations;GPS
一、GPS测量仪的概述以及原理
GPS测量仪在测量中有非常大的应用潜力。
最近这些年来,GPS接收机的小型化、小功耗给它的应用于测量提供了非常好的的条件。
在软件这方面,GPS的基线解算、平差也有了非常大的发展,这些都使GPS在测量中得到了比较广泛的应用。
特别是最近几年,动态GPS（RTK）的出现应用,使的测量工程缩短了它的工期,降低了不少成本,减少了大量人员的投入,在这些方面充分体现了GPS技术较平常技术的优越性。
虽然动态GPS（RTK）的出现,使的观测时间缩短,人员投入也慢慢减少,但是它不受网形和通视条件的影响,提高了我们的工作效率。
但是有点不足的是,动态GPS（RTK）测量没有静态GPS测量的同步环、异步环和附合线路等许多约束条件,它是以基准站做为中心呈放射状,以支点形式分布的散点的特点,使得它不能直接衡量它的观测精度。
所以,在作为新生事物的动态GPS（RTK）测量在实际生产中的精度已经成为了测量界关注的重点问题。
我们为了探求动态GPS（RTK）测量的精度,分析和探讨了动态GPS（RTK）测量的许多资料和观测方法,同时我们也对它进行了实测对比和探讨。
通过了一系列的研究探讨,对动态GPS（RTK）测量的精度有了一定程度上的认识,进一步提高了我们观测精度和工作效率。
1.在施工放样的方面
从GPS差分定位技术出现以来，就有了专门针对施工放样的测量方法。
GPS实时动态测量的实时性也正是针对施工放样而设计的，RTK技术的出现，使得GPS测量的应用领域进一步拓宽。
最近几年来，RTK测量在道路施工中的应用越来越广泛，既可以用于道路中线和边线的施工放样，也可以用于挖填土方的测量，都已经取得了良好的效果。
在各类管线放样施工中，RTK技术也表现出它的优势，比如在国家重点工程“西气东输”工程中，RTK测量表达出了无与伦比的优越性；在环渤海石油开发这方面，海底电缆和石油天然气输送管线的铺设采用了RTK放样的方法。
在送变电线路放样及城市供水管道施工放样中的应用也现在已经取得了很好的效果。
2.在实时导航定位方面
GPS最开始的应用是飞机、船的导航，伴随着实时定位技术的不断的发展，定位精度慢慢提高，它的应用范围也慢慢在扩大。
现在主要是航空摄影测量和水底地形测量提供导航定位的服务，在航空摄影测量这方面，RTK技术已经成为摄影载体确定位置信息，但在水底地形测量中，最重要的是结合测深设备如数字测深仪、多波束水下测量超声仪，间接的测量水底某点的位置。
图根控制点布设
各类研究报告显示，RTK测量精度与常规测量的I级导线、IV等水准相当，可以满足各类测量的图根控制精度要求。
GPS-RTK测量以其精度高、实时性强的特点在各行业的测量工作中与常规方法结合得到了迅速的推广。
由于RTK测量可以实时提供坐标，无须进行室内计算，可以即测即用，各点之间不用通视，误差不积累等特点，深受广大测绘工作者喜爱。
具体做法是在待测碎部点附近较为开阔并且与碎部点通视的地方，以RTK方法测定两个以上控制点，在其中的仟意点上架设全站仪，测量碎部点的坐标位置。
这种方法便捷迅速，精度可靠，己得到广泛应用。
3.在碎步点测量方面
因为GPS测量自身的局限性，它一直制约着其在碎布点测量中的应用尤其是在城区等对GPS信号遮挡严重的地方。
在一般地区，现在目前已经显示出RTK地形地籍图测绘的明显的优势，对于较低矮的建筑和其它一些地形特征点可以直接立杆测定，尤其是在地籍测绘中，土地界址权属的测量划分，现在已经得到各界人士充分的肯定。
因为RTK测量的误差都是相对于参考站出现的，独立的两个RTK相互之间没有误差传播，RTK测量目前己经达到厘米级精度，但是两点之间的方位精度远远没有常规测量方法精度高，所以对于精度要求较高的测量来说还不是太实用。
但是作为一种新得方法，最近几年国内外许多学者开展了卓有成效的GPS动态实验和测试工作，将GPS测量技术利用于变形的检测。
我们在早期的试验中，平常都是采用了后处理差分方法来实现的，比如，加拿大卡尔加里塔在受风载作用下的结构动态变形测量中、深圳帝王大厦GPS风载振动测量中、武汉长江二桥GPS动态监测试验。
伴随着GPS-RT技术的发展，RTK技术也慢慢应用于桥梁和大型构筑物的变形的监测。
英国利GPS-RTK技术对位于亨伯河口的亨伯大桥进行了动态监测的工作，监测大桥中央位置在桥的各轴线方向的位移和桥塔在东南和垂直方向上的位移。
日本明石的凯约大桥安装了先进的监测系统，保证了交通安全以及结构的稳定性。
二、 GPS系统的影响
1.GPS系统本身有它固有的因素，用户没法控制，但我们必须考虑到这些因素。
1.1卫星图形
卫星图形可能影响到最后成果的质量。
卫星均匀分布在整个天空的时候，成果将会更好。
可用星数越来越多，卫星图形就会更好。
现在，卫星分布的优劣常用于PDO（P点位精度衰减因子）值来衡量。
PDOP值小就好，PDOP值大就差。
在RTK中，PDOP值不应该大于6。
截止高度角应该低于15o时的时候，共同星数将会增加。
尽管，因为将使采集的数据含有比较差的信噪比。
这可以使解算模糊值的时间延长。
但是，为了完成测量，有得时候也应用较低的截止高度角，也可以获得足够的共同星数。
研究说明了，星数增加太多对提高RTK点位的精度没有明显的提高。
然而，观测更多的卫星时，应该提高所测成果的可靠性和真实性。
1.2星数
在OTF解算未知的模糊值的时候，至少应该需要有5个共同星。
星数越多，解算模糊值的速度就会越快、越可靠真实。
一旦求出了模糊的值，则基地站和移动站至少需要有4个星就能求出移动站的坐标来。
1.3大气状况
卫星信号到达GPS接收机之前，必须要穿过对流层及电离层，两者都影响了信号传播。
在正常的条件下，当点间距离比较短时，对流层和电离层的影响也能够模拟，它的残差可以通过观测值的差分来处理，给予以削弱或消除。
但是，电离层的电子含量将随时间和空间发生了剧烈的变化。
所以，卫星信号到达了基地站和移动站时将会有不同的影响；然而，基线越长时，它的影响越严重。
电离层剧烈活动期，就会说导致周跳或失锁，即使短基线也需要大大延长观测时间才能固定模糊值；或者，根本不能固定模糊值。
尤其是在太阳黑子爆发时，这是一个非常严重问题。
1.4基线的长度
RTK测量的基线长度和轨道误差和大气影响密切的相关。
基线越长，电离层和对流层的误差就会越大，所测到的结果的误差也越大。
根据研究表示：
轨道误差、电离层误差所测结果的影响，分别为（0.1～0.5）×10-6D、（0.1～50）×10-6D。
基线越长，所测到的结果的精度越差。
许多数厂家给出的距离因子，平面为1×10-6 D，高程为2×10-6 D。
所以，就10km基线而言，在比较好的环境下，平面为1 cm的误差，高程为2cm的误差。
实测结果也与它一样。
基线更长时，数据链信号也会变得更弱，从而需要和很长的初始化时间，而且解算结果也会不可靠。
1.5用户设备部分
用户设备是指通过用户GPS接收机。
它的主要任务是捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号，GPS在全球各地只要能接收到4颗以上GPS卫星的信号会、测速、测时。
GPS接收机是由GPS接收天线、接收主机和电源三部分组成的。
它的主要功能是接收GPS卫星信号并经过信号放大、变频、锁相关处理，测定出了GPS信号从
卫星到接收机天线间的传播的时间，解释导航电文，实时计算GPS天线所在位置和运行速度。
2.GPS测量的实施
2.1静态相对于定位在GPS控制网设计中的应用和设计：
GPS网的布设通常有点连式、边连式、网连式等。
①点连式，是由一个公共点连接，这样可以构成的图形检查条件太少，现在很少使用。
②边连式，指同步图形之间由一条同步图形的观测基线可以组成异步观测环，异步环通常用于观测成果的质量检查。
③网连接
2.2GPS点虽然不需要通视，为了方便于用经典方法联测和扩展，要求我们控制点至少与其它控制点通视，和在控制点附近300米外布设通视良好的方位点，来便于建立联测方向。
2.3为了求定GPS网坐标与原有地面控制网坐标之间的坐标转换它的参数，要求我们至少有三个GPS控制网点与地面控制网点重合。
2.4为了应用GPS进行高程测量，在测区内GPS点位可能和水准点重合，和进等级水准联测。
2.5GPS点应该选在视野开阔、交通方便的地方，并要远离高压线、变电所。
因为GPS测量测站间不要求相互通视，所以选点工作应该简便。
选点时除了应远离产生磁场源的地方以及保证了观测站在视场内周围障碍物的高度角应小于10度。
4、GPS静态相对定位的外业工作：
编制了GPS卫星可见性预报图
应用卫星预报软件，输入测区中心点概略坐标、作业时间、卫星截止角大于15度，应用不能超过20天的星历文件就可以编制卫星预报图。
安置GPS接收机：
要仔细对中、整平。
仪高要用钢尺在互为120度方向量，互差小于3mm，我们取平均值后输入GPS接收机。
可以按规定时间打开GPS接收机，输入测站名、卫星截止高度角、卫星信GPS接收机的自动化程度会很高，仪器跟踪卫星进行定位，接收机自动将观测到的卫星星历、导航文件和测站输入信息以文件形式存入接收机的里面。
三、全站仪的概述
1.全站仪是指能够自动地测量角度和距离，也能按照一定程序和格式将测量数据
送给相应的数据采集器。
全站仪自动化程度非常高，功能又多，精度又好，通过配置适当的接口，可以使野外采集的测量数据直接输入计算机进行数据处理和进入自动化绘图系统。
与传统的方法相比较，省去了大量的中间人工操作的环节，使劳动效率和经济效益都显著提高，同时也避免了人工操作，记录了过程中差错率比较高的缺陷。
2.全站仪的特点：
2.1它能同时测角、测距并自动记录测量的数据；
2.2它设有各种野外应用的程序，能够在测量现场得到归算的结果；
2.3我们从高程测量的误差分析可以得出结论。
全站仪三角高程测量不能因为提高测距精度而相应提高测量精度,它的施测精度永远低于水准高程测量。
所以,全站仪三角高程测量没办法普遍代替水准高程测量。
它只有在精度较低的高程测量中才可使用全站仪三角高程进行测量。
外业数据采集：
遵循了“ 从整体到局部 ” 、 “ 由高级到低级 ” 、“ 步步有检核 ”的原则。
每次作业顺序为：
2.4.1先确定测站点，确定测站点时，我们要尽量保证大的可视区域，同时我们还要保证有可通视的已知点。
因此，在实际作业时通常将测站点定在比较高的地势，来避免经常迁站。
2.4.2架设仪器 ，架设仪器时，必须要保证仪器架稳，通常是将三脚架的腿间距稍微放大些，来保证平稳。
角度过大将会导致全站仪过低，给观测带来不方便，同时也可以影响观测员的行动；角度过小时全站仪放置不平稳，存在仪器损害的潜在着危险。
观测前要进行仪器的校验，来保证数据均为可信数据。
2.4.3 立棱镜，测量读数。
立镜时要保证镜竿尽可能的竖直，每个碎布点保持间距 35-45 米 左右。
实际碎部点间距大多数在35 米 左右 ，符合精度的要求。
全站仪能够自动保存数据，读数比较快。
到三人负责立棱镜，当中两人同时立镜。
2.4.4记录，数据通常由一人主测，另一人绘草图。
2.4.5 测站点检验和校和 在测量一定点数（一般为 300 点）后和迁站时，我们要进行一次测站点检和。
检和方法为：
重测其中一个已知点（一般为后视控制点），检验两次误差能否符合技术的要求。
如果误差超出范围就是所测数据不对。
3.测量内容 \全站仪测量及其他测量仪器一样，第一是对中整平，先粗平再精平，过后开机按“菜单”键选择“测量功能”。
水平角的测量方法：
按角度测量键，让全站仪处于角度测量的模式，照准第某个目标A， 设置A方向的水平度盘读数为0°00′00〃；照准第二个目标B，这个时候显示的水平度盘读数就是两方向间的水平夹角。
当中在做角度测量的时候，望眼镜向左边转角度慢慢减小，向右边转角度慢慢增大。
角度偏差也不能不少于10〃。
水平距离的测量方法：
测距前应该将显示器切换到距离界面，必须将棱镜常数输入仪器当中，仪器会自动对所测距离进行了改正校准。
光度在大气中的传播速度也会随大气的温度和气压而进行变化，15℃和760mmHg是仪器设置的标准值，这个时候时的大气改正为0ppm。
实际测量时，可以输入温度及其气压值，全站仪它会会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），也可以对测距结果进行改正校准。
量仪器越高、棱镜高也可以输入全站仪。
照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始时，测距完成时显示出了斜距、平距。
它中间距离偏差不能小于5mm。
坐标测量方法：
第一在某创建的项目内，建站可以通过已知点测量，设定测站点的三维坐标。
设定后视点的坐标。
设置棱镜的常数。
设置大气改正值及其气温。
量仪器越高、棱镜高并输入全站仪。
照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。
而坐标测量的偏差不小于5mm。
面积测量的方法:
类似于坐标测量，它也需要创建一个项目，建站选择已知点的命令，假定测站点的坐标以及高差，输入仪器高以及棱镜高，设定后视点的坐标以及高差，瞄准地面点测量回车，再测其中的块面积的拐角点，先瞄准第一个拐角点测量再进行编号，然后我们按顺时针和逆时针瞄准其他拐角点测量回车。
在菜单的计算中选择各点的编号，在选择面积周长的选项回车测量面积。
当中面积的偏差不少于2cm2。
对边测量的方法：
当两个点之间的地形是不规则的，我们将可以选择对边测量的方法测量出斜距、高差。
第一先创建项目，到程序然后再按“4"按键回车，选择第三项，瞄准A测量然后再瞄准B测量。
最后显示了斜距、高差、水平距离。
而对边偏差必须小于5mm，还是在生理上都得到了的锻炼。
测量学第一是一项精确的工作，可以通过在学校期间在课堂上对测量学的学习，让我在脑海中形成了一个基本的、理论的测量学轮廓，然而实习的目的，就要将这些理论以及实际工程联系起来，这就是工科的特征。
测量学是研究地球的形状以及大小以及地面点位的科学，从本质上来讲，测量学完成的任务是确定地面目标在三维空间的位置和随时间的变化。
在现在这个信息社会里，测量学的作用非常重要，测量成果可以做为地球信息系统的基础，给我们提供了最基本的空间和位置信息。
构建了信息高速公路和各种专题的和专业的地理信息系统，均迫切的要求建立统一的标准，可以共享的测量数据库以及测量成果信息系统。
所以测量已经成为获取以及更新基础地理信息最可靠的信息，最为准确的手段。
通过了这次全站仪测量实习，加强了我们自身掌握数字测图外业数据的采集方法以及内业作图方法，让我们更加深刻的了解了数字测图在野外的应用，数字测图带来的不仅是数据采集速度的提高，工作效率的增加，也减轻了工作人员的工作强度；也明白了在数据采集过程中应该注意到的问题，让自己在课堂上学到的知识得到了在实际中的利用，在学习实际操作能力的也学会了分析数据。
实习期间我们每天都要操作全站仪，培养了我对全站仪的操作熟练的程度，也增加了我对测绘的热爱之情，同时，在实习中也培养了学生之间的团队精神，增强了我们的友谊，同学们互相帮助，互相鼓励。
同时让我们也学会了如何做人，做人就应该不怕辛苦，必须要认真对待自己所测的每个数据，每件事情，只要这样自己才能够成为更加优秀的人，不管你在什么岗位上都是如此。
通过内业实习的数据整理以及作图，将课堂上所讲的知识和实际应用结合到了一起，又感受到了理论联系实际的重要性。
在这次实习过程中，更加培养了我的吃苦耐劳的精神，在忙完一天的工作我们总是一起共同探讨研究今天的收获，共同解决今天所遇见的问题。
也许这就是生活就是一种态度，只要你认真面对它，你的日子就会充满阳光的。
四、全站仪的工作原理
1.测距：
1.1光电测距仪一旦发出红外光束到目标点位处调平后的棱镜经反射回来，全站仪计算发出光束的时间点到也会返回的时间点，然而计算光束运行轨迹的长度，由此光在不同介质中的运行速度的也会不同，所以要求精确测量时应该避免大雾、高温、和空气潮湿的天气，全站仪中有测温度以及测气压的装置，测得温度和气压后生成改正系数，在全站仪每次测距时都参与计算，不管如此，全站仪仍然不可以把所有气象因素都计算在内，在进行要求精度较高的测量时应该选在晴朗、空气质量比较好的天气进行。
1.2大气折光：
光越靠近地面时折光就会越大，仪器支起应高出地面1m以上，尤其是在高温天气，靠近地面处的气浪大，造成了折射率也非常的大，我们要避免在这种天气进行高精度的测量。
（适用于所有仪器）
1.3棱镜常数：
光在玻璃中的折射率是1.5－1.6，在空气中近似等于1，光在玻璃中传播比空气中慢的很多，光经过棱镜中所用时间比较空气中长，测得距离会比实际增大一定的距离，增大的部分做为棱镜常数，这个在说明书中都有所标注。
2.测角：
与经纬仪的原理是一样的就是采用度盘，从度盘应用电扫描和电子元件进行自动读数和液晶显示，来方便把测得的角度生成电子的数据，做为全站仪内部计算提供了数据。
3.常用全站仪的光电测距测距中误差为±5mm左右，（中国现行城市测量规范将测距仪划分为两级，一级：
中误差小于5mm,二级中误差大于5mm以及小于10mm），梭镜对中的高度误差，和竖直角测量误差等各种因素的影响，所累积的误差是非常大的，所以不能用全站仪进行要求高程精度比较高的测量的工作。
4.全站仪内部的运算：
在进行坐标放样以及坐标测量工作中，全站仪在点建站后，用通视的已知点做为后视，计算出这条边的坐标方位角，这个时候以这条边为起始边就可以测量工作了。
（后方交会的原理是同样的）
4.1坐标的正算：
进入坐标测量模式后，照准立于未知点上的棱镜，十字丝竖丝对准对中杆的中心，对准棱镜测距，全站仪根据已知点到未知点的距离，起始边到未知边的夹角来计算未知边的坐标方位角，我们根据测得的距离和坐标的方位角计算坐标的增量，来求得未知点坐标。
4.2坐标的反算：
进入到放样测量模式后，根据要放样已知点和建站的已知点计算出坐标的方位角，再来计算所求边和已知边的夹角，和两点的距离进行坐标的方样。
全站仪可以进行对边测量，悬高测量等。
5.竖轴倾斜的自动补偿：
常用的全站仪安置了竖轴倾斜自动补偿器，仪器整平到3′范围以内，自动补偿精度可以达0.1″，倾斜超出了补偿范围，全站仪会自动提示。
6.全站仪检验：
在新购置的和是修理过的，就是项目开工前必须要对全站仪进行全面的检验。
（全站仪是精密的测量仪器，一定不要私自校正以及拆卸造成不必要的损坏，必须要送到指定的维修点和售后进行校正或维修。
）
6.1必须定期检查仪器各组成部分功能是否正常；
结语
目前虽然有许多企业已经采用了国外先进的颜色测量仪器，尽管，由于国内色料的不一致性、印染工业的不稳定等因素，国外的仪器在国内实际应用中存在着许多问题。
在另一方面，国外的进口仪器价格及其昂贵，一般的小型企业不可能普及使用这种仪器，国外的测色仪器在中国不可能有太多的市场。
另外还有，国内许多已有的测色仪器体积比较大，携带和使用极其不方便，还有，其价格也不便宜。
国内色度测量仪器在光源的配置、自动化和智能化、测量速度与精度、仪器工作稳定性、数据处理、集成度、适用性和操作便捷性等许多方面还比不上国外先进水平。
改进的建议：
配置优质的光源；开发可靠的数据来处理软件；优化仪器机械结构设计，提高了集成度和测量精度，增强了仪器适用性；应用双光束和多光束同时测量，提高了测量速度；应用差动设计自动调整来补偿温度变化；增设自我诊断的功能，提升了仪器工作稳定性；硬件软件化，也提高可编程能力、自动化和智能化；采用了流行的触摸屏，来方便设置和操作。
致谢
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