Исследование влияния емкости батареи геодезических приборов на ошибку измерения превышения и расстояния

УДК 528.54

Ашраф А.А. Бешр, Н.М. Рябова, А.В. Кочетков СГГ А, Новосибирск

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЕМКОСТИ БАТАРЕИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ НА ОШИБКУ ИЗМЕРЕНИЯ ПРЕВЫШЕНИЯ И РАССТОЯНИЯ

Ashraf A.A. Beshr, N.M. Ryabova, A.V. Kochetkov SSGA, Novosibirsk

STUDYING THE EFFECT OF BATTERY CAPACITY OF GEODETIC INSTRUMENTS ON THE MESUREMENTS ERRORS OF HIEGHT ELEVATIONS AND DISTANCES

In order to achieve the results that meet specifications of a given project the knowledge of determination the accuracy of the surveying instruments is inevitable. Standard calibration models and procedures exist for all geodetic instruments and they must be developed for reflectorless total station and high precise digital level especially for deformation measurements. The quality and accuracy of measurements of modern electronic geodetic instruments may be affected by the capacity of instrument battery which may be worked for long time in the field. This thesis investigates the effect of battery capacity on the precision and accuracy of total station and precise digital levels observations.

Для определения точности результатов измерения превышений и расстояний необходимо произвести тестирование геодезических приборов. Стандартные модели калибровки производили для всех геодезических инструментов. Новые методы калибровки должны быть разработаны для безотражательного тахеометра и высокоточного цифрового нивелира. Особенно это необходимо для измерения деформации сооружений. Основные технические параметры современных тахеометров и цифровых нивелиров зависят от точности работы дальномера и блока развертки луча прибора. Качество и точность измерений современных электронных геодезических инструментов может повлиять и емкость батареи геодезических приборов, которая будет работать в течение длительного времени с момента питания прибора.

Авторами работы [1, 2] предлагается методика исследования стабильности работы измерительных блоков наземного лазерного сканера (НЛС). На основе практических исследований делается вывод о требуемом времени прогрева сканера с целью обеспечения стабильной работы измерительных блоков.

В данной статье предлагается исследование влияния емкости батареи на точность и достоверность наблюдений наклонных расстояний, горизонтальных и вертикальных углов с помощью безотражательного тахеометра, а также измерения превышения с помощью цифровых нивелиров.

Первый эксперимент был проведен для исследования влияния емкости батареи безотражательного тахеометра на точность измерений наклонного расстояния и горизонтального и вертикального направления. При выполнении эксперимента нами был использован электронный тахеометр Leica TCR 405 Power, который имеет следующие характеристики: точность измерения

расстояний равна 2мм+2мм/км; паспортная точность измерения вертикального и горизонтального углов равна 5,0/;.

Эксперимент был проведен в помещении путем записи пяти непрерывных измерений расстояния и направлений интервалом примерно каждые 5 минут в течение трех часов с момента включения питания тахеометра без дальнейшей корректировки ориентации труба (горизонтальные, вертикальные углы и расстояния не изменялись во время работы). Было выбрано короткое расстояние (7 м), поэтому любые атмосферные условия были сведены к минимуму.

По измеренным величинам (наклонному расстоянию, горизонтальному и вертикальному углам) были построены три графика, на которых по оси абсцисс откладывается время работы тахеометра, а по оси ординат - отклонения измеренных величин (расстояния или углов) от среднего значения, как показано на рис. 1, 2 и 3 (рис. 1, рис. 2). На каждом графике выявляется прямолинейный участок и для него строится тренд на основе уравнения прямой, в котором неизвестными являются коэффициент а, характеризующий степень стабильности ^, у и а), и свободный член Ь, отражающий величину систематической ошибки измеряемых расстояний, горизонтальных и вертикальных углов с момента питания тахеометра.

5

а

к

о

н

и

и

«

а

о

а

а

о

ч

ы

л

а

о

а

а

а

§

н

6924,55

6924,50

6924,45

6924,40

6924,35

6924,30

6924,25

6924,20

6924,15

6924,10

6924,05

т-------1-------1------1-------1-------1-------1-------1------1-------1-------1-------1------г

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210

Время с момента питания тахеометра, мин

Рис. 1. Зависимость наклонного расстояния, определенная тахеометром за время с момента включения питания тахеометра

Рис. 2. Зависимость вертикального направления, определенная тахеометром за время с момента включения питания тахеометра

Рис. 3. Зависимость горизонтального направления, определенная тахеометром за время с момента начала питания тахеометра

Из графиков видно, что среднее расстояние уменьшается примерно на

0,5 мм, а вертикальные и горизонтальные направления увеличиваются примерно на 3// и 4//, соответственно, в течение трех часов. Исходными данными для построения тренда являются отклонение измеряемой величины от среднего значения и время работы тахеометра с начала его запуска ^ ^. Определение неизвестных а и Ь выполняется по методу наименьших квадратов следующим образом.

Значения отклонения измеряемого расстояния ДS, горизонтального направления Да, вертикального направления Ду и непрерывного времени Д^епр.раб работы будут рассматриваться в качестве исходных данных, а неизвестными параметрами будут считаться а и Ь. При использовании общего метода наименьших квадратов неизвестные могут быть восстановлены в матричном виде:

А

где А - матрица параметрических уравнений поправок, V - вектор разницы, X - вектор параметров, F- вектор постоянных, п - число наблюдений; матрица А представляет собой дифференциацию неизвестных параметров. Были вычислены параметры а, Ь и определены коэффициенты корреляции измеряемой величины. Итоговые результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1. Определение неизвестных параметров а и Ь и коэффициентов

корреляции измеряемой величины тахеометром

Уравнение Коэффициент корреляции

Расстояние (AS) AS = - 0,0015 ^епр. раб. - 0,0665 R2 = 0,8817 поэтому R=0,939

Вер. направление (Ду) Ду = 0,0084 ^епр. раб. + 0,8348 R2 = 0,5443 поэтому R=0,745

Гор. направление (Да) Да = 0,0158 ^епр. раб. + 0,1208 R2 = 0,9398 поэтому R=0,969

Второй эксперимент был проведен аналогичным способом с целью исследования влияния емкости батареи цифрового нивелира на точность измерений превышений. При выполнении эксперимента нами были использованы инварная рейка и цифровой нивелир Trimble DiNi № 706531. По измеренным величинам (превышениям) построим график, на котором по оси абсцисс откладывается время работы цифрового нивелира, а по оси ординат -отклонения измеренной величины превышения от среднего значения (рис. 4). На графике выявляется прямолинейный участок и для него строится тренд на основе уравнения прямой, в котором неизвестными являются коэффициент а, характеризующий степень стабильности превышения, и свободный член b, отражающий величину систематической ошибки измерений с момента питания цифрового нивелира.

Рис. 4. Зависимость превышения цифровым нивелиром на времена с момента

включения питания цифрового нивелира

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Исследования показали, что по мере разрядки аккумулятора отчет по рейке изменился до 0,35мм. Это говорит о том, что выполнять высокоточное нивелирование необходимо при помощи зарядки батареи;

2. Таким образом, исследование показали, что уменьшение емкости аккумулятора приводит к большой ошибки измерений. Поэтому при выполнении более точных более точных измерений необходимо их начинать всегда с полной зарядкой батареи.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Reshetyuk, Y. Calibration of terrestrial laser scanners for the purposes of geodetic engineering [Текст]/ 3rd IAG / 12th FIG Symposium, Baden, May 22-24, 2006. - 10 pp.

2. Комиссаров, А.В. Методика исследования метрических характеристик сканов [Текст]/ А. В. Комиссаров. - Дисс. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук. - Новосибирск. -2007. - 201 с.

© Ашраф А. А. Бешр, Н.М. Рябова, А.В. Кочетков, 2009