激光跟踪仪测量精度提高措施

激光跟踪仪是近年来得到广泛应用的精密测量仪器，其精度受环境、仪器自身及操作三种因素的影响非常大。但在实际工作中，经常出现对某个因素考虑不周的情况，使得测量成果受到较大影响。本文在对各种因素分析的基础上，给出了提高测量精度应该采取的措施，以期对广大仪器操作者有所裨益，取得更好的测量成果。

1、影响激光跟踪仪测量精度的因素

由于仪器的高度自动化，人的因素影响相对较小，对经验、技巧的要求大为降低。在正确操作的前提下，影响测量精度的因素主要来自外界环境和仪器自身。

1.1气象条件

这里的气象条件指温度、气压和湿度，它们会影响大气折射率，温度1℃气压3mmhg及40℃时40%的相对湿度变化均会引起折射率百万分之一的计算误差，从而影响距离测量的精度。为了消除气象条件的影响，激光跟踪仪都有专门的气象传感器用于温度、压强的实时记录和改正，使得气象条件对测距的影响控制存非常小的范围内。

1.2测量环境

测量环境是一个非常广义的概念，包括温度变化、温度梯度、大气抖动、外界振动、仪器支架和被测物的稳定性。

测量环境不仅影响仪器的性能，而且影响被测物尺寸的变化。不同的环境F得到的测量结果可能大相径庭，远超过仪器自身对测量结果的影响。以振动来说，会引起测量坐标0.1mm以上的跳动。

1.3仪器的稳定性

仪器本身由很多电子元件组成，它们的散热会导致仪器结构随时间的细微变化。而且激光频率也会发生随时间的漂移，在刚开机预热后的一段时间内非常明显，频率不稳定造成的测距误差可达30~50um。因此，在高精度测量中，一小时以上的预热时间是很有必要的。

1.4仪器的校准

和经纬仪一样，激光跟踪仪也有水平轴、垂直轴，此外还有激光光轴及各种复杂的马达、反馈系统等。在理想情况下，轴系之间应相互正交或平行，但是加丁装配误差、运输及外界环境的变化都会造成轴系关系和光路的改变，从而影响仪器的性能。

2、提高激光跟踪仪测量精度的措施

(1)仪器现场检查

通过类似于仪器校准但略为简单的操作，如前后视测量，对仪器进行现场检查，可以确定仪器的状态，保证测量的质量。现场检查应该每天都作或者改变操作环境后即进行，不仅能确定仪器的状态，而且可能发现测量现场环境的问题。

(2)定期校准

如前文所述，仪器的校准可以确保测量的精度。仪器通常提供一定的参数供操作者检核校准的质量。校准一般应该存测量现场进行，实验室环境下可能得到非常好的结果，但是由于仪器的状态不符合实际环境，而无法取得高精度的结果，在测量现场，经常会受到人员走动、振动等各种因素的干扰，影响校准质量，应尽量克服。

校准应该定期进行，在长途运输或受到颠簸、碰撞之后，也应进行校准。操作者应该比较熟练，以减弱人对校准质量的影响。对于高精度的测量，Z好每次工作之前都进行校准。

(3)基准距离的校准

激光跟踪仪Zda的优点在于利用双频激光干涉测量距离，然而干涉测量的零点却是不确定的，基准距离校准就是为了得到干涉测量的零点，且对不同的反射球都应该做此校准。

其基本原理是：仪器测量两个距离已知的点，仪器和两点构成三角形，在该三角形中，仅存在基准距离这个未知数，从而可解算出基准距离，根据已知距离点的获得方法不同，校准方法分为：“标准杆法”和“两点法”。标准杆的材料一般为碳纤维或铟瓦合金，膨胀因子很小，其两端点距离可认为精确已知。“两点法”中已知距离由跟踪仪测得，跟踪仪应摆放在两点的延长线上，以减小测角误差对计算结果的影响，从而得到较准确的已知距离。

(4)ADM的使用

干涉测距精度很高，但是一旦断光，必须返回基准点，非常不方便。ADM提供了无需返回的方便，大大提高了方便性。由于干涉测距的高精度，ADM以干涉测距为基准，校准其加常数和乘常数，显然，ADM的精度要低于干涉测距的精度。此外，ADM断光续接除了对距离测量造成影响外，还会对角度测量造成一定的影响。当环境较好、不易断光，存在高精度的测量要求时，应减少ADM的使用。

(5)反射球的操作

前面所述的各种影响反射球质量的因素，对具体的反射球而言是确定的，用户应该考虑的是其正确操作，有以下几点应注意：由于反射球很贵，又易碎，应采取措施防摔；不同的反射球对应不同的常数，测量时应确信选择了正确的反射球；为减小反射球加工误差的影响，测量时其相对于仪器的姿态应基本一致；反射球放好后，应瞄准仪器头，确保激光的入射角不致过大；确保反射球和靶座之间的良好接触，灰尘、碎屑会严重影响测量精度；反射球使用过程中，需和不同的物体反复接触，可能会造成一定的磨损，在高精度测量中，应考虑采用较少使用的反射球。

(6)测量环境

应该做到以下几点：确保气象传感器的使用，用于距离测量的改正；高精度的测量应避免外界振动(吊车、汽车、人员走动)；测营过程中，廊始终保证仪器和被测物没有移动、倾斜；应确保测量区域内在测量前几天内没有发生重物的移动，因为重物可能造成地基缓慢、不易觉察的沉降；测量状态应尽可能接近被测物的使用状态，以避免移动及支撑方式变化对物体的影响；在高精度测量时，应该保证跟踪仪和周围环境充分融合。总之，应该保证测量环境处于“受控”状态。

此外，若一次测量持续时间很长，仪器、被测物或基准点之间的相对位置很容易发生变化，影响测量精度。在费时很多的安装测量任务中，应建立稳定的基准，定期重测基准，保证基准和被测物之间相对位置的统一。

(7)温度控制

温度属于测量环境一类，之所以单独列出，是因为其对测量精度的特别影响。温度变化不仅会引起仪器状态的变化，而且会引起被测物尺寸的变化。更加糟糕的是，这些影响的结果是很难量化改正的。因此，Z好的办法是严格控制测量时的温度，才能保证测量的质量及不同场合下测量结果的一致性。

(8)多余观测

多余观测可以保证测量数据的质量，只有存在多余观测才有可能剔除粗差及受环境影响较大的数据。对于激光跟踪仪来说，测量速度快的优点，使得多余观测非常方便，一定要加以应用。

(9)正确操作

面对不同的测量任务，应根据具体情况，拟定合适的方案。例如：仪器和被测物的相对位置及姿态可能影响测量精度；对于隐藏点，应比较直接用隐藏附件和仪器转站的精度，确定方案。

3、结束语

从本质上来说，在所用仪器确定的情况下，要想获得高精度的测量结果，必须充分评估各种可能的误差源，通过改进措施减少绝大部分误差对测量的影响，其中对环境的控制非常重要。很多情况下，若环境得到控制，则测量结果就可靠；反之，测量质量会很差，甚至不能使用。

本文论述了影响激光跟踪仪精度的各种因素及提高测量精度的措施，其中环境控制、仪器自身的校准及使用占了较多篇幅，这是由激光跟踪仪的复杂性决定的。只要遵循文中所倡导的原则，在实际测量中灵活运用，是可以实现高精度的测量的。