光学和光学仪器-大地测量仪器-确定精度的野外试验程度第部分-经纬仪(完整版).doc

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1、光学和光学仪器_大地测量仪器_确定精度的野外试验程度第部分_经纬仪（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载）国际标准光学和光学仪器大地测量仪器确定精度的野外试验程度第 2 部分:经纬仪ISO 128572: 1997 (E )1范围本部分国际标准规定了用于确定和评价大地测量用经纬仪精度的野外试验程度。试验是为了考核仪器的可操作性, 而不是作为验收条件或性能演示。 本试验程度适用于确定在同一时间不同仪器的精度或在不同时间同一台仪器的精度。 本野外试验程序适用于各种场合而不需要特殊的辅助设备, 并且已考虑到使大气的影响降到最小。注 有关建筑用测试仪器的其它国际标准也

2、可通用。2引用标准下列标准所包含的条文, 通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。 本标准出版时, 所示版本均为有效。所有标准都会被修订, 使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。ISO 和 IEC 成员应保持现有国际标准的有效注册。ISO 353411993统计学 术语和符号 第 1 部分: 概率和统计学专用名词ISO 98491991光学和光学仪器 大地测量仪器 术语。3定义本标准中的名词和定义, 按 ISO 35341 和 ISO 9849 中的规定。4概述根据产品使用手册提供的方法, 用户可以对经纬仪及其附属设备进行校正。经纬仪精度用一测回水平方向标准偏差 (H Z ) 和

3、一测回垂直角标准偏差 (V ) 表示。 本标准的试验程序是为确定标准偏差 s ISO 2TH EO 2H Z 和 s ISO 2TH EO 2V 而制订的。必须用统计分析来确定所测得的标准偏差 s 是否属于仪器标准偏差值的母体, 两个测试样本的标准偏差是否属于同一母体, 垂直度盘的指标校正值是否等于零。5试验程度511水平方向的测量51111概述一个测量组使用一台仪器及其辅助设备测得经纬仪水平方向的精度, 采用下列野外试验程序。气候条件将影响试验结果, 其中包括: 气温和气压、风速、云层和能见度的差异。 阴天是最有利的气候条件。 实验室的测量结果不受气候条件的影响, 但其代价相当高, 对于大多

4、数用户是行不通的。51112测试布置5 个目标布置在与仪器大约处于一个水平面的位置上, 与仪器的距离在 100m 250m 之间, 彼此间的行业标准化间隔尽可能规则, 目标应能清晰可见, 最好用标板 (如图 1)。图 1 测试布置51113测量一共需要进行 4 组测量, 测量应能在各种气候条件但非极端气候条件下进行, 每组测量 (k ) 应进行 3个测回 (测回号 j ) , 每个测回应包含 5 个方向 (方向号 i)。在 每个测回中, 望远镜正镜位置l 按顺时针方向依次对 5 个目标 (1) , (2) , (3) , (4) , ( 5) 进行测量; 倒 镜 位置 按逆时针方向依次对 5

5、个目标 ( 5) , ( 4) , ( 3) , ( 2) , ( 1) 进行测量; 一个测回后度盘转 60( 67go n )后进行下一个测回的测量。 如果物理转动度盘不可能, 例如电子经纬仪, 可以在三角架上转动经纬仪 120(133go n )。51114计算测量值的评价是对观测结果的校正, 在第 k 组的测量中, 某一方向的读数用 ri, j , l 或 ri, j , 表示, i 为方 向号, j 为测回号, l 、 为望远镜正、倒镜位置, 每组测量分别进行评价。首先计算望远镜正、倒镜位置l 、 读数的平均值:r i, j , l + ri, j , 200go nri, j =;i

6、 = 1, 2, , 3, 4, 5j =1, 2, 32减去第 1 方向的方向值得到 j 测回以第 1 方向为起始方向的方向值;ri, j = ri, j -r1, j ;3 个测回方向值的平均值:i = 1, 2, 3, 4, 5;j = 1, 2, 3r i, 1 + r i, 2 + ri, 3 ri =;i = 1, 2, 3, 4, 53各测回中各方向值的误差:rd i, j =i -ri, j ;各测回中各方向值的算术平均值:i = 1, 2, 3, 4, 5;j = 1, 2, 3d 1, j + d 2, j + d 3, j + d 4, j + d 5, jd j =;j

7、 = 1, 2, 35校正的结果:ci, j = d i, j - d j ;i = 1, 2, 3, 4, 5;j = 1, 2, 3除去旋转误差, 每个测回必须符合下列条件:5ci, j =0;j = 1, 2, 3i= 1各组测量校正值的平方和为:35c2 jcck =i,j = 1 i= 13 个测回 5 个方向中每一状态的自由度为:f k =(3 - 1) (5 - 1) = 8各组测量 k 的方向值 ri, j 的标准偏差为:cckf kcck8sk =按本标准 4 组测量的自由度:f = 43 f k =32一测回水平方向标准偏差:44cckcckk = 1k = 1s0 =f3

8、2s ISO 2TH EO 2H Z = s051115统计分析为了理解这个结果, 通过对一测回水平方向标准偏差 s0 进行统计分析, 并回答下列问题。(a) 计算得出的标准 s ISO 2TH EO 2H Z 是否小于生产厂的标称值 0 或另一个预定值 0 ?(b ) 假设两个测试样本的自由度相同, 那么两个样本的标准偏差 s1 和 s2 是否可认为属于同一母体?标准偏差 s1 和 s2 可由下列不同方法得到: 相同仪器不同观测者的两组测量 相同仪器不同时间的两组测量 不同仪器的两组测量= 0195, 并根据测量方案, 假设自由度 f = 32。统计分析下面的统计分析中, 假设置信概率 1-

9、表 1(a) 无假设情况下, 如果下列条件满足, 根据经验确定的标准偏差 s0 小于或等于理论值或预定值 0 被接受:x 2f , 1- s0 0 rfx 232; 0, 95s0 0 r32X 232; 0, 95 = 46, 1946, 19s0 0 r32s0 0 r 1, 20否则, 无假设情况被拒绝。(b ) 对于两个不同的样本 N o 11 和 N o 12, 通过统计分析确定估算的标准偏差 s1 和 s2 是否属于同一母体。 如果下列条件满足, 相关的无假设 1 = 2 被接受。s2 1 1F f , f , 1- 2 s2 Ff , f , 1- 22问题无假设有假设as00s

10、0 0b1= 212s2 1 1F 32; 32; 0, 975 s2 F 32; 32; 0, 9752F 32; 32; 0, 975 = 2, 0220, 49 s1 2, 02s22否则, 无假设情况被拒绝。如果分析不同的观测数, 自由度和相关的分析数据 X 2 , 1- F f 1 f 2, 1- 2 (从统计参考手册得到) 将变化。f512垂直角的测量51211 概述 下面的野外程序适用于单个测量组用一台仪器及辅助设备来确定经纬仪垂直角的精度。 气候条件将影响试验结果, 其中包括: 气温和气压、风速、云层和能见度的差异。 阴天是最有利的气候条件。 实验室的测量结果不受气候条件的影响

11、, 但其代价相当高, 对于大多数用户是行不通的。51212测试布置在每组测量中, 用支架在合适的位置上垂直安置一精密水准标尺, 当测试 3( 1m go n ) 级经纬仪时, x 2距离约为 5m , 对于 1(013m go n ) 级经纬仪, x 2 的距离约为 15m (图 2)。图 2 测试布置51213测量共需进行 4 组测量, 并应在各种气候条件但非极端气候条件下进行。为了最大限度地覆盖垂直度盘的 被测范围, 仪器与水准标尺之间的高度差应是可变化的。每组测是 (k )、包含 12 个垂直角 (天顶角) 的测量, 即依次对精密水准标尺上的 6 个分划线 ( i) 进行正、倒镜读数,

12、分划线应均匀分布整个标尺, 但视线应避免接近地面。51214计算测量值的评价是对观测结果的校正, 在第 k 组的测量中, 一个天顶角用 z i, 1 和 z i, 表示, i 是表示标尺 上的分划线, l 、 指望远镜的正、倒镜位置, 每组测量分别进行评价。在计算中, 距离单位用 cm , 测量值 z 的单位取决于经纬仪的类型。如果示值是以百分度计 (go n ) , 则取= 200go n 。 如果示值以六十度进制 (度数) 计, 则取 = 180。 正镜位置 I 的非线性测量方程的校正式: -h i r co sx 3 - x 1z i, l + ci, l +o = ra rc tan;

13、i = 1, 62x 2 + h i r sinx 3倒镜位置 的非线性测量方程的校正式:3+h i r co sx 3 - x 1z i, + ci, +o = ra rc tan;i = 1, 62x 2 + h i r sinx 3式中o 未知的指标校正 (垂直度盘的起点)x 1 经纬仪横轴的高度 (与水准标尺零位有关)x 2 经纬仪与水准标尺间的距离x 3 水准标尺对垂直方向的倾角 (天顶与水准标尺的夹角, 该角在一组测量中不变)由于函数模型在 3 个未知参数 x 1 , x 2 和 x 3 中成非线性, 因此, 必须确定近似值 x 0 和 x 0 , x 3 近似为零1 2x 0 0

14、1 和 x 2 应该直接测量, 或者通过在正镜位置l 测量最高点 h 1 和最低点 h 6 的分度值来决定。 (h 1 - h 6 ) r s in z 1, l x 01 = h 6 - co sz 6, l rsin (z 6, l - z 1, l )(h 1 - h 6 ) r sinz 1, lx 02 = sin z 6, l rsin (z- z1, l )6, l为了用适当的单位得到规格化等式, 在下面的线性测量方程中, 对于第 i 个分划线的两个角, 引入了刻度系数 f a , 对于百分度仪器 f a = 100, 对于六十度进制仪器 f a = 60。ci, l = - o

15、 + a i, 1 dx 1 + a i, 2 dx 2 -a i, 3 x 3 -li, lci, = -o -a i, 1 dx 1 - a i, 2 dx 2 -a i, 3 x 3 -l i, 式中x 02a i, 1 = r r (h2 r f ax 0 21 )(x 1 )0i -+x 0h i -1a i, 2 = r r (h2 r f ax 0 201 )(x 2 )i -+h i r a i, 2a i, 3 =rx 0 -h i -1l i, l =z i, l -r ra rc tanr f ax 0220x 03+h i -1x 1 =x 1 + dx 1l i, =

16、z i, -r ra rc tanr f ax 02x 0 +=dxx2222由 12 个测量方程组成了规格化等式。如果望远镜正、倒镜位置测量对称进行, 规格化系统包含下面两个独立的部分:612O = - ( li, l + l i, )i= 12A T r A r x = A T ( I l -I )式中:a 1, 1a 1, 2a 1, 3l1, ll1, dx 1dx 2x 3A =I l =I =x =a 6, 1a 6, 2a 6, 3l6, ll6, 他们决定 4 个参数61 ( li, l + li, )o = -12 i= 1x 0x 0x 1x 2 =x 3dx 1dx 2x

17、 311x 0x 0(2A TA ) - 1 r A T ( I l -I )+=+2200由刻度系数 f a 决定 o 的单位为 cgo n 或 () , dx 1 和 dx 2 的单位为 cm , x 3 的单位为百分度 (go n ) 或度()。为了确定标准偏差 sk , 第 k 组测量的校正平方和 cck 用两种不同的方法计算得到, 因而能效校正。cck = ( I T r I l +I T r I ) -12o2 -( I TI T )l -A xl式中所有单位用 cgo n 或 () 计,或者从非线性基本等式起, 计算 i= 1, 6 的校正值 ci, l 和 ci, , 求平方和

18、: -h i r co sx 3 - x 1ci, l = ra rc tan- o - z i, l2x 2 + h i r sin x 33+h i r co sx 3 - x 1ci, = ra rc tan- o - z i, 2x 2 + h i r sin x 36cck = (c2 l +i, c2 )i,i= 1除非由于旋转错误, 否则结果应一致。对于每一组观测, 有 12 次测量决定 4 个未知参数。 因此, 他们的自由度是:f k =12 - 4 = 8第 k 组测量, 正镜位置一次测量的垂直角标准偏差为cckf kcck8sk =对于所有测量组, 计算标准偏差 s0 的自

19、由度是:f =4f k = 32单位权数的标准偏差为:444cckccks2kk = 1k = 1k = 1s0 =f324对所有的测量组, 正、倒镜一次测量垂直角标准偏差为: s0 s ISO 2TH EO 2V =251215统计分析为了理解测量结果, 通过对正镜位置的垂直角标准偏差 s0 及垂直度盘的起点 o 进行统计分析, 回答 下列问题:(a) 计算得出的标准偏差 s ISO 2TH EO 2V 是否小于生产厂的标称值 或另一个预定值 ?(b ) 假设两个测试样本的自由度相同, 那么两个样本的标准偏差 s1 和 s2 是否可认为属于同一母体?标准偏差 s1 和 s2 可由下列不同方法

20、得到: 相同仪器不同观测者的两组测量; 相同仪器不同时间的两组测量 不同仪器的两组测量(c) 指标仪器的两组测量下面统计分析中, 假设置信概率 1- = 0. 95, 并根据测量方案, 假设自由度 f = 32表 2统计分析(a) 如果下列条件成立的话, 无假设情况下, 根据经验确定的正、倒镜垂直角标准偏差 s ISO 2TH EO 2V 小于或等于理论值或预定值 被接受:c2f , 1- s0 rfc232; 0, 95s0 r3246, 19s0 r32s0 r 1, 20否则, 无假设情况被拒绝。(b ) 两台不同样本N o. 1 和N o. 2, 通过统计分析确定估算的标准偏差 s1 和 s2 是否属于同一母体。如果下列条件满足, 相关的无假设 1 = 2 被接受:12 s1 F f 1, f 2, 1-a2F f 1, f 2, 1-1s2a222s1 F32; 32; 0, 975s2F 32; 32; 0, 97522s10, 49 (b )1= 212(c)o= 0o0