对测距仪、全站仪加、乘常数检验的一些思考

　　摘要：本文介绍了测距仪、全站仪测距部分检定的内容及概念，着重强调了加、乘常数是什么范畴的概念，表达了应对检定规范中加、乘常数做出限制性要求这一观点。

　　关键词：测距仪，全站仪，加、乘常数，检验

　　Abstract: this paper introduces the ranger, tachometer ranging verification of the concepts and contents of, emphasized the add, by constant is what category concept, and expressed to add, by constant verification regulate a restrictive requirements this view.

　　Keywords: rangefinder, tachometer, add, by constant, inspection

　　中图分类号：TD687 文献标识码：A 文章编号：

　　O、引言

　　《计量法》首先明确了计量工作的直接目的就是保障计量单位的统一和量值的准确可靠，无论是在生产、经营还是科学研究等方面，计量工作都是维护正常社会经济活动的重要保证，确保其测绘仪器技术指标的准确尤为重要。所以，我们要不断的完善检定规范中的检定方式以及内容以保障测绘成果的准确。

　　一、问题之所在

　　自上世纪光电测距仪问世以来，仪器加、乘常数(专指测距仪或全站仪的加、乘常数，下同)就凸显其重要性，因为它直接参与测量成果的改正，影响到测量成果的正确性。因此检验的原理和方法就随即产生，然而直到今天，我们对加、乘常数仍然存在一些模糊的概念。甚至有一些单位对加、乘常数每年检定出现的变动提出质疑。

　　先看我国计量检定规程JJG703-1990和JJG703-2003，我们可以从规程中看到周期误差、幅相误差、相位不均匀性误差等误差概念，但始终无法从检定规程文字中直接加以体会出加、乘常数是什么范畴的概念，似乎在把它界定为一个非误差的概念。再看看相关规定，JJG703-1990中仅对加、乘常数检验作出了限制性要求，而这两代规程对加、乘常数本身的取值范围均没有作出任何限制规定，就是说，我们国家的测距仪计量标准明确告之，只要加、乘常数的测量标准差符合限制性要求，测距仪(全站仪)的测距加、乘常数可以为任意值;且不同仪器可以千差万别，可以任意的无限的参差不齐!

　　二、检定方式

　　检定加、乘常数通常采用两种方式进行:室内方式和户外方式.室内检定方式的优点是温度、气压比较恒定，所以外界的干扰较小，而且距离比较短，建基线场比较容易。户外检定的优点是由于基限比较长(一般在一公里之三公里)所以测距范围广，因此，测距值长、短兼而有之，不同距离数据都参与了加、乘常数的计算，能全面反映仪器的性能。缺点是找到符合要求的场地较困难，检定过程对天气的要求较高。我们现在采用的是三公里基线的户外检定方式。

　　三、加、乘常数概念的实质是误差

　　加、乘常数究竟是什么概念呢?加、乘常数就是仪器误差的概念。显然，加、乘常数是完全符合测量值与真值差异属性这一判别要件，它们是测量值与真值差异的一种(规律)表现形式，就是周期误差是反映了误差的周期规律，幅相误差反映了误差的照准规律一样，加、乘常数误差分别反应的就是误差的加常量和成常量规律。要说这些误差之间存在不同，那也仅仅限于规律的自身，而绝不存在与本质——测量值与真值的差异属性。所以加、乘常数的误差地位当然就是一样，不应该有任何不同。

　　由于加、乘常数误差分别反映的是加常量规律和乘常量规律的误差，不是随机规律，所以加、乘常数误差当然也属于系统误差的范畴。测距总误差分为二部分 ;一为随机误差:其中包括噪声误差、电子原理误差。二为系统误差：其中包括加常数误差、乘常数误差、周期误差、幅相误差、相位不均匀性误差、频率误差。实际上不论JJG-1990还是JJG-2003，其所引用的加、乘常数测试原理其实还是系统误差测试原理的经典方法——线性回归法，从它的误差方程式Yi=K+RDi+Vi就可以看出加常数K、乘常数R与真值误差Yi是从属关系(Di为基线值、Vi为残差)，加、乘常数是从真误差Yi中提取的误差分量，这本身从侧面还是证明了加、乘常数的误差地位的确凿性。

　　当然需要强调，加、乘常数误差大小的检验结果中还存有误差存在的(Mk和Mr),误差的检验结果还存有误差，这是非常正常的，和加、乘常数本身就是误差的概念的论点没有不同。结果是误差是一回事，结果中还有误差是另外一回事，之间没有因果逻辑，本文也不存在“因为检定结果还有误差，所以结果就是误差”这样的论证观点!

　　既然加、乘常数的误差地位确定，加、乘常数当然就不可以为任意值，就不可以不同仪器千差万别，就不可以任意的无限的参差不齐(请试想一下当仪器的加、乘常数取值范围成千上万时的景象)。规程JJG703_2003对加、乘常数误差的检定结果(K、R)不做限制，而仅仅对其检验结果的误差(Mk、Mr)检验结果的可信度作限制，这显然存在一定的问题。

　　在从事检定工作二十多年之中，检定记录得出的结论，如果仪器加、乘常数偏大时，检验结果的误差(Mk和Mr)也大。而且，每年检定结果变动很大，客户往往会提出很多质疑。以前的仪器出现这种现象很多，随着仪器制造业的不断发展，近年来出现这种情况明显减少，而且会越来越好。

　　四、加、乘常数误差的形成根源及检验意义

　　加常数误差系由仪器的测距部(包括反射镜)光学零点和仪器的对点器不一致所造成的，它由仪器常数误差和棱镜常数误差两部分构成。这就是加常数误差的原理性和根源。

　　乘常数误差系仪器时间基准偏差造成的，其源于光电测距仪是通过光速乘以时间差换算距离的原理，时间基准的成常量改正数必然传递到距离测量结果之中。因为大部分的检定都在室外检定场进行的，所以在检定过程中，天气的因素：如温度、气压、湿度、能见度、风速都会对乘常数的结果产生一定的影响。

　　虽然加、乘常数误差的形成机理非常单纯，但仍然存有一些其它的误差源也能产生类似加、乘常数误差效果。最典型的就是幅相误差和相位不均匀性误差。还有气象参数误差、仪器内部的改正数等。

　　幅相误差产生加常数效果的机理是：当测距仪或全站仪内外光路光强调整的不一致时，内外光路测量的幅相误差也就不一致，不能完全实现内外光路的误差抵偿，从而给测量带来了附加固定误差。

　　幅相误差产生乘常数效果的机理是：由于信号强度随距离之单调变化，而单调变化的误差规律按照模型Yi=K+RDi+Vi进行拟合时当然可以产生显著的乘常数的。但是，这种幅相误差导致的“乘常数”稳定性极差。

　　相位不均匀性误差产生乘常数效果的机理是：测距光斑随距离的增大而增大，不同距离时棱镜截取的光斑分量不一样。距离近时，棱镜截取了大部分的光斑，测量的是大部分光斑的平均相位，有较好的混像效果，相位不均性误差体现的不明显;而距离较远时，截取了较小部分的光斑，测量的是较小部分的光斑的平均值，混相效果差，相位不均匀性误差体现明显。这样相位不均匀误差也能产生随距离单调变化的误差效果，按照模型Yi=K+RD+Vi进行拟合，当然也可以产生显著性的乘常数的效果。

　　仪器内部和比例改正数可以直接产生加、乘常数误差，可以导致光速计算不准确，直接产生乘常数误差效果。

　　再有，仪器制造中出现的一些缺陷也可以导致仪器的加、乘常数出现偏大或不稳定的现象：如加工工艺、测距系统的一些缺陷。这可以在同一种生产厂家、同一种型号的仪器、在相同的检测条件下测出的加、乘常数相差很大、精度变化很大的得到证实。而且这种误差的来源没有规律可循，是一种偶然误差来源，或多或少也会参与到系统误差中，所以导致了仪器的测量结果的不稳定。

　　正因为有这么多的误差源，甚至是一些稳定性较差的误差源，都对仪器加、乘常数的检验结果产生影响，所以基线比较检验所获得的加、乘常数误差实质是仪器所有误差的综合值。绝对不是什么单一的光学零点和频率偏差问题，这也就是基线计量与频率计量的实质区别。也正是由于综合值中包括含有不稳定的误差源，所以才有部分劣质仪器的加、乘常数误差性能存在不稳定的现象，有些学者以结果不稳定为依据怀疑基线比较原理而不怀疑仪器的稳定性能的思维也是有欠考虑的。所以我们当然也就更不应该容许加、乘常数误差值可以任意无限大小。

　　也真是因为基线比较检验所获得的加、乘常数误差是仪器所有系统化误差的综合效果，所以加、乘常数误差的检验意义仅仅在于：当检验得到的加、乘常数误差值很小时，是可以合理相信该仪器测距系统误差性能是合格的，因为仪器保持了出厂时的状态，仪器是稳定的;当检验得到的加、乘常数误差值较大时，则可以肯定仪器测距系统误差性能存在问题，因为仪器偏离了出场时的状态，仪器是不稳定的，必须查证其原因所在。这也是我们过去一直使用基线比较法结算加、乘常数存在的一点缺陷。目前还没有更好地模型去结算加、乘常数。因此也不能因为一点小的缺陷而废除基线比较模型法结算加、乘常数。

　　国家规程对加、乘常数误差不做限差，可能源于一：加、乘常数到底多大为合理;二：系统误差不稳定还有检定综合精度加以限制。

　　通过从事二十多年的计量检定工作得出的结论是：乘常数误差接近零附近仪器的性能都非常好，所以，显然对仪器加、乘常数的数值加以限制很有必要。

　　五、结论

　　综上所述，仪器加、乘常数就是一种系统误差，既然是系统误差，当然不允许其为任意值，所以理论上讲，仪器的加、乘常数为任何值，而不对其做出任何限制是有欠考虑得。从事仪器检定工作多年经验体会到，在实践中，也正是由于国家规程中没有对仪器加、乘常数进行限制，才导致了很多仪器检验过程中出现的加、乘常数误差性能参差不齐的现象。也导致了对一些仪器不良性能的袒护和放任，以至于影响到国家的建设，所以应当在计量规程JJG703—2003中增加关于加、乘常数误差范围的限制是很有必要的。

　　参考文献

　　[1]测距仪检定规程JJG703-1990. 全国几何量角度计量技术委员会.1990年

　　[2]测距仪检定规程JJG703-2003. 全国几何量角度计量技术委员会.2003年

　　[3]杨俊志.全站仪的原理及其检定.测绘出版册.2004年

　　[4]徐忠阳.全站仪原理与应用.解放军出版社.2003年

　　[5]计量基础知识.中国人民解放军总装电子信息部技术局.1999年