监测型全自动全站仪在线计量校准规范（征求意见稿）

JJF(鄂)XXXX—20XX_______________________________________________________________________________湖北省地方计量技术规范JJF（鄂）xxxx-20xx监测型全自动全站仪在线校准规范On-lineCalibrationSpecificationforMonitoringFull-automaticTotalStations（征求意见稿）20XX–XX-XX发布20XX–XX–XX实施湖北省市场监督管理局发布监测型全自动全站仪在线校准规范1范围本规范适用于在监测周期内无法进行实验室校准的监测型全自动全站仪在线校准，也适用于全站仪的自动目标识别功能校准。2引用文件 本规范引用了下列文件：JJG703-2003光电测距仪检定规程JJF1784-2019全站仪型式评价大纲JJF1242-2010激光跟踪三维坐标测量系统校准规范凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范。3术语以下术语和定义适用于本规范。3.1在线校准on-linecalibration确定实际工作条件下监测型全自动全站仪计量特性与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。3.2自动目标识别automatictargetrecognition,ATR自动目标识别是实现目标（角锥棱镜）的自动搜索与识别，通过影像修正，获得目标中心的精确方向观测值。3.3长度标尺lengthscale长度标尺指用于提供具有高准确度长度的空间基线。其主要型式包括：安装在刚性结构上的两个标靶座，靶座之间的距离经过校准的标准器；可以用空心球棱镜测量其端点的，长度经过校准的标准器；通过内置的距离或位移测量设备产生参考长度的导轨测量系统。本规范中采用型式1）作为空间距离测量误差校准用标准器进行表述。3.4精测尺频率finefrequency精测尺频率是光电测距仪精测尺的调制光频率。3.5固定频率型全站仪fixed-frequencytotalstation标称精测尺频率不因时间变化而变化的全站仪。3.6动态频率型全站仪dynamic-frequencytotalstation标称精测尺频率随时间变化而变化的全站仪。4概述监测型全自动全站仪（以下简称“全站仪”），是一种具有自动目标识别、照准、测角与测距、目标跟踪、记录等功能的全站仪，通过内部伺服马达控制测角和测距单元在水平和垂直两个维度上的转动，对目标进行角度和距离的测量，得到所测点的空间位置信息。全站仪广泛应用于隧道施工变形监测、地铁运营安全监测、滑坡监测、大坝安全监测等众多工程领域。5计量特性5.1分辨力（1）ATR测量分辨力全站仪在ATR测量模式下，水平和垂直方向能够分辨的最小角度，ATR测量分辨力不大于标称角度测量精度。（2）测距分辨力全站仪在ATR测量模式下，能够分辨的最小距离，测距分辨力不大于仪器距离测量最小分度值。5.2空间距离测量误差反映全站仪对不同距离、不同空间姿态的距离测量性能。在近距离（≤2m）水平横向位置处和远距离（30m~50m）水平纵向位置处，空间距离测量误差不大于出厂标称测距标准偏差固定部分的2倍；在远距离水平横向和垂直向位置处，空间距离测量误差不大于6.8×10−6Dmm/″∙δ，D为全站仪安置距离，单位m，δ5.3测量重复性测角重复性不大于仪器标称角度测量精度。测距重复性不大于仪器标称标准差的1/4。5.4精测尺频率及稳定性精测尺频率稳定性不大于仪器标称标准差的比例误差。注:校准工作不判断合格与否，上述计量特性指标仅供参考。6校准条件6.1环境条件校准应在被校仪器的额定工作条件下进行；校准过程中，仪器不应受到强磁场、电场、障碍物、强反射光、人员穿行等干扰。6.2测量标准及其他设备测量标准及其他设备见表1，允许使用满足测量不确定度要求的其他测量标准及设备进行校准。表1测量标准及其他设备序号主要计量器具技术要求1分辨力检验台MPE:±0.05mm；测量范围不小于5×10−3D(D为分辨力校准距离2长度标尺长度测量不确定度U≤0.05mm（k=2）；长度不小于2m。3精测尺频率测量装置MPE:±1×测量范围≥300MHz。注：可以使用满足测量不确定度要求的其他标准器。7校准项目和校准方法7.1分辨力7.1.1ATR测量分辨力在距全站仪不小于30m处安置分辨力检验台，使检验台移动的方向水平且与仪器的光轴垂直。将仪器大致照准空心球棱镜中心，由检验台的零点位置开始，沿着全站仪水平角增大的方向，等间距移动反射棱镜10次，每次移动间隔为0.5mm，在每个位置利用ATR测量模式测量5次取平均，记录全站仪的水平角βi、天顶距Zi与斜距值按式（1）计算ATR水平测角分辨力mHmH=2σH=i=111αi=diαi=αβi=βdi=0.5/1000×改变检验台移动方向为垂直方向，重复上述操作，按式（7）计算垂直测角分辨力mVmV=2σV=i=1γi=−γi=γZi=Zdi=0.5/1000×7.1.2测距分辨力改变检验台移动方向水平且朝向全站仪方向，操作过程参照7.1.1的方法，并按式（13）计算测距分辨力mDmDσDDiDididi7.2空间距离测量误差在长度标尺两端靶座上安置A、B两空心球棱镜，校准过程中位置安置如图1所示。a)在近距离（≤2m）处，水平横向安置长度标尺，形成空间基线，利用ATR测量模式分别对两棱镜进行测量，记录方向、距离示值。b)在远距离（30m~50m）处，在水平横向、水平纵向、垂直向分别安置长度标尺，重复上述操作。1-全站仪；2-观测墩；3-长度标尺；4-空心球棱镜。图1空间距离测量误差校准示意图按公式（19）计算每个校准位置的空间距离测量误差∆i∆i=DDi=式中：Di——两棱镜在第iSA,i、SβA,i、βZA,i、Zi——球杆放置的位置编号，i=1，2，3，4。D——两棱镜的空间距离标准值。7.3测量重复性在距离全站仪30m~50m处安置棱镜，使用ATR模式重复测量10次，分别按式（21）计算ATR测角重复性、测距重复性：s=(xi−xx=i=110xi式中：s——测角重复性或测距重复性；xix——10次读数平均值。7.4精测尺频率（频差）及稳定性7.4.1固定频率型全站仪用全站仪照准精测尺频率测量装置，打开全站仪测试模式，调节全站仪测距光方向，使检定装置的接收信号强度满足频率测量要求，待频率示值稳定后，读取频率值f，按式（23）计算精测尺频率稳定性φ。φ=f式中：f'7.4.2动态频率型全站仪用全站仪照准精测尺频率检定装置，打开全站仪测试模式，调节全站仪测距光方向，使检定装置的接收信号强度满足频率测量要求，待频率示值稳定后，读取频率值f，同时读取其标称频率值f0，按式（24）计算精测尺频率偏差∆∆f=f−按式（25）计算精测尺频率偏差稳定性φφ=∆f−∆式中：∆f8校准结果校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少应包括以下信息：a)标题：“校准证书”；b)实验室名称和地址：进行校准的地点；c)证书的唯一性标识（如编号）、页码及总页数；d)委托方的名称及地址；e)被校准设备名称；f)被校准设备的生产厂、型号规格及编号；g)进行校准的日期；h)校准人员、核验人员、证书签发人的签名；i)采用本规范的说明及对本规范的任何偏离、增加或减少的说明；j)校准环境情况的描述；k)未经实验许可，不得局部复制校准证书的声明；l)测量数据，校准结果及其测量不确定度的说明。9复校时间间隔送校单位可根据全站仪的实际使用情况自主决定复校时间间隔，建议一般不超过1年。

附录A监测型全自动全站仪空间距离测量误差测量不确定度评定示例A.1测量方法采用2m碳素钢材料长度标尺作为标准器，在距离全站仪30m处，现场温度为30℃的条件下，按照7.2的方法，对水平横向空间距离进行校准。校准过程中，采用SW-2型数显表面温度计进行长度标尺表面温度测量，并根据温度变化，对长度标尺标准长度进行温度修正。A.2测量模型全站仪空间距离测量误差的测量模型为：∆D式中：∆D——空间距离测量误差；D——监测型全站仪空间距离测量值；Dsα——长度标尺线膨胀系数；∆tA.3方差和灵敏系数输入量D、Ds、α、∆t互不相关，灵敏系数cD=∂∆D∂DuA.4不确定度分量的确定A.4.1监测型全自动全站仪引入的标准不确定度uA.4.1.1空间距离测量重复性引入的标准不确定度u在距离全站仪30m位置处安置长度标尺，采用ATR测量模式，分别照准两个棱镜，重复测量10次，得到空间距离测量重复性结果：计算重复性标准偏差：S测距重复性引入的标准不确定度：uA.4.1.2距离显示分辨力引入的标准不确定度u监测型全自动全站仪距离显示分辨力为0.1mm，其半宽为0.05mm，按均匀分布估计，其引入的不确定度为：u空间距离测量重复性引入的不确定度大于距离显示分辨力引入的不确定度，故监测型全自动全站仪引入的标准不确定度uDA.4.2.长度标尺示值误差引入的标准不确定度u长度标尺的扩展不确定度U=0.05mm，k=2，u校准过程中长度标尺的温度与其标定温度差值∆t取10℃cA.4.3长度标尺线膨胀系数引入的标准不确定度u碳钢线膨胀系数为（12.0±2）×ucA.4.4长度标尺温度测量引入的标准不确定度u采用最大允许误差为±1℃的表面温度计，对长度标尺进行温度测量，假设服从均匀分布，区间半宽为1℃，则表面温度计引入的标准不确定度：ucA.5合成标准不确定度uuA.6空间距离测量误差扩展不确定度U取包含因子kU

附录B监测型全自动全站仪ATR水平测角分辨力测量不确定度评定示例B.1测量方法在距离全站仪（TS60）30m处，按照7.1.1的方法，利用分辨力检验台（测量范围为20cm,MPE：±0.05mm）作为标准器，对监测型全自动全站仪ATR水平测角分辨力进行校准。由于测量模型呈现明显的非线性特征，因此采用MCM法评定校准结果的不确定度。B.2测量模型全站仪ATR水平测角分辨力的测量模型为：m其中：σααβ故：mH=i=111β式中：Si——全站仪第iZi——全站仪第iβi——全站仪第idi——分辨力检验台第iB.3不确定度分量的分析B.3.1全站仪测量重复性引入的标准不确定度根据重复性实验得到，全站仪ATR测角重复性与测距重复性分别为：sH=0.433''、sVB.3.2全站仪显示分辨力引入的标准不确定度 全站仪测角显示分辨力为0.1″，其半宽为0.05″；测距显示分辨力为0.1mm，其半宽为0.05mm，二者都服从均匀分布。B.3.3分辨力检验台示值误差引入的标准不确定度 分辨力检验台示值误差最大允许误差为0.05mm，假设服从均匀分布。B.4蒙特卡洛试验数样本试验数M的取值为106。B.5计算模型值（1）假设全站仪在进行ATR水平测角分辨力测量时，全站仪与分辨力检验台高差为0.5m，且全站仪位于分辨力检验台的对称轴平面上，以全站仪为原点，建立测量坐标系，如图B.1所示。图B.1分辨力测量坐标系示意图观测点坐标可表示为：x记全站仪起始水平角为β0，则全站仪天顶距Zi、斜距值SiZSi=xi2β（2）根据实验知，全站仪ATR水平与垂直测角分辨力误差的标准差δH=0.5″、δV随机生成服从上述分布的分辨力误差，将其加入由（B.2）计算得到的观测值作为起算值。（3）基于输入量Si、Zi、βi、di的起算值，按B.3中假设的分布，模拟加入影响量，B.6输出量及标准不确定度输出量的均值：m标准不确定度u=B.7扩展不确定度UM个mH模拟值服从正态分布，如图B.2图B.2分辨力模拟值分布图取包含因子kU

附录C校准证书内页参考格式序号校准项目单位校准结果1ATR测量分辨力水平方向（″）垂直方向（″）2测距分辨力mm3空间距离测量误差水平横向（m）mm水平横向（m）mm水平纵向（m）mm垂直向（m）mm4测量重复性水平角（″）垂直角（″）距离mm5精测尺频率（频差）Hz6精测尺频率（频差）稳定性备注：空间距离测量误差扩展不确定度U=（k=2）.

附录D校准原始记录参考格式监测型全自动全站仪校准原始记录委托单位设备名称型号规格出厂编号生产厂商校准依据校准日期校准地点校准员核验员校准环境校准使用主要标准器设备名称型号编号证书编号证书有效期D.1分辨力D.1.1ATR水平测角分辨力累计移动距离(mm）测量次数水平角βi(°′"）天顶距Zi(°′"）斜距Si(m）平均值备注水平角βi(°′"）天顶距Zi(°′"）斜距Si(m）0123450.5123451123451.5123452123452.5123453123453.51234541