测量误差研究（共12篇）
测量误差研究 篇1
1 盾构隧道测量概述
地下工程测量是指建设和运营地表下面工程建筑物需要进行的测量工作, 包括地下工程勘察设计、施工和运营各个阶段的测量工作。地下工程测量的任务是保证线状工程在规定误差范围内正确贯通, 保证面状工程按设计要求竣工。
盾构方法以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性, 在隧道施工中得到广泛应用, 从18世纪末盾构机问世以来, 与盾构施工相伴而生的盾构施工测量, 一直在为盾构施工起着保驾护航的作用。
盾构法隧道工程施工, 需要进行的测量工作如图1所示。
(1) 地面控制测量:在地面上建立平面和高程控制网; (2) 联系测量:将地面上的坐标、方向和高程传到地下, 建立地面地下统一坐标系统; (3) 地下控制测量:包括地下平面和高程控制; (4) 隧道施工测量:根据隧道设计进行放样, 指导开挖及衬砌的中线和高程测量。
所有这些测量工作的作用如下。
(1) 在地下标定出地下工程建筑物的设计中心线和高程, 为开挖、衬砌和施工指定方向和位置; (2) 保证在开挖面的掘进中, 施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通, 保证开挖不超过规定的界线, 保证所有建筑物在贯通前能正确地修建: (3) 保证设备的正确安装: (4) 为设计和管理部门提供竣工测量资料等。
盾构施工测量不仅要保障盾构机沿着隧道设计轴线运行, 随时提供盾构机掘进的瞬时姿态, 为盾构机操作人员提供盾构机姿态修正参数, 同时还要对隧道衬砌环的安装质量进行测定。要保证盾构机从始发井经区间隧道准确进入接收井, 必须以较高的精度实施盾构法隧道施工测量。
2 隧道贯通误差介绍
地下工程测量与地面工程测量相比, 尽管测设方法有很多共同之处, 但地下工程测量仍有其特殊性。线状地下工程逐步开挖、施工面狭窄、不同工段之间不能通视, 因此, 测量工作不能互相照应, 不便组织检核, 出了差错很难及时发现, 整个测量工作的正确性只有到开挖工段间贯通后才能得以证明。可见测量工作在地下工程建设中具有十分重要的作用, 稍有疏忽必将造成无可挽回的损失。盾构法隧道施工中, 地面控制测量、联系测量、地下控制测量和细部放样的误差积累, 将使开挖工作面的施工中线不能理想衔接, 产生的错开现象称为贯通误差。贯通误差在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差 (简称纵向误差) , 在垂直于中线方向的投影长度称为横向贯通误差 (简称横向误差) , 在高程方向的投影长度称为高程贯通误差 (简称高程误差) 。
纵向误差只影响隧道中线的长度, 与工程质量关系不大, 对隧道贯通没有多大影响;高程误差仅影响接轨点的平顺 (边掘进边铺轨的隧道尤为突出) 或隧道的坡度, 要求较高, 实践表明, 应用一定的测量方法, 容易达到所需的精度要求。实际工作中最重要的、讨论最多的是横向误差。如果横向误差超过一定的范围值 (限差) , 就会引起隧道中线几何形状的改变, 甚至洞内建筑物侵入规定限界, 致使衬砌部分拆除重建, 给工程带来重大损失。隧道贯通后, 应及时进行贯通测量, 测定实际的横向、纵向和竖向贯通误差。地铁工程浩大, 一般由多个单位施工。施工误差、测量误差的客观存在, 各单位施工的隧道线路中线不可能准确地位于设计位置, 势必影响隧道衬砌和铺轨工作的进行, 因此必须进行线路中线和坡度的调整测量, 从而获得一个对行车没有不良影响的隧道中线和高程值。调整贯通误差, 原则上应在隧道未衬砌地段进行, 不再牵动已衬砌地段, 车站的线路中线施测精度高于区间中线, 而且区间比车站易于中线调整。在区间调整线路后, 如部分边、中墙限界入侵, 可进行局部剔凿和修补, 若剔凿和修补量太大, 可采用加设曲线或变更线路坡度的方法解决。调整误差后, 所有未衬砌地段的工程, 均应以调整后的中线和高程值指导施工。
3 贯通误差分配
盾构隧道工程测量, 地面控制网的网形可以任意选择, 但地下控制测量只能布设成导线形式, 而且是支导线形式。测量精度的确定实质是贯通误差限值的配赋。由于施工中线和贯通误差是由洞内导线测量确定, 不计, 因此测量误差对贯通精度的影响, 施工误差和放样误差对贯通精度的影响可忽略主要取决于地上、地下控制网的布设情况和竖井联系测量, 即隧道贯通误差主要来源于洞内、外控制测量和竖井联系测量。隧道施工中, 地面控制测量和洞内控制测量往往由不同单位分开施测, 故应将容许贯通误差加以适当分配。平面控制测量, 地面上的条件较洞内好, 则地面控制测量的精度要求应高一些, 而洞内导线测量的精度要求可适当放低一点。地面控制测量的误差作为影响隧道贯通精度的一个独立因素, 单向开挖洞内导线测量的误差也作为一个独立因素, 通过竖井开挖的贯通精度受竖井联系测量的影响较大, 故又把竖井联系测量的误差作为一个如按等影响原则分配, 地面控制测量误差对横向贯通中误差Ma的影响允许值:
纵向贯通误差, 主要影响隧道中线的长度, 只要求满足定测中线的精度, 即限差:
∆1=2m1≤L/2000 (L为隧道长度)
高程控制测量, 洞内有烟尘、水气, 按等影响原则分配, 相等的原则分配, 洞内的水准路线短, 高差变化小, 这些条件比地面的好;另一方面, 光亮度差和施工干扰等不利因素, 地面与地下控制测量的误差, 应竖井联系测量作为一个独立因素, 对高程贯通精度的影响, 也应按地面控制测量误差对高程贯通中误差Me的影响允许值为:
上述贯通误差限值及精度要求均有一定局限性, 随着勘测和施工技术的发展, GPS控制测量方法己逐渐替代常规测量方法, 广泛应用于地铁工程的地面控制测量。为适应施工方法的变更和应用方便, 依据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》, 介绍贯通误差的配赋情况。
《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》提出横向贯通中误差应在±50mm之内, 高程贯通中误差应在±25mm之内。根据误差理论和国内外地铁贯通测量经验, 横向贯通误差的合理配赋为地面控制测量的横向中误差应在±25mm之内, 联系测量中误差应在±20mm之内, 地下导线测量中误差应在±30mm之内。同样道理高程贯通误差的合理配赋为地面控制测量的中误差应在±16mm之内, 联系测量中误差应在±10mm之内, 地下高程测量中误差应在±16mm之内。
4 地面控制测量控制误差环节
盾构法隧道工程施工是由一侧竖井出发, 掘进至另一侧竖井, 这就必然会在线路的纵、横、竖三个方向出现贯通误差, 其中横向贯通误差对工程质量影响最大, 是隧道控制测量的重点工作。从地面及地下控制测量的设计到进洞测量的各项工作, 都必须紧紧围绕如何保证贯通精度, 特别是横向贯通精度, 在设计图纸和工程使用要求所允许的范围内。下面主要探讨地面控制测量控制误差的环节。
洞外控制测量是洞内贯通测量的基础, 提高地面控制测量成果的可靠性和精确性, 是提高城市地铁工程贯通精度的前提, 考虑到洞内施工条件恶劣、折光影响等因素, 必须尽可能提高洞外控制点测量精度, 将条件相对好的洞外测量部位的余量让给困难的洞内测量部位, 使全隧道的总影响值不超过规定限值 (或全面提高全隧道的贯通精度) 。地面控制网是在城市二等网基础上分两级布设, 即首级GPS网和二级精密导线网。GPS控制测量以其无需通视、点数少、工期短、精度高和费用低等优点, 己经广泛应用于隧洞地面控制测量。导线测量具有机动灵活、短距离测量速度快、相对精度较高和便于指导工程施工等特点成为加密首级GPS网的适宜方法, GPS测量和精密导线测量的联合应用是未来的应用方向。GPS定位属于法线系统, 导线测量属于垂线系统, 两种测量数据的计算基准存在差异, 联系测量和平差解算时应顾及垂线偏差的影响。
当地面控制网按首级GPS网和二级精密导线网的方式布设时, ±25mm成为GPS网和精密导线网的联合横向中误差限差。点位的误差影响为:
mG为GPS网中最弱点的点位中误差;mT为精密导线网中最弱点的点位中误差实测过程中, 需要注意合理、有效地发挥各自的特点和优势, 获取最可靠、最精确的观测成果。GPS测量应注意以下几方面。
(1) 点位选在交通方便、易于安置接收设备的地方, 视场要开阔, 利于避开对电磁波接收有干扰的物体; (2) 尽管GPS测量不要求相邻测站点间通视, 但为今后便于用常规测量方法联测或扩展, 要求每个控制点应有一个以上的通视方向; (3) GPS网必须由非同步独立观测边构成若干闭合环或附合路线以构成检核条件, 提高网的可靠性; (4) 观测前应编制出包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组的最佳观测时间、点位几何图形强度因子等内容的GPS卫星可见性预报表; (5) 采用精密星历和联测WGS-84己知点。精密导线测量注意事项参阅地下控制测量。
参考文献
[1]于来法, 等.军事工程测量学[M].八一出版社, 1994.
[2]居向明, 等.GPS在工程控制测量中应注意的几个问题[J].测绘学院学报, 2003 (3) .
[3]张项铎, 等.隧道工程测量[M].测绘出版社, 1998.
[4]张项铎.浅论隧道横向贯通误差估计方法[J].隧道建设, 2003 (10) .
[5]尚兴.困难条件下提高贯通测量精度的途径[J].河北建筑科技学院学报, 2002 (9) .
[6]邓百洪, 等.建立莲花山隧道工程的GPS三维控制网[J].铁路航测, 2002 (1) .
[7]江海建.建立广东省GPS三维框架的设想[J].测绘信息与工程, 2003 (6) .
测量误差研究 篇2
在电学实验中，让学生熟练掌握正确使用电表及对测量结果正确进行误差估算这两个问题是至关重要的。本文主要谈谈电表的一些有关技术指标及如何正确使用它们，从而达到正确测量的要求。常用电表按其测量机构的工作原理，主要分为三类：(1)磁电式，(2)电磁式;(3)电动式，使用时应根据测量的要求选用。对于直流电压和电流以及交流电整流后平均值的测量，可以选用磁电式仪表。这类表标有正负极性。对于正弦交流电有效值的测量，可选用电磁式和电动式仪表，这类表不分正负极性。电磁式和电动式仪表也可以测量非正弦交流电的.有效值。对于频率变化很宽的待测值，则要选用电于管或晶体管仪表。实验室用的直流电表通常是磁电式电表。
不论是电压表还是电流表，其表面都有一些符号表明该表的性能，其中有一项指标，指出该表的准确度等级。我国常用电工仪表分为七级，分别为：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等级数，该数字的含义及它与测量误差的关系，下面作以说明。
利用电表测量时的误差主要有三类：
①仪器误差：由于电表结构和制作上的不完善所引起，例如轴承摩擦，分度不准，游丝的变形等原因，使得电表的指示值与真值有误差。
②读数误差：由于读数不准引起的误差。
③附加误差：这是由于外界因素的变动对仪表读数产生影响而造成的。外界因素指的是温度、电场、磁场等。当电表在正常情况下(符合仪表说明书上所要求的工作条件)使用和读数时，测量的误差可只考虑仪器误差。
大家都知道，测量时总存在一定误差，示值与真值(实验值)之间的差值称为绝对误差。但绝对误差不能确切地反映出测量的准确程度，故常用相对误差，即绝对误差与真值之比的百分数来评价测量的准确程度。相对误差越小，准确度就越高。相对误差虽可说明测量结果的准确度，但不能用它来评价电表的准确度，这是因为电表在测量中有规定的范围，在此范围内即使标尺上各示值的绝对误差均保持恒定，但相对误差却不恒定。随着刻度示值的减小，其相对误差反而变大，故不能用相对误差来表示电表的准确度，而往往用绝对误差与标尺满度(即量程)之比的百分数表示，常称为引用误差，δ=(Δx/xm)×100%。
但在电表标度尺上各点的绝对误差不可能相等。一般在制造时给出一个公共的允许最大误差限度Δxmax，叫做最大允许绝对误差，它表示所有各示值上的绝对误差都不超过的Δx值，故用最大允许绝对误差Δxmax与仪表最大量程xm的比值的百分数来表示仪表的准确度(δm)。实际上是用最大允许相对误差(即最大引用误差)表示电表的准确度
按照国家标准《电测量指示仪表通用技术条件》规定，用引用误差表示基本误差时电表分为七级。当δm=0.2%，便称该表为0.2级。
从①式可知该表示值的允许最大绝对误差为Δxmax=xm·δm=xm·K%。
②式中K就是上述七级的等级数，那末测量值的可能范围即为x±Δxmax。
例如，用一个0.2级、量程为10毫安的电流表，测量某电流时示值为8.61毫安，根据②式该示值的最大可能绝对误差为ΔI=10毫安×0.2%=0.02毫安。测量值可能范围为I=8.61±0.02毫安。
可见，对于相同量程的电表其等级数越小，由电表引起的误差就越小，但从②式知，误差是与量程的选取有关，所以必须权衡考虑。就以上例来讲，由计算得到ΔI=0.02毫安，故测量值的相对误差可表示为
若以等级为0.1级、量程为100毫安电表再进行测量，其示值为8.6毫安，则ΔI=100毫安×0.1%=0.1毫安，
测量“误差”能否消除 篇3
在现实生活中，我们常要比较距离的远近，物体的轻重，时间的长短、温度的高低，如单靠感觉器官去判断估量，很难精确，有时还会出现错误。你仔细观察下面两个图，按图下说明要求，再用刻度尺去测量，你就会发现你的视觉错了。
因此，要作出准确的判断，要得到精确的数据，必须用测量仪器、工具来测量。在实践中，常用刻度尺或皮尺等来量长度、距离；用天平或秤来称质量：用温度计来测温度；用电流表、电压表来测电流、电压等等。但是，在测量的实践过程中，由于各种原因常常导致测量出来的数值跟被测的物理量的真实值不能完全一致，这种测出的数值与真实值之间的差异叫做误差(测量误差)。
对于测量来说，误差不是错误，错误是由于不遵守测量仪器的使用规则，或读取、记录测量结果时粗心等原因造成的，是应该而且可以消除的。而误差只能尽量减小，而不能消除。是什么原因呢?这就得从误差的产生和减小误差两个方面来说明。
一、误差的产生跟测量的工具有关。用最小刻度是厘米的刻度尺测量，厘米下一位的毫米数就要靠眼睛来估计，测量结果只能准确到厘米；如果用最小刻度是毫米的尺来测量，测量结果就可以准确到毫米，可见，测量所能达到的准确程度是由刻度尺的最小刻度决定的。用钢尺来测量长度时，还要受环境温度的影响，由于钢尺有热胀冷缩的性质，环境温度高时，测出的值会偏小，环境温度低时，测出的值会偏大。因此，我们可以尽量选用较精密的测量工具进行测量来减小误差。
二、误差的产生还跟测量的方法有关。同一物体的长度，采用不同的测量方法，测量结果的误差也不一样。例如，用最小刻度是毫米的尺来测物理课本一张纸的厚度，直接用尺去测每张纸的厚度，就很不方便，得到的结果误差也是较大的。如果我们先用尺把物理课本的总厚度测出来，再除以总张数，这样得到的结果误差就比较小。再如，我们用刻度尺去量一段细铜丝的直径，直接去量．既不方便也不准确，我们可以先把这段细铜丝在铅笔上紧密地排绕成若干圈，测出这个线圈的总长度，再除以线圈的圈数，就可得到细铜丝的直径，误差就比较小。因此，要减小误差，我们要尽可能地选用最合适的测量方法。
三、误差的产生还跟测量的人的观察有关。用最小刻度是毫米的尺进行测量，毫米的下一位就要靠眼睛来估读，不同的人估读的结果是不一样的，就是同一个人用同一刻度尺先后对同一长度进行多次测量，每次得到的结果也不一样，有时估计偏大了，有时估计偏小了，而我们认为它们的平均值更接近真实值，误差较小。因此，我们可以多次测量求平均值来减小误差。
当然，求平均值也要有正确的方法。例如，某同学用刻度尺对同一长度先后进了4次测量，结果为：17．82cm、17．83cm、17．81cm、17．81cm。计算平均值l=(17．82cm+17．83cm+17．81cm+17．81cm÷4：71.27cm/4=17．8175cm≈17．82cm。
地铁盾构隧道测量误差研究 篇4
关键词：地铁,盾构,隧道测量,误差,贯通
1 盾构隧道测量概述
地下工程测量是指建设和运营地表下面工程建筑物需要进行的测量工作, 包括地下工程勘察设计、施工和运营各个阶段的测量工作。地下工程测量的任务是保证线状工程在规定误差范围内正确贯通, 保证面状工程按设计要求竣工。
盾构方法以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性, 在隧道施工中得到广泛应用, 从18世纪末盾构机问世以来, 与盾构施工相伴而生的盾构施工测量, 一直在为盾构施工起着保驾护航的作用。
盾构法隧道工程施工, 需要进行的测量工作主要包括:
(1) 地面控制测量:在地面上建立平面和高程控制网;
(2) 联系测量:将地面上的坐标、方向和高程传到地下, 建立地面地下统一坐标系统;
(3) 地下控制测量:包括地下平面和高程控制;
(4) 隧道施工测量:根据隧道设计进行放样, 指导开挖及衬砌的中线和高程测量。
所有这些测量工作的作用是:
(1) 在地下标定出地下工程建筑物的设计中心线和高程, 为开挖、衬砌和施工指定方向和位置;
(2) 保证在开挖面的掘进中, 施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通, 保证开挖不超过规定的界线, 保证所有建筑物在贯通前能正确地修建;
(3) 保证设备的正确安装;
(4) 为设计和管理部门提供竣工测量资料等。
盾构施工测量不仅要保障盾构机沿着隧道设计轴线运行, 随时提供盾构机掘进的瞬时姿态, 为盾构机操作人员提供盾构机姿态修正参数, 同时还要对隧道衬砌环的安装质量进行测定。要保证盾构机从始发井经区间隧道准确进入接收井, 必须以较高的精度实施盾构法隧道施工测量。
2 隧道贯通误差介绍
地下工程测量与地面工程测量相比, 尽管测设方法有很多共同之处, 但地下工程测量仍有其特殊性。线状地下工程逐步开挖、施工面狭窄、不同工段之间不能通视, 因此, 测量工作不能互相照应, 不便组织检核, 出了差错很难及时发现, 整个测量工作的正确性只有到开挖工段间贯通后才能得以证明。可见侧量工作在地下工程建设中具有十分重要的作用, 稍有疏忽必将造成无可挽回的损失。
盾构法隧道施工中, 地面控制测量、联系测量、地下控制测量和细部放样的误差积累, 将使开挖工作面的施工中线不能理想衔接, 产生的错开现象称为贯通误差。
贯通误差在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差 (简称纵向误差) , 在垂直于中线方向的投影长度称为横向贯通误差 (简称横向误差) , 在高程方向的投影长度称为高程贯通误差 (简称高程误差) 。
纵向误差只影响隧道中线的长度, 与工程质量关系不大, 对隧道贯通没有多大影响;高程误差仅影响接轨点的平顺 (边掘进边铺轨的隧道尤为突出) 或隧道的坡度, 要求较高, 实践表明, 应用一定的测量方法, 容易达到所需的精度要求。
3 贯通误差分配
盾构隧道工程测量, 地面控制网的网形可以任意选择, 但地下控制测量只能布设成导线形式, 而且是支导线形式。测量精度的确定实质是贯通误差限值的配赋。由于施工中线和贯通误差是由洞内导线测量确定, 不计, 因此测量误差对贯通精度的影响, 施工误差和放样误差对贯通精度的影响可忽略主要取决于地上、地下控制网的布设情况和竖井联系测量, 即隧道贯通误差主要来源于洞内、外控制测量和竖井联系测量。隧道施工中, 地面控制测量和洞内控制测量往往由不同单位分开施测, 故应将容许贯通误差加以适当分配。
平面控制测量, 地面上的条件较洞内好, 则地面控制测量的精度要求应高一些, 而洞内导线测量的精度要求可适当放低一点。
地面控制测量的误差作为影响隧道贯通精度的一个独立因素, 单向开挖洞内导线测量的误差也作为一个独立因素, 通过竖井开挖的贯通精度受竖井联系测量的影响较大, 故又把竖井联系测量的误差作为一个如按等影响原则分配, 地面控制测量误差对横向贯通中误差Ma的影响允许值
纵向贯通误差, 主要影响隧道中线的长度, 只要求满足定测中线的精度, 即限差
高程控制测量, 洞内有烟尘、水气, 按等影响原则分配, 相等的原则分配, 洞内的水准路线短, 高差变化小, 这些条件比地面的好;另一方面, 光亮度差和施工干扰等不利因素, 地面与地下控制测量的误差, 应竖井联系测量作为一个独立因素, 对高程贯通精度的影响, 也应按地面控制测量误差对高程贯通中误差Me的影响允许值为
上述贯通误差限值及精度要求均有一定局限性, 随着勘测和施工技术的发展, GPS控制测量方法己逐渐替代常规测量方法, 广泛应用于地铁工程的地面控制测量。为适应施工方法的变更和应用方便, 依据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》, 介绍贯通误差的配赋情况。
《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》提出横向贯通中误差应在±50mm之内, 高程贯通中误差应在±25mm之内。根据误差理论和国内外地铁贯通测量经验, 横向贯通误差的合理配赋为地面控制测量的横向中误差应在±25mm之内, 联系测量中误差应在±20mm之内, 地下导线测量中误差应在±30mm之内。
4 地面控制测量控制误差环节
盾构法隧道工程施工是由一侧竖井出发, 掘进至另一侧竖井, 这就必然会在线路的纵、横、竖三个方向出现贯通误差, 其中横向贯通误差对工程质量影响最大, 是隧道控制测量的重点工作。从地面及地下控制测量的设计到进洞测量的各项工作, 都必须紧紧围绕如何保证贯通精度, 特别是横向贯通精度, 在设计图纸和工程使用要求所允许的范围内。下面主要探讨地面控制测量控制误差的环节。
当地面控制网按首级GPS网和二级精密导线网的方式布设时, ±25mm成为GPS网和精密导线网的联合横向中误差限差。点位的误差影响为:
mG:GPS网中最弱点的点位中误差;mT:精密导线网中最弱点的点位中误差实测过程中, 需要注意合理、有效地发挥各自的特点和优势, 获取最可靠、最精确的观测成果。GPS测量应注意:
(1) 点位选在交通方便、易于安置接收设备的地方, 视场要开阔, 利于避开对电磁波接收有干扰的物体。 (2) 尽管GPS测量不要求相邻测站点间通视, 但为今后便于用常规测量方法联测或扩展, 要求每个控制点应有一个以上的通视方向。 (3) GPS网必须由非同步独立观测边构成若干闭合环或附合路线以构成检核条件, 提高网的可靠性。 (4) 观测前应编制出包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组的最佳观测时间、点位几何图形强度因子等内容的GPS卫星可见性预报表。 (5) 采用精密星历和联测WGS-84己知点。
参考文献
[1]于来法, 等.军事工程测量学[M].八一出版社, 1994.
平面度误差的测量 篇5
一、实验目的1．了解平面度误差的测量原理及千分表的使用方法。
2．掌握平面度误差的评定方法级数据处理。
二、实验内容
用千分表测量平面度误差。
三、测量原理
平面度公差用以限制平面度的形状误差。其公差带是距离为公差值的平行平面之间的区域。并规定，理想状态的位置应符合最小条件，常见的平面度测量方法有指示表测量、用光学平晶测量平面度、用水平仪测量平面度级自准仪和反射镜测量平面度误差。
用各种不同的方法测量得的平面度测值，应进行数据处理，然后按照一定的评定准则处理结果。平面度误差的评定方法有：
1．最小包容区域法，由两平行平面包容实际被测要素时实现至少四点或者三点接触。且有下列形式之一者，即为最小包容区域，其平面度误差值最小。最小包容区域的判别方法有一下三种形式。
(1)两平行平面包容被测表面时，被测表面上有三个最低点(或三个最高点)及1个最高点(或一个最低点)分别与两包容平面接触，并且最高点(或最低点)能投影到三个最低点(或三个最高点)之间，则这两个平行平面符合最小包容原则。
(2)被测表面上有2个最高点和两个最低点分别与两个平行的包容面相接触。并与两个最高点投影与2个低点连线之两测。则两个平行平面符合与平面度最小包容区原则。
(3)被测表面的同一截面内有2个最高点级两个低点(或相反)分别和两个平行的包容相接触。则该两平行平面符合于平面度最小包容区原则。
三角法是以通过被测表面上相距最远且不在一条直线上的三个点建立一个基准平面，各测点对此平面的偏差中最大值与最小值的绝对值之和为平面度误差。实测时，可以在被测表面上找到三个等高点，并且调到零。在被测表面上安布点测量，与三角形基准平面相距最远的最高和最低点的距离为平面度误差值。2对角线法是通过被测表面的一条对角线作另一条对角线的平行平面该平面即为基准平面。偏差此平面的最大值和最小值的绝对值之和为平面度误差。
四、实验步骤
检测工具：平板、带千分表的测量架等。
电测仪表测量误差及对策分析 篇6
【关键词】仪表；测量；误差
1.设备因素产生的误差
每一种测量设备都有最合适的测量范围，我们需要做的是正确选择测量设备，以及正确选择测量设备上的测量挡位。我们不要认为选用精确度越高的，其测量结果越准确。
例如：被测直流功率约为1050W，电路电流：I=4.8A。一只功率表量限为220V，15A，0.2级，表的最大可能误差：r=220×15×0.002=6.6W，测量误差r≈0.6%。另一只功率表量限为220V，5A，0.5级的，表的最大可能误差：r=220×5×0.005=5.5W，测量误差r≈0.5%所以，我们应选用精度较低的0.5级的功率表来进行测量，而不是选用精度较高的0.2级的功率表。
数字仪表的输入级离不开放大器，所以在数字电表的输入端接被测对象时会有零电流流过，这个电流具有恒流源的性质，即电流不随被测对象内阻变化而变化，输入信号越小这项影响就越突出，操作人员要尽量选择合适的输入信号，减少零电流的影响。
测量仪器电键按钮接触不良，将导致回路接触不良，热电势大，工作不稳定，而回路时断时通引起读数不稳定，主要原因就是银触点脏污造成的。转换开关的质量和磨损程度对测量的影响也很大，对测量盘、温度补偿盘、变换量限开关等，无论是定轴式、动轴式、油浸式，只要其性能变差，其接触电阻、接触热电势都会引起误差，这类故障引起的误差有其特点，在切换到某一档时，读数不成规律变化或出现突变，或示值不稳，一般在反复旋动接点后，读数会暂时恢复正常，要彻底解决问题就必须检修。电位器触点不良引起的误差与此类似。换向开关、按键开关大多是不便拆开的，当其接触电阻变差不稳定时，可以尝试从手柄处滴人工业酒精同时不断扳动手柄，有望恢复功能；转换开关绝缘电阻降低，应注意观察触点问是否有残余金属粉末，一般清除后即可恢复。
辅助设备的状况对测量误差也有影响，例如电桥供电不足会严重影响测量精度，其电源的选用必须按照说明书要求进行，如没有说明书时，可按不大于被测电阻或标准电阻额定电流的1/2作为电源的工作电流。对于电池的选取不当也会引起误差，一般工作电流1毫安以上的要用蓄电池，1毫安以下的用甲电池，标准电池原则上只能提供电势，不能提供电流，有的标准电池长期使用后虽有电势但内阻过大，也会使线路灵敏度降低；对新充电的蓄电池必须经过人工放电到稳定值后才能使用。正确使用专用导线。因为有些测量仪器配有专用导线，对导线电阻的大小有要求。使用时，必须满足。例如，低量限的电压表和与分流器组合使用的大量限电流表；使用双电桥时，跨线电阻必须很小。
2.环境因素产生的误差
有些测量仪器受环境的影响较大，一般包括：温度、湿度、电场、磁场、压力、光照、振动、微尘和供电质量等。
温度的变化对测量的结果影响十分明显。标准电阻由锰铜制成，阻值随温度的变化而变化，变化的情况以温度系数表示，一个标准电阻如果温度系数未知，当不在20℃下使用，标准电阻值就无法准确确定，从而失去检测的意义；对于内附稳压源的设备，例如一些内附稳压源电位差计，温度的变化对稳压值有影响，会影响到测量的结果。当然，上述设备发生温度偏差也可以通过各种公式和系数进行换算，但是换算得出的毕竟只是个近似值，如果偏差过大，算出的结果是不能保证准确度的。
防止温度变动对测量影响的首要条件就是按照规程要求，严格控制实验室环境温度在规定范围。当温度条件在20℃附近有少量偏差时，可以采用各种办法进行修正，标准电阻要通过温度系数进行换算；对于有温度补偿盘的电位差计要做好最小步值的检测及调节。同时，严格按照规程的要求，对检测设备及被检仪器进行恒温、预热，不同的仪器对于预热的要求是不同的，必须满足技术说明书的要求；不同的仪器对恒温的要求也是不同的，不能一概而论，例如，对于电阻的测量，由于其自身发热引起误差，通电后测量要快，尤其是测量0.1Ω以下的电阻，电流的正、反向开关应间歇使用，否则被测电阻因长时间通过大电流会引起很大的温升误差。
仪器对于环境湿度的要求也应给予足够的重视。特别是在梅雨季节，房间内湿度往往偏高，仪器中的电子元件等受潮后，易锈蚀、霉变，造成仪器接触不良、性能下降，甚至损坏。潮湿的环境还容易使仪器的绝缘性能变差，产生不安全的因素。湿度对静电感应也会有影响，湿度低时静电感应的影响会加大，这时操作者相当于一电容极板，仪器则是另一极板，简单有效的检查方法是，接好测量线后，用手靠近一下或轻碰一下仪器或引线，看看电流表有否不正常的偏转，有偏转则说明有静电感应。防止静电感应的办法是使人与仪器的外壳等电位。平时可以利用空调机的去湿功能来控制实验室的湿度，必要时应专门配备去湿机。对仪器内放置的干燥剂一定要定期检查，一旦失效要及时更换。
在使用数字电压表等含电子回路的仪表时，电、磁场及工频电源干扰影响比较显著。数字电压表、直流比较式电位差计、直流标准电压发生器，都使用工业电网供电，在独立工作时每个仪表都合格，但是它们在联成为一个测量线路时却发生较大的误差，表现为数字电压表和电位差计出现了零位示值。我们采用的措施是可以在每台仪器上采用双屏蔽，并利用隔离变压器隔离电源，就能将干扰限制在有限范围内。同时尽量不与大电机，大的通风机，空调机等大的用电设备共用一条供电线路，以免在这些用电设备起动时，供电线路的电压大幅度的波动，造成仪器工作不稳定。
仪器放置不水平，会使表计零点偏移；震动不仅会影响仪器的性能和测量结果，还会造成某些精密元件损坏，因此，要求将仪器安放在远离震源的水泥工作台或基座上；单方面的光照辐射及热源会造成热偏差，光照标准电池会引起变质及较大的滞后，必须将其放在不透光的容器内保存及使用。总之，要保证测量的准确度，我们需要认真对待环境的影响，在测量之前，必须仔细检查全部量具和仪器的调整状况、位置状况，例如仪表指针调零，防止仪器之间的干扰等，需要做好充分的准备和保持良好的环境条件，才能保证测量的准确。
3.人为因素引起的误差
人为因素引起的误差主要是方法不当引起的误差，如果方法使用不当，测量结果必然不对。
在连接测量仪表时，有时会发生连线错误、测试线脱开或接触不好、连线顺序不对等，这时机壳电位不但会引起误差，而且可能损坏电路中的器件。当接入被检设备时其端钮和接线应拧紧，以减少接触电阻的影响。插塞与插孔的配合要良好，保持清洁，插塞要插牢，每次松紧程度要一致。因此我们在开始检测前一定要确认连接正确，一定要先连线，再检查，之后开机。并且连接线一定要连接牢靠，不能出现松动现象。
量程选择不当会引起误差，用大量程挡位测量小示值的元件，会有误差；用级别不够的设备去测量仪器，用未经检验的设备检定仪器都是不允许的。
综上所述，在测量时，需要我们理解测量原理，不断掌握各种测量仪器的结构，严格按照规程操作，减少误差的发生，就可以提高测量质量。 [科]
【参考文献】
水准测量误差分析及控制研究 篇7
建筑施工测量实训是我校建筑工程技术专业学生的一门专业技能课, 通过测量实训能正确使用常规测量仪器 (水准仪、经纬仪、钢卷尺) 进行普通测量工作, 能正确记录测量数据并进行数据处理, 总计10个测量实验和实习内容。其中水准测量是比较重要的实践环节, 要求学生必须熟练掌握, 但是也是误差经常出现的部分。根据笔者多年的实践教学经验, 针对水准测量实习中常见的误差进行分析, 总结消除或尽量减少水准测量误差的主要措施和方法, 以期在后续的实践教学中作为重点尽可能减小这些误差, 从而提高其测量精度。
1 水准尺倾斜误差
水准尺无论是向前还是向后倾斜都将使读数增大, 从而带来误差, 而误差大小与在尺上的视线高度及尺子的倾斜程度有关。水准尺向水平视线的左右倾斜和水准尺的倾斜方向与视线的方向一致是测量实习中最常见的两种情况。其中水准尺向视线的左右倾斜, 观测时通过望远镜十字丝很容易觉察而纠正。如果水准尺的倾斜方向与视线的方向一致, 则不易觉察。尺子倾斜总是使尺子读数增大, 对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小 (即视线距地面的高度) 有关。当水准尺倾斜3°30', 在尺上截取的读数为1m, 将产生2mm的误差读数。尺的倾斜角越大, 对读数的影响就越大;尺上读数越大, 对读数的影响就越大, 此项影响是不可忽略的。针对这种误差使用摇尺法, 也就是读数时尺底置于点上, 尺的上部在视线方向前后慢慢摇动, 读取最小的读数, 当地面坡度较大时, 尤其应注意将水准尺扶直, 并应限制水准尺的最大读数。其次, 立尺员必须认真扶尺, 保证水准尺垂直;有的水准尺上装有圆水准器, 立尺时应使气泡居中。
2 估读毫米数误差
由于观测者眼睛的鉴别能力有限, 而十字丝又有一定的宽度, 所以在估读毫米数时, 不可能十分准确。尤其在视线较长或成像不良的天气条件下, 对估读的读数影响更大。实习操作过程中, 不同的学生对水准尺上的数据估读不同, 估读范围相差2~3mm, 如图1所示, 测量地面上任意两点A、B间高差, A、B两点正中间安置水准仪, A点和B点分别立水准尺。第一次测量时, 水准仪瞄准A点水准尺, 甲同学读得水准尺上读数a=1.628m, 乙同学读得a=1.626m, 水准仪瞄准B点水准尺, 甲同学读得b=1.365m, 乙同学读得b=1.367m, 则甲、乙同学分别算得A、B两点间高差hAB=a-b=1.628m-1.365m=0.263m和hAB=a-b=1.626m-1.367m=0.259m, 甲乙两位同学所得A、B两点间高差相差了0.004m (△=0.263m-0.259m=0.004m) 。第二次测量, 用变仪高法将仪器抬高15cm进行测量, 水准仪瞄准A点水准尺, 甲同学读得水准尺上读数a=1.784m, 乙同学读得a=1.783m, 水准仪瞄准点B水准尺, 甲同学读数b=1.525m, 乙同学读数b=1.531m, 则甲、乙同学分别算得A、B两点间高程hAB=a-b=1.784m-1.525m=0.259m和hAB=a-b=1.783m-1.531m=0.252m。甲乙两位同学所得A、B两点间高差相差了0.007m (△=0.259m-0.252m=0.007m) 。通过校核, 仪器抬高后甲同学测得A、B两点高差之差△=0.004m<±6mm (限差) , 小于规定的限差, 测量数据合格, 可得A、B两点高差hAB= (0.263m+0.259m) /2=0.261m;仪器抬高后乙同学测得A、B两点高差之差△hAB=0.007m>±6mm (限差) , 超过规定的限差, 说明测量数据不合格。因此, 不同的学生估读出不同的毫米数, 导致测量误差大小不一致, 误差太大超过规定的限值就得重新测量, 浪费大量的时间和精力。针对这种误差, 建议测量过程中采取最少让2位同学同时估读毫米数据, 取最接近的毫米值作为最后的测量数据, 避免重复操作, 节省时间同时也可培养学生间相互学习和协作精神。
其次估读毫米数误差与观测者个人有关, 无法完全消除。为了提高估读的准确性, 应适当控制视线长度, 并尽量选择在成像好的天气条件下进行观察测量。
3 仪器和水准尺下沉影响
仪器下沉是指在一测站上读得后视读数和前视读数之间仪器发生下沉, 使得前视读数减小, 算得的高差增大。如图2所示, 水准仪架在水准点A和转点TP1正中间, 水准点A和转点TP1处分别立水准尺, 测得后视读数a=2.014m, 前视读数b=1.223m, 求得hA1=ab=2.014m-1.223m=0.791m。实际操作中由于学生初次操作仪器, 对仪器工具不是十分熟悉, 对水准尺后视读数讨论时间较长, 加之三脚架处地面较软, 使得脚架下沉或倾斜, 从而导致仪器下沉, 读得前视读数b=1.220m, 则求得水准点A和转点TP1两点间的高差hA1=ab=2.014m-1.220m=0.794m, 比实际的两点间高差 (hA1=a-b=2.014m-1.223m=0.791m) 大了3mm。这种由于地面松软而导致仪器下沉产生的误差可以通过多种操作方式减弱或消除。操作时应将测站选在坚实的地面上, 并将脚架踩实;在测量时, 采用“后、前、前、后”的观测顺序, 计算出两次高差的平均值可消除或减弱仪器下沉的影响;其次建议学生对水准尺非常熟悉后再进行正式测量, 可以减少每个测站的观测时间也可减弱其影响。
水准尺下沉误差是指仪器在转迁过程中, 转点发生下沉, 使迁站后点的后视读数增大, 计算出的高差也增大。如图2, 测完第Ⅰ测站, 水准仪迁至转点TP1和转点TP2正中间, 水准点A处水准尺迁至转点TP2, 转点TP1处水准尺不动, 开始测量第Ⅱ测站的高差h12。由于地面比较松软, 学生没有在转点TP1处放置尺垫, 在测量第Ⅱ测站的时候, 转点TP1处的水准尺下沉, 测量出第Ⅱ测站的高差h12变大, 依此类推第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等后续测站高差都会出现类似问题, 计算出A、C间的高差hAC变大。针对水准尺下沉误差, 可以采取往返测, 往测的高差增大, 返测高差减小, 最后取往返高差的平均值, 可以减弱水准尺下沉的影响。其次最有效的方法是采用尺垫, 在转点TP1、TP2处放置尺垫, 并将其踩实防止水准尺在观测过程中下沉。
4 结束语
水准测量实习中除了以上三种常见的误差, 导致测量误差出现的原因也有其他方面, 比如仪器工具导致的误差有:望远镜视准轴不平行于水准管轴, 圆水准气泡不严格居中;水准尺刻划不均匀、尺长发生变化、尺子弯曲等;操作人员操作不当出现视差, 外界的天气状况是否有雾、温度太高或太低都会导致误差。因此, 误差是处处存在的, 是不可避免的。要想减小测量误差, 一定要做到经常校检仪器, 熟练仪器操作, 提高各种仪器的观测速度, 严格按照测量要求正确操作, 测量员与立尺员、记录员之间的密切配合, 才能提高测量精度和效率。
参考文献
[1]李晓东.浅谈水准测量中的误差, 科技创新导报[J].2010.
[2]莫南明编著.建筑工程测量实训教程[M].重庆大学出版社, 2007.9.
测量误差研究 篇8
关键词：高速摄影,运动分析系统,误差
0 概述
高速摄影运动分析系统是利用摄影手段对被测对象进行连续高速拍摄, 并据此进行运动参数分析的专用设备, 完成高速拍摄的设备称为高速摄影机。高速摄影机的拍摄速率可高达每秒数千帧、数万帧乃至数十万帧;最初的高速摄影机使用摄影胶片, 称为胶片式高速摄影机, 近年来, 随着计算机技术和数字存贮技术的发展, 出现了采用数字存贮技术的数字式高速摄影机, 并因其使用方便, 使用成本低等优点得到迅速普及。
高速摄影运动分析系统的基本组成是:高速摄影机及其附件、控制分析计算机和运动分析软件, 各部分的作用如下:
(1) 高速摄影机及其附件:高速摄影机用于将研究对象以一连串图像的方式连续记录下来, 并将其存贮在内部存贮器中。高速摄影机的附件包括镜头、接线盒、灯具等, 在拍摄时起着辅助作用。
(2) 控制和分析计算机:该计算机用于控制数字式高速摄影机设定拍摄参数, 并完成拍摄和图像下载、传输和转换。同时, 配合运动分析软件, 该计算机还可完成被测对象的运动参数分析。
(3) 运动分析软件:运动分析软件是一种特殊的计算机软件, 它根据高速摄影机的拍摄结果, 利用图像分析技术得到图像上运动目标的运动参数, 这些参数包括:时间、线位移、角位移、线速度、角速度、线加速度、角加速度等。
1 高速摄影运动分析的特点
目前, 胶片式高速摄影机已经退出历史舞台, 已被数字式高速摄影机所取代。数字式高速摄影运动分析系统的特点是数据直观、可视、便于回放观察, 实现了与运动目标的无接触测量, 尤其可以进行多目标、多运动参数的同步测量, 且具有很强的抗干扰能力。
2 高速摄影运动分析系统测量误差的主要来源
高速摄影运动分析的误差主要来自以下几个方面:
2.1 时基误差
模拟式高速摄影机的时基误差取决于胶片走片机构的运动误差、主轴马达的运动稳定度。而数字式高速摄影机由于采用了频率高达数十兆赫兹的高精度晶振作为其时间基准, 时间精度非常高, 以Kodak EKTAPRO RO-Imager型高速摄影机为例, 其时间误差仅为10-7S, 新型数字式高速摄影机的时基误差更低至10-8以下;因此, 数字式高速摄影机的时基误差可以忽略不计。
2.2 摄影器件的感光灵敏度
感光灵敏度是衡量摄影机质量的重要指标之一, 定义为单位光照强度入射在摄影感光器件产生的输出量, 单位为μA/Lx, 感光灵敏度越高, 获得期望的信噪比输出所需要的辐射照度越小, 在同样的环境照度下就能够获得较好的图像亮度, 或者说得到预期的图像亮度所需要的照度越小。较高的灵敏度可使摄影机获得高亮度的图像, 这对运动分析是非常重要的。
2.3 信噪比和动态范围
信噪比定义为器件的有用信号与噪声信号之比, 动态范围的定义为感光器件饱和信号电压与噪声电压的均方根值之比;两者都用分贝表示:
信噪比=20log (信号/噪声)
动态范围=20log (饱和信号电压/RMS噪声电压)
动态范围反映了摄影机的工作照度范围, 信噪比则影响着图像的成像质量, 两者越高, 所获得的图像的质量越高;反之, 图像的信噪比越差, 噪声信号就会大量出现, 干扰正常信号, 从而给运动分析带来困难并加大测量误差。
2.4 分辨率
像素是数字图像的基本单位, 图像分辨率的大小直接影响到运动分析的位置精度。分辨率越高, 像素间距越小, 目标点的定位精度越高, 因此分析精度越高。
2.5 拍摄速率
即摄影机在单位时间内拍摄的帧数, 单位FPS (Frames Per Second) 或帧/秒, 对应于数字信号处理里的采样频率。拍摄速率越高, 则对运动位置的分辨能力越高, 对应的曝光时间越短, 要求的光照条件越高。在实际拍摄时应选用合适的拍摄速率, 过高的拍摄速率可能导致速度微分处理时的误差效应;过低则帧间隔过大, 会过分损失目标运动的细节和位置精度。
2.6 环境光照
合适的光照是良好的拍摄效果的前提和必要保证, 光照过低则图像画面昏暗、噪声加大, 无法观察和分析;反之, 如果光线太强, 则会出现过渡曝光, 损失图像的细节, 也不便于观察和运动分析。
2.7 聚焦清晰度
调整物距可获得较好的图像清晰度, 但如果聚焦不良, 则画面模糊不清, 增加了确定目标位置的难度, 因而影响分析结果。
2.8 曝光时间 (快门速度)
曝光时间是每一帧图像拍摄时快门的开启时间, 它与拍摄帧速率、目标运动速度等参数密切相关。使用合适曝光时间是使运动目标得到清晰成像的前提。曝光时间过长, 目标物会在画面上留下虚影或叫拖尾, 直接增大分析结果的误差;曝光时间过短, 则图像曝光不充分, 画面暗淡不清, 无法进行分析。
2.9 光圈
光圈是调节控制镜头光线通径的装置, 光圈的大小决定了单位时间内的曝光量。因此, 在照度有限的情况下, 较小的光圈可以得到较亮的图像效果。但光圈同时控制着成像的景深, 光圈越小则成像清晰的前后范围越大, 反之则越小。
2.10 视野 (或取景范围)
视野大小与物体成像的尺寸成反比。视野太小时, 虽然可以得到较大的目标图像, 像素距离较小, 相对应的位置精度较高, 但无法得到较大的运动分析范围;视野太大时, 可以统全局, 有着较大的运动分析范围, 但像素距离大, 对应的位置精度较低。因此在拍摄时要根据实际需要, 选择合适的取景范围。
2.11 镜头光学轴线与目标运动平面的垂直度
正常情况下, 摄影镜头的光学轴线应与被测目标的运动平面处于垂直关系。如果发生倾斜, 由于透视原理的存在, 成像的不同部位将会有不同的形状比例, 由此给测量结果带来误差。
2.12 摄影球面位置误差
球面误差是摄影所固有的系统误差, 原因是因为摄影机在拍摄时, 将距离摄影镜头相同的位置的球面景象投影到成像平面。由于一般摄影时视野有限, 物距较远, 因而不易觉察, 但在进行近焦拍摄和广角拍摄时, 其造成的变形非常明显。
3 减小测量误差的方法
根据上述分析结果, 可有针对性地采取措施, 以减小高速摄影测量误差。下面结合实际测量经验, 给出一些减小误差的方法和建议:
3.1 选择像素分辨率高的高速摄影机, 并根据测量目标的运动范围调整视野, 尽可能提高图像的物理分辨率
高速摄影机的像素分辨率越高, 则对于同一摄影视野, 其物理分辨率也越高;同时, 选择合适的摄影视野 (即摄影宽度和高度) , 在被测目标点及其运动范围全部被包络的基础上, 尽可能缩小视野, 可充分利用摄影机的像素分辨率, 从而使实际拍摄的物理分辨率达到最佳。
3.2 增加环境亮度并减小光圈, 提高目标区域的亮度, 并调整曝光时间和焦距, 以获得最佳的成像质量
增加环境亮度可提高成像亮度, 减小光圈可进一步提高成像亮度, 通过调整曝光时间和焦距, 可依获得最佳的成像质量, 即:适宜的亮度, 清晰的图像。同时, 小光圈可获得较大的景深, 对于运动分析来说, 大景深有利于对复杂目标上的各点取得较好的清晰度。值得注意的是:目标点的亮度并不是越高越好, 适宜的目标点是其边缘清晰, 内部灰度均匀, 周围无明显噪点, 整体不出现曝光过度。
3.3 保持摄影光轴与目标运动平面垂直
摄影光轴与目标运动平面部垂直, 将导致目标在运动平面内的相同距离在成像平面内的投影距离不一致, 从而产生测量误差, 且此误差大小和方向随目标所处的位置不同而不同。因此, 不可为了调节拍摄范围的需要而使摄影光轴倾斜。
3.4 尽可能远的拍摄距离
如前所述, 拍摄距离过近, 其球面效应越明显, 测量误差越大, 因此, 在保证拍摄范围的条件下, 应尽可能将拍摄距离调远。
4 结语
数字式高速摄影机因其在运动分析上的显著优势而得到广泛应用, 但由于其测量方法的特殊性, 使得其在许多方面会产生测量误差, 因此, 根据测量误差产生的原因对测量过程中进行控制, 可依有效减小测量误差。
参考文献
[1]薛以平, 曾勇.现代摄影教程[M].中国建筑工业出版社, 2008, 9.
[2]杨再华.摄影测量的动态测量应用[J].电子机械工程, 2008, 2.
测量学误差传播定律的研究综述 篇9
测量学误差传播定律是测绘科学基本的、简单的定律, 但作用较大, 比如测量规范中, 水平角观测的限差确定, 导线闭合差的限差确定, 水准测量线路的限差确定, 等等, 都可以利用误差传播定律做到[1]。此外, 研究误差传播定律, 还可以较好地解决一些测绘问题或解决较难的测绘问题[2,3,4,5], 丰富和发展测量学教材误差理论, 因此, 尽管我们在误差传播定律方面取得了可喜的成果, 仍然需要进一步研究。
2 测量学误差传播定律的研究成果
2.1 测量学误差传播定律认识的问题
测绘界部分人对于误差传播定律存在一个错误认识, 认为随机变量X的函数Y=X+X与Z=2X的中误差不相等[6,7]。设X的中误差为m, 他们得出Y的中误差为Z的中误差故认为但是他们的推导是错误的, 因为Y和Z的方差DY和DZ满足故Y和Z的方差相等, 中误差也相等[8,9]。目前测绘界对于随机变量X的函数Y=X+X与Z=2X的中误差是否相等这个问题基本统一了认识, 但还有个别人没有注意, 如2010年的文献所示[10]。
2.2 测量学误差传播定律的常规应用解决实际问题
设观测向量L= (L1 L2 ...Ln) 的方差为D, 则函数的中误差[11]利用该公式可以解决许多实际问题, 如:文献[12]利用误差传播定律研究了改进的方向线偏移法测基坑水平位移的精度 (该文的失误已在《工程勘察》2009年12期的83页做了更正启示。) , 文献[13]利用误差传播定律研究了In SAR测高的精度, 文献[14]利用误差传播定律研究交通线路上任意点对应中桩精度的一些问题, 等等。
2.3 测量学误差传播定律的常规应用解决测量规范
这方面的例子很多, 如文献[1]利用误差传播定律, 分析了水平角观测的限差、导线闭合差的限差以及水准测量线路的限差, 等等。这里简单介绍文献[15]利用误差传播定律研究水准测量i角的限差。它认为i角误差为其限差为 (各字母含义见文献[15]) , 它们都与检验时两根标尺的距离有关。同一台仪器, 检验时距离不等, 则容许的i角限差是不应该相同的。但我国水准测量i角限差规范是不考虑随着检验时两根标尺的距离而变化 (“规范规定, 用于一、二等水准测量的仪器i角不得大于15″, 用于三、四等水准测量的仪器i角不得大于20″, 否则应进行教正。”[16]) , 故是不合理的, 需要修改。
2.4 将测量学误差传播定律由显函数扩展到隐函数并应用于实践
设观测向量的方差阵为D, 若隐函数
满足则变量Z中误差为[11]其中若不满足可把当成新的同理可得变量Z的中误差, …。这就是隐函数的误差传播定律, 利用它可以较好地解决一些测绘问题或解决较难的测绘问题。文献[11]利用隐函数的误差传播定律解决了直线与缓和曲线交点的精度;文献[3]利用隐函数的误差传播定律较好地给出了In SAR测高的精度公式。
2.5 将测量学误差传播定律由一次项扩展到二次项并应用于实践[4]
前面的误差传播定律公式都只含一次项, 因此, 对于精度要求较高的情况, 很有必要考虑二次项, 文献[4]较好地作了扩展并应用于实例。设观测值的函数则Y的方差为观测值独立可得含有二次项的公式观测值相关可得含有二次项的公式 (本小节各字母含义见文献[4]) 。
3 测量学误差传播定律的研究发展
测量误差研究 篇10
随着高精度注塑技术的发展, 小模数 (0.1mm≤m≤1mm) 齿轮“以塑代钢”成为潮流, 由于其具有成本低、质量轻、传动噪声小、生产批量大等特点, 被广泛用于IT、家电、玩具、仪表等领域[1,2]。小齿轮的测量一直是齿轮测量领域技术难题之一, 小模数塑料齿轮由于齿槽空间小、轮齿刚度差, 使用传统的接触式测量仪器很难进行测量。机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。应用机器视觉的检测技术属于非接触检测技术, 被广泛地应用于在线检测和高精度、高速度检测领域[3]。因此, 该项技术在国内外已被广泛的研究[4,5,6]。
齿轮整体误差测量技术是我国首先提出来的, 所谓齿轮整体误差测量法, 就是将每一个齿的齿形误差以及所有各个齿的相互 (即分度间隔) ) 误差, 用整体误差曲线图形反映出来, 这样便于分析各个单项误差以及它们之间的相互关系, 从而对齿轮的工艺过程进行研究。本文中主要讨论了如何基于齿轮整体误差测量法, 发挥机器视觉技术的优势, 寻求解决小模数塑料齿轮质量检测这一技术难题的有效途径。
2 测量系统组成及工作原理
齿轮视觉检测系统与典型的工业机器视觉系统类似, 由成像系统 (CCD或CMOS摄像机) 、光源系统、计算机、数据采集、传输和处理系统等部分组成, 系统结构组成如图1所示。
齿轮视觉检测系统工作过程及原理为:将被测齿轮置于检测平台上, 使用照明系统进行照明, 被测齿轮经过光学系统后成像于CCD或COMS的感光阵面上, 面 (线) 阵CCD或COMS将被测齿轮转换成图像信号, 传送给以计算机为核心的图像处理系统。齿轮图像经过二值化、边缘检测等一系列图像处理后, 即可获得齿轮齿廓, 据此通过计算机分析计算出齿形偏差。最后将检测结果进行反馈, 控制分拣装置剔除不合格的齿轮。
3 小模数塑料齿轮视觉检测关键技术
3.1 照明系统
照明系统是小模数塑料齿轮视觉检测的关键技术之一, 为了获得优质的图像, 必须选择合适的照明光源, 以突出被测部分的对比度[7]。经过对比实验和分析, 本课题采用均匀背景光源进行照明, 均匀背景光源常被应用于尺寸测量等场合。该照明方式是将被测齿轮置于数字摄像头与光源之间, 从背面进行照明。被齿轮遮挡的部分形成阴影, 齿轮轮廓特别突出, , 可方便后续处理, 缺点是不能获得表面细节。图2a, b分别为采用普通前光照明和均匀背景光源照明方式采集的齿轮图像。
3.2 测量基准
应用机器视觉技术进行非接触式测量与传统接触式测量一样, 首先要确定测量基准[8]。齿轮的几何中心 (一般为中心孔的圆心点) 即为齿轮测量的基准。由于径向尺寸小, 小模数塑料齿轮的中心孔形状一般为圆形 (见图2b) 、半圆形或旋转对称形状 (见图2c, d, e) 等, 没有常见的带键槽孔。。由于照明的原因, 在齿轮与轴一体的情况下, 只能通过齿廓曲线来确定测量基准 (见图2e) 。具体测量基准求取算法见下节。
3.3 图像处理算法
应用机器视觉技术进行小模数齿轮误差测量的核心是图像处理算法, 具体图像处理算法主要包括图像预处理、边缘检测和齿轮误差处理、、分析算法三部分。按流程可分为图像处理、求解基准和误差测量三步 (软件流程图见图3) 。
齿轮图像处理算法主要包括:滤波、边缘检测、亚像素细分等。由于干扰因素不可避免的存在于图像的采集、传输等过程中, 因此图像中带有一定的噪声。为了降低噪声水平并保留图像边缘和细节, 首先对图像采用快速中值滤波处理[9]。在完成滤波处理后, 使用最大方差阈值法进行二值化处理, 得到黑白二值图像, 将齿轮与背景分离开来。此时, 使用常规重心法可求解得到齿轮几何中心的估算位置。接下来对二值化后的图像进行腐蚀处理, 将齿轮齿廓和内孔的边缘提取出来 (见图2c, d, e, f) , 然后依据Canny准则进行精确的边缘检测[10]。依据几何中心的估算值, 对检测出的边缘点使用哈夫变换计算得到较为精确的测量基准。最后, 对边缘点进行亚像素细分处理, 提取精确的边缘信息。并据此应用最小二乘法精确计算测量基准。在精确计算出齿轮测量基准后, 即可根据齿廓边缘对齿轮误差进行测量。
3.4 齿轮误差检测原理
应用机器视觉技术测量齿轮端面误差, 属于直角坐标测量系统下的逐点坐标测量法。逐齿坐标点测量是将被测齿轮置于某选定的平面坐标系中, 逐齿测出齿轮端面上各采样点的坐标值, 顺序排列并绘成误差曲线。如前所述, 在测量前首先要确定被测齿轮的几何中心 (测量基准) , 并使其与坐标原点重合。假设第一个齿的渐开线起点为p, 直角坐标为 , 则第N个被测齿面上的某个坐标点为Q (x, y) 。逐齿测出各齿端面上的一系列点的直角坐标值, 并换算成端面法向值, 再与相应齿廓理论位置的坐标点进行比较, 求出各点的误差值f (端面法向) 为:
由求得各点的f值后, 经过转换, 便获得端面误差曲线。
4 测量实验及结果分析
本系统采用线阵CCD扫描法成像, 标定系数:0.04238mm/像素, 图像大小:640*640像素。计算机CPU主频:2.7GHz, 内存:2GB, 程序计算时间小于0.2秒。实验对12个小塑料齿轮进行检测, 齿轮参数为:齿数z=38, 模数m=0.5mm。测量结果见表1。
由上述实验结果可以得出:采用机器视觉技术对小模数塑料齿轮进行在线检测, 效率非常高, 可以满足在线检测的要求。但测量结果也受到各种因素的影响, 主要有以下两方面的因素: (1) 硬件方面:摄像设备的分辨率, 测量精度主要取决于它;照明系统不均的光照;成像系统的光学畸变;摄像头成像平面与被测齿轮表面不完全平行以及环境中的碎屑及灰尘等。 (2) 软件方面:边缘检测算法的定位精度;测量基准的计算精度等。由于上述因素的存在, 也就解释了实验测量结果绝对误差较大的原因。
5 结论
本文主要探讨了应用机器视觉技术对小模数塑料齿轮进行误差测量的相关技术。虽然存在不能测量多联齿轮和斜齿轮等不足, 由于视觉检测技术具有效率高, 非接触等特点, 综合考虑测量精度、效率和经济性等因素, 在软、硬件方面做进一步的研究, 如采用高精度线阵CCD和远心镜头, 则完全可以满足小模数塑料齿轮的在线检测要求, 将是解决小模数塑料齿轮质量检测这一技术难题的有效途经。
参考文献
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[9]张景辉.基于机器视觉的直齿圆柱齿轮测量系统的设计与实现[D].天津:天津大学, 2006.
水准测量误差分析及控制方法探讨 篇11
【关键词】水准测量；误差；分析；控制
由于施工单位对质量的要求越来越越高，对水准测量的误差来源以及控制分析越来越重要。在勘察的过程中可以对可能出现的问题更好地把握，使得分析研究更加具有针对性和方向性，有利于水准测量的顺利实施和完成，保证测量结果更加可靠。
一、仪器误差分析及控制方法
（一）视准轴与水准轴不平行的误差
水准仪的视准轴与水准管轴不平行，在垂直面上投影的交角称为i角。虽然经过校正，但两轴完全保持平行是困难的，仍然会存在少量的残余误差。因此造成水准管气泡居中，水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差。这种误差与视距长度成正比。 在控制方法方面，可以利用中间法或者距离补偿法来消除测量误差，中间法是指前后的视距相等，立尺人发挥着重要的作用，在对测量的距离进行测量后开始立尺，使得测量过程更加简单有效。距离补偿法要求前视距离和与后视距离总和相等，在实施上具有一定的难度，没有中间法简单易行。
（二）水准尺误差
水准标尺的误差包括三个方面，分别是尺长误差和刻划误差以及零点差。其中尺长误差是指尺子的长度不准确带来的误差，刻划误差是由于尺上的分化不均匀产生的误差，零点差是由于零刻划位置不精准造成的误差。首先水准尺的分划不精确、尺长发生变化、尺身弯曲都会给读数造成误差。此外，由于水准尺长期使用导致尺底端零点磨损，或者是水准尺的底端沾上泥土改变了水准尺的零点位置。因此，在对于精密程度较高的水准测量上，一定要选择刻划误差以及尺长误差较低的标尺并且交叉使用，在测段站数目方面设为偶数，这样可以有效地避免对零点差的影响，从而大大的提升测量的精度。
二、观测误差分析及控制方法
观测误差是与观测过程有关的误差项，主要因为观测者自身素质、人眼判断能力及仪器本身精度限制所导致。因此，要减弱这些误差项的影响，要求测量工作人员严格、认真遵守操作规程。
（一）水准管气泡的居中误差
由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，与视线长度成正比。根据公式m居=0.1·τ·S/ρ，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20″，视线长度S为75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，此误差可以消除。
（二）水准尺倾斜的影响误差
水准尺倾斜误差是测量过程中常见的问题，也是常常被忽略的部分。在测量的过程中水准尺发生倾斜时，如果只是水平上的倾斜很容易被察觉出来，而一旦倾斜的方向和视线方向同步的话很难被发现。水准尺的倾斜会使得观测在读数上产生误差，并且使读书结果超过正常的测量水平。这是由于水准尺的倾斜角以及尺上数字的大小决定的，倾斜角和读数越大，对读数的影响就越大，反之，倾斜角和读数越小，对读数的影响就相对越小。要想有效的避免水准尺的倾斜误差，还应该关注立尺的环节，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。
（三）照准标尺分划误差
照准标尺分化误差是指在测量的过程中造成的观测尺像与十字丝平面不重合，如果观测时眼睛所处的位置不同，相应的读数也会产生不同程度的差异，造成观测误差。要想有效的避免照准标尺分化误差，在观测的过程中应该仔细的调整物镜对光，提高可见效果。在一些专业领域的测量中还运用到了光学测微器，可以最大程度的读取标尺上的读数。
（四）估读水准尺的误差
水准尺估读毫米数的误差大小与望远镜的放大倍率以及视线长度有关。在测量作业中，应遵循不同等级的水准测量对望远镜放大倍率和最大视线长度的规定，以保证估读精度。
三、外界条件影响的误差分析及控制方法
（一）仪器下沉误差
仪器安置在土质松软的地方，脚架如未踏实，在观测过程中，仪器受自重和人在周围走动的影响，往往下沉。如果观测程序是先后视再前视，则前视读数变小，高差增大。这种误差对总高差的影响是积累性的，往返测取平均值则可抵消一部分的影响。为了减少仪器下沉对水准测量的影响，应选坚实的地点安置仪器，脚架要踏实，观测速度要提高。仪器下沉误差的影响在春暖化冻或沼泽地区尤其应当注意。
1.仪器下沉（或上升）所引起的误差。仪器下沉（或上升）的速度与时间成正比。为了减弱此项误差的影响，可以在同一测站进行第二次观测，而且第二次观测应先读前视读数，再读后视读数，取两次高差的平均值。
2.水准尺下沉（或上升）引起的误差是指仪器在迁站过程中，转点发生下沉（或上升），使迁站后的后视读数增大（或减小），算得的高差也增大（或减小），往测和返测时水准尺下沉（或上升）量是相同的，由于误差符号相同，而往测和返测高差符号相反，因此取往测和返测高差的平均值可消除其影响。
（二）转点下沉误差
和仪器下沉原因一样，为了减少这种误差的影响，应选坚实处做转点；使用尺垫时，要用力踏实，观测过程中保护好转点位置。同样也可取往返观测结果的平均值来抵消一部分的影响。
（三）温度的变化造成误差
水准测量通常是在是在室外进行的，测量环境的温度变化大，对测量的精度会产生一定的影响。在测量的过程中，温度的变化与标尺读数是成反比变化的。在前后距离保持相等的条件下，i角与温度变化成正比。如果读数的间隔保持不变可以有效地消除i角对读数的影响。因此，在观测顺序的选择上应该根据不同等级的水准测量做出，在测量的过程中尽量保持温度不要太大幅度的变化，并根据客观的环境制定详细的检测方案。
（四）大气层折光的影响
由于愈靠近地面空气密度愈大，视线通过不同密度的介质而产生折射，所以实际上视线并不水平而是呈弯曲状，这就是大气折光的影响。在平坦地区测量，如果前、后视距离相等，距离地面的高度也大致相同，则折光影响相同，视线弯曲程度也相同，在高差计算中就可以消除这种误差影响。当水准测量通过一个较长的坡度时，由于前视视线离地面的高度总是大于（或小于）后视视线离地面的高度，这时，垂直折光对高差就会产生系统性质误差影响。为了减弱垂直折光对观测高差的影响，应使前后视距尽量相等，并使视线离地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时也应适当缩短视距。
四、结语
总之，测量中操作熟练，提高观测的速度，采取规范的办法，严格执行正确步骤，才能得到正确的结果。水准测量中我们应该对各环节中可能产生的误差加以注意，运用正确有效的控制方法消除或减弱误差，这样才能提高测量准确性。
参考文献：
[1]武汉测绘科技大学编写组.测量学[M]北京：测绘出版社1996.
测量误差研究 篇12
1 电工仪表测量误差来源以及相关介绍
电工仪表的误差是很常见的,无论是教授或是员工,有时对一些测试结果也感到难以理解。从误差理论上来讲,误差按照性质可分为偶然误差和系统误差。但主要的误差主要存在于系统误差。电工实验中主要存在的系统误差主要可以分为以下几种。
1.1 工具误差
所谓的工具误差也就是测试仪器本身存在着一定的故障或者缺陷,继而产生的误差。尤其是各种电表,例如电压表、电流表会由于出厂质量不合格,或者没有正确校表而产生的实验误差,这类误差的误差对实验的结果有着很大的影响。
1.2 装置误差
装置误差是由于电路安装或者是测量设备的安装与装配出现问题,导致产生了不佳的影响效果,进而影响实验的测量准确性,也会给实验结果带来较大误差。
1.3 外界误差
外界误差,又名环境误差。往往在实验过程中,会受到周围环境的影响,诸如温度、湿度、电场强度、磁场强度等。都会对实验有着一定的影响。
1.4 方法误差
又名理论误差,就是指测量方法的应用不当或者测量过程不严密,此类误差经常出现于学生的实验当中。都源于对实验原理以及测量仪器的使用方法掌握不足所导致的。
1.5 附件误差
人们在试验中有时会为了创造一些必要条件,会借助各种辅助物来进行测量过程。如电表中经常用到的转换开关、电源连接导线等所引起的实验误差即属于附件误差。
1.6 人员误差
人员误差仅局限于个人情况,由于每个人的生理上的最小分辨力有所差距,感官的敏感程度不同。部分操作人员缺乏必要的相关的专业知识、欠缺相关的工作经验、不具有强的分辨能力、以及不正确的操作习惯都会导致实验的测量数据出现误差。
2 电工仪表测量误差的特点
在实验过程中,往往会遇到各种的实验误差,但我们也必须明确,不同的误差原因,进而导致的电工仪器的测量误差的特点也是截然不同的。系统误差所呈现的数据往往是经过推算演练的,有着一定的规律可言的,当然这种实验误差也不是能只通过测量次数的增加,就能减少或者避免相应的误差的。这就需要专业的数据分析人对相关的实验数据进行进一步的分析与研究,进而初步掌握了测量数据的变化以及规律,再通过进一步的分析、研究,采取相关对应的措施对测量数据以及测量结果进行检查、修正。众所周知,偶然误差是无法避免的,因为偶然误差的个体数据存在这一定的偶然性与随机性。但是还是有一定的规律的,其整体呈正态分布曲线规律。因此,偶然误差具有诸如有界性、对称性、以及单峰性等特点。有界性指的即是在一定的实验基础之下,进行严格慎密的测量条件之下得到的数据。这些数据在偶然误差的基础下均不会超过一定的最高限度。而对称性则指的是在一定的测量数据前提之下,随着测量次数的增加,偶然误差所产生的数据绝对值呈现一定的对称结构,数据出现的概率也呈现一定的对称性。单峰性则指的是也是在相同的测量环境与测量基础之下,进过多次测定,并由实验数据来分析。就会发觉绝对误差较小的数据出现的概率远远大于据对误差较大的数据。但同时也必须重视疏失数据的误差结果,其出现属于不正常的测量现象。这种情况下,数据就不再具有准确性、代表性,不能作为实验结果评论的根据。所以说,实验数据的准确性十分的重要。
3 减少或消除电工仪器的测量误差的相关措施
3.1 选择合适的测量仪器以及正确的测量方法
在我们的实验过程以及测量过程之中,如若欲使测量数据更加具有可靠性和可信性,首先应该确保的是客观因素能够得到人为的有效控制。其中包括必须严格落实测量人员的测量工作的进行,同时相关的技术人员也必须要有严格的技术要求。以求合理全面的测量与分析,同时配合合适的测量方法,根据实际的真实有效的测量结果,将测量结果的准确性进一步挺高。也应根据实际的工作需求将对测量环境等能影响测量仪器的相关客观因素排除。
3.2 提高测量人员的专业知识和技术水平
为了避免或者减少在测量工作进行时由于人为因素导致测量数据出现误差,对相关的测量人员进行专业知识和专业技能培训是很有必要的。测量单位需要在测量人员上岗之前对其进行岗前培训,符合国家和企业的上岗之前的技能要求之后,测量人员才能进行上岗工作。对于专业知识和专业技能相当熟练的测量操作人员,需要在工作期间定期的对他们进行岗位培训,向他们传达最新的国家或者企业关于测量工作的规定和要求,避免出现由于违反相关法律法规或者制度而出现测量事故。企业还可以送相关的测量人员去其他企业或者国外的一些企业进行培训和学习,学习国外或者其他企业的先进技术,适用到实际工作当中,为企业的测量工作做出贡献。
3.3 采用合理的科学的方法来进行替代
对于实验过程之中,如若我们遇到诸如系统误差一类的不可避免的误差,那么,我们应该怎么做,那就需要我们对相关的科学技术有一定程度的了解,对相关的仪器与实验原理的熟练掌握,只有这样,才能经量避免偶然误差的出现,甚至避免或杜绝。这也就需要相关的数据分析人员能到运用科学的方法,来对测量数据进行处理和替代,这同时也是对相关技术人员的考核,只有拥有强硬的技术,拥有一定的专业层次的技能,才能将此种特殊的替代方式做好。但是替代同时也需要控制在一定的范围之内,不能单单为了数据,而弄虚作假,这也就失去了数据所应具有的真实性。同时如果只是掩盖数据当中所体现出来的风险,那么可能会带来实验之中的巨大隐患,更可能会引起更多风险事件的发生,造成危险或者不可挽救的实验事故。
结束语
在电工测量中,虽然随机误差和系统误差都存在,但主要是系统误差。系统误差的处理是测量技术问题,虽然其有规律,但实际处理起来较困难。而且系统误差不能通过对测量数据的概率统计办法来消除或减弱,也不能象随机误差那样得出一些普遍的通用处理方法。而只能针对具体情况采取不同的处理方法这就很大程度上取决于实验者的经验和技巧。这就需要我们对相关的技术人员进行严格的筛选与评定,这样才会保证测量过程及测量数据能够更具说服力。当代社会中,随着社会科学不断的发展与进步,以及人们生活水平的提高,都离不开电的供应,所以电力的相关测量以及误差排除应得到我们的充分重视。
摘要：自改革开放以来,我国一直本着以科学技术为第一生产力为原则来进一步实行“科教兴国”的兴国战略。因此科学技术以及人才受到了人们的广泛关注,特别是电力电器能源方面,电力设备的使用安全问题。
关键词：电工仪表,误差分析,消除措施
参考文献
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