全站仪性能评估与预警系统的设计与实现：一种模糊综合评价方法的应用

石磊; 王冠军; 李娟; 余芳; 金汉乐; 刘黎霞; 谭鋆; 李启雄; 肖引

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0111

全站仪性能评估与预警系统的设计与实现：一种模糊综合评价方法的应用

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0111

石磊^1,,
王冠军¹,
李娟²,
余芳³,
金汉乐⁴,
刘黎霞¹,
谭鋆³,
李启雄¹,
肖引¹

1.
宜昌市计量检定测试所，宜昌443000
2.
三峡公共检验检测中心，宜昌 443000
3.
中国长江电力股份有限公司，宜昌443000
4.
三峡大学理学院，宜昌443000

基金项目: 湖北省市场监督管理局技术保障项目（Hbscjg-JS2021002）

详细信息

作者简介:
石磊（1975-），湖北省宜昌市计量检定测试所正高级工程师，研究方向：计量检定校准检测、质量检验等，邮箱：284943726@qq.com

中图分类号: TB9
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2024-04-03
- 录用日期: 2024-04-09
- 修回日期: 2024-06-04
- 网络出版日期: 2024-06-27

Design and Implementation of Total Station Performance Evaluation and Early Warning System: Application of a Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

1.
Yichang Metrological Verification and Testing Institute, Yichang 443000, China
2.
Three Gorges Public Inspection and Testing Center, Yichang 443000, China
3.
China Yangtze Power Co., Ltd., Yichang 443000, China
4.
College of Science, China Three Gorges University, Yichang 443000, China

摘要

摘要: 计量机构在对计量器具进行周期检定过程中会产生大量的检定数据，这些数据蕴藏的巨大的经济社会价值尚未得到充分开发利用。目前，计量器具性能评价还停留在对于单台仪器质量或计量性能的评价阶段。以全站仪检定产生的海量数据为研究对象，提出了一种较为通用的计量器具性能评价及失效预警的方法。首先对全站仪检定数据进行数据分析处理，其次利用TOPSIS法对单台全站仪的性能进行综合评价，然后利用Vague集决策理论对各生产厂家的全站仪质量进行总体评价，再根据最大允许误差和斜率法对全站仪的有效性进行预警分析，最后基于此方法搭建计量器具性能评价及失效预警系统。通过对实际全站仪检定数据展开实验，开发出来的计量器具性能评价及失效预警系统有效实现了全站仪的性能评价及失效预警。
- 计量学 /
- 全站仪 /
- 性能评价 /
- 失效预警 /
- 系统设计 /
- 计量机构
Abstract: Measuring institutions generate substantial verification data during periodic inspections of measuring instruments, but the immense economic and social value hidden within this data remains largely untapped. Currently, the evaluation of measuring instrument performance is limited to assessing the quality or metrological performance of individual instruments. This study proposes a generalizable method for evaluating the performance and predicting the failure of measuring instruments, using the vast amount of data generated from total station verifications. The process begins with analyzing and processing the verification data of total stations. Subsequently, the Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) method is employed to comprehensively evaluate the performance of individual total stations. The Vague set decision theory is then utilized to assess the overall quality of total stations from various manufacturers. Early warning analysis of the total stations' validity is conducted using the maximum permissible error and slope methods. Finally, based on this methodology, a system for measuring instrument performance evaluation and failure early warning is constructed. Through experiments on actual total station verification data, the developed system effectively achieves performance evaluation and failure prediction for total stations.
- metrology /
- total station /
- performance analysis /
- failure early warning /
- system design /
- measurement institution

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图 1 TOPSIS法流程图

Figure 1. Flow chart of TOPSIS method

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图 2 全站仪性能评价流程图

Figure 2. Total station performance evaluation flow chart

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图 3 失效预警流程图

Figure 3. Failure warning flow chart

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图 4 全站仪Q1的预警趋势图

Figure 4. Warning trend chart of total station Q1

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图 5 全站仪Q2的预警趋势图

Figure 5. Warning trend chart of total station Q2

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图 6 系统功能结构图

Figure 6. System functional structure diagram

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图 7 系统设计结构图

Figure 7. System design structure diagram

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图 8 计量器具数据展示图

Figure 8. Data display of measuring instruments

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图 9 计量器具性能评价展示图

Figure 9. Performance evaluation diagram of measuring instruments

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表 1 TOPSIS法的评价指标类型

Table 1. Types of evaluation indicators for TOPSIS method

指标类型	描述	举例
极大型指标	指标越大越好	成绩、利润、GDP等
极小型指标	指标越小越好	误差、成本、耗时等
区间型指标	指标处于某个区间最好	温度、体温、师生比等
中间型指标	指标接近某个中间值最好	水质PH值

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表 2 全站仪检定信息

Table 2. Verification information of total station

序号	检定项目	检定结果
1	外观及一般功能检查	合格
2	基础性调整与校准	合格
3	水准器轴与竖轴的垂直度	<10"
4	望远镜竖丝铅垂直度	合格
5	望远镜视轴对横轴的垂直度	+2.5"
6	照准部旋转正确性	合格
7	横轴误差	−6.1"
8	竖盘指标误差	−0.5"
9	照准差	+3.0"
10	倾斜补偿器零位误差	合格
11	倾斜补偿器补偿范围	3′
12	倾斜补偿器补偿精度	3"
13	对中器的对中误差	<1 mm
14	一测回水平方向标准偏差	0.45"
15	"距离测量发射、接收、照准三轴关系的正确性"	合格
16	距离测量分辨率	合格
17	测距加常数及标准差	"K=−3.0 mm，Mk=±0.57 mm"
18	测距乘常数及标准差	不显著
19	测距综合标准差	a=1.6 mm，b=1.3 mm/km
20	距离测量的重复性	<0.3 mm

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表 3 全站仪数据分布情况

Table 3. Total station data distribution

评价数据量	评价表计数量	评价厂家数量
970	322	10

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表 4 计量器具综合评价的部分结果

Table 4. Partial results of comprehensive evaluation of measuring instruments

生成厂家	出厂编号	与正理想解的距离	与负理想解的距离	综合评分	排名
TP	93794	0.0583	0.2166	0.7878	25
TP	91756	0.0763	0.2048	0.7287	77
TP	141032	0.0608	0.2108	0.7761	33
TP	133475	0.1068	0.1772	0.6239	222
TP	121173	0.0954	0.1933	0.6695	159
NN	D002659	0.0736	0.2139	0.7440	66
NN	882195	0.1172	0.1559	0.5709	278
NN	841719	0.1171	0.1751	0.5992	253
NN	035142	0.0949	0.1899	0.6669	164
NN	034733	0.0828	0.1934	0.7002	124
GN	9A1428	0.1268	0.1604	0.5584	288
GN	9A0546	0.1212	0.1725	0.5874	266
GN	9A0189	0.1361	0.1496	0.5236	303
GN	8A9673	0.1207	0.1850	0.6051	241
GN	8A9605	0.1034	0.1841	0.6404	202

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表 5 生产厂家总体评价的结果

Table 5. Results of the overall evaluation of manufacturers

生产厂家	总体得分	排名	生产厂家	总体得分	排名
TE	100	1	NN	18.9291	6
LA	77.3002	2	SH	16.1852	7
TP	61.8460	3	SA	9.4774	8
TU	44.8718	4	GN	8.7017	9
SG	36.7647	5	KA	0	10

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表 6 不同方法的生产厂家总体评价的结果

Table 6. Results of overall evaluation of manufacturers by different methods

方法一		方法二		方法三
厂家	得分	厂家	得分	厂家	得分
TE	100	TP	100	TP	100
LA	77.30	LA	85.92	TE	98.32
TP	61.84	TE	84.83	LA	74.64
TU	44.87	TU	54.55	SG	61.88
SG	36.76	NN	45.16	TU	46.99
NN	18.92	SG	39.01	NN	33.33
SH	16.18	KA	31.56	GN	12.5
SA	9.47	SH	23.16	KA	9.75
GN	8.70	SA	9.75	SH	0.87
KA	0	GN	0	SA	0

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