探討全站儀的應(yīng)用和測(cè)距誤差的分析與檢測(cè)

摘 要：全站儀將光電測(cè)距儀、數(shù)據(jù)記錄以及電子經(jīng)緯儀融為一體，具有非常精確的測(cè)角和測(cè)距功能，其實(shí)用價(jià)值遠(yuǎn)大于經(jīng)緯儀坐標(biāo)法，常見(jiàn)于地下隧道施工、地上大型建筑等變形監(jiān)測(cè)和精密工程測(cè)量中。該文基于筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了全站儀的特點(diǎn)和應(yīng)用，同時(shí)闡述了使用全站儀測(cè)量時(shí)誤差產(chǎn)生的來(lái)源，分析探討了誤差原因和檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：全站儀 放樣測(cè)量 加常數(shù) 乘常數(shù)

中圖分類號(hào)：TU71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-0-01

全站儀又稱全站型電子測(cè)速儀，是把光電測(cè)距儀、電子經(jīng)緯儀、微電腦處理器融為一體，是集合了垂直角、距離、水平角、距離放樣、高差、面積量算等功能的測(cè)繪控制系統(tǒng)。它能夠自動(dòng)顯示測(cè)量結(jié)果，能和外圍設(shè)備交換信息。作為高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，全站儀擁有電子記錄、自動(dòng)化快速三維坐標(biāo)測(cè)量和定位功能、內(nèi)外業(yè)一體化、外業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集等多種自動(dòng)化流程，在測(cè)繪界備受歡迎。全站儀實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪工作的自動(dòng)化，減少了人工投入，提高了計(jì)算準(zhǔn)確性，有效提高了測(cè)繪工作效率。

1 全站儀特點(diǎn)及測(cè)量應(yīng)用

由于全站儀可以配合電子計(jì)算機(jī)使用，因此測(cè)繪工作的實(shí)效性得到很大提高，下面對(duì)全站儀的主要特點(diǎn)做具體描述：第一，測(cè)距速度極快；第二，簡(jiǎn)單的內(nèi)業(yè)計(jì)算；第三，高差對(duì)作業(yè)面的限制減少，全站儀的高差通常在150 m以內(nèi)，這個(gè)高差可以達(dá)到各種大中型工程的要求；第四，使用坐標(biāo)放樣時(shí)，放樣邊長(zhǎng)和角差會(huì)顯示在儀器屏幕上，簡(jiǎn)化了操作規(guī)程；第五，不需要鋼尺測(cè)量；第六，粗略放樣半徑大，可以到2000 m以上。雖然全站儀操作和使用比較方便，但是其工作條件受人為因素和地形限制較大。全站儀在測(cè)量方面，主要應(yīng)用于放樣測(cè)量、偏心測(cè)量、懸高測(cè)量和面積計(jì)算。

（1）放樣測(cè)量

放樣測(cè)量主要用于按照要求點(diǎn)，在實(shí)地上進(jìn)行測(cè)定。放樣測(cè)量主要包括懸高放樣測(cè)量、坐標(biāo)放樣測(cè)量以及距離放樣測(cè)量。放樣測(cè)量使用盤(pán)左位置進(jìn)行，顯示差值=實(shí)測(cè)值—放樣值。在放樣測(cè)量中，經(jīng)過(guò)對(duì)照準(zhǔn)點(diǎn)的水平角、坐標(biāo)或者距離的測(cè)量，儀器顯示的是預(yù)先輸入的實(shí)測(cè)值和放樣值之差。

（2）偏心測(cè)量

測(cè)定測(cè)站至通視但是無(wú)法測(cè)站至不通視點(diǎn)間的角度和距離或者通視無(wú)法設(shè)置棱鏡的點(diǎn)時(shí)通常使用偏心測(cè)量[1]。偏心測(cè)量包括單距偏心測(cè)量、雙距偏心測(cè)量和角度偏心測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中，把偏心點(diǎn)設(shè)置在目標(biāo)點(diǎn)附近，通過(guò)測(cè)站到偏心點(diǎn)間的角度和距離的測(cè)量，來(lái)確定測(cè)站到目標(biāo)點(diǎn)之間的角度和距離。

（3）懸高測(cè)量

懸高測(cè)量用于對(duì)不能設(shè)置棱鏡的目標(biāo)高度的測(cè)量[2]。

（4）面積計(jì)算

面積計(jì)算通過(guò)輸入或調(diào)用儀器內(nèi)存中三個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算出由這些點(diǎn)的連線封閉而成的圖形的面積，所用坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以是測(cè)量所得，也可以手工輸入，且這兩種方法可交替進(jìn)行。

2 全站儀測(cè)距誤差來(lái)源分析

在使用全站儀進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，很多全站儀測(cè)距時(shí)使用相位法提高測(cè)距精度，相位法測(cè)距的基本原理是使用儀器將光強(qiáng)調(diào)制為連續(xù)變化的光波進(jìn)行距離測(cè)定，該方法在使用時(shí)擁有許多優(yōu)勢(shì)，但是，與優(yōu)勢(shì)并存的是該方法會(huì)造成系統(tǒng)測(cè)距時(shí)存在誤差，這些誤差很大一部分程度上影響了系統(tǒng)測(cè)距精度?；谙辔环ㄟM(jìn)行測(cè)距的全站儀測(cè)距時(shí)存在的誤差主要分為三個(gè)方面，分別是加常數(shù)誤差、乘常數(shù)誤差和周期誤差，造成這些誤差的原因很多，該文基于筆者多年的全站儀使用經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)的對(duì)誤差進(jìn)行分析，并且闡述了其檢測(cè)方法。

3 全站儀測(cè)距誤差分析與檢測(cè)

3.1 加常數(shù)誤差

全站儀出廠之前，工程師都對(duì)加常數(shù)已經(jīng)嚴(yán)格的進(jìn)行檢測(cè)，并且將檢測(cè)得到的常數(shù)預(yù)先置入全站儀內(nèi)。但是在全站儀進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，該常數(shù)并不是恒定的，其會(huì)隨著儀器的應(yīng)用發(fā)生改變，因此，如果不對(duì)儀器的加常數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，隨著全站儀光、電系統(tǒng)的變化，其測(cè)距精度必將會(huì)變得不準(zhǔn)確，誤差增大。因此，為了保證全站儀測(cè)距精度，測(cè)量人員應(yīng)定期對(duì)加常數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，重新設(shè)置或者修正儀器內(nèi)的加常數(shù)。

目前，檢測(cè)加常數(shù)的方法包括疊加法、解析法和比較法等諸多方法。疊加法和解析法基于被檢測(cè)全站儀自身的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算平差值即可求的加常數(shù)。目前，在加常數(shù)檢測(cè)過(guò)程中，人們經(jīng)常采用六段比較法，該方法的基線場(chǎng)長(zhǎng)度設(shè)置為0.72～1.2 km之間，其精度設(shè)置為百萬(wàn)分之一，基本檢測(cè)原理描述如下：將一條基線分成距離各不同的六段，在檢測(cè)全站儀時(shí)，我們可以從零號(hào)點(diǎn)擺站觀測(cè)到六號(hào)點(diǎn)，接著從一號(hào)點(diǎn)擺站觀測(cè)到六號(hào)點(diǎn)，依次類推，最后在五號(hào)點(diǎn)擺站觀測(cè)到六號(hào)點(diǎn)，于是，基于該方式可以獲得21個(gè)距離段，通過(guò)將儀器的觀測(cè)值與基線值比較，即可求得全站儀的加常數(shù)。

3.2 乘常數(shù)誤差

全站儀的乘常數(shù)是一個(gè)比例改正因子，其改正的是與距離成比例的系統(tǒng)誤差，該常數(shù)產(chǎn)生的原因是頻率的偏移和折射率的偏移。主要包括頻率改正和氣象改正，頻率改正是指改正晶體老化等因素誘發(fā)的全站儀晶體振蕩器實(shí)際擁有的頻率和標(biāo)稱頻率之間產(chǎn)生的距離差值，由于在全站儀測(cè)量時(shí)，由于氣象條件發(fā)生變化，導(dǎo)致頻率發(fā)生改變，因此造成測(cè)尺長(zhǎng)度改變。氣象改正是指改正測(cè)距時(shí)的折射率和儀器參考折射率之間發(fā)生的距離差值。目前，乘常數(shù)的檢測(cè)方法也主要是采用六段比

較法。

3.3 周期誤差

對(duì)于全站儀來(lái)講，其精測(cè)尺長(zhǎng)根據(jù)正弦函數(shù)周期變化，因此導(dǎo)致使用全站儀測(cè)量時(shí)產(chǎn)生周期誤差。該誤差的大小基于測(cè)尺長(zhǎng)度周期性出現(xiàn)，主要原因是基于相位技術(shù)的全站儀使用測(cè)距信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位差進(jìn)行測(cè)量工作，但是內(nèi)部光電等同頻信號(hào)的擾亂，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)周期誤差，降低周期誤差的方法是減弱干擾信號(hào)的強(qiáng)度或者增強(qiáng)測(cè)距信號(hào)。周期誤差的檢測(cè)方法采取基于周期誤差振幅和初相角的平臺(tái)法。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全站儀受到了諸多學(xué)者和測(cè)量工作者的關(guān)注，成為了研究的重點(diǎn)，因此，隨著時(shí)間的推進(jìn)，其儀器結(jié)構(gòu)、測(cè)量精度和誤差檢測(cè)方法必將得到快速提高，其應(yīng)用范圍也將越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭進(jìn)鳳，郭宗河.全站儀偏心測(cè)量及其精度分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2005（1）.

[2] 韓在興，張立剛.全站儀在懸高測(cè)量中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2010（4）.