全站儀快速對(duì)中整平方法的研究

朱 寶

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

1 研究的背景和意義

全站儀集角度測(cè)量、距離測(cè)量、高差測(cè)量功能于一身，具有角度測(cè)量、距離測(cè)量、坐標(biāo)測(cè)量三種模式，是目前工程測(cè)量中實(shí)用性、功能性最強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器之一。同經(jīng)緯儀一樣，全站儀需要對(duì)中整平在某一測(cè)站點(diǎn)上，使儀器的水平度盤中心和地面的測(cè)站點(diǎn)標(biāo)記位于鉛垂的豎軸上，并使得水平度盤水平。而對(duì)中和整平往往會(huì)相互干擾，對(duì)中好以后，整平會(huì)破壞對(duì)中，再次對(duì)中又會(huì)破壞整平。而對(duì)中整平會(huì)影響到測(cè)量的精度，我們須對(duì)對(duì)中整平進(jìn)行研究，找到快速、準(zhǔn)確的方法，以及操作注意事項(xiàng)。

2 傳統(tǒng)安置方法缺陷研究

對(duì)中的方法一般有垂球?qū)χ?、光學(xué)對(duì)中、激光對(duì)中和強(qiáng)制對(duì)中[1]。全站儀有帶光學(xué)對(duì)中器的，也有不帶光學(xué)對(duì)中器依靠激光對(duì)中的。整平是用玻璃管中封有乙醇或乙醚的圓水準(zhǔn)器和管水準(zhǔn)器氣泡居中來實(shí)現(xiàn)的，圓水準(zhǔn)器通常精度為8′/2mm，管水準(zhǔn)器一般不超過10″/2mm，也有用顯示屏上的電子氣泡來整平的[2]。

傳統(tǒng)的安置儀器的方法是用垂球進(jìn)行粗對(duì)中，然后用腳螺旋粗平，再將中心螺旋松開，使儀器在三腳架架頭上平動(dòng)，從而在光學(xué)對(duì)中器中看儀器精對(duì)中，或者對(duì)中激光精對(duì)中，然后再精平儀器。

但是，在粗對(duì)中后，絕大多數(shù)情況下圓水準(zhǔn)器不會(huì)巧合的居中，于是圓水準(zhǔn)器軸不鉛垂，如果此時(shí)我們用腳螺旋粗平，將在三腳架架面不動(dòng)的情況下，升高或者降低三個(gè)腳螺旋方向使得三腳架架面各方向的高度與基座相應(yīng)方向高度之和均衡，達(dá)到儀器粗平目的，這樣圓水準(zhǔn)器軸連同豎軸一起鉛垂了，但豎軸將偏離原先對(duì)中的點(diǎn)。此時(shí)如果偏離對(duì)中較大時(shí)，容易超過儀器所能在三腳架架面平移的極限，這樣需要重新移動(dòng)三腳架對(duì)中。即使未超出平移極限，我們?cè)谄揭苾x器時(shí)，需克服儀器和三腳架架面間的摩擦力，也是很困難的，很容易發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)儀器的現(xiàn)象。一旦發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，三腳架架面各方向的高度與基座相應(yīng)方向高度之和將不再均衡，圓水準(zhǔn)器氣泡將發(fā)生偏移，于是需要再次粗平。

由此可見，此種方法是采取來回對(duì)中、整平、逐漸趨近的方法，速度很慢，而且難以保證精度。

3 改進(jìn)方法的探索研究

粗對(duì)中時(shí)，由于垂球搖擺不定，需等垂球靜止時(shí)才能確定是否對(duì)中，速度很慢，我們可以放棄粗對(duì)中，直接使用光學(xué)對(duì)中器或者激光進(jìn)行對(duì)中。此時(shí)我們需要熟練控制三腳架，通過三腳架的移動(dòng)，來達(dá)到直接精對(duì)中的目的。

有研究表明，三腳架具有一種近似指心現(xiàn)象，在三腳架架腿作小幅度伸縮時(shí)，儀器的豎軸始終指在地面某一很小的范圍內(nèi)[3]。調(diào)節(jié)腳架的腿長(zhǎng)使圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí),產(chǎn)生的對(duì)中偏移量很小,而用腳螺旋調(diào)節(jié)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)對(duì)中偏移很大[4]。我們可以利用這一原理，改用伸縮三腳架架腿的長(zhǎng)度來進(jìn)行粗平，從而保證粗平時(shí)幾乎不影響到對(duì)中。

4 快速對(duì)中整平方法的實(shí)踐

我們將上述理論付諸實(shí)踐，制定一套行之有效的方案。

首先，將儀器箱關(guān)閉，三腳架擰緊捆扎好，放于測(cè)站點(diǎn)旁邊，以備開始。先打開儀器箱，將儀器開機(jī)，在箱中暫不拿出。打開三腳架綁腿，擰開蝶形螺旋，將三腳架抽至略高于自己肩膀，擰緊蝶形螺旋，打開三條腿形成一定角度，于是架面將略低于肩膀。將三腳架空載安放在測(cè)站點(diǎn)上，從架面上方的圓孔透過中心螺栓能看見地面的測(cè)站點(diǎn)標(biāo)記，并使三腳架架面基本水平，由于沒有儀器的重量，三腳架比較輕，很容易控制。從儀器箱中拿出全站儀，此時(shí)全站儀應(yīng)已開機(jī)完畢，把全站儀的三個(gè)腳螺旋旋至大約中間的位置，使順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)腳螺旋都有余地。將儀器安裝在三腳架架面上，注意應(yīng)使圓水準(zhǔn)器處于三腳架一條腿的上方，擰緊中心螺栓。因三腳架架面略低于肩膀，此時(shí)儀器應(yīng)該與眼睛大致處于一個(gè)高度。

調(diào)出對(duì)中激光，如地面看不見激光，應(yīng)注意激光是否被中心螺栓下的垂球掛鉤擋住，如擋住應(yīng)將其撥開；如果依然看不清地面上的激光，將手掌置于中心螺栓下，此時(shí)手掌上應(yīng)有激光點(diǎn)，將手慢慢下移至地面，從而找到地面的激光點(diǎn)。雙手抓起三腳架的兩條腿處于懸空，另一條腿著地，眼睛盯著地上的激光點(diǎn)，雙手左右前后的移動(dòng)，直至激光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)地面的測(cè)站標(biāo)志，雙手輕輕放下三腳架。因安裝儀器前架心已基本對(duì)中，此時(shí)只需稍作調(diào)整即可達(dá)到效果。如果放下三腳架時(shí)，激光點(diǎn)略有偏移，是因?yàn)槿_架未擰緊、擰不緊或者操作者手法有問題所致，如不能克服，則不要再動(dòng)三腳架，而是旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使激光點(diǎn)對(duì)中，激光點(diǎn)遵從左手定則。

伸縮三腳架架腿的長(zhǎng)度，來使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，以達(dá)到粗平的目的。由于圓水準(zhǔn)器處于三腳架一條腿的上方，則此條腿控制前后的高度，另兩條腿控制左右的高度。操作者應(yīng)站在此條腿與另兩條腿的其中一條之間，僅以控制左右高度的兩條腿的一條來控制左右高度，這樣可以避免操作者看不見圓水準(zhǔn)器氣泡以及避免操作者繞著三腳架轉(zhuǎn)圈，減少了不小心碰到架腿的概率。注意有些人在安裝儀器時(shí)將圓水準(zhǔn)器置于兩條腿的中間（即第三條腿的對(duì)面），則這兩條腿用來控制左右高度，第三條腿控制前后的高度。當(dāng)控制前后高度時(shí)，由于第三條腿和圓水準(zhǔn)器處于相對(duì)的位置，伸縮第三條腿時(shí)不容易看見圓水準(zhǔn)器氣泡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此這種方法不建議采用。由于三腳架的架面一開始就基本水平，全站儀的腳螺旋又基本在中間位置，因此三腳架的伸縮幅度應(yīng)該不大，地面的激光點(diǎn)應(yīng)在原地幾乎不動(dòng)。這樣，三腳架一開始空載架設(shè)的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來了，由于很容易保證架心基本對(duì)中、架面基本水平，避免了此時(shí)大幅度伸縮架腿從而破壞對(duì)中。

旋轉(zhuǎn)全站儀照準(zhǔn)部，使水準(zhǔn)管位于任一對(duì)腳螺旋的連線上，旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)腳螺旋，用“左手定則”或“順升逆降”原則使氣泡居中。旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部90°，使水準(zhǔn)管與剛才的一對(duì)腳螺旋連線垂直，旋轉(zhuǎn)第3個(gè)腳螺旋，使氣泡居中。如此反復(fù)2～3次，檢查照準(zhǔn)部是否不論旋轉(zhuǎn)到何位置，水準(zhǔn)管氣泡都居中。如不能滿足，嘗試將水準(zhǔn)管再轉(zhuǎn)至一對(duì)腳螺旋連線，調(diào)整居中，再將照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)180°，如氣泡不再居中，則用校正針調(diào)回偏離量一半，反復(fù)調(diào)整后繼續(xù)進(jìn)行。如不具備技術(shù)應(yīng)交由專業(yè)人員校正，更換儀器后繼續(xù)進(jìn)行。

通過練習(xí)和比賽，我們的學(xué)生從儀器箱關(guān)閉、三腳架擰緊扎牢狀態(tài)，直到對(duì)中整平完畢，一般保證在1.5min以內(nèi)，有時(shí)甚至能達(dá)到1min左右，已達(dá)到研究目的。

5 結(jié) 論

對(duì)中整平的方法有多種，每個(gè)人都有自己習(xí)慣的方法，但怎樣才是更快捷、更準(zhǔn)確的方法，需要我們不斷的研究、不斷的改進(jìn)。我們所研究的焦點(diǎn)在于如何使對(duì)中和整平的相互干擾達(dá)到最小，以及怎樣的操作流程才是最科學(xué)的，什么事項(xiàng)是在操作中應(yīng)當(dāng)注意的。隨著儀器本身的改進(jìn)和三腳架的改進(jìn)，操作的方法也應(yīng)該隨之改進(jìn)。只有不斷創(chuàng)新、不斷探索、勤加練習(xí)、甘于分享、共同進(jìn)步，才能創(chuàng)造更快、更準(zhǔn)的紀(jì)錄。

[1]姜華根.測(cè)量?jī)x器對(duì)中方法研究[J].西南林學(xué)院學(xué)報(bào),2003（2）.

[2]于成浩,柯明,趙振堂.論測(cè)量?jī)x器的精密整平及對(duì)中技術(shù)[J].測(cè)繪科學(xué),2006（6）.

[3]楊磊庫,卞正富,冷海龍.基于三腳架指心現(xiàn)象上的快速對(duì)中與整平方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2004（7）.

[4]張治國,王浩,唐春霞.全站儀對(duì)中整平方法探討[J].現(xiàn)代測(cè)繪,2008（4）.