全站儀測(cè)距中的問題探討分析

摘要：全站儀測(cè)距時(shí)，“無論照準(zhǔn)任何位置的棱鏡，測(cè)出的結(jié)果總是為一個(gè)定值”產(chǎn)生的原因以及處理。文章就全站儀測(cè)距中的一些問題進(jìn)行以下分析。

關(guān)鍵詞：全站儀；測(cè)距；問題

在地震勘探測(cè)量中，全站儀和GPS作為最常用的測(cè)量?jī)x器，共同發(fā)揮著重要作用。尤其在山區(qū)勘探測(cè)量中，由于高山的阻擋，使得GPS接收機(jī)信號(hào)接收困難，而全站儀無需對(duì)天通視，且操作方便，觀側(cè)數(shù)據(jù)直接，所以全站儀仍然是首選的測(cè)量?jī)x器。本文主要分析全站儀測(cè)量常見的幾個(gè)問題分析。

1加常數(shù)改正

所謂加常數(shù)就是采用電磁波測(cè)距測(cè)得的距離與實(shí)際距離之間的常差。加常數(shù)由棱鏡常數(shù)和儀器常數(shù)兩部分組成，其大小與所測(cè)距離的遠(yuǎn)近無關(guān)。

1.1棱鏡常數(shù)

在利用全站儀進(jìn)行與距離有關(guān)的所有測(cè)量工作中，反射鏡是必不可少的合作目標(biāo)。構(gòu)成反射鏡的光學(xué)部分是一個(gè)直角光學(xué)玻璃錐體，其特殊的結(jié)構(gòu)保證了光線不論從哪個(gè)方向射人鏡面，棱鏡必將人射光線反射回發(fā)射方向。由于玻璃的折射率大于空氣的折射率，所以光在玻璃中的傳播速度比空氣中慢，光在反射鏡中傳播所用的超量時(shí)間會(huì)使所測(cè)距離增大某一數(shù)值，通常我們稱作棱鏡常數(shù)。棱鏡常數(shù)的大小與棱鏡直角玻璃錐體的尺寸、玻璃類型、棱鏡錐頂?shù)嚼忡R裝配支架豎軸的距離有關(guān)。棱鏡常數(shù)通常是在廠家所附的說明書或棱鏡上標(biāo)出，供測(cè)距時(shí)使用。

1.2儀器常數(shù)

儀器常數(shù)是儀器豎軸中心線到儀器內(nèi)部距離起算參考面的距離。在經(jīng)過長(zhǎng)途運(yùn)輸和長(zhǎng)期使用后，儀器常數(shù)可能會(huì)發(fā)生一定的變化。

1.3加常數(shù)改正

關(guān)于加常數(shù)改正，在有關(guān)的測(cè)量規(guī)范中，僅對(duì)一級(jí)導(dǎo)線及以上等級(jí)平面控制測(cè)量的測(cè)距才提出改正要求。但是，不同類型的全站儀，其配套棱鏡的常數(shù)存在較大差異，如瑞士徠卡公司生產(chǎn)的TC -1800型全站儀，與之配套使用的圓棱鏡常數(shù)為零，而日本索佳公司的SET CII型全站儀所用的APO1S+ADO1組合棱鏡，其常數(shù)為一30mm。后者測(cè)距時(shí)如不進(jìn)行改正，將直接影響測(cè)距精度。由于全站儀具備加常數(shù)的自動(dòng)改正功能，所以建議在實(shí)際應(yīng)用中，本著以下原則來處理加常數(shù)改正問題：

（1）全站儀測(cè)距時(shí)，宜采用與之配套的棱鏡類型，加常數(shù)直接采用儀器檢定證書測(cè)定的數(shù)值，并在測(cè)距前預(yù)置在儀器中，使儀器對(duì)所測(cè)距離進(jìn)行自動(dòng)改正。

（2）全站儀進(jìn)行精密測(cè)距或使用非配套棱鏡時(shí)，應(yīng)重新測(cè)定加常數(shù)，并將測(cè)定的新值預(yù)置在儀器中進(jìn)行自動(dòng)改正。

（3）由于加常數(shù)在沒有新值輸人之前始終保留著上次預(yù)置的數(shù)值，操作人員作業(yè)前要做好儀器中加常數(shù)預(yù)置數(shù)值檢查及新值的預(yù)置工作，并注意避免作業(yè)過程中誤修改。

2氣象改正

氣象改正是指在大氣折射率與測(cè)距儀給定的基準(zhǔn)氣象條件下，折射率不等而進(jìn)行的距離改正。由于每臺(tái)測(cè)距儀都是在特定的基準(zhǔn)氣象條件下的折射率來確定頻率和波長(zhǎng)的，而實(shí)際作業(yè)時(shí)的氣象條件與基準(zhǔn)氣象條件都會(huì)有差異，溫度、氣壓的變化會(huì)引起大氣折射率的變化，從而導(dǎo)致所測(cè)距離的變化。為此，就要根據(jù)外業(yè)工作時(shí)的氣象條件，對(duì)所測(cè)距離進(jìn)行改正。

不同類型的全站儀，選擇的基準(zhǔn)氣象條件不盡相同，如 SETC系列全站儀，其基準(zhǔn)氣象條件為：t=150Cp=1013mBar；捷創(chuàng)力600系列全站儀的基準(zhǔn)氣象條件為：t=200C，p=1013mBar。在基準(zhǔn)氣象條件下，儀器的氣象改正值為零，外業(yè)測(cè)量的氣象條件與基準(zhǔn)氣象條件的差異越大，則氣象改正值越大。全站儀都具有自動(dòng)氣象改正功能，如捷創(chuàng)力600系列全站儀的微處理系統(tǒng)采用的氣象改正公式為：

Ppm=275-79.55

式中：ppm—parts per million，可理解為1km距離改正的毫米數(shù)；

P—以mBar為單位的氣壓；

T—以攝氏為單位的溫度。

下表是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，捷創(chuàng)力600系列儀器從一15℃一+30℃的部分整度數(shù)

所對(duì)應(yīng)的氣象改正值。

溫度℃-15-10-5051015202530

ppm-37.3-31.4-25.7-20.7-14.9-9.7-4.804.69.1

從表中可以看出，當(dāng)外界氣象條件偏離基準(zhǔn)氣象條件較大時(shí)，氣象改正值是很顯著的。所以建議在實(shí)際應(yīng)用中，本著以下原則來處理氣象改正問題：

（1）對(duì)于普通的距離測(cè)量，當(dāng)作業(yè)的氣象條件與儀器的基準(zhǔn)氣象條件差異不大時(shí)，不進(jìn)行氣象改正，將ppm值直接設(shè)定為零或輸人儀器的基準(zhǔn)氣壓和溫度。當(dāng)存在較大差異時(shí)，如炎熱或寒冷天氣及高海拔地區(qū)作業(yè)，建議輸入測(cè)區(qū)的概略氣溫和氣壓并進(jìn)行自動(dòng)氣象改正，以減小氣象條件變化而引起的測(cè)距誤差。

（2）對(duì)于精密測(cè)距，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，用經(jīng)過檢定的氣壓計(jì)、溫度計(jì)，按要求的方法測(cè)定每條測(cè)線的氣壓和溫度，并分別進(jìn)行氣象改正。

（3）全站儀的操作菜單中，對(duì)有關(guān)計(jì)量單位的設(shè)置一般給了幾個(gè)可選擇項(xiàng)，如溫度的單位有攝氏（Celsius）、華氏（Fahr），氣壓的單位有毫巴（mBar）、毫米汞柱（mmHg）、英寸汞柱（inHg）等。作業(yè)人員需注意輸人的數(shù)據(jù)與計(jì)量單位設(shè)置相互匹配，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤改正。

3地球曲率和大氣折射引起誤差的改正

加常數(shù)改正和氣象改正是在斜距上進(jìn)行的改正，改正后的斜距需歸算為水平距離。根據(jù)測(cè)得的天頂距，水平距離通常按（2）式計(jì)算：D=SxsinZ

式中：S—斜距；

Z—天頂距。

用（2）式算得的D為測(cè)站和鏡站平均高程面上的近似距離，因?yàn)樗鼪]有考慮地球曲率和大氣折光的影響，使測(cè)得的天頂距含有誤差。

在全站儀測(cè)距作業(yè)中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，儀器自動(dòng)顯示的平距與用斜距及天頂距按（2）手工計(jì)算所得的平距并不完全一致，其原因是由于全站儀顯示的平距自動(dòng)進(jìn)行了球氣差改正。施加球氣差改正時(shí)，測(cè)站高程面上的平距采用（3）式計(jì)算：

D=SxsinZ- （3）

式中：R—地球半徑；

K—大氣折光系數(shù)。

需要指出的是，全站儀進(jìn)行球氣差自動(dòng)改正的公式中，地球的半徑R和折光系數(shù)K一般是儀器設(shè)定的數(shù)值，如捷創(chuàng)力600系列全站儀設(shè)定R=6372km，K=0.142。由于不同地區(qū)的R和K值是變化的，它跟測(cè)區(qū)的地理位置和作業(yè)環(huán)境等密切相關(guān)，儀器自動(dòng)進(jìn)行的球氣差改正仍是一個(gè)近似值，還可能存在較大的殘余誤差，所以在距離測(cè)量精度要求較高的作業(yè)中，都是采用往返測(cè)取平均值的辦法，來削弱球氣差的影響。至于全站儀自動(dòng)施加球氣差改正后

顯示的平距，與手工采用（2）計(jì)算結(jié)果的差異，當(dāng)各自取往、返測(cè)平均值后，結(jié)果基本是一致的。

4結(jié)束語(yǔ)

為了提高全站儀的側(cè)距精度，在實(shí)際側(cè)距時(shí)應(yīng)該做到：一是將工作地當(dāng)時(shí)的大氣壓和溫度側(cè)定好后輸人到儀器中，目的是消除儀器乘常數(shù)產(chǎn)生的誤差；二是選擇相同常數(shù)的棱鏡（指棱鏡常數(shù)相同，或在儀器中設(shè)置成和梭鏡常數(shù)相同的常數(shù)），目的是為了消除儀器加常數(shù)產(chǎn)生的誤差；三是測(cè)量前應(yīng)將儀器精確整平并進(jìn)行指標(biāo)差檢校后使用。