全站儀導(dǎo)線測(cè)量誤差分析及對(duì)策探討

楊洋

摘 要：導(dǎo)線測(cè)量作為小區(qū)域控制測(cè)量中建立平面控制網(wǎng)的一種方法，在測(cè)量精度方面有著較高的要求。外業(yè)觀測(cè)中稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果超限。文章主要討論利用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)誤差產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：誤差；全站儀；精度

中圖分類號(hào)：P214 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）06-0073-03

Abstract： As a method of establishing plane control network in small area control survey， traverse surveying has a high requirement in measuring precision. A little carelessness in the field observation will cause the observation result to exceed the limit. This paper mainly discusses the causes and countermeasures of errors in traverse survey with total station.

Keywords： error； Total Station； accuracy

近年來全站儀在測(cè)繪工作中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。特別是在控制測(cè)量中全站儀因其速度快、精度高等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀測(cè)角、鋼尺量距導(dǎo)線測(cè)量。本文著重分析全站型電子速測(cè)儀在平面控制測(cè)量（各級(jí)導(dǎo)線測(cè)量）中產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的對(duì)策。

1 測(cè)量誤差的分類

測(cè)量誤差按其對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響的性質(zhì)可以分為三類：粗差、系統(tǒng)誤差和偶然誤差。（1）粗差。粗差是指測(cè)量工作中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。例如瞄準(zhǔn)錯(cuò)誤、讀數(shù)錯(cuò)誤、以及記錄錯(cuò)誤等。粗差主要是由測(cè)量工作中粗心大意引起的。粗差作為一種大量級(jí)觀測(cè)誤差，在測(cè)繪成果中是不允許存在的。（2）系統(tǒng)誤差。在相同的觀測(cè)條件下，對(duì)某量進(jìn)行一系列觀測(cè)，如果誤差的符號(hào)和大小均保持不變，或者按照一定的規(guī)律變化，這種誤差稱之為系統(tǒng)誤差。（3）偶然誤差。在相同的觀測(cè)條件下做一系列觀測(cè)，如果誤差的大小和符號(hào)沒有任何規(guī)律（即誤差的大小和符號(hào)表現(xiàn)出偶然性）那么這種誤差稱之為偶然誤差。

2 導(dǎo)線測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026-2007）的要求，各級(jí)導(dǎo)線測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)見表1及表2。

3 導(dǎo)線測(cè)量產(chǎn)生誤差的原因

全站儀雖然具有速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。但是在外業(yè)觀測(cè)中如果不注意使用方法，極易產(chǎn)生誤差超限。經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐總結(jié)，筆者認(rèn)為全站儀導(dǎo)線測(cè)量誤差主要來源于以下三方面：

3.1 儀器設(shè)備

（1）全站儀未經(jīng)檢驗(yàn)校正，各項(xiàng)軸線不滿足幾何條件。全站儀主要有四條軸線：水準(zhǔn)管軸（LL）、豎軸（VV）、視準(zhǔn)軸（CC）和橫軸（HH）。軸線之間應(yīng)滿足以下幾何條件：a.水準(zhǔn)管軸垂直于豎軸，即LL⊥VV；b.十字絲豎絲垂直于橫軸；c.視準(zhǔn)軸垂直于橫軸，即CC⊥HH；d.橫軸垂直于豎軸，即HH⊥VV。除上述條件外，全站儀還應(yīng)滿足豎直度盤指標(biāo)差為零及激光對(duì)中器中心與儀器豎軸重合的幾何條件。儀器出廠時(shí)以上條件一般均能滿足。但是由于儀器長(zhǎng)期使用加之測(cè)繪作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣以及儀器運(yùn)輸途中的顛簸，均會(huì)導(dǎo)致儀器軸線不滿足幾何條件，產(chǎn)生較大誤差。（2）全站儀棱鏡常數(shù)設(shè)置有誤。利用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，必須以棱鏡作為反射體。而光在反射棱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，也就是說光在玻璃中的傳播速度要比空氣中慢，通常我們稱這增大的數(shù)值為棱鏡常數(shù)。因此在使用全站儀之前必須進(jìn)行棱鏡常數(shù)設(shè)置，否則觀測(cè)結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

3.2 觀測(cè)者

（1）全站儀及棱鏡對(duì)中誤差

在安置儀器時(shí)，由于儀器未嚴(yán)格對(duì)中，使儀器豎軸與測(cè)站點(diǎn)不在同一條鉛垂線上，稱為對(duì)儀器中誤差。如圖1所示，A點(diǎn)、B點(diǎn)為觀測(cè)目標(biāo)，O為測(cè)站點(diǎn)，O′為儀器豎軸， OO′的長(zhǎng)度稱為測(cè)站偏心距，用e表示，其方向與OA之間的夾角θ稱為偏心角。β為正確角值，β′為觀測(cè)角值，由對(duì)中誤差引起的角度誤差？駐β為：？駐β=β-β′=δ1+δ2

因δ1和δ2很小，故

分析上式可知，對(duì)中誤差對(duì)水平角的影響有以下特點(diǎn)：a. ？駐β與偏心距e成正比，e越大，？駐β就越大。b. ？駐β與測(cè)站點(diǎn)到觀測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的距離D成反比，距離越短，誤差就越大。c. ？駐β與水平角β′和偏心角θ的大小有關(guān)，當(dāng)β′=180°，θ=90°時(shí)，？駐β最大。

例如，當(dāng)β′=180°，θ=90°，e=0.003m，D1=D2=100m時(shí)

儀器的豎軸與測(cè)站點(diǎn)不在同一條鉛垂線上從而引起的角度觀測(cè)誤差不能通過盤左盤右取平均值的方法消除，所以觀測(cè)水平角時(shí)應(yīng)仔細(xì)對(duì)中，當(dāng)邊長(zhǎng)較短或兩目標(biāo)與儀器接近在一條直線上時(shí)，要特別注意儀器的對(duì)中，避免引起較大的誤差。一般規(guī)定對(duì)中誤差不超過3mm。

（2）全站儀及棱鏡整平誤差。全站儀整平的目的是使儀器的豎軸垂直，水平度盤處于水平位置。如果在觀測(cè)前儀器未嚴(yán)格整平，或者在觀測(cè)過程中由于震動(dòng)等原因?qū)е聝x器管水準(zhǔn)器氣泡偏差超過一格，那么觀測(cè)結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

（3）目標(biāo)瞄準(zhǔn)偏差。全站儀外業(yè)觀測(cè)時(shí)要利用十字絲分劃板中心點(diǎn)精確照準(zhǔn)目標(biāo)，并且消除視差之后再進(jìn)行讀數(shù)。如果未精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)，觀測(cè)結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生誤差。

3.3 外界環(huán)境

（1）全站儀未進(jìn)行溫度、氣壓修正。全站儀是利用電磁波進(jìn)行距離測(cè)量，當(dāng)儀器使用的環(huán)境溫度和氣壓發(fā)生變化時(shí)，電磁波的傳播速度會(huì)發(fā)生變化，因此如不進(jìn)行溫度和氣壓修正，觀測(cè)結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生誤差。（2）大風(fēng)，陽光暴曬以及地面沉降等自然環(huán)境因素。全站儀導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，如遇大風(fēng)天氣，儀器擺動(dòng)較大。遇到正午陽光暴曬時(shí)，儀器軸線間的幾何關(guān)系會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)空氣密度不均一；遇凍土或濕陷性黃土區(qū)域觀測(cè)時(shí)，隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)儀器會(huì)發(fā)生緩慢沉降，以上這些自然環(huán)境因素都會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。

4 減小誤差的對(duì)策

（1）每次使用全站儀之前最好進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢驗(yàn)，儀器使用一段時(shí)間后要定期送具備相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)校正。（2）全站儀最好與配套棱鏡一起使用，通常情況下國產(chǎn)棱鏡常數(shù)一般為-30。如遇棱鏡上未標(biāo)注棱鏡常數(shù)，且觀測(cè)者無法確定時(shí)，要通過實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格測(cè)定棱鏡常數(shù)。（3）使用全站儀時(shí)要對(duì)儀器進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)中和整平。一般情況下垂球?qū)χ芯仍?mm以內(nèi)，光學(xué)對(duì)中和激光對(duì)中精度在1mm以內(nèi)。進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)要盡量使用光學(xué)對(duì)中或激光對(duì)中。有條件的可以使用強(qiáng)制對(duì)中器減少對(duì)中誤差。并且在觀測(cè)過程中要隨時(shí)檢查對(duì)中點(diǎn)是否發(fā)生偏差，如遇較大偏差要及時(shí)重測(cè)。整平時(shí)水準(zhǔn)管氣泡偏差不允許超過一格。（4）觀測(cè)者瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)要用十字絲分劃板精確照準(zhǔn)棱鏡中心點(diǎn)。（5）觀測(cè)應(yīng)在物像清晰、消除視差的條件下進(jìn)行。通常情況清晨、傍晚及中午時(shí)段溫度差異較大，此時(shí)成像不穩(wěn)定，不宜進(jìn)行觀測(cè)。（6）長(zhǎng)距離運(yùn)輸時(shí)，儀器應(yīng)靜置30分鐘再進(jìn)行觀測(cè)，使儀器溫度與外界環(huán)境溫度趨于相似后才能開始觀測(cè)。在觀測(cè)過程中要加撐遮陽傘，避免儀器受陽光暴曬。（7）旋轉(zhuǎn)儀器照準(zhǔn)部時(shí)，應(yīng)緩慢且用力均勻；水平及豎直制動(dòng)螺旋宜輕微擰緊；精確照目標(biāo)時(shí)，微動(dòng)螺旋最后應(yīng)為旋進(jìn)方向。（8）全站儀進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)視線高度至少應(yīng)高出障礙物1.3m以上，目的在于減少光線折射產(chǎn)生的誤差。（9）觀測(cè)視線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱物體（如鍋爐、熱力管道等）和大面積水域上空。（10）測(cè)站點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)電、磁場(chǎng)區(qū)域（如移動(dòng)通信基站、變電站），同時(shí)儀器應(yīng)避開高壓輸電線路至少5m。（11）全站儀測(cè)距時(shí)避免棱鏡后部有其他反射體（如鏡面，玻璃幕墻）。（12）外業(yè)觀測(cè)時(shí)要做好儀器保護(hù)工作，遇特殊天氣時(shí)及時(shí)加撐遮陽傘，防止儀器被雨水淋濕或受到日光暴曬。（13）儀器和棱鏡旁必須有人看守。移動(dòng)通訊工具盡量遠(yuǎn)離儀器使用，避免電磁波對(duì)儀器產(chǎn)生影響。（14）每測(cè)站觀測(cè)完成后要及時(shí)進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)超限要立即重測(cè)，直至符合限差要求后方可遷站。

5 結(jié)束語

利用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)誤差在所難免，但是如果我們?cè)谕鈽I(yè)觀測(cè)過程中能夠注意文中所列舉的幾點(diǎn)誤差產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)策略就可以盡可能的減小誤差，提高觀測(cè)精度。同時(shí)也可以減少因?yàn)檎`差超限重測(cè)而浪費(fèi)的時(shí)間，大大提高工作效率。

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