全站儀在立式金屬罐容量光學(xué)三角測(cè)量法上的應(yīng)用分析

王自涯

（廣東省湛江市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 湛江524000）

針對(duì)立式罐容量測(cè)量法而言，從基礎(chǔ)層面來(lái)分析，其主要囊括光電外測(cè)距法、光學(xué)三角測(cè)量法、圍尺法、光電內(nèi)測(cè)距法及光學(xué)基準(zhǔn)線法等。而在圍尺法架構(gòu)當(dāng)中的仲裁法而言，其與工作法一樣，均需要進(jìn)行腳手架的搭建，并以此來(lái)開(kāi)展各項(xiàng)高空圍尺作業(yè)；而對(duì)于光學(xué)基準(zhǔn)線法來(lái)講，所所采用的磁性小車(chē)/測(cè)量機(jī)器人（自動(dòng)控制或者是人工拉動(dòng)），容易發(fā)生高空墜落的情況，另外，小車(chē)通過(guò)盤(pán)梯、加強(qiáng)圈的能力比較差；針對(duì)光電測(cè)距法來(lái)講，其所采用的三維激光掃描儀或者是全站儀，選用的測(cè)距原理主要有脈沖式、相位式等，諸如反射面、入射角度會(huì)對(duì)其測(cè)量精度造成影響，尤其是非垂直入射時(shí)，會(huì)有比較大的測(cè)距誤差。本文探討了一種將全站儀當(dāng)作測(cè)量設(shè)備而構(gòu)建的立式罐容量光學(xué)三角測(cè)量法，現(xiàn)對(duì)此探討如下。

1 主要設(shè)備分析

（1）全站儀。一共有2 臺(tái)。其角度分辨力≥0.5''，而在具體的距離測(cè)量的分辨力上，同樣優(yōu)于0.1mm；還需要指出的是，如果能配合棱鏡使用，那么測(cè)距所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展不確定度優(yōu)于1mm。對(duì)于全站儀而言，需要進(jìn)行定期校準(zhǔn)，或者是在油罐測(cè)量前進(jìn)行校準(zhǔn)，而對(duì)于一直相配套的測(cè)距儀來(lái)講，需要與所用棱鏡進(jìn)行同步性檢測(cè)；而對(duì)于其激光束發(fā)生器所傳送的光束來(lái)講，需要一致于望遠(yuǎn)鏡的光軸；另外，還需說(shuō)明的是，針對(duì)所用棱鏡而言，可根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，在三腳架與全站儀位置處加以固定。（2）視距尺。通常情況下，視距尺的長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于2m，并且在進(jìn)行制作時(shí)，最好選已經(jīng)知道膨脹率的材料。在視距尺的兩端刻線之間的距離，需要實(shí)施標(biāo)定，二其距離標(biāo)定所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展不確定度，需要維持在0.05mm 范圍內(nèi)。在實(shí)際使用過(guò)程中，可把視距尺在三腳架上固定，使其與全站儀位置相同。

2 全站儀的基本假設(shè)

依據(jù)制造商的說(shuō)明書(shū)，對(duì)各臺(tái)全站儀進(jìn)行細(xì)致假設(shè)。（1）假設(shè)并固定儀器。在測(cè)過(guò)程中，如果發(fā)生測(cè)站移動(dòng)的情況，那么需要在測(cè)站附近，設(shè)置配重，或者是其它重物，以此穩(wěn)定全站儀的周?chē)墓薜?；另外，還需要結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，在三腳架支腿上，安裝專門(mén)的磁性支座上，預(yù)防支腿于底板上滑動(dòng)。而在外測(cè)過(guò)程中，把三腳架腿插至土當(dāng)中。（2）對(duì)儀器底板進(jìn)行調(diào)平。調(diào)整全站儀的底板，使之處于水平狀態(tài)，確保全站儀的旋轉(zhuǎn)軸處于垂直狀態(tài)。（3）把全站儀移動(dòng)至現(xiàn)場(chǎng)，靜置1 消失，方便標(biāo)定程序在將要開(kāi)始前，溫度升高至所需溫度。

3 對(duì)兩測(cè)站之間的距離進(jìn)行測(cè)量

3.1 測(cè)站間距＜25m 時(shí)

（1）假設(shè)視距尺架。首先，依據(jù)制造上所提供的說(shuō)明書(shū)與程序，把視距尺安裝在指定的三腳架上。其次，對(duì)視距尺上的機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，保持其水平固定狀態(tài)，且與瞄準(zhǔn)軸相垂直。最后，完成假設(shè)之后，將視距尺鎖緊，對(duì)其垂直、水平情況進(jìn)行校驗(yàn)。（2）測(cè)量?jī)蓽y(cè)站之間的水平距離。首先，對(duì)位于視距尺上的2 個(gè)標(biāo)記進(jìn)行測(cè)量，使之與全站儀之間的夾角呈2θ。其次，采用如下公式，計(jì)算出兩個(gè)測(cè)站之間的水平距離D：D=B/2×tanθ；在此公式當(dāng)中，θ 所代表的是全站儀T 于2 參考標(biāo)記所構(gòu)成角度的50%；B 所代表的是位于視距尺上兩端刻線之間的距離。再次，對(duì)全站儀進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，且重新指向全站儀，從中將角度2θ 測(cè)量出來(lái)，且將計(jì)算D 計(jì)算出來(lái)，然后將平均值求出。2 個(gè)距離的平均值D 所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，需要小于準(zhǔn)允偏差的50%，不然，需要對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行重新調(diào)整。最后，當(dāng)將全部光學(xué)測(cè)量均完成后，需要對(duì)距離D 進(jìn)行重新測(cè)量。而在進(jìn)行光學(xué)測(cè)量操作前以及操作后，需要先將平均距離的差值給計(jì)算出來(lái)，并且偏差應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)偏差。不然需要對(duì)程序進(jìn)行重新標(biāo)定，直至標(biāo)定開(kāi)始與結(jié)束時(shí)各組測(cè)量數(shù)據(jù)的均值D 的差值在準(zhǔn)許范疇內(nèi)。

3.2 測(cè)站間距＞25m 時(shí)

首先，將棱鏡假設(shè)在第2 個(gè)三腳架上；其次，對(duì)位于中間位置的全站儀進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，然后停留在原先位置，從中將距離測(cè)量出來(lái)；然后將其平均值D 計(jì)算出來(lái)，并準(zhǔn)確記錄；需要說(shuō)明的是，2 個(gè)距離的平均值D 的差值需要控制在標(biāo)準(zhǔn)偏差準(zhǔn)許范圍內(nèi)，不然的話，需要對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行重新調(diào)整。最后，當(dāng)全部的光學(xué)測(cè)量工作均完成后，需要對(duì)距離D 進(jìn)行重新測(cè)量。在光學(xué)測(cè)量前、后，所得出的平均距離差，需要控制在允許范圍內(nèi)。不然需要對(duì)此標(biāo)定程序進(jìn)行重新測(cè)定，直至偏差處于允差范圍內(nèi)。

4 油罐中的罐壁光學(xué)測(cè)量程序

（1）在罐中構(gòu)建2 個(gè)測(cè)站；（2）把2 個(gè)測(cè)站的位置設(shè)定在同一個(gè)水平面上，而且二者之間的距離需要控制在1/4。對(duì)全站儀進(jìn)行調(diào)整，并且將測(cè)站T 與L 之間的距離D 給測(cè)量出來(lái)；（3）自1 臺(tái)儀器所對(duì)應(yīng)的垂直分劃線，對(duì)另1 臺(tái)垂直分劃線進(jìn)行瞄準(zhǔn)，把光學(xué)基準(zhǔn)軸的L、T 分別設(shè)置在2 臺(tái)儀器的水平面上；（4）關(guān)閉激光，防止激光照射；（5）對(duì)全站儀T 進(jìn)行調(diào)整，然后對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行設(shè)置，使之無(wú)窮遠(yuǎn)，最后用光源為目鏡進(jìn)行照明；（6）自全站儀L 的望遠(yuǎn)鏡，對(duì)全站儀T 的目鏡進(jìn)行查看，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)焦，直到能夠清晰觀察到十字線；用激光全站儀L 內(nèi)置的調(diào)節(jié)裝置，對(duì)2 個(gè)垂直分劃線進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之重合；（7）對(duì)2 個(gè)水平度盤(pán)讀數(shù)進(jìn)行讀取，當(dāng)作水平基準(zhǔn)角度，將2 個(gè)全站儀的相對(duì)位置給記錄下來(lái)；（8）將激光束開(kāi)啟。此光束能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，在油罐罐壁上，提供許多測(cè)量點(diǎn)；此外，利用1 臺(tái)全站儀對(duì)此些點(diǎn)進(jìn)行逐一觀測(cè)與讀取，并且將2 臺(tái)儀器上水平度盤(pán)的具體讀數(shù)準(zhǔn)確記錄下來(lái)。還需要說(shuō)明的是，測(cè)量點(diǎn)無(wú)需設(shè)在基準(zhǔn)角度附近；（9）利用全站儀將某一水平高度內(nèi)的全部測(cè)點(diǎn)的水平角α、β給測(cè)量出來(lái)，使位于油罐罐壁上圓周已經(jīng)給定的各組點(diǎn)，都位于同一水平高度內(nèi)，然后向下一水平高度進(jìn)行移動(dòng)。此外，還需強(qiáng)調(diào)的是，測(cè)點(diǎn)數(shù)與圈板塊數(shù)間的差值，不能為整數(shù)，防止出現(xiàn)系統(tǒng)誤差情況；（10）當(dāng)完成全部測(cè)點(diǎn)的測(cè)量工作之后，在對(duì)T與L 之間的水平距離D 進(jìn)行測(cè)量；（11）將全站儀激光關(guān)閉，對(duì)光軸T、L 進(jìn)行檢查。剛開(kāi)始的水平基準(zhǔn)角度與最終的水平基準(zhǔn)角度的差值，需要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。不然，需要重復(fù)標(biāo)定沖虛，直到誤差消失，或滿足相關(guān)要求。

5 處理測(cè)量數(shù)據(jù)

（1）轉(zhuǎn)換測(cè)量坐標(biāo)。針對(duì)測(cè)點(diǎn)P 來(lái)講，相比于直角坐標(biāo)軸系（以T 為中心）的坐標(biāo)，即為（x，y），借助如下公式加以明確：y=xtanα，y=（x-D）tanBβ；在此公式當(dāng)中，α、β 所表示的是罐壁上測(cè)點(diǎn)P 與全站儀測(cè)站1、2 之間的連線與x 軸所形成的水平夾角；D 所代表的是全站儀測(cè)站之間的距離；（2）將各測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出來(lái)，借助上述公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算；（3）對(duì)各個(gè)高度位置處的半徑值進(jìn)行擬合計(jì)算。用最小二乘法，將各圈板上不同高度處的半徑值給計(jì)算出來(lái)。

6 結(jié)論

綜上，立式金屬罐實(shí)際就是對(duì)液體石油等液體進(jìn)行收發(fā)交接、貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具，采用全站儀測(cè)定立式金屬罐容量的方法，已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，尤其是具備自動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能等，因而為此技術(shù)在多領(lǐng)域中的應(yīng)用，奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文以標(biāo)準(zhǔn)法圍尺為基礎(chǔ)，對(duì)立式罐基圓進(jìn)行測(cè)量，將全站儀當(dāng)作測(cè)量?jī)x器，將2 個(gè)全站儀測(cè)站之間的水平距離測(cè)量出來(lái)。此技術(shù)的應(yīng)用，較好的解決了立式金屬罐容量測(cè)量中所存在的問(wèn)題，尤其是光學(xué)三角測(cè)量法的配合，使得其結(jié)果更為精確與全面。