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)站至通視但是無法測(cè)站至不通視點(diǎn)間的角度和距離或者通視無法設(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)量過程中,把偏心點(diǎn)設(shè)置在目標(biāo)點(diǎn)附近,通過測(cè)站到偏心點(diǎn)間的角度和距離的測(cè)量,來確定測(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)距誤差來源分析
在使用全站儀進(jìn)行測(cè)量過程中,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
隨著我國科學(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).