摘要：全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展與運用，促使測繪工作正從傳統(tǒng)的測繪技術(shù)手段向現(xiàn)代數(shù)字測繪過渡，全站儀在現(xiàn)代測繪工作中的應(yīng)用比例也越來越大。因此，有必要對全站儀在使用過程中的誤差產(chǎn)生及大小做分析。 

　　關(guān)鍵詞：全站儀 誤差  

　　全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，它集電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和微電腦處理器于一體，因此，它也兼具經(jīng)緯儀的測角誤差和光電測距儀的測距誤差性質(zhì)。本文分別對這兩項誤差在城市測量中的大小進(jìn)行分析，然后綜合兩方面的影響對地面點的點位誤差進(jìn)行分析與估算。最后單獨分析全站儀的高程誤差。 

　　一、全站儀的工作原理 

　　全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的新型測角儀器，與光學(xué)經(jīng)緯儀比較電子經(jīng)緯儀將光學(xué)度盤換為光電掃描度盤，將人工光學(xué)測微讀數(shù)代之以自動記錄和顯示讀數(shù)，使測角操作簡單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進(jìn)一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。 

　　全站儀與光學(xué)經(jīng)緯儀區(qū)別在于度盤讀數(shù)及顯示系統(tǒng)，電子經(jīng)緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數(shù)傳感器進(jìn)行角度測量的。 根據(jù)測角精度可分為0.5″，1″，2″，3″，5″，10″等幾個等級。 

　　二、全站儀測圖點位中誤差分析 

　　1、全站儀測角誤差分析 

　　檢驗合格的全站儀水平角觀測的誤差來源主要有： 

　�、賰x器本身的誤差（系統(tǒng)誤差）。這種誤差一般可采用適當(dāng)?shù)挠^測方法來消除或減低其影響，但在全站儀測圖中對角度的觀測都是半測回，因此，這里還是要考慮其對測角精度的影響。分析儀器本身誤差的主要依據(jù)是其廠家對儀器的標(biāo)稱精度，即野外一測回方向中誤差 M 標(biāo)，由誤差傳播定律知，野外一測回測角中誤差 M1 測= M 標(biāo)，野外半測回測角中誤差 M 半測= M1 測=2M 標(biāo)。 

　　②儀器對中誤差對水平角精度的影響，儀器對中誤差對水平角精度的影響在《測量學(xué)》教材中有很詳細(xì)的分析其公式為 M 中= ρ e/ ×SAB/S1S2 其中 e 為偏心距，熟練的儀器操作人員在工作中的對中偏心距一般不會超過 3mm ，這里取 e=3mm 。 S1 在這里取全站儀測圖時的設(shè)站點（圖根點）至后視方向是（另一通視圖根點）之間的距離， S2 取全站儀設(shè)站點至待測地面點之間的規(guī)范限制的最大距離。由公式知，對中誤差對水平角精度的影響與兩目標(biāo)之間的距離 SAB 成正比，即水平角在 180 時影響最大，在本文討論中只考慮其最大影響。 

　�、勰繕�(biāo)偏心誤差對水平角測角的影響，《測量學(xué)》教材推導(dǎo)出的化式為 m 偏= ρ /2× √ (e1/S1)2+(e2/S2)2 ， S1 、 S2 的取法與對中誤差中的取法相同， e1 取儀器設(shè)站時照準(zhǔn)后視方向的誤差，此項誤差一般不會超過 5mm ，取 e1=5mm ， e2 取全站儀在測圖中的照準(zhǔn)待測點的偏差。因為常規(guī)測圖中棱鏡中心往往不可能與地面點位重合，偏差為棱鏡的半徑 R=50mm ，固取 e2=50mm 因為對中誤差與目標(biāo)偏心誤差均為“對中”性質(zhì)的誤差，就對中本身而言，它是偶然性的誤差，而儀器一旦安置完畢，測它們就會同儀器本身誤差一樣同時對測站上的所有測角發(fā)生影響。 

　　2、全站儀測距的誤差估計 

　　目前全站儀大多采用相位式光電測距，其測距誤差可分為兩部分：一部分是與距離 D 成正比例的誤差，即光速值誤差，大氣折射率誤差和測距頻率誤差；另一部分是與距離無關(guān)的誤差，即測相誤差，加常數(shù)誤差，對中誤差。故，將測距精度表達(dá)式簡寫成 MD= ±（ A+B × D ），式中 A 為固定誤差，以 mm 為單位， B 為比例誤差系數(shù)以 mm/km 為單位， D 為被測距離以 km 為單位。目前測繪生產(chǎn)單位配備的測圖用全站儀的測距標(biāo)稱精度大多為 MD=3mm+2mm/km×D 。在這里 D 取測站點到待測點之間的《城市測量規(guī)范》規(guī)定的限值。通過計算得到各比例尺測圖中測距中誤差值 MD ，如下表： 

　　3、分析全站儀測圖的點位中誤差 M 

　　根據(jù)前面對測角和測距精度的分析，運用誤差傳播定律來分析估計全站儀測圖在工作中的實測點位中誤差（相對于圖根點）。 

　�、俳�立定點（ X Y ）與角度（β）、距離（ D ）之間的出數(shù)關(guān)系式， X=Dcos β， Y=Dsin β； 

　�、趯ι鲜龀鰯�(shù)關(guān)系式全微分，求出具真誤差關(guān)系式： △ X=cos β △ D － D × sin β△β , △ Y=sin β △ D+D × sinB △ B 

　�、鄹鶕�(jù)誤差傳播定律寫出中誤差平方關(guān)系式： 

　　Mx2=cos2 β MD2+D2sin2 β M2 β 

　　My2=sin2 β MD2+D2cos2 β M β2 

　　M= = ，此式就是點位中誤差與角度中誤差 M β，距離中誤差 MD 及距離 D 的關(guān)系式，根據(jù)此式及《城市測量規(guī)范》規(guī)定的 D 的限值。 

　　三、全站儀測圖高程中誤差分析。 

　　眾所周知，全站儀測圖的高程為三角度程，而三角高程單向觀測的高差計算公 h=D×tan α v+(1-k) D2/2R+i-v ，對公式進(jìn)行全微分求出真誤差關(guān)系式，然后根據(jù)誤差傳播定律求出中誤差平方關(guān)系式為： M h2=(tan α v+(1-k)D/R) 2MD2+(D×sec α v)2M αv+(D2/2R)2Mk2+Mi2+Mv2 。由中誤差平方關(guān)系式分析各變量的取值。 

　　1、分析豎角測角精度，全站儀的標(biāo)稱精度為 M 標(biāo)，則測圖中豎角的半測回中誤差 M 半測=2M 標(biāo)（與前面水平角分析類似）。 

　　2、分析儀器高 i 與目標(biāo)高 v 的量取精度，根據(jù)本人在工作中的經(jīng)驗，兩次量取儀器高 i 與目標(biāo)高 v 的差數(shù)不會超過 3mm ，即 d ≤ 3mm ，運用誤差傳播定律同精度雙觀測求中誤差公式則 Mi=Mv= = ± 2.1mm 。 

　　3、分析大氣垂直折光差系數(shù)誤差，根據(jù)《城市測量規(guī)范》條文說明中對此項的分析，估計 Mk=+0.05 ， 

　　4、在城市數(shù)字測圖中地形的起伏一般不會超過 25 °這里取α v ＝ 25 °由于測圖中地面點高程 H 的精度是相對于圖根控制點而言的，即圖根控制點高程可視為真值，則 MH ＝ Mh 

　　根據(jù)以上分析與取值，計算得下表： 

　　由表格數(shù)據(jù)知，全站儀測圖地面點高程精度遠(yuǎn)優(yōu)于規(guī)范規(guī)定的限差（附表）。但在實際工作中由于地面土質(zhì)的影響，以及有些點不方便目標(biāo)的放置等因素的影響導(dǎo)致棱鏡中心至地面的高度有誤差，所以實際工作中的高程誤差要高于以上的誤差估計。