高精度全站儀技術指標全面檢測的方法

李 奎，曹俊茹，宋振柏，王 廷

（1．山東理工大學建筑工程學院，山東淄博250091；2．山東理工大學資源與環境工程學院，山東淄博250091）

隨著全站儀的使用越來越廣泛，全站儀成為測繪生產和教學的主要儀器設備．全站儀經過運輸、長期存放、長期使用以及受到強烈震蕩等情況會使儀器精度達不到精度要求，一般測繪生產單位和普通高校不具備全站儀檢測的場地條件和實驗室條件［1]，送到質檢部門檢定，其費用又相當高．本文利用實驗室現有條件，設計可以對全站儀主要精度指標進行檢測的簡便可行方法，使其既滿足測繪生產和一般教學的需要，又可以節省大量經費，具有重要的意義．

1 全站儀精度檢測的方法

1．1 照準誤差2C、橫軸誤差i及豎盤指標差x的檢測

選擇光線均勻充足（但不要太強）的地方，將一張A4紙貼在墻上，上面畫一個十字，要求粗細適中，以便十字絲精確瞄準．在距墻面20～30m地方安置全站儀，通過望遠鏡瞄準十字絲十字中心O點，盤左、盤右分別讀取水平度盤讀數L、R和豎直度盤讀數aL、aR，重復測量取平均值．各等級照準誤差2C、橫軸誤差i及豎盤指標差x的限差要求［2]見表1．

表1 各等級儀器2C、i、x的限差要求

表中

1．2 儀器常數的檢測

1．2．1 解析法

傳統六段解析法［3]是檢測全站儀加常數的主要方法之一，需要特定的基線場地．本文檢測設計場地如圖1所示．

圖1 解析法場地示意圖

為提高檢測加常數的準確度，采用全組合觀測法，首先分別在0、1、…、5點安置儀器，輸入溫度和氣壓改正參數，觀測模式．在i點觀測，觀測值Dij，i＝0，1，…，5；j＝i＋1，共觀測21個距離值．

以6個獨立分段的距離改正數及加常數K作為未知數，此時就有14個多余觀測值，通過平差計算就可以求出6段距離的平差值和加常數K．

誤差方程式：

式中：Di為距離測量（經氣象、傾斜改正以后的水平距離）；Vi為距離量測值的改正數為距離的近似值為距離近似值的改正數為距離的平差值．列出誤差方程式后，轉化為矩陣形式．設：

則誤差方程的矩陣表達式為

觀測值中誤差為

加常數K的中誤差為

式中，Q11為加常數K的權系數．

求得儀器的加常數以后，如果發現其值較大，就可以通過自定義棱鏡常數，把加常數歸算到棱鏡常數之中，從而對所測距離進行修正．加常數的中誤差應小于標稱標準差的1／4．筆者對索佳NET05全站儀進行檢測，儀器的加常數K為－0．47mm，測距標準差為±1．366 5mm，儀器的出廠標稱精度為0．8mm±1ppm，該次檢測測距大約0．6km，所以測距精度應為±1．4mm，考慮到讀數誤差和對中誤差，我們認為儀器加常數及測距精度符合要求．

圖2 簡易檢測法場地示意圖

1．2．2 簡易檢測法

①用全站儀精確測出MP、MQ的平距．

②在P點安置全站儀并準確對中，精確測出PQ的平距．可以得出全站儀測距常數K＝MQ－（MP＋PQ）．測得K值應接近或等于0，若｜K｜＞3mm，則要進行校正．簡易法比較適合于野外工作之前的自檢，省時省力，能滿足一般工作的精度需求．

1．3 棱鏡常數的檢測

棱鏡常數的檢測分為配套棱鏡檢測、不配套棱鏡檢測．

配套棱鏡檢測：用鋼尺精確測量一段長度不得超過10m基線，反復測量10次取平均值．鋼尺在不足10m的基線上，其測量誤差可以忽略不計，只需保持拉力均勻即可．然后在基線兩端安置全站儀和棱鏡，設置溫度氣壓參數［4]和觀測模式，反復測量距離10次取平均值，然后與鋼尺量測的數據比較．

不配套棱鏡檢測：在全站儀進行儀器加常數檢測時，與全站儀進行檢測的棱鏡選用配套棱鏡或者已知棱鏡常數的棱鏡，并且在儀器中設置好棱鏡常數，采一起常數的檢測方法，結果就是全站儀儀器加常數．如果儀器加常數符合精度要求，則不需要改正；否則，在全站儀程序中改正加常數．最后更換待檢棱鏡（不配套），仍然采用常數檢測法，這時測出的加常數就是不配套棱鏡常數．

1．4 儀器內符合精度的檢測

內符合精度［5]反映一定的距離范圍內儀器測量的穩定性，其值應不大于儀器標稱標準差的1／4．檢測方法是首先選擇相距約50m的兩點，分別安置全站儀和反射棱鏡，設置溫度、氣壓參數、測量模式等，連續讀取30個以上的距離觀測值，這里記為Di（i＝1，2，…n，n為讀數次數），其平均值為

觀測改正數為

內部符合精度為

1．5 一測回水平、豎直方向標準差的檢測

一測回水平、豎直方向標準差［5]是指全站儀盤左、盤右觀測同一目標所求得的方向值的準確度．質監部門檢測方法有多目標平行光管法和多齒分度臺法，而對于一般測繪生產單位和院校來說，條件很難滿足，為此本文提出了多目標野外檢測法，如圖3所示．

圖3 一測回水平方向標準差檢測示意圖

在一個檢測系列中，每測回方向值用Rij表示．其中，i表示目標（i＝1、2、3、4、5），j表示測回數（j＝1、2、3），每個檢測系列分別進行計算．

在同一系列中，相對目標1方向歸零后，得第i目標3個測回方向的平均值

則同一方向各測回歸零后的觀測值與平均值之差為dij＝；而同一測回各方向的偏差平均值

因此，各測回各方向的殘差為

即有第k個檢測系列殘差平方和

每一檢測系列的多余觀測量fk＝（n－1）（r－1）＝8，則有一系列一測回水平方向標準差

一測回水平方向標準差的最后結果由4個系列取幾何中數給出，即

一測回豎直方向標準差的檢測和水平方向標準差的檢測相同，讀者可自行設計．以索佳NET05全站儀（K＝1）為例，一測回水平方向標準差觀測數據、數據計算見表2、表3．

表2 一測回水平方向標準差觀測數據表（K＝1）

表3 一測回水平方向標準差數據計算表（K＝1）

對全站儀觀測四個系列標準差s1＝0．796 9″、s2＝0．427 8″、s3＝0．520 2″、s4＝0．478 9″，4個標準差取幾何中數得到s＝0．574 0″，全站儀的標稱精度0．5″，考慮實際操作中操作、場地誤差［10]，可以認為此觀測方法可靠有效，因此該儀器在水平方向上的一測回水平方向標準差符合精度要求．

2 結束語

充分考慮到一般測繪生產單位和普通高校的現實情況，提出了以上全站儀精度檢測的一般方法．在實踐中，筆者曾對索佳NET05全站儀進行了精度檢測，檢測方法簡單易行，檢測結果可行有效，可以作為一般測繪生產單位和普通高校進行全站儀精度檢測的實施方法．

檢測在室外進行，更貼近測繪生產實際，檢測結果可靠，檢測方法具有一定的實用價值．

本文方法使非專業檢測機構和專用實驗場地的部門可進行全站儀精度檢測，特別是生產單位，能更好地掌握自己儀器的精度狀況．檢測場地布設簡單，可以讓用戶隨時進行精度檢測，幫助用戶及時掌握儀器的動態信息．

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