全站儀快速對中整平方法的研究

朱 寶

（滁州職業技術學院，安徽 滁州 239000）

1 研究的背景和意義

全站儀集角度測量、距離測量、高差測量功能于一身，具有角度測量、距離測量、坐標測量三種模式，是目前工程測量中實用性、功能性最強的測量儀器之一。同經緯儀一樣，全站儀需要對中整平在某一測站點上，使儀器的水平度盤中心和地面的測站點標記位于鉛垂的豎軸上，并使得水平度盤水平。而對中和整平往往會相互干擾，對中好以后，整平會破壞對中，再次對中又會破壞整平。而對中整平會影響到測量的精度，我們須對對中整平進行研究，找到快速、準確的方法，以及操作注意事項。

2 傳統安置方法缺陷研究

對中的方法一般有垂球對中、光學對中、激光對中和強制對中[1]。全站儀有帶光學對中器的，也有不帶光學對中器依靠激光對中的。整平是用玻璃管中封有乙醇或乙醚的圓水準器和管水準器氣泡居中來實現的，圓水準器通常精度為8′/2mm，管水準器一般不超過10″/2mm，也有用顯示屏上的電子氣泡來整平的[2]。

傳統的安置儀器的方法是用垂球進行粗對中，然后用腳螺旋粗平，再將中心螺旋松開，使儀器在三腳架架頭上平動，從而在光學對中器中看儀器精對中，或者對中激光精對中，然后再精平儀器。

但是，在粗對中后，絕大多數情況下圓水準器不會巧合的居中，于是圓水準器軸不鉛垂，如果此時我們用腳螺旋粗平，將在三腳架架面不動的情況下，升高或者降低三個腳螺旋方向使得三腳架架面各方向的高度與基座相應方向高度之和均衡，達到儀器粗平目的，這樣圓水準器軸連同豎軸一起鉛垂了，但豎軸將偏離原先對中的點。此時如果偏離對中較大時，容易超過儀器所能在三腳架架面平移的極限，這樣需要重新移動三腳架對中。即使未超出平移極限，我們在平移儀器時，需克服儀器和三腳架架面間的摩擦力，也是很困難的，很容易發生轉動儀器的現象。一旦發生了轉動，三腳架架面各方向的高度與基座相應方向高度之和將不再均衡，圓水準器氣泡將發生偏移，于是需要再次粗平。

由此可見，此種方法是采取來回對中、整平、逐漸趨近的方法，速度很慢，而且難以保證精度。

3 改進方法的探索研究

粗對中時，由于垂球搖擺不定，需等垂球靜止時才能確定是否對中，速度很慢，我們可以放棄粗對中，直接使用光學對中器或者激光進行對中。此時我們需要熟練控制三腳架，通過三腳架的移動，來達到直接精對中的目的。

有研究表明，三腳架具有一種近似指心現象，在三腳架架腿作小幅度伸縮時，儀器的豎軸始終指在地面某一很小的范圍內[3]。調節腳架的腿長使圓水準器氣泡居中時,產生的對中偏移量很小,而用腳螺旋調節圓水準器氣泡居中時對中偏移很大[4]。我們可以利用這一原理，改用伸縮三腳架架腿的長度來進行粗平，從而保證粗平時幾乎不影響到對中。

4 快速對中整平方法的實踐

我們將上述理論付諸實踐，制定一套行之有效的方案。

首先，將儀器箱關閉，三腳架擰緊捆扎好，放于測站點旁邊，以備開始。先打開儀器箱，將儀器開機，在箱中暫不拿出。打開三腳架綁腿，擰開蝶形螺旋，將三腳架抽至略高于自己肩膀，擰緊蝶形螺旋，打開三條腿形成一定角度，于是架面將略低于肩膀。將三腳架空載安放在測站點上，從架面上方的圓孔透過中心螺栓能看見地面的測站點標記，并使三腳架架面基本水平，由于沒有儀器的重量，三腳架比較輕，很容易控制。從儀器箱中拿出全站儀，此時全站儀應已開機完畢，把全站儀的三個腳螺旋旋至大約中間的位置，使順時針和逆時針旋轉腳螺旋都有余地。將儀器安裝在三腳架架面上，注意應使圓水準器處于三腳架一條腿的上方，擰緊中心螺栓。因三腳架架面略低于肩膀，此時儀器應該與眼睛大致處于一個高度。

調出對中激光，如地面看不見激光，應注意激光是否被中心螺栓下的垂球掛鉤擋住，如擋住應將其撥開；如果依然看不清地面上的激光，將手掌置于中心螺栓下，此時手掌上應有激光點，將手慢慢下移至地面，從而找到地面的激光點。雙手抓起三腳架的兩條腿處于懸空，另一條腿著地，眼睛盯著地上的激光點，雙手左右前后的移動，直至激光點對準地面的測站標志，雙手輕輕放下三腳架。因安裝儀器前架心已基本對中，此時只需稍作調整即可達到效果。如果放下三腳架時，激光點略有偏移，是因為三腳架未擰緊、擰不緊或者操作者手法有問題所致，如不能克服，則不要再動三腳架，而是旋轉腳螺旋，使激光點對中，激光點遵從左手定則。

伸縮三腳架架腿的長度，來使圓水準器的氣泡居中，以達到粗平的目的。由于圓水準器處于三腳架一條腿的上方，則此條腿控制前后的高度，另兩條腿控制左右的高度。操作者應站在此條腿與另兩條腿的其中一條之間，僅以控制左右高度的兩條腿的一條來控制左右高度，這樣可以避免操作者看不見圓水準器氣泡以及避免操作者繞著三腳架轉圈，減少了不小心碰到架腿的概率。注意有些人在安裝儀器時將圓水準器置于兩條腿的中間（即第三條腿的對面），則這兩條腿用來控制左右高度，第三條腿控制前后的高度。當控制前后高度時，由于第三條腿和圓水準器處于相對的位置，伸縮第三條腿時不容易看見圓水準器氣泡的運動狀態，因此這種方法不建議采用。由于三腳架的架面一開始就基本水平，全站儀的腳螺旋又基本在中間位置，因此三腳架的伸縮幅度應該不大，地面的激光點應在原地幾乎不動。這樣，三腳架一開始空載架設的優勢就體現出來了，由于很容易保證架心基本對中、架面基本水平，避免了此時大幅度伸縮架腿從而破壞對中。

旋轉全站儀照準部，使水準管位于任一對腳螺旋的連線上，旋轉這兩個腳螺旋，用“左手定則”或“順升逆降”原則使氣泡居中。旋轉照準部90°，使水準管與剛才的一對腳螺旋連線垂直，旋轉第3個腳螺旋，使氣泡居中。如此反復2～3次，檢查照準部是否不論旋轉到何位置，水準管氣泡都居中。如不能滿足，嘗試將水準管再轉至一對腳螺旋連線，調整居中，再將照準部旋轉180°，如氣泡不再居中，則用校正針調回偏離量一半，反復調整后繼續進行。如不具備技術應交由專業人員校正，更換儀器后繼續進行。

通過練習和比賽，我們的學生從儀器箱關閉、三腳架擰緊扎牢狀態，直到對中整平完畢，一般保證在1.5min以內，有時甚至能達到1min左右，已達到研究目的。

5 結 論

對中整平的方法有多種，每個人都有自己習慣的方法，但怎樣才是更快捷、更準確的方法，需要我們不斷的研究、不斷的改進。我們所研究的焦點在于如何使對中和整平的相互干擾達到最小，以及怎樣的操作流程才是最科學的，什么事項是在操作中應當注意的。隨著儀器本身的改進和三腳架的改進，操作的方法也應該隨之改進。只有不斷創新、不斷探索、勤加練習、甘于分享、共同進步，才能創造更快、更準的紀錄。

[1]姜華根.測量儀器對中方法研究[J].西南林學院學報,2003（2）.

[2]于成浩,柯明,趙振堂.論測量儀器的精密整平及對中技術[J].測繪科學,2006（6）.

[3]楊磊庫,卞正富,冷海龍.基于三腳架指心現象上的快速對中與整平方法[J].測繪通報，2004（7）.

[4]張治國,王浩,唐春霞.全站儀對中整平方法探討[J].現代測繪,2008（4）.