高精度全站儀的發(fā)展及應(yīng)用

□劉斐（山西省測(cè)繪資料檔案館，山西太原030002）

高精度全站儀的發(fā)展及應(yīng)用

□劉斐
（山西省測(cè)繪資料檔案館，山西太原030002）

本文論述了高精度全站儀的發(fā)展，并從儀器附件的檢定、配套棱鏡的選擇與架設(shè)、光學(xué)對(duì)中器的限差等四方面對(duì)如何正確使用高精度全站儀，確保測(cè)量精度提出了一些建議。

高精度全站儀；棱鏡；光學(xué)對(duì)中器；對(duì)中誤差；棱鏡誤差

0.前言

全站型電子速測(cè)儀是一種兼有自動(dòng)測(cè)距、測(cè)角、計(jì)算和數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄及傳輸功能的自動(dòng)化、數(shù)字化的三維坐標(biāo)測(cè)量與定位系統(tǒng)。它由光電測(cè)距單元、電子測(cè)角單元、微處理器單元及電子記錄單元組成，是一種廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量、地形測(cè)量、地籍與房產(chǎn)測(cè)量、工業(yè)測(cè)量及近海定位等的電子測(cè)量?jī)x器。是現(xiàn)代化測(cè)量和信息化測(cè)量工作最有力的助手。全站型電子速測(cè)儀又稱“電子全站儀”，簡(jiǎn)稱“全站儀”。

全站儀依據(jù)的測(cè)角部分及測(cè)距部分的儀器標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)偏差可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ級(jí)全站儀為測(cè)角標(biāo)準(zhǔn)偏差≦1.0″，測(cè)距標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)偏差≦（1+1D）mm的高精度全站儀。現(xiàn)階段全站儀已達(dá)到令人不可置信的角度測(cè)量和距離測(cè)量精度，市場(chǎng)常見(jiàn)的I級(jí)全站儀有徠卡公司生產(chǎn)的TS30型超高精度的全站儀，（其測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為0.6mm+1ppm），TOPCON公司生產(chǎn)的MS05A型超高精度全站儀（其測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為0.5mm+1ppm），SOKKIA公司生

產(chǎn)的NET05X（其測(cè)角精度為0.5″，測(cè)角精度為0.5mm+1ppm）等，我國(guó)的南方測(cè)繪儀器公司生產(chǎn)的NTS391（其測(cè)角精度為1″，測(cè)距精度為1mm+ 1ppm）等型號(hào)。這些高精度的全站儀既可人工操作，也可自動(dòng)操作；既可遠(yuǎn)距離遙控運(yùn)行也可在機(jī)載應(yīng)用程序控制下使用；利用ATR功能，白天和黑夜都可以工作。可使用在精密工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)幾乎是無(wú)容許限差的機(jī)械引導(dǎo)控制等應(yīng)用領(lǐng)域。

高精度測(cè)量任務(wù)的完成除了需要高精度的儀器，還需要高技能的使用人才及規(guī)范的操作。鑒于Ⅰ級(jí)全站儀對(duì)附件的較高要求，我們對(duì)配套棱鏡的安置方向及棱鏡的一致性對(duì)測(cè)量精度的影響進(jìn)行了如下探討。

1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)采用TS30、NET05X等型號(hào)智能全站儀在測(cè)距儀基線檢定場(chǎng)上進(jìn)行精度測(cè)試，實(shí)驗(yàn)所用全站儀的測(cè)距標(biāo)稱精度均高于±（1mm+1.5ppm× D），在經(jīng)計(jì)量檢定合格的太原長(zhǎng)度基線場(chǎng)上，進(jìn)行全站儀野外檢定。

1.1 測(cè)試方案

選用1條距離較短的基線，基線長(zhǎng)度大約24米，調(diào)整全站儀照準(zhǔn)標(biāo)志，分別對(duì)各配套反射棱鏡進(jìn)行測(cè)距。

1.2 測(cè)試步驟

（1）在基線兩端分別安置全站儀和反射棱鏡，儀器和反射棱鏡安置的對(duì)中誤差不大于

0.5 mm；

（2）測(cè)定溫度、氣壓等數(shù)據(jù)，測(cè)定時(shí)干濕溫度表的底部應(yīng)距地面1.5m，無(wú)陽(yáng)光照射；

（3）將氣溫、氣壓的測(cè)定數(shù)據(jù)輸入儀器內(nèi)，進(jìn)行氣象條件的修正；

（4）應(yīng)用光照準(zhǔn)模式選擇精密測(cè)距模式分別對(duì)各配套反射棱鏡不同安置方向進(jìn)行測(cè)距；

（5）每個(gè)安置方向讀取10次距離求其平均值，在測(cè)距中不得再次調(diào)整全站儀；

（6）對(duì)各配套發(fā)射棱鏡不同安置方向所測(cè)的距離平均值進(jìn)行比較，求出其最大值與最小值之差。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：

2.1 依據(jù)JJG703-2003《光電測(cè)距儀》檢定規(guī)程的要求，對(duì)反射棱鏡的一致性的要求為其最大值與最小值之差應(yīng)不大于標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)偏差固定部分的1/4，相對(duì)于0.5mm+1ppm的全站儀即最大值與最小值之差應(yīng)0.125mm，相對(duì)于1mm+1ppm的全站儀即最大值與最小值之差應(yīng)小于0.25mm，實(shí)驗(yàn)的棱鏡組有些不能達(dá)到該范圍內(nèi)，檢定規(guī)程對(duì)此項(xiàng)目的規(guī)定是“可不檢項(xiàng)目”、所以許多用戶對(duì)此重視不夠。在測(cè)量過(guò)程中引起測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。

2.2 由于棱鏡的旋轉(zhuǎn)中心與對(duì)中器的視軸存在不一致性，所以棱鏡架設(shè)的不同方向會(huì)影響到測(cè)量精度，最多可達(dá)0.6mm，在實(shí)際操作過(guò)程中我們應(yīng)盡量保持棱鏡架設(shè)方向不變，與檢定時(shí)方向一致。并應(yīng)經(jīng)常檢查基座上的調(diào)節(jié)螺旋，確?；B接照準(zhǔn)部的螺桿是鎖緊的，基座上的中心固定螺旋旋緊，使儀器免受震動(dòng)。

3.使用注意事項(xiàng)

3.1 儀器附件的檢定與使用，全站儀的測(cè)量不僅僅由儀器完成，與之配套的棱鏡、基座、氣溫氣壓等附件的狀態(tài)同樣影響測(cè)量的精度。

3.2 測(cè)量過(guò)程中儀器安置狀態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，尤其對(duì)中器的對(duì)中誤差。我國(guó)的現(xiàn)行光電測(cè)距儀檢定規(guī)程頒布于2003年，經(jīng)過(guò)近十年測(cè)繪儀器的高速發(fā)展，現(xiàn)如今的全站儀測(cè)量精度與當(dāng)時(shí)的測(cè)量精度已有了天壤之別，但檢定規(guī)程并未及時(shí)更新，具有一定的滯后性。而儀器廠家在出產(chǎn)高精度的全站儀的同時(shí)并未出產(chǎn)高精度的相應(yīng)附件，所以有些附件的誤差較大，會(huì)直接影響儀器的測(cè)量精度。如規(guī)程規(guī)定的對(duì)中器誤差為在0.8m-1.5m的視距范圍內(nèi)，對(duì)中偏差應(yīng)小于1 mm，僅這一項(xiàng)的偏差就已超過(guò)了Ⅰ級(jí)全站儀的標(biāo)稱固定誤差。所以在檢定及使用過(guò)程要注意對(duì)中器的校正，其偏移量應(yīng)小于標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)偏差固定部分的1/2，即0.25mm。

3.3 在架設(shè)儀器和棱鏡時(shí)，應(yīng)盡量使用木制腳架，金屬腳架美觀輕便，但穩(wěn)定性較差，使用時(shí)可能引起的震動(dòng)會(huì)影響測(cè)量精度。在Ⅱ級(jí)全站儀的測(cè)量過(guò)程中，對(duì)棱鏡的架設(shè)沒(méi)有過(guò)多的要求，但經(jīng)過(guò)大量的檢定對(duì)比實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，儀器或棱鏡的溫度突變會(huì)引起測(cè)程的縮短，如將儀器從熱的汽車中取出，應(yīng)將儀器放置一段使之適應(yīng)環(huán)境溫度再開(kāi)始測(cè)量。

【1】葉曉明，凌模.全站儀原理誤差[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

【2】王保和，任道勝，劉瑩.光電測(cè)距儀檢定規(guī)程[J].國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2004.作者簡(jiǎn)介：

劉斐（1968—）女，山西省芮城縣人，助理工程師，從事測(cè)繪資料檔案管理工作。

P204

B

2095-7319（2015）03-0051-03