高精度全站儀的發展及應用

□劉斐（山西省測繪資料檔案館，山西太原030002）

高精度全站儀的發展及應用

□劉斐
（山西省測繪資料檔案館，山西太原030002）

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

高精度全站儀；棱鏡；光學對中器；對中誤差；棱鏡誤差

0.前言

全站型電子速測儀是一種兼有自動測距、測角、計算和數據自動記錄及傳輸功能的自動化、數字化的三維坐標測量與定位系統。它由光電測距單元、電子測角單元、微處理器單元及電子記錄單元組成，是一種廣泛應用于控制測量、地形測量、地籍與房產測量、工業測量及近海定位等的電子測量儀器。是現代化測量和信息化測量工作最有力的助手。全站型電子速測儀又稱“電子全站儀”，簡稱“全站儀”。

全站儀依據的測角部分及測距部分的儀器標稱標準偏差可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，其中Ⅰ級全站儀為測角標準偏差≦1.0″，測距標稱標準偏差≦（1+1D）mm的高精度全站儀。現階段全站儀已達到令人不可置信的角度測量和距離測量精度，市場常見的I級全站儀有徠卡公司生產的TS30型超高精度的全站儀，（其測角精度為0.5″，測距精度為0.6mm+1ppm），TOPCON公司生產的MS05A型超高精度全站儀（其測角精度為0.5″，測距精度為0.5mm+1ppm），SOKKIA公司生

產的NET05X（其測角精度為0.5″，測角精度為0.5mm+1ppm）等，我國的南方測繪儀器公司生產的NTS391（其測角精度為1″，測距精度為1mm+ 1ppm）等型號。這些高精度的全站儀既可人工操作，也可自動操作；既可遠距離遙控運行也可在機載應用程序控制下使用；利用ATR功能，白天和黑夜都可以工作。可使用在精密工程測量、變形監測幾乎是無容許限差的機械引導控制等應用領域。

高精度測量任務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范的操作。鑒于Ⅰ級全站儀對附件的較高要求，我們對配套棱鏡的安置方向及棱鏡的一致性對測量精度的影響進行了如下探討。

1.實驗過程

實驗采用TS30、NET05X等型號智能全站儀在測距儀基線檢定場上進行精度測試，實驗所用全站儀的測距標稱精度均高于±（1mm+1.5ppm× D），在經計量檢定合格的太原長度基線場上，進行全站儀野外檢定。

1.1 測試方案

選用1條距離較短的基線，基線長度大約24米，調整全站儀照準標志，分別對各配套反射棱鏡進行測距。

1.2 測試步驟

（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中誤差不大于

0.5 mm；

（2）測定溫度、氣壓等數據，測定時干濕溫度表的底部應距地面1.5m，無陽光照射；

（3）將氣溫、氣壓的測定數據輸入儀器內，進行氣象條件的修正；

（4）應用光照準模式選擇精密測距模式分別對各配套反射棱鏡不同安置方向進行測距；

（5）每個安置方向讀取10次距離求其平均值，在測距中不得再次調整全站儀；

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

1.3數據統計

2.實驗結論

通過表中的試驗數據分析可知：

2.1 依據JJG703-2003《光電測距儀》檢定規程的要求，對反射棱鏡的一致性的要求為其最大值與最小值之差應不大于標稱標準偏差固定部分的1/4，相對于0.5mm+1ppm的全站儀即最大值與最小值之差應0.125mm，相對于1mm+1ppm的全站儀即最大值與最小值之差應小于0.25mm，實驗的棱鏡組有些不能達到該范圍內，檢定規程對此項目的規定是“可不檢項目”、所以許多用戶對此重視不夠。在測量過程中引起測量誤差，影響測量精度。

2.2 由于棱鏡的旋轉中心與對中器的視軸存在不一致性，所以棱鏡架設的不同方向會影響到測量精度，最多可達0.6mm，在實際操作過程中我們應盡量保持棱鏡架設方向不變，與檢定時方向一致。并應經常檢查基座上的調節螺旋，確保基座連接照準部的螺桿是鎖緊的，基座上的中心固定螺旋旋緊，使儀器免受震動。

3.使用注意事項

3.1 儀器附件的檢定與使用，全站儀的測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同樣影響測量的精度。

3.2 測量過程中儀器安置狀態對測量結果的影響，尤其對中器的對中誤差。我國的現行光電測距儀檢定規程頒布于2003年，經過近十年測繪儀器的高速發展，現如今的全站儀測量精度與當時的測量精度已有了天壤之別，但檢定規程并未及時更新，具有一定的滯后性。而儀器廠家在出產高精度的全站儀的同時并未出產高精度的相應附件，所以有些附件的誤差較大，會直接影響儀器的測量精度。如規程規定的對中器誤差為在0.8m-1.5m的視距范圍內，對中偏差應小于1 mm，僅這一項的偏差就已超過了Ⅰ級全站儀的標稱固定誤差。所以在檢定及使用過程要注意對中器的校正，其偏移量應小于標稱標準偏差固定部分的1/2，即0.25mm。

3.3 在架設儀器和棱鏡時，應盡量使用木制腳架，金屬腳架美觀輕便，但穩定性較差，使用時可能引起的震動會影響測量精度。在Ⅱ級全站儀的測量過程中，對棱鏡的架設沒有過多的要求，但經過大量的檢定對比實驗我們發現，儀器或棱鏡的溫度突變會引起測程的縮短，如將儀器從熱的汽車中取出，應將儀器放置一段使之適應環境溫度再開始測量。

【1】葉曉明，凌模.全站儀原理誤差[M].武漢：武漢大學出版社，2004.

【2】王保和，任道勝，劉瑩.光電測距儀檢定規程[J].國家質量監督檢驗檢疫總局，2004.作者簡介：

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

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2095-7319（2015）03-0051-03