論水利工程測量中全站儀的誤差分析與精度控制

姜景鑫

摘要：在水利工程中，全站儀的應(yīng)用不僅可以有效提高水利工程測量的精度，對于水利工程測量的發(fā)展也有著積極的促進(jìn)作用。文章從全站儀在水利工程中的應(yīng)用內(nèi)容出發(fā)，首先分析了全站儀出現(xiàn)各種誤差的原因，并有針對性地提出了一些控制措施，最后討論了全站儀的使用注意事項，希望對我國水利工程測量水平的提高有所幫助。

關(guān)鍵詞：水利工程；全站儀；誤差分析；精度控制

引言

在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程中，水利工程發(fā)揮了巨大的作用，并且隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的愈加平穩(wěn)，水利工程的質(zhì)量也得到了社會各界的廣泛重視。全站儀測量的精確性作為影響水利工程質(zhì)量的重要影響因素，對其測量精度的要求也愈加嚴(yán)格，這就要求相關(guān)測量人員切實加強(qiáng)對水利工程中全站儀誤差的控制和研究。

1全站儀在水利工程測量中的應(yīng)用

在水利工程的建設(shè)過程中，通常會用到各種測量儀器，其中全站儀無論是精確度還是適用性，都較其他幾種儀器有更大的優(yōu)勢，貫穿于水利工程項目的整個建設(shè)環(huán)節(jié)。具體來說，水利工程建設(shè)一般都有著較高的測量要求，而全站儀不僅可以滿足水利工程的測量精度要求，還能為水利工程測量提供一些基礎(chǔ)的測量資料，另外，對于一些需要高等級平面控制網(wǎng)的水利工程項目，全站儀也發(fā)揮出了巨大作用。

2誤差分析

2.1軸系誤差

較經(jīng)緯儀而言，全站儀在光學(xué)原理上并沒有較大的優(yōu)勢，并且在軸系方面，也有著一些經(jīng)緯儀通常不會出現(xiàn)的誤差，影響著全站儀在水利工程項目中的應(yīng)用效果。而這些軸系誤差出現(xiàn)的原因主要有三種，具體分析如下：第一，全站儀在安裝時，其鏡頭并未進(jìn)行有效的調(diào)整，導(dǎo)致鏡頭中，望遠(yuǎn)鏡的十字中心在較大程度上偏離了正確位置，造成視準(zhǔn)儀不與水平方向的軸線相交；第二，全站儀儀器內(nèi)的精密部位受環(huán)境溫度變化影響較大，導(dǎo)致儀器在使用的過程中，逐漸偏離原有的位置，最終造成了全站儀軸系誤差；第三，軸系誤差檢驗出現(xiàn)問題也是導(dǎo)致出現(xiàn)誤差的主要原因，在實際檢驗時，由于視準(zhǔn)軸誤差補償和橫、豎軸誤差補償方面存在錯誤的定位，會導(dǎo)致該誤差在水平測量方面的影響。

2.2度盤誤差

該誤差產(chǎn)生的主要原因在于全站儀與觀測目標(biāo)之前存在垂直角，并且隨著垂直角度的增大，度盤誤差也會不斷變大；反之，垂直角度減小，度盤誤差也會相對減小。無論是在度盤左邊觀測還是把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)半圈后在度盤的右側(cè)觀測，其觀測的視線都會落在標(biāo)準(zhǔn)視準(zhǔn)軸的左側(cè)或是右側(cè)，針對于這種度盤誤差，則可以在實際測量過程中取度盤左邊和右邊測量數(shù)據(jù)的平均值，而且在轉(zhuǎn)動時需要確保掃描盤和照準(zhǔn)部保持同方向轉(zhuǎn)動，這樣可以有效確保在水平方向上降低轉(zhuǎn)動所帶來的觀測度盤誤差。對于垂直方面的觀測，可以通過整體進(jìn)行全站儀垂直軸與電掃描度盤方位的調(diào)整，確保對半測回角誤差的有效控制，進(jìn)而能夠有效減小全站儀垂直方面的度盤誤差。

2.3測距誤差

在應(yīng)用全站儀進(jìn)行測距時，由于人視覺精度限制，測量結(jié)果通常與人的判斷結(jié)果存在較大誤差，該誤差即通常所說的測距誤差。該誤差主要有周期誤差以及加、乘常數(shù)誤差兩種。

一，周期誤差。周期誤差是由于測距儀內(nèi)部的光電信號發(fā)生串?dāng)_，并以測尺長度為周期而重復(fù)出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差。在儀器內(nèi)部電路設(shè)計時使用了多種濾波、光學(xué)與電子發(fā)射系統(tǒng)和接受系統(tǒng)。在實際測量時，測量人員雖然會有意識地采取一些隔離手段來減少光電信號干擾，但是微弱光光電干擾現(xiàn)象依然是難以避免的。因此，在實際測量中，為切實保障測量的準(zhǔn)確性，除了全站儀制造商不斷對儀器的抗干擾能力進(jìn)行優(yōu)化，還需要測量人員定期進(jìn)行儀器檢定，最大限度減小誤差的范圍。另外，在實際測量時還需要使用周期誤差改正公式來修正觀測值。

二，加、乘常數(shù)誤差。造成加常數(shù)誤差產(chǎn)生的主要原因在于儀器測距部的光學(xué)零點發(fā)生了變化；而導(dǎo)致乘常數(shù)誤差出現(xiàn)的原因主要是儀器的實踐基礎(chǔ)發(fā)生偏差。這兩種誤差的表現(xiàn)實行具有一定的相似性，即都是給觀測值加上一個偏差，其中，加常數(shù)誤差所加的偏差是一個固定偏差，這個誤差由兩部分構(gòu)成，分別是儀器常數(shù)誤差和棱鏡常數(shù)誤差；而乘常數(shù)誤差不是一個固定的偏差，這個誤差是與距離成比例的偏差。

3精度控制

3.1軸系誤差精度控制

對于軸系誤差的控制，可以通過改變?nèi)珳?zhǔn)儀測圖角度的方法來減小觀測誤差，具體來說，就是把整個觀測角度由全測回改為半測回，同時觀察角度變化是否對測角精度造成影響。這是因為，全站儀在改變觀測角時，儀器本身所具有的標(biāo)稱誤差會在一定程度上導(dǎo)致水平軸與垂直軸方向誤差的出現(xiàn)，舉例來說，某扇形段弧形高差達(dá)到10m，長約25m，其安裝精度要求最高，要求本體的對弧精度為±0.1mm，因此，鞍座定位測量誤差要求為±0.3mm。

3.2度盤誤差精度控制

度盤誤差的精度主要是通過三角高程測量法來進(jìn)行控制的。在實際測量中，首先進(jìn)行高程測量，得到高程H；然后計算出三角高程的誤差S；最后根據(jù)地球曲率求出精度W。這種方法的應(yīng)用可以使全站儀不受地形限制，只需要在做好整平工作就可以進(jìn)行下一步的測量工作，有效地提高了水利工程測量的作業(yè)效率。

3.3測距誤差精度控制

測距誤差的精度控制方法主要是應(yīng)用相位式光電技術(shù)進(jìn)行測量，該技術(shù)可以針對人眼的觀測能力、分辨能力以及觀測環(huán)境的條件限制，進(jìn)行自動分析、調(diào)節(jié)，進(jìn)而能夠?qū)y距誤差進(jìn)行控制。同時，為進(jìn)一步提高測量精度，相關(guān)測量人員可以通過多次測量取平均值的方法來減小全站儀的測距誤差。

4全站儀使用注意事項

一，全站儀若經(jīng)過了長距離運輸，那么在使用前首先需要根據(jù)說明書進(jìn)行儀器的檢查與校正，然后在進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用；

二，在使用全站儀進(jìn)行三角高程控制測量時盡量架設(shè)在兩個測量點等距離中間進(jìn)行，這樣可以抵消部分由于軸系誤差產(chǎn)生的影響，以保證觀測目標(biāo)精度減小誤差；

三，由于全站儀測距受電磁干擾影響較大，因此，全站儀在進(jìn)行架設(shè)時需遠(yuǎn)離高壓線、信號塔以及變電站等一些有電磁波發(fā)射的區(qū)域，另外在埋標(biāo)選點時也要注意遠(yuǎn)離，避免產(chǎn)生較大測距誤差；

四，在應(yīng)用全站儀進(jìn)行高等控制測量時，應(yīng)特別注意選擇天氣條件較為良好，并且通視狀況也相對優(yōu)良的時間進(jìn)行，同時需注意避開高溫或低溫天氣。另外需要注意的是，測量時需要對干濕溫度以及氣壓等進(jìn)行測量和記錄，便于后期處理數(shù)據(jù)時進(jìn)行參考；

五，一般使用全站儀時，盡量避免儀器暴曬引起儀器平整度不好，應(yīng)給儀器打傘，并帶上遮陽罩，使用過程中要經(jīng)常查看儀器是否平整，進(jìn)行微調(diào)，如有必要重新進(jìn)行定向設(shè)站，以保證其精度。

結(jié)束語

總而言之，在水利工程中應(yīng)用全站儀時，誤差是不可避免的，只能最大限度通過一些措施來減小誤差，而該目標(biāo)的實現(xiàn)首先要求測量人員具有較高的專業(yè)技術(shù)水平，熟練了解和掌握進(jìn)行全站儀測量的相關(guān)操作規(guī)范；其次要求相關(guān)測量單位不斷更新和優(yōu)化測量技術(shù)，優(yōu)化測量方法，只有兩方面雙管齊下，才能切實保障水利工程測量的準(zhǔn)確性和可靠性，并進(jìn)一步為水利工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]李清乾.論水利工程測量中全站儀的誤差分析與精度控制[J].江西建材，2016（15）：226+289.

[2]馮強(qiáng)國.水利工程測量中全站儀的誤差分析與精度控制[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（24）：133-134.

[3]劉偉.全站儀在水利工程測量中的相關(guān)問題的探討[J].科技展望，2014（17）：101.

[4]潘永明.論水利工程測量中全站儀的誤差分析與精度控制[J].廣東科技，2014，23（Z1）：89-90.

[5]劉勇，韋漢華.水利工程測量中全站儀的誤差分析與精度控制[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013，32（19）：55-56.