全站儀在立式金屬罐容量光學三角測量法上的應用分析

王自涯

（廣東省湛江市質量計量監督檢測所，廣東 湛江524000）

針對立式罐容量測量法而言，從基礎層面來分析，其主要囊括光電外測距法、光學三角測量法、圍尺法、光電內測距法及光學基準線法等。而在圍尺法架構當中的仲裁法而言，其與工作法一樣，均需要進行腳手架的搭建，并以此來開展各項高空圍尺作業；而對于光學基準線法來講，所所采用的磁性小車/測量機器人（自動控制或者是人工拉動），容易發生高空墜落的情況，另外，小車通過盤梯、加強圈的能力比較差；針對光電測距法來講，其所采用的三維激光掃描儀或者是全站儀，選用的測距原理主要有脈沖式、相位式等，諸如反射面、入射角度會對其測量精度造成影響，尤其是非垂直入射時，會有比較大的測距誤差。本文探討了一種將全站儀當作測量設備而構建的立式罐容量光學三角測量法，現對此探討如下。

1 主要設備分析

（1）全站儀。一共有2 臺。其角度分辨力≥0.5''，而在具體的距離測量的分辨力上，同樣優于0.1mm；還需要指出的是，如果能配合棱鏡使用，那么測距所對應的擴展不確定度優于1mm。對于全站儀而言，需要進行定期校準，或者是在油罐測量前進行校準，而對于一直相配套的測距儀來講，需要與所用棱鏡進行同步性檢測；而對于其激光束發生器所傳送的光束來講，需要一致于望遠鏡的光軸；另外，還需說明的是，針對所用棱鏡而言，可根據現實需要，在三腳架與全站儀位置處加以固定。（2）視距尺。通常情況下，視距尺的長度應大于或等于2m，并且在進行制作時，最好選已經知道膨脹率的材料。在視距尺的兩端刻線之間的距離，需要實施標定，二其距離標定所對應的擴展不確定度，需要維持在0.05mm 范圍內。在實際使用過程中，可把視距尺在三腳架上固定，使其與全站儀位置相同。

2 全站儀的基本假設

依據制造商的說明書，對各臺全站儀進行細致假設。（1）假設并固定儀器。在測過程中，如果發生測站移動的情況，那么需要在測站附近，設置配重，或者是其它重物，以此穩定全站儀的周圍的罐底；另外，還需要結合現實情況，在三腳架支腿上，安裝專門的磁性支座上，預防支腿于底板上滑動。而在外測過程中，把三腳架腿插至土當中。（2）對儀器底板進行調平。調整全站儀的底板，使之處于水平狀態，確保全站儀的旋轉軸處于垂直狀態。（3）把全站儀移動至現場，靜置1 消失，方便標定程序在將要開始前，溫度升高至所需溫度。

3 對兩測站之間的距離進行測量

3.1 測站間距＜25m 時

（1）假設視距尺架。首先，依據制造上所提供的說明書與程序，把視距尺安裝在指定的三腳架上。其次，對視距尺上的機構進行相應調節，保持其水平固定狀態，且與瞄準軸相垂直。最后，完成假設之后，將視距尺鎖緊，對其垂直、水平情況進行校驗。（2）測量兩測站之間的水平距離。首先，對位于視距尺上的2 個標記進行測量，使之與全站儀之間的夾角呈2θ。其次，采用如下公式，計算出兩個測站之間的水平距離D：D=B/2×tanθ；在此公式當中，θ 所代表的是全站儀T 于2 參考標記所構成角度的50%；B 所代表的是位于視距尺上兩端刻線之間的距離。再次，對全站儀進行轉動，且重新指向全站儀，從中將角度2θ 測量出來，且將計算D 計算出來，然后將平均值求出。2 個距離的平均值D 所對應的標準偏差，需要小于準允偏差的50%，不然，需要對整個程序進行重新調整。最后，當將全部光學測量均完成后，需要對距離D 進行重新測量。而在進行光學測量操作前以及操作后，需要先將平均距離的差值給計算出來，并且偏差應小于標準偏差。不然需要對程序進行重新標定，直至標定開始與結束時各組測量數據的均值D 的差值在準許范疇內。

3.2 測站間距＞25m 時

首先，將棱鏡假設在第2 個三腳架上；其次，對位于中間位置的全站儀進行轉動，然后停留在原先位置，從中將距離測量出來；然后將其平均值D 計算出來，并準確記錄；需要說明的是，2 個距離的平均值D 的差值需要控制在標準偏差準許范圍內，不然的話，需要對整個程序進行重新調整。最后，當全部的光學測量工作均完成后，需要對距離D 進行重新測量。在光學測量前、后，所得出的平均距離差，需要控制在允許范圍內。不然需要對此標定程序進行重新測定，直至偏差處于允差范圍內。

4 油罐中的罐壁光學測量程序

（1）在罐中構建2 個測站；（2）把2 個測站的位置設定在同一個水平面上，而且二者之間的距離需要控制在1/4。對全站儀進行調整，并且將測站T 與L 之間的距離D 給測量出來；（3）自1 臺儀器所對應的垂直分劃線，對另1 臺垂直分劃線進行瞄準，把光學基準軸的L、T 分別設置在2 臺儀器的水平面上；（4）關閉激光，防止激光照射；（5）對全站儀T 進行調整，然后對望遠鏡進行設置，使之無窮遠，最后用光源為目鏡進行照明；（6）自全站儀L 的望遠鏡，對全站儀T 的目鏡進行查看，并進行適當調焦，直到能夠清晰觀察到十字線；用激光全站儀L 內置的調節裝置，對2 個垂直分劃線進行調節，使之重合；（7）對2 個水平度盤讀數進行讀取，當作水平基準角度，將2 個全站儀的相對位置給記錄下來；（8）將激光束開啟。此光束能夠根據現實需要，在油罐罐壁上，提供許多測量點；此外，利用1 臺全站儀對此些點進行逐一觀測與讀取，并且將2 臺儀器上水平度盤的具體讀數準確記錄下來。還需要說明的是，測量點無需設在基準角度附近；（9）利用全站儀將某一水平高度內的全部測點的水平角α、β給測量出來，使位于油罐罐壁上圓周已經給定的各組點，都位于同一水平高度內，然后向下一水平高度進行移動。此外，還需強調的是，測點數與圈板塊數間的差值，不能為整數，防止出現系統誤差情況；（10）當完成全部測點的測量工作之后，在對T與L 之間的水平距離D 進行測量；（11）將全站儀激光關閉，對光軸T、L 進行檢查。剛開始的水平基準角度與最終的水平基準角度的差值，需要滿足相關標準。不然，需要重復標定沖虛，直到誤差消失，或滿足相關要求。

5 處理測量數據

（1）轉換測量坐標。針對測點P 來講，相比于直角坐標軸系（以T 為中心）的坐標，即為（x，y），借助如下公式加以明確：y=xtanα，y=（x-D）tanBβ；在此公式當中，α、β 所表示的是罐壁上測點P 與全站儀測站1、2 之間的連線與x 軸所形成的水平夾角；D 所代表的是全站儀測站之間的距離；（2）將各測點坐標計算出來，借助上述公式來進行計算；（3）對各個高度位置處的半徑值進行擬合計算。用最小二乘法，將各圈板上不同高度處的半徑值給計算出來。

6 結論

綜上，立式金屬罐實際就是對液體石油等液體進行收發交接、貿易結算的計量器具，采用全站儀測定立式金屬罐容量的方法，已經得到廣泛認可，尤其是具備自動驅動功能等，因而為此技術在多領域中的應用，奠定了堅實基礎。本文以標準法圍尺為基礎，對立式罐基圓進行測量，將全站儀當作測量儀器，將2 個全站儀測站之間的水平距離測量出來。此技術的應用，較好的解決了立式金屬罐容量測量中所存在的問題，尤其是光學三角測量法的配合，使得其結果更為精確與全面。