探討全站儀的應用和測距誤差的分析與檢測

摘 要：全站儀將光電測距儀、數據記錄以及電子經緯儀融為一體，具有非常精確的測角和測距功能，其實用價值遠大于經緯儀坐標法，常見于地下隧道施工、地上大型建筑等變形監測和精密工程測量中。該文基于筆者多年的工作經驗，詳細介紹了全站儀的特點和應用，同時闡述了使用全站儀測量時誤差產生的來源，分析探討了誤差原因和檢測方法。

關鍵詞：全站儀 放樣測量 加常數 乘常數

中圖分類號：TU71文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-01

全站儀又稱全站型電子測速儀，是把光電測距儀、電子經緯儀、微電腦處理器融為一體，是集合了垂直角、距離、水平角、距離放樣、高差、面積量算等功能的測繪控制系統。它能夠自動顯示測量結果，能和外圍設備交換信息。作為高技術測量儀器，全站儀擁有電子記錄、自動化快速三維坐標測量和定位功能、內外業一體化、外業數據自動化采集等多種自動化流程，在測繪界備受歡迎。全站儀實現了測繪工作的自動化，減少了人工投入，提高了計算準確性，有效提高了測繪工作效率。

1 全站儀特點及測量應用

由于全站儀可以配合電子計算機使用，因此測繪工作的實效性得到很大提高，下面對全站儀的主要特點做具體描述：第一，測距速度極快；第二，簡單的內業計算；第三，高差對作業面的限制減少，全站儀的高差通常在150 m以內，這個高差可以達到各種大中型工程的要求；第四，使用坐標放樣時，放樣邊長和角差會顯示在儀器屏幕上，簡化了操作規程；第五，不需要鋼尺測量；第六，粗略放樣半徑大，可以到2000 m以上。雖然全站儀操作和使用比較方便，但是其工作條件受人為因素和地形限制較大。全站儀在測量方面，主要應用于放樣測量、偏心測量、懸高測量和面積計算。

（1）放樣測量

放樣測量主要用于按照要求點，在實地上進行測定。放樣測量主要包括懸高放樣測量、坐標放樣測量以及距離放樣測量。放樣測量使用盤左位置進行，顯示差值=實測值—放樣值。在放樣測量中，經過對照準點的水平角、坐標或者距離的測量，儀器顯示的是預先輸入的實測值和放樣值之差。

（2）偏心測量

測定測站至通視但是無法測站至不通視點間的角度和距離或者通視無法設置棱鏡的點時通常使用偏心測量[1]。偏心測量包括單距偏心測量、雙距偏心測量和角度偏心測量。在測量過程中，把偏心點設置在目標點附近，通過測站到偏心點間的角度和距離的測量，來確定測站到目標點之間的角度和距離。

（3）懸高測量

懸高測量用于對不能設置棱鏡的目標高度的測量[2]。

（4）面積計算

面積計算通過輸入或調用儀器內存中三個或多個點的坐標數據，計算出由這些點的連線封閉而成的圖形的面積，所用坐標數據可以是測量所得，也可以手工輸入，且這兩種方法可交替進行。

2 全站儀測距誤差來源分析

在使用全站儀進行測量過程中，很多全站儀測距時使用相位法提高測距精度，相位法測距的基本原理是使用儀器將光強調制為連續變化的光波進行距離測定，該方法在使用時擁有許多優勢，但是，與優勢并存的是該方法會造成系統測距時存在誤差，這些誤差很大一部分程度上影響了系統測距精度。基于相位法進行測距的全站儀測距時存在的誤差主要分為三個方面，分別是加常數誤差、乘常數誤差和周期誤差，造成這些誤差的原因很多，該文基于筆者多年的全站儀使用經驗，詳細的對誤差進行分析，并且闡述了其檢測方法。

3 全站儀測距誤差分析與檢測

3.1 加常數誤差

全站儀出廠之前，工程師都對加常數已經嚴格的進行檢測，并且將檢測得到的常數預先置入全站儀內。但是在全站儀進行測量過程中，該常數并不是恒定的，其會隨著儀器的應用發生改變，因此，如果不對儀器的加常數進行檢測，隨著全站儀光、電系統的變化，其測距精度必將會變得不準確，誤差增大。因此，為了保證全站儀測距精度，測量人員應定期對加常數進行檢測，重新設置或者修正儀器內的加常數。

目前，檢測加常數的方法包括疊加法、解析法和比較法等諸多方法。疊加法和解析法基于被檢測全站儀自身的測量結果，計算平差值即可求的加常數。目前，在加常數檢測過程中，人們經常采用六段比較法，該方法的基線場長度設置為0.72～1.2 km之間，其精度設置為百萬分之一，基本檢測原理描述如下：將一條基線分成距離各不同的六段，在檢測全站儀時，我們可以從零號點擺站觀測到六號點，接著從一號點擺站觀測到六號點，依次類推，最后在五號點擺站觀測到六號點，于是，基于該方式可以獲得21個距離段，通過將儀器的觀測值與基線值比較，即可求得全站儀的加常數。

3.2 乘常數誤差

全站儀的乘常數是一個比例改正因子，其改正的是與距離成比例的系統誤差，該常數產生的原因是頻率的偏移和折射率的偏移。主要包括頻率改正和氣象改正，頻率改正是指改正晶體老化等因素誘發的全站儀晶體振蕩器實際擁有的頻率和標稱頻率之間產生的距離差值，由于在全站儀測量時，由于氣象條件發生變化，導致頻率發生改變，因此造成測尺長度改變。氣象改正是指改正測距時的折射率和儀器參考折射率之間發生的距離差值。目前，乘常數的檢測方法也主要是采用六段比

較法。

3.3 周期誤差

對于全站儀來講，其精測尺長根據正弦函數周期變化，因此導致使用全站儀測量時產生周期誤差。該誤差的大小基于測尺長度周期性出現，主要原因是基于相位技術的全站儀使用測距信號與參考信號之間的相位差進行測量工作，但是內部光電等同頻信號的擾亂，導致測量結果出現周期誤差，降低周期誤差的方法是減弱干擾信號的強度或者增強測距信號。周期誤差的檢測方法采取基于周期誤差振幅和初相角的平臺法。

4 結語

隨著我國科學技術的發展，全站儀受到了諸多學者和測量工作者的關注，成為了研究的重點，因此，隨著時間的推進，其儀器結構、測量精度和誤差檢測方法必將得到快速提高，其應用范圍也將越來越廣泛。

參考文獻

[1] 鄭進鳳，郭宗河.全站儀偏心測量及其精度分析[J].測繪通報，2005（1）.

[2] 韓在興，張立剛.全站儀在懸高測量中的應用[J].黑龍江水利科技，2010（4）.