測距基線場強制歸心裝置的設計與安裝

蔣彥，黃智

(1.南華大學機械工程學院，湖南衡陽421001;2.中國地震局第二監測中心，陜西西安710054)

0 引言

對于計量檢定機構而言，在對全站儀、測距儀進行計量檢定、校準時，測距基線場地的穩定性和儀器的對中準確度是非常重要的，采取強制歸心裝置可以有效提高儀器的對中準確度從而提高測距準確性。

1 強制歸心裝置的工作原理

對全站儀、測距儀進行室外測距準確度計量檢定、校準時，用標石中心表示測點位置，測量結果是以標石中心為基準的，基于此，應保證儀器中心、照準目標中心與標石中心位于同一直線上［1］。檢定過程中，在常規的三腳架上架設儀器，利用光學對中器或垂球對中，難以保證點位對中誤差達到±(1 ～2)mm 甚至更高的要求。為此，采用在觀測墩上設置強制歸心裝置的方法檢定，不需要三腳架，直接把儀器基座旋緊在歸心盤平面上，儀器整平后，歸心盤中心即為控制點的點位中心，可以消除對中誤差對測量結果的影響［2］。

2 強制歸心裝置結構設計及各部件作用

強制歸心裝置均采用不銹鋼材料制作，結構全部采用錐形軸(軸套)結構，利用錐形接觸面來控制對中精度，具有結構簡單、加工容易、裝拆方便等優點，在國內外短基線、超短基線上經常采用。具體由以下幾個部分構成:

1)強制歸心裝置部件

強制歸心裝置部件是整個強制歸心裝置的核心，如圖1(a)。其上部由一個帶有螺紋的錐形套筒構成，在套筒下端有一個螺紋孔結構，用來鎖死連接部件，螺孔與上表面垂直;套筒下端焊接一個不銹鋼材質的連接桿并帶有枝杈結構，在埋進水泥墩時可以起到加強結構強度的作用。安裝強制歸心標志時要保證歸心標志中心位于墩面圓心(±5 mm)及墩頂面的水平，用8'圓氣泡控制水平(偏離中心≤1 mm)，在水泥墩凝固前要有人在現場監控并隨時調整。該裝置匹配有一個不銹鋼材質的密封蓋，在基線場不使用時，可以用密封蓋將強制歸心部件封閉起來，避免風吹日曬或者人為破壞。

2)強制歸心裝置連接部件

強制歸心連接部件起到一個承上啟下的作用，如圖1(b)，它的下端通過一個錐度軸與埋在水泥墩內的強制歸心錐形套筒連接，并通過螺紋緊固;它的上端通過一個錐度軸與銅質錐形套筒連接，并在錐度軸上刻有十字絲，可以進行基線丈量。

3)銅質錐形套筒部件

如圖1(c)，銅質錐形套筒部件用來連接全站儀、測距儀或棱鏡基座，作用相當于連接螺旋，用于連接儀器基座。其螺口內徑應與相應儀器基座的連接螺絲直徑相配，螺距相等。

3 基線場地的建設

光電測距標準基線場地的選定應滿足GB 16789-1997《比長基線測量規范》中規定的5 點要求。在滿足規定的環境條件下，選定比長基線長度為1104 m，基線場地由8 個基線觀測墩組成，其平面設計如圖2。

圖1 強制歸心裝置各部件示意圖

圖2 基線場地平面設計圖

考慮到測距標準基線場地的穩定性、適用性和長期性，基線場地8 個觀測墩土建基坑規格為:深5 m×長2 m×寬2 m，觀測墩樣式如圖3，埋石規格應符合GB 16789-1997《比長基線測量規范》的要求。

圖3 觀測墩樣式圖

4 強制歸心裝置的安裝與測試

強制歸心裝置的安裝重點是要保證整條基線的直線性，根據阿貝誤差原理，在長度測量中，應將標準長度量安放在被測長度量的延長線上，這樣可以減小方向偏斜對測量結果的影響。因此，對建設的測距標準基線場地，采用高精度全站儀LEICA TCA2003 對強制歸心裝置進行安裝，具體包括以下幾個步驟:

1)將全站儀架設在圖2 中的1 號點上，觀測整個場地的通視情況，然后瞄準8 號點觀測墩，通過儀器調焦，大致確定各個觀測點是否在一條直線上。

2)確定各個水泥觀測墩在一條直線上后，可以安裝強制歸心裝置。先埋設5 號點的強制歸心裝置，并注意盡量埋設在水泥墩的中心位置，這樣對于安裝其它點位的強制歸心裝置可以留有更大的調整余地。

3)待5 號點的水泥完全凝固以后，將全站儀直接安置在5 號點上，并將全站儀水平角置零，然后埋設1號點，埋設的同時要注意強制歸心裝置的高度。埋設結束后，不要改變儀器的水平微動，根據5 號點和1 號點定一條直線，在這條直線方位上直接埋設2 號點、3 號點和4 號點，期間要注意全站儀水平角處于置零位置，并且要連續觀察，保證強制歸心裝置安裝的直線性。

4)在1 號點至5 號點安裝好了以后，在不改變儀器水平角位置的情況下，直接將全站儀倒鏡，并同樣采取上述辦法，埋設6 號點至8 號點。

5)在強制歸心裝置安裝完成后，要注意對水泥的養護，檢查裝置安裝的垂直性，并且進行調整。

基線場地完全建設安裝完成以后，再經過一個多月的穩定時間，就可以對基線場地進行初步的測試。經過實際測試，強制歸心裝置的垂直度不超過1'，強制歸心裝置安置的重復性不超過0.1 mm，整條測距基線的直線度不超過1'，滿足JJG 703-2003《光電測距儀檢定規程》、JJG 100-2003《全站型電子速測儀檢定規程》和GB 16789-1997《比長基線測量規范》的要求。

5 結語

在測距基線場地建設過程中，采用強制歸心裝置具有很大的優越性。本文根據實際情況，結合多年儀器檢定的經驗，提供了一種較為科學的強制歸心裝置設計和安裝方法，該裝置使用方便、制作工藝簡單、可就近加工。通過對某地建設的1.1 km 基線場地進行實際測試，測量成果正確可靠，滿足國家相關規程、規范所規定的精度要求。裝置的設計和安裝方法可廣泛應用于精密工程測量和基線場地建設中。

［1］高井祥，張書畢，王國新.測量歸心改正模型的完善［J］.中國礦業大學學報，1997，26(1):31-34.

［2］臧德彥.精密工程測量中強制歸心裝置的制作［J］.測繪通報，2006(10):46-48.