全站儀測距中的問題探討分析

摘要：全站儀測距時，“無論照準任何位置的棱鏡，測出的結果總是為一個定值”產生的原因以及處理。文章就全站儀測距中的一些問題進行以下分析。

關鍵詞：全站儀；測距；問題

在地震勘探測量中，全站儀和GPS作為最常用的測量儀器，共同發揮著重要作用。尤其在山區勘探測量中，由于高山的阻擋，使得GPS接收機信號接收困難，而全站儀無需對天通視，且操作方便，觀側數據直接，所以全站儀仍然是首選的測量儀器。本文主要分析全站儀測量常見的幾個問題分析。

1加常數改正

所謂加常數就是采用電磁波測距測得的距離與實際距離之間的常差。加常數由棱鏡常數和儀器常數兩部分組成，其大小與所測距離的遠近無關。

1.1棱鏡常數

在利用全站儀進行與距離有關的所有測量工作中，反射鏡是必不可少的合作目標。構成反射鏡的光學部分是一個直角光學玻璃錐體，其特殊的結構保證了光線不論從哪個方向射人鏡面，棱鏡必將人射光線反射回發射方向。由于玻璃的折射率大于空氣的折射率，所以光在玻璃中的傳播速度比空氣中慢，光在反射鏡中傳播所用的超量時間會使所測距離增大某一數值，通常我們稱作棱鏡常數。棱鏡常數的大小與棱鏡直角玻璃錐體的尺寸、玻璃類型、棱鏡錐頂到棱鏡裝配支架豎軸的距離有關。棱鏡常數通常是在廠家所附的說明書或棱鏡上標出，供測距時使用。

1.2儀器常數

儀器常數是儀器豎軸中心線到儀器內部距離起算參考面的距離。在經過長途運輸和長期使用后，儀器常數可能會發生一定的變化。

1.3加常數改正

關于加常數改正，在有關的測量規范中，僅對一級導線及以上等級平面控制測量的測距才提出改正要求。但是，不同類型的全站儀，其配套棱鏡的常數存在較大差異，如瑞士徠卡公司生產的TC -1800型全站儀，與之配套使用的圓棱鏡常數為零，而日本索佳公司的SET CII型全站儀所用的APO1S+ADO1組合棱鏡，其常數為一30mm。后者測距時如不進行改正，將直接影響測距精度。由于全站儀具備加常數的自動改正功能，所以建議在實際應用中，本著以下原則來處理加常數改正問題：

（1）全站儀測距時，宜采用與之配套的棱鏡類型，加常數直接采用儀器檢定證書測定的數值，并在測距前預置在儀器中，使儀器對所測距離進行自動改正。

（2）全站儀進行精密測距或使用非配套棱鏡時，應重新測定加常數，并將測定的新值預置在儀器中進行自動改正。

（3）由于加常數在沒有新值輸人之前始終保留著上次預置的數值，操作人員作業前要做好儀器中加常數預置數值檢查及新值的預置工作，并注意避免作業過程中誤修改。

2氣象改正

氣象改正是指在大氣折射率與測距儀給定的基準氣象條件下，折射率不等而進行的距離改正。由于每臺測距儀都是在特定的基準氣象條件下的折射率來確定頻率和波長的，而實際作業時的氣象條件與基準氣象條件都會有差異，溫度、氣壓的變化會引起大氣折射率的變化，從而導致所測距離的變化。為此，就要根據外業工作時的氣象條件，對所測距離進行改正。

不同類型的全站儀，選擇的基準氣象條件不盡相同，如 SETC系列全站儀，其基準氣象條件為：t=150Cp=1013mBar；捷創力600系列全站儀的基準氣象條件為：t=200C，p=1013mBar。在基準氣象條件下，儀器的氣象改正值為零，外業測量的氣象條件與基準氣象條件的差異越大，則氣象改正值越大。全站儀都具有自動氣象改正功能，如捷創力600系列全站儀的微處理系統采用的氣象改正公式為：

Ppm=275-79.55

式中：ppm—parts per million，可理解為1km距離改正的毫米數；

P—以mBar為單位的氣壓；

T—以攝氏為單位的溫度。

下表是在一個標準大氣壓下，捷創力600系列儀器從一15℃一+30℃的部分整度數

所對應的氣象改正值。

溫度℃-15-10-5051015202530

ppm-37.3-31.4-25.7-20.7-14.9-9.7-4.804.69.1

從表中可以看出，當外界氣象條件偏離基準氣象條件較大時，氣象改正值是很顯著的。所以建議在實際應用中，本著以下原則來處理氣象改正問題：

（1）對于普通的距離測量，當作業的氣象條件與儀器的基準氣象條件差異不大時，不進行氣象改正，將ppm值直接設定為零或輸人儀器的基準氣壓和溫度。當存在較大差異時，如炎熱或寒冷天氣及高海拔地區作業，建議輸入測區的概略氣溫和氣壓并進行自動氣象改正，以減小氣象條件變化而引起的測距誤差。

（2）對于精密測距，應根據有關規范的規定，用經過檢定的氣壓計、溫度計，按要求的方法測定每條測線的氣壓和溫度，并分別進行氣象改正。

（3）全站儀的操作菜單中，對有關計量單位的設置一般給了幾個可選擇項，如溫度的單位有攝氏（Celsius）、華氏（Fahr），氣壓的單位有毫巴（mBar）、毫米汞柱（mmHg）、英寸汞柱（inHg）等。作業人員需注意輸人的數據與計量單位設置相互匹配，避免出現錯誤改正。

3地球曲率和大氣折射引起誤差的改正

加常數改正和氣象改正是在斜距上進行的改正，改正后的斜距需歸算為水平距離。根據測得的天頂距，水平距離通常按（2）式計算：D=SxsinZ

式中：S—斜距；

Z—天頂距。

用（2）式算得的D為測站和鏡站平均高程面上的近似距離，因為它沒有考慮地球曲率和大氣折光的影響，使測得的天頂距含有誤差。

在全站儀測距作業中，我們經常發現，儀器自動顯示的平距與用斜距及天頂距按（2）手工計算所得的平距并不完全一致，其原因是由于全站儀顯示的平距自動進行了球氣差改正。施加球氣差改正時，測站高程面上的平距采用（3）式計算：

D=SxsinZ- （3）

式中：R—地球半徑；

K—大氣折光系數。

需要指出的是，全站儀進行球氣差自動改正的公式中，地球的半徑R和折光系數K一般是儀器設定的數值，如捷創力600系列全站儀設定R=6372km，K=0.142。由于不同地區的R和K值是變化的，它跟測區的地理位置和作業環境等密切相關，儀器自動進行的球氣差改正仍是一個近似值，還可能存在較大的殘余誤差，所以在距離測量精度要求較高的作業中，都是采用往返測取平均值的辦法，來削弱球氣差的影響。至于全站儀自動施加球氣差改正后

顯示的平距，與手工采用（2）計算結果的差異，當各自取往、返測平均值后，結果基本是一致的。

4結束語

為了提高全站儀的側距精度，在實際側距時應該做到：一是將工作地當時的大氣壓和溫度側定好后輸人到儀器中，目的是消除儀器乘常數產生的誤差；二是選擇相同常數的棱鏡（指棱鏡常數相同，或在儀器中設置成和梭鏡常數相同的常數），目的是為了消除儀器加常數產生的誤差；三是測量前應將儀器精確整平并進行指標差檢校后使用。