一種快速校準激光隧道斷面檢測儀誤差的方法探討

劉彤+倪穎倩

【摘 要】激光隧道斷面檢測儀廣泛應用于建筑領(lǐng)域內(nèi)，封閉空間斷面、限界的三維輪廓曲線精確測量，本文就一種快速校準其誤差的方法進行探討。

【關(guān)鍵詞】斷面儀；快速；誤差

0 引言

激光隧道斷面檢測儀（以下簡稱“斷面儀”），是一種采用無合作目標激光測距技術(shù)和精密測角技術(shù)，將極坐標系測量法與計算機技術(shù)緊密結(jié)合，配合專業(yè)圖形處理軟件，可快速獲得隧道等封閉空間內(nèi)部的工程測量儀器。可實時顯示超欠挖值（距離、面積），又可對收斂情況、開挖土石方量進行測量，具有指示炮眼功能，無需后處理可快速給出檢測結(jié)果及報告，是一款實用性很強的測量儀器。

主要用于公路、鐵路的隧道，水利工程涵洞的斷面和限界測量，也可用于大跨度橋梁的橋形測量及靜撓度的測量。早期隧道施工檢測主要采用皮尺人工測量，精度低，效率低且勞動強度大，斷面儀的問世使施工監(jiān)測、竣工驗收、質(zhì)量控制等工作環(huán)節(jié)中，能快速便捷的獲得測量數(shù)據(jù)，在隧道設(shè)計建設(shè)和施工安全監(jiān)控方面具有劃時代的意義

1 概述

以激光隧道斷面檢測儀作為被測對象，以合格的Ⅱ級及以上全站型電子速測儀（或DJ2級光學經(jīng)緯儀）、標準基線場作為標準器進行校準，斷面儀的誤差校準指標分為角度誤差和測距誤差兩部分。怎樣才能對斷面儀進行快速誤差校準，可采用下面這一種簡單可行的方法：

2 角度誤差校準

角度誤差校準中一般按照測繪儀器檢測的行業(yè)習慣將水平角度盤面稱為橫盤，豎直角度盤面稱為豎盤。斷面儀的角度測量范圍為豎盤（30～330）°（儀器測頭鉛垂向下為0°），橫盤（0～360）°。角度誤差校準可以在環(huán)境條件相對穩(wěn)定，具有一定防塵、防震條件的室內(nèi)進行，最好能將溫度控制在（20±5）℃，濕度控制在40%～80%范圍以內(nèi)。具體校準項目及方法如下：

2.1 垂直歸零點校準

首先將斷面儀整平，儀器水平回轉(zhuǎn)中心下方安裝一個分度值為0.5mm的網(wǎng)格狀標靶。然后，操作使得斷面儀垂直歸零，水平方向沿順時針或逆時針轉(zhuǎn)動斷面儀一周，從旋轉(zhuǎn)起始至結(jié)束位置，每隔90度讀取激光點中心位置變化量，其中心變化量應小于0.5mm。

2.2 橫盤與豎盤的角度誤差校準

主要依靠經(jīng)檢定合格且在檢定周期范圍內(nèi)的Ⅱ級及以上全站型電子速測儀（以下簡稱“全站儀”）來完成。因為斷面儀的角度分辨力為0.1°，極少數(shù)高精度的斷面儀分辨力能達到0.01°，而Ⅱ級全站儀的角度分辨力為1″，Ⅱ級全站儀標準差范圍為1.0″

首先將斷面儀對中整平，準確記錄其對中位置、豎盤回轉(zhuǎn)中心到對中位置的垂直高度。在其角度測量范圍內(nèi)均勻選擇8～12個校準點，（橫盤推薦選擇10～12個校準點，豎盤推薦選擇8～10個校準點），操作斷面儀將各點位置準確的標記于試驗區(qū)域墻上，同時記錄下斷面儀豎盤或橫盤角度示值（注意：校準豎盤時需將橫盤鎖定，校準橫盤時豎盤也需鎖定）。

豎盤、橫盤角度誤差校準選點示意圖

然后，移開斷面儀，在其對中位置架設(shè)全站儀，同時使其豎盤回轉(zhuǎn)中心高度與之前記錄的斷面儀豎盤回轉(zhuǎn)中心高度保持一致，使用全站儀分別將斷面儀標記的點一一測量。各點的角度示值誤差按Δ=α-Α公式計算，

各點計算結(jié)果中，Δ取最大的示值誤差作為被測斷面儀的示值誤差。

另外，如果沒有全站儀時，可使用合格的DJ2級及以上光學經(jīng)緯儀代替。

3 測距誤差校準

斷面儀的距離測量半徑一般為60m，標稱的檢測精度為±1mm。所以可使用標準基線進行測量，其主要校準項目及方法如下：

3.1 測量重復性

使用面積不小于150mm×110mm，反光率≤18%，平面度≤0.2mm的反射板。相隔10m～20m距離兩端分別安置好斷面儀，固定好反射板。斷面儀照準反射板以單次測量方式測距10次，并讀取讀數(shù)Di，測量重復性按以下公式計算：

3.2 示值誤差

可選取距離在80m～100m的標準基線，標準基線任一標志點相對于基線首尾標致點連線的橫向偏離小于60mm。任一標致點間的水平距離其不確定度UD≤0.4mm+1.0×10-6D（式中D為基線的長度，單位為“m”）。

首先在標準基線兩端以強制對中方式分別安置斷面儀和標準反射板，安置誤差應小于0.2mm。然后調(diào)整基座使斷面儀激光光軸正對標準反射板，并與基線軸線大致平行，接著以單次測量模式進行測量。可選取5m～10m 、40m～50m、80m～100m距離內(nèi)的3個點作為標準點，各校準點的觀測值均為一次照準后單次測量取5個讀數(shù)，求其平均值為測量值，測量值與基線值之差為校準點的示值誤差。

4 結(jié)語

激光隧道斷面檢測儀的誤差校準問題一直困擾著業(yè)界人員，以上是筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗就斷面儀的主要技術(shù)指標快速校準的方法提出一些淺見，與大家一起討論，希望能夠起到拋磚引玉的效果，讓更多的人參與進來推動該類儀器檢測校準的發(fā)展。

【參考文獻】

[1]JJF 1214-2008《長度基線場》.

[2]JJG 966-2010《手持式激光測距儀》.