全站儀導線測量誤差分析及對策探討

楊洋

摘 要：導線測量作為小區域控制測量中建立平面控制網的一種方法，在測量精度方面有著較高的要求。外業觀測中稍有不慎就會導致觀測結果超限。文章主要討論利用全站儀進行導線測量時誤差產生的原因及應對策略。

關鍵詞：誤差；全站儀；精度

中圖分類號：P214 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0073-03

Abstract： As a method of establishing plane control network in small area control survey， traverse surveying has a high requirement in measuring precision. A little carelessness in the field observation will cause the observation result to exceed the limit. This paper mainly discusses the causes and countermeasures of errors in traverse survey with total station.

Keywords： error； Total Station； accuracy

近年來全站儀在測繪工作中的應用已經越來越廣泛。特別是在控制測量中全站儀因其速度快、精度高等優勢，已經逐步取代了傳統的經緯儀測角、鋼尺量距導線測量。本文著重分析全站型電子速測儀在平面控制測量（各級導線測量）中產生誤差的原因及減小誤差的對策。

1 測量誤差的分類

測量誤差按其對觀測結果影響的性質可以分為三類：粗差、系統誤差和偶然誤差。（1）粗差。粗差是指測量工作中出現的錯誤。例如瞄準錯誤、讀數錯誤、以及記錄錯誤等。粗差主要是由測量工作中粗心大意引起的。粗差作為一種大量級觀測誤差，在測繪成果中是不允許存在的。（2）系統誤差。在相同的觀測條件下，對某量進行一系列觀測，如果誤差的符號和大小均保持不變，或者按照一定的規律變化，這種誤差稱之為系統誤差。（3）偶然誤差。在相同的觀測條件下做一系列觀測，如果誤差的大小和符號沒有任何規律（即誤差的大小和符號表現出偶然性）那么這種誤差稱之為偶然誤差。

2 導線測量的技術指標

根據《工程測量規范》（GB50026-2007）的要求，各級導線測量的技術指標見表1及表2。

3 導線測量產生誤差的原因

全站儀雖然具有速度快、精度高等優點。但是在外業觀測中如果不注意使用方法，極易產生誤差超限。經過長期實踐總結，筆者認為全站儀導線測量誤差主要來源于以下三方面：

3.1 儀器設備

（1）全站儀未經檢驗校正，各項軸線不滿足幾何條件。全站儀主要有四條軸線：水準管軸（LL）、豎軸（VV）、視準軸（CC）和橫軸（HH）。軸線之間應滿足以下幾何條件：a.水準管軸垂直于豎軸，即LL⊥VV；b.十字絲豎絲垂直于橫軸；c.視準軸垂直于橫軸，即CC⊥HH；d.橫軸垂直于豎軸，即HH⊥VV。除上述條件外，全站儀還應滿足豎直度盤指標差為零及激光對中器中心與儀器豎軸重合的幾何條件。儀器出廠時以上條件一般均能滿足。但是由于儀器長期使用加之測繪作業現場環境惡劣以及儀器運輸途中的顛簸，均會導致儀器軸線不滿足幾何條件，產生較大誤差。（2）全站儀棱鏡常數設置有誤。利用全站儀進行導線測量時，必須以棱鏡作為反射體。而光在反射棱鏡中傳播所用的超量時間會使所測距離增大某一數值，也就是說光在玻璃中的傳播速度要比空氣中慢，通常我們稱這增大的數值為棱鏡常數。因此在使用全站儀之前必須進行棱鏡常數設置，否則觀測結果就會產生較大誤差。

3.2 觀測者

（1）全站儀及棱鏡對中誤差

在安置儀器時，由于儀器未嚴格對中，使儀器豎軸與測站點不在同一條鉛垂線上，稱為對儀器中誤差。如圖1所示，A點、B點為觀測目標，O為測站點，O′為儀器豎軸， OO′的長度稱為測站偏心距，用e表示，其方向與OA之間的夾角θ稱為偏心角。β為正確角值，β′為觀測角值，由對中誤差引起的角度誤差？駐β為：？駐β=β-β′=δ1+δ2

因δ1和δ2很小，故

分析上式可知，對中誤差對水平角的影響有以下特點：a. ？駐β與偏心距e成正比，e越大，？駐β就越大。b. ？駐β與測站點到觀測目標點的距離D成反比，距離越短，誤差就越大。c. ？駐β與水平角β′和偏心角θ的大小有關，當β′=180°，θ=90°時，？駐β最大。

例如，當β′=180°，θ=90°，e=0.003m，D1=D2=100m時

儀器的豎軸與測站點不在同一條鉛垂線上從而引起的角度觀測誤差不能通過盤左盤右取平均值的方法消除，所以觀測水平角時應仔細對中，當邊長較短或兩目標與儀器接近在一條直線上時，要特別注意儀器的對中，避免引起較大的誤差。一般規定對中誤差不超過3mm。

（2）全站儀及棱鏡整平誤差。全站儀整平的目的是使儀器的豎軸垂直，水平度盤處于水平位置。如果在觀測前儀器未嚴格整平，或者在觀測過程中由于震動等原因導致儀器管水準器氣泡偏差超過一格，那么觀測結果就會產生較大誤差。

（3）目標瞄準偏差。全站儀外業觀測時要利用十字絲分劃板中心點精確照準目標，并且消除視差之后再進行讀數。如果未精確瞄準目標，觀測結果就會產生誤差。

3.3 外界環境

（1）全站儀未進行溫度、氣壓修正。全站儀是利用電磁波進行距離測量，當儀器使用的環境溫度和氣壓發生變化時，電磁波的傳播速度會發生變化，因此如不進行溫度和氣壓修正，觀測結果就會產生誤差。（2）大風，陽光暴曬以及地面沉降等自然環境因素。全站儀導線測量時，如遇大風天氣，儀器擺動較大。遇到正午陽光暴曬時，儀器軸線間的幾何關系會發生變化，同時空氣密度不均一；遇凍土或濕陷性黃土區域觀測時，隨著觀測時間的延長儀器會發生緩慢沉降，以上這些自然環境因素都會導致觀測結果產生較大誤差。

4 減小誤差的對策

（1）每次使用全站儀之前最好進行簡單的檢驗，儀器使用一段時間后要定期送具備相應資質的檢測機構進行檢驗校正。（2）全站儀最好與配套棱鏡一起使用，通常情況下國產棱鏡常數一般為-30。如遇棱鏡上未標注棱鏡常數，且觀測者無法確定時，要通過實驗嚴格測定棱鏡常數。（3）使用全站儀時要對儀器進行嚴格對中和整平。一般情況下垂球對中精度在3mm以內，光學對中和激光對中精度在1mm以內。進行導線測量時要盡量使用光學對中或激光對中。有條件的可以使用強制對中器減少對中誤差。并且在觀測過程中要隨時檢查對中點是否發生偏差，如遇較大偏差要及時重測。整平時水準管氣泡偏差不允許超過一格。（4）觀測者瞄準目標時要用十字絲分劃板精確照準棱鏡中心點。（5）觀測應在物像清晰、消除視差的條件下進行。通常情況清晨、傍晚及中午時段溫度差異較大，此時成像不穩定，不宜進行觀測。（6）長距離運輸時，儀器應靜置30分鐘再進行觀測，使儀器溫度與外界環境溫度趨于相似后才能開始觀測。在觀測過程中要加撐遮陽傘，避免儀器受陽光暴曬。（7）旋轉儀器照準部時，應緩慢且用力均勻；水平及豎直制動螺旋宜輕微擰緊；精確照目標時，微動螺旋最后應為旋進方向。（8）全站儀進行外業觀測時，觀測視線高度至少應高出障礙物1.3m以上，目的在于減少光線折射產生的誤差。（9）觀測視線應盡量遠離發熱物體（如鍋爐、熱力管道等）和大面積水域上空。（10）測站點的布設應盡量遠離強電、磁場區域（如移動通信基站、變電站），同時儀器應避開高壓輸電線路至少5m。（11）全站儀測距時避免棱鏡后部有其他反射體（如鏡面，玻璃幕墻）。（12）外業觀測時要做好儀器保護工作，遇特殊天氣時及時加撐遮陽傘，防止儀器被雨水淋濕或受到日光暴曬。（13）儀器和棱鏡旁必須有人看守。移動通訊工具盡量遠離儀器使用，避免電磁波對儀器產生影響。（14）每測站觀測完成后要及時進行計算，發現超限要立即重測，直至符合限差要求后方可遷站。

5 結束語

利用全站儀進行導線測量時誤差在所難免，但是如果我們在外業觀測過程中能夠注意文中所列舉的幾點誤差產生的原因和應對策略就可以盡可能的減小誤差，提高觀測精度。同時也可以減少因為誤差超限重測而浪費的時間，大大提高工作效率。

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