【正文】 測量實驗， 分析了全站儀測角與測距的精度以及溫度、氣壓對測距的影響 。 設計要求 進度安排 — 文獻檢索、數(shù)據(jù)整理、資料搜集 、確定論文題目 。 教研室審核 室主任簽名： 年 月 日 說明：此表一式兩份，指導教師和學生各留存一份 附件 3 湖南交通工程職業(yè)技術學院 交通工程 系 畢業(yè)論文 開題報告 論文題目 全站儀在工程中的應用及其精度分析 學生姓名 專業(yè)班級 聯(lián)系電話 電子信箱 / 文子強 路橋 0902 15286448418 763452205 指導教師 教研室 聯(lián)系電話 電子信箱 / 謝松平 選 題 背景、意義 目前 ，隨著 水利水電事業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉防洪、 大型建筑 、 地下隧道 等工程項目日益增多，技術標準要求越來越高，加上全部采用機械化施工，因此測量工作再采用傳統(tǒng)的測量儀器及測量方法難以滿足在精度、時間、速度上的要求。 因此全站儀被廣泛地應用于 工程 測量、工業(yè)測量、 建筑測量和地形測量等諸多 領域中， 而且應用比例也會越來越大 。同時分析了全站儀在使用過程中的誤差來源，并通過相關的測量實驗， 分析了全站儀測角與測距的精度以及溫度、氣壓對測距的影響 。 — 整理已獲取的資料，完成論文初稿 。 附表 2 湖南交通工程職業(yè)技術學院 交工 系 學生頂崗實習 綜合成 績評定 表 姓名 文子強 專業(yè)班級 路橋 0902 實習單位評價 實習單位名稱 成績評定 優(yōu)秀 良好 合格 不合格 優(yōu)秀 良好 合格 不合格 優(yōu)秀 良好 合格 不合格 優(yōu)秀 良好 合格 不合格 優(yōu)秀 良好 合格 不合格 指導教師評價 成績 評定 優(yōu) 秀 良 好 合 格 不合格 綜合 成績 優(yōu) 秀 良 好 合 格 不合格 指導教師簽名： 年 月 日 注：綜合成績由指導教師根據(jù)實習單位評定（ 70%）、指導教師評定（ 30%）兩項綜合評定。 本文主要對全站儀的基本情況 進行了介紹，重點分析了全站儀的 測量功能及其原理， 并結合實際 分析了全站儀在 工程施工、工程檢測等 相關領域 中的應用。在 地質水文 方面，全站儀可以 用作地面沉降、滑坡 、崩塌 等地質災害的變形監(jiān)測 、水文條件的監(jiān)測等?？v觀全站儀的發(fā)展過程，可歸納為工具階段、數(shù)據(jù)自動處理階段、智能化階段、開放性階段，其將來的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在 以下 幾個方面 [1]： 全站儀的小型化、系列化發(fā)展趨勢 自從全站儀誕生以來，全站儀的小型化工作就從未間斷過。新功能、新系列全站儀的不斷推出，可以滿足各個部門測量人員的“追新”需求，同時推動測繪技術的向前發(fā)展。 4 全站儀的本地化發(fā)展趨勢 世界民族繁多，各民族各國家不僅有獨特的語言，也具有獨特的思維和行為方式。如“超站儀”的概念，即在全站儀的基礎上，上面添加GPS 接收機實現(xiàn)空間定位，下掛自動定向的螺旋儀，實現(xiàn)真北定向。 (2)程控制機：主要用于有續(xù)地實現(xiàn)上述每一專用設備的功能。 (2)整體 型 。 經(jīng)典型全站儀也稱為常規(guī)全站儀，它具備全站儀電子測角、電子測距和數(shù)據(jù)自動記錄等基本功能，有的還可以運行廠家或用戶自主開發(fā)的機載測量程序。 6 (3)無合作目標 型 全站儀 。 在機動化全站儀的基礎上，儀器安裝自動目標識別與照準的新功能，因此在自動化的進程中，全站儀進一步克服了需要人工照準目標的重大缺陷，實現(xiàn)了全站儀的智能化。（ 5mm+5ppm），主要用于普通測量和城市測量。（ 2mm+2ppm)通常用于一般等級的控制測量。 全站 儀的基本原理 電子測距原理 電子測距的原理就是利用電磁波的直線傳播特性來測出兩點之間的直線距離。目前全站儀中廣泛使用的是紅外線。當發(fā)向反射器的脈沖信號被反射器反射回測距儀，經(jīng)過測距儀接 收后．也送入觸發(fā)器，通過觸發(fā)器去關閉電子門，電子門被閉合后，時標脈沖就不能通過電子門。 鑒于簡單脈沖法原理的弱點．人們發(fā)明了相位法測距，又叫間接法測距。分兩種測量原理：①通過記錄被測目標移動時光波移動的周期數(shù)來推算距離。它是以二進制為基礎 ， 將光學度盤分為若干區(qū)域 ，每一區(qū)域可以用某一二進制碼來表示。另外，利用編碼度盤不需 要基準數(shù)據(jù)， 也沒有基準讀數(shù)方向值的影響 ， 就可以得出絕對方向值。光柵是指均勻有間隔很小柵線的光學玻璃。 在電子經(jīng)緯儀中要實現(xiàn)測角 ，通常是由兩個光柵度盤構成， 其中一個稱為主光柵 ，另一個稱為指示光柵。當執(zhí)行測量指令時，度盤在驅動系統(tǒng)馬達的帶動下，以一定的速度旋轉。另外通過對徑設置兩個探測器，可進一步消除度盤偏心差的影響。目前，常見的專項測量功能主要有以下幾種 [3]： 坐標測定 坐標測定 ， 是通過 在已知點上架設儀器，根據(jù)測 站點和定向點的坐標或定向方位角，對任一目標點進行觀測，獲得目標點的坐標值 。當兩 點之間不能直接測距時，可將全站儀安置在能夠觀測到兩點的任意位置，利用全站儀能同時觀測儀器與鏡站 間 的斜距、豎直角、水平角，間接計算兩鏡站點問的水平距離。首先把反射棱鏡設立在欲測目標點的天底點 (即過目標點的鉛垂線與地面的交點 ),輸入反射棱鏡高 ， 然后照準反射棱鏡進行距離測量 ,再轉動望遠鏡照準目標點 ,便能實時顯示出目標點至地面的高度。 當觀測完 n個點后 ， 儀器自動顯示由此 n個點組成的一個面積 。 A、B 為 已知點 ， 其坐 標和高程分 別為(XA,YA),HA， (XB,YB),HB。設置距離測量各參數(shù)如氣溫、氣壓及測量 模式。然后將儀器搬至 S1 點，調用 S1 點的初測坐標作為測站數(shù)據(jù)，調用后視點 A點坐標進行方位角設置，輸入距離測量各參數(shù)儀器高ih 及目標高 th。而全站儀對邊測量剛好可以很方便地獲得這兩個量 。最后 ， 根據(jù)獲得的數(shù)據(jù) ， 選擇合適的比例尺后就可以繪制橫斷面圖 ， 繪圖既可以在現(xiàn)場邊測邊繪 ， 也可以在室內繪制 ， 既可以手工繪制 ， 也可以計算機繪制。因此 ， 使用全站 儀放樣長度的方法很簡單 。 若要求放樣長度精度較高時， 在上述放樣后 ， 用歸化法進 行改正。在 B 點 (已知方向點 ) 安置 圖 24 全站儀放樣已知角度示意圖 反光鏡。 12 (3)全站儀放樣高程點 ：假設建筑工程場地附近有一已知高程點 A， 其高程為 HA，放樣的高程點高程為 Hp， 則放樣步驟如下 ： 如圖 25所示安置全站儀于 A 點， 量儀器高，將溫度、 濕度、氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。本實例的情況是在已經(jīng)裝配好的立柱上，有部分鋼筋預埋件的高度不正確，造成鋼筋不能按要求位置焊接，是裝配立柱過程中產(chǎn)生的問題，還是立柱預制時預埋件位置有錯誤。 全站儀在高層建筑物垂直度檢測中的應用 [11] 如圖 27 所示，為測量高層建筑物某一墻體上兩個柱體 12 和 34 的垂直度誤差，可建立如圖中所示的 XOY 坐標系，該坐標系以該墻體的一個角點為坐標原點 O（本圖中O點與 2 號點共點） ,平行于墻體的方向為 X 軸，過 O點且垂直 墻面的方向為 Y 軸。因此 還需要 監(jiān)測點在自由坐標系 X′ O′ Y′中的坐標轉換到特定坐標系 XOY 中 的坐標 。 (1)度盤分劃誤 差的性質 。 (2)減弱度盤分劃誤差的措施 。 全站儀的照準部是有豎軸及其軸承支撐的，豎軸軸承質量的好壞直接影響儀器的照準部的運轉性能，因此照準部旋轉正確與否與豎軸密切相關。旋轉時必須輕松圓滑、沒有澀滯、扎緊和跳動的現(xiàn)象。 豎軸與軸套間隙的潤滑油粘度太大，或分布不均勻，可能一邊積聚厚、一邊薄，從而引起照準部旋轉時歪斜或平移。 斜面上的滾珠所支撐．滾珠對照準部起支撐和定向的雙重作用。 (1)基座位移誤差產(chǎn)生的原因 。 由 此可見，當觀測某一組方向時，首先將儀器沿著要旋轉的方向轉 動 1 至 2 周，然后照準第一方向，在以后照準各方向時，保持同一方向旋轉，就可以避免或減弱這項誤差的影響。引 起本來已照準的目標偏離原來的位置，從而產(chǎn)測角誤差。 全站儀豎軸鉛垂是通過照準部的傾斜傳感器設置的。由于橫軸誤差的存在，當望遠 靜 上下轉動時，視準軸劃過的平面就不是鉛垂面，而是一個傾斜面。 (3)視準軸誤差 。它對水平方向的影響隨 豎直角的增大面增大。 補償器相對鉛垂線的零位安置誤差為系統(tǒng)誤差。在震動較大，儀器不易穩(wěn)定的場合， 全 站儀測角時應關閉補償器。 的位置上裝有兩個讀數(shù)裝置。 全站儀 測距系統(tǒng)的誤差分析 測距誤差可分為兩類 ： 一類是與距離遠近無關的誤差稱為固定誤差；另一類是與距離遠近成比例的誤差稱為比例誤差 [15]。但測相誤差的來源很多，有儀器本身的原因，也有外界條件變化的影響。 照準誤差： 照準誤差是由于發(fā)光二極管所發(fā)射的光束相位不均勻性而產(chǎn)生的。這樣在測距時，用了光束的不同位置，結果也會不同。 幅相誤差： 幅相誤差是由于接收信號的強弱變化，而對測量相位差所造成的影響。 由噪音引起的誤差： 由于大氣因氣溫變化而產(chǎn)生的抖動及一些光、電信號的干擾而產(chǎn)生的噪音，降低了儀器對測距信號的分辨能力 ，給測距帶來誤差。 (2)儀器加常數(shù)誤差 。 (3)儀器和棱鏡的對中誤差 。 (4)周期誤差 。這種同頻信號可以通過電子開關、電源線等通道或空間渠道的 耦 合串到接收部分，形成固定不變的串擾信號，使接收信號的相位發(fā)生變化。目前的全站僅都采用了大規(guī)模集成電路，并有良好的屏蔽，因此周期誤差很小。 乘常數(shù)誤差是由儀器的時間基準偏差造成的， 現(xiàn)象是給觀測值加入了一個與距 離成比例的偏差。 乘常數(shù)誤差的產(chǎn)生主要有兩方面的原因：一是振蕩器設置的調制頻率有誤差，即頻率的準確度問題；二是在使用過程中，由于晶體老化、溫度變化、電源及電子電路的影響，振蕩器的頻率發(fā)生漂移，即頻率的穩(wěn)定度問題。 大氣折射率 主要受氣溫和氣壓的影響比較大。 全站儀測 量實驗及其 精度分析 全站儀的基礎測量功能是對水平角、豎直角以及距離進行的觀測。 (5+5 106D)mm 日本 索佳公司 在使用全站儀進行測量前，都 必須 對儀器進行檢校，以保證測量結果的正確性。 C左右 ⑤ 實驗方案 實驗采用全站儀同精度觀測三角形中的每一個內角， 其中邊 AB、 BC、 AC長度分別為 、 、 ， 測量時依次在三角形的每個頂點上設立觀測站，采用測回法測量三角形的每個內角。并根據(jù)所觀測數(shù)據(jù)得到如下 20 組三角形三個內角的觀測數(shù)據(jù)： ? β α B A C 圖 31 水平角觀測示意圖 20 表 32 水平角觀測數(shù)據(jù) 編號 ? 176。 21 表 33 三角形閉合差 編號 閉合差 編號 閉合差 編號 閉合差 1 3″ 8 5″ 15 +5″ 2 4 9 4 16 +6 3 +3 10 +4 17 +4 4 4 11 6 18 +5 5 +5 12 3 19 5 6 +4 13 +4 20 +4 7 +4 14 5 按真誤差的定義可知，閉合差 W 就是三角形內角和 (? ? ???)的真誤差。計算結果如下表 34。 ″ 177。 ② 實驗地點： 銅仁市水果市場 ③ 實驗時間： 2020 年 5 月 29 日 ④ 觀測天氣：晴，溫度 20176。這樣每個目標都可以得到兩個豎直角的觀測數(shù)據(jù)，通過對這些觀測數(shù)據(jù)的分析就可以得到全站儀豎直角的觀測精度。所以這里的“ 0”實際上是這個量差數(shù)的真值。 ′ ″ ??? 176。 設觀測值得中誤差為 m ，根據(jù)誤差傳播定律可以得到 222dmm? 。 C左右 ⑤ 實驗方案 實驗采用全站儀同精度觀測同一條邊的距離。然后保持氣壓 (1013hPa)不變，依次設置溫度參數(shù)為 5176。 C，在每個溫度參數(shù)條件下各觀測距離 10 次。 ⑥ 實驗結果 對實驗全部觀測結果都進行粗差檢驗，并剔除粗差，消除系統(tǒng)誤差后，逐項進行檢驗，得到以下觀測數(shù)據(jù) (見附表 附表 附表 5)。 C 25176。同時 不同氣象參數(shù)條件對 距 離 的測量都會有影響，而且 可以看出，在氣壓保持不變時，溫度參數(shù)越接近 15176。 [2] 葉曉明，凌模，全站儀原理誤差 [M],武漢：武漢大學出版社， 2020。 [6] 曹志勇，郝海森 .全站儀在坐標測量和放樣中的應用 [J].河北工程技術高等專科學校學報， 2020， (3)。 [10] 曹志勇，趙衛(wèi)常 .全站儀懸高測量功能在高度檢測中的應用 [J]. 河北工程技術高等?？茖W校學報， 2020(