【文章內(nèi)容簡介】 光鏡。照準(zhǔn)反光鏡B， 并使儀器顯示角值為0176。00′00″。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)另一反光鏡，移動(dòng)這面反光鏡，直到全站儀顯示器顯示角值為放樣的角值(β)，固定反光鏡，將反光鏡中心投影到地面上定一點(diǎn)P，則AP方向即為要放樣的方向。 (3)全站儀放樣高程點(diǎn)：假設(shè)建筑工程場地附近有一已知高程點(diǎn)A，其高程為 HA，放樣的高程點(diǎn)高程為Hp，則放樣步驟如下：如圖25所示安置全站儀于A點(diǎn)，量儀器高，將溫度、 濕度、氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。在放樣的 圖25 全站儀放樣高程點(diǎn)示意圖地方安置反光鏡，測出反光鏡的鏡上中心高程Hi，并計(jì)算 △h=HiHp。從反光鏡的鏡上中心向上(下)量取△h定出一點(diǎn)P，則此點(diǎn)即為要放樣的高程點(diǎn)。 全站儀在工程檢測中的應(yīng)用[10]圖26 立柱鋼筋預(yù)埋件高度示意圖某煉油廠架設(shè)油罐的承重立柱，立柱之間用鋼筋以焊接方式聯(lián)接，起到穩(wěn)定立柱的作用。本實(shí)例的情況是在已經(jīng)裝配好的立柱上，有部分鋼筋預(yù)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(yù)制時(shí)預(yù)埋件位置有錯(cuò)誤。經(jīng)了解，立柱的高度是正確的，并且利用附近的可靠高程點(diǎn)和已有資料檢查，B點(diǎn)高度也符合要求。設(shè)計(jì)的兩根鋼筋的長度和角度關(guān)系應(yīng)該在圖26中的A，D 和 B，C 時(shí)位置才正確。 但在立柱上相應(yīng)的A、C位置卻沒有鋼筋預(yù)埋件，而設(shè)在 A′和A″，C′和 C″各點(diǎn)的預(yù)埋件卻用不上，這一問題可以利用全站儀的懸高測量功能來進(jìn)行檢核，得到A′B、A″B、C′D和C ″D的鉛錘距離，以此來判斷鋼筋預(yù)埋件的高度是否正確。[11]如圖27所示，為測量高層建筑物某一墻體上兩個(gè)柱體12 和34的垂直度誤差，可建立如圖中所示的XOY坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系以該墻體的一個(gè)角點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O（本圖中O點(diǎn)與2號(hào)點(diǎn)共點(diǎn)）,平行于墻體的方向?yàn)閄 軸，過O點(diǎn)且垂直墻面的方向?yàn)閅軸。若12和34柱體沒有垂直度誤差，則同一柱體的上部點(diǎn)1或3應(yīng)該與其對應(yīng)的下部點(diǎn)2或4的平面坐標(biāo)一致；若該柱體存在垂直度誤差，則 1 或 3 與其對應(yīng)的下部點(diǎn) 2 或 圖27 全站儀垂直度檢測示意圖4 的平面坐標(biāo)就不一致，此時(shí)可根據(jù)其 X、Y 方向坐標(biāo)的差值和建筑物高度 H（H為測量時(shí)上下監(jiān)測點(diǎn)三維坐標(biāo)中的高程值之差）,求出該柱體在坐標(biāo)軸X、Y方向的垂直度誤差和綜合的垂直度誤差。這些反映柱體垂直度誤差的計(jì)算模型可按以下方法推導(dǎo)。 ()設(shè)2 點(diǎn)在XOY 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為1（X1，Y1）和 2（X2，Y2） ，則高點(diǎn)1與低點(diǎn)2的 X、Y 方向坐標(biāo)差值分別為：()通過式()，可進(jìn)一步計(jì)算出柱體12在X、Y方向的垂直度誤差分別為：()這樣柱體12的綜合垂直度誤差可按下式計(jì)算：據(jù)上面介紹的全站儀垂直度監(jiān)測的原理，欲求出柱體12的垂直度誤差，最重要的是需知道點(diǎn)1和點(diǎn)2在坐標(biāo)系XOY 中的坐標(biāo)，但在實(shí)際監(jiān)測工作中，全站儀能夠直接測出的是在自由坐標(biāo)系 X′O′Y′中的坐標(biāo)，而想用全站儀直接測出點(diǎn)1和2在 X0Y中的坐標(biāo)是不可能的。因此還需要監(jiān)測點(diǎn)在自由坐標(biāo)系X′O′Y′中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到特定坐標(biāo)系XOY中的坐標(biāo)。全站儀的精度分析全站儀角度觀測的主要誤差來源主要有三個(gè)方面：一是觀測人員的誤差，通常稱之為人差，如人照準(zhǔn)習(xí)慣不同引起的目標(biāo)照準(zhǔn)差等；二是外界條件引起的誤差，如大氣折光等；三是儀器誤差。這里結(jié)合全站儀的特點(diǎn)對儀器誤差的相關(guān)內(nèi)容作簡要分析。在全站儀中，無論是編碼度盤還是光柵廢盤，都要在度盤上按一定的規(guī)律均勻地刻制許多區(qū)間或光柵刻線，編碼區(qū)間或光柵刻線之間的標(biāo)淮值與實(shí)際值之差就是度盤分劃誤差。(1)度盤分劃誤差的性質(zhì)。周期性：因刻度機(jī)或被刻制的區(qū)盤安置不正確，使度盤各部分分劃不準(zhǔn)確而產(chǎn)生誤差。該誤差以度盤全周為周期(長周期)或以度盤上一小弧段為周期(短周期)，在度盤全周內(nèi)誤差總和為零。偶然性：度盤在刻制過程中受外界條件(如溫度)的變化等偶然因素的影響，使刻劃線或偏左或偏右，具有隨機(jī)特性。(2)減弱度盤分劃誤差的措施。對于靜態(tài)度盤測角，把各測回均勻分配在度盤多個(gè)位置上進(jìn)行觀測，取其中數(shù)能減弱度盤分劃誤差的影響。對于動(dòng)態(tài)度盤測角，因其在讀數(shù)過程中度盤全局分劃都參與積分掃描測角，在原理上能有效地消除度盤分劃誤差的影響，故在多測回測角的過程中，均勻分配度盤的工作已無意義。(1)對照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)的要求。全站儀的照準(zhǔn)部是有豎軸及其軸承支撐的，豎軸軸承質(zhì)量的好壞直接影響儀器的照準(zhǔn)部的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，因此照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)正確與否與豎軸密切相關(guān)。旋轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性要高。豎軸在軸套內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)必須平穩(wěn)而無晃動(dòng)，軸與軸套中心的幾何軸線—致。旋轉(zhuǎn)時(shí)靈活性要好。旋轉(zhuǎn)時(shí)必須輕松圓滑、沒有澀滯、扎緊和跳動(dòng)的現(xiàn)象。(2)照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)不正確產(chǎn)生的原因。豎軸與軸套間的間隙大小不當(dāng)。間隙過大，轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生搖晃；間隙過小，轉(zhuǎn)動(dòng)就澀滯甚至扎緊。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(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)時(shí)歪斜或平移。照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)的正確性主要由儀器的制造工藝來保證。目前，全站儀的豎軸系大都采用半運(yùn)動(dòng)式圓柱型結(jié)構(gòu)。豎軸由軸套上部45176。斜面上的滾珠所支撐．滾珠對照準(zhǔn)部起支撐和定向的雙重作用。全站儀在使用過程中應(yīng)按規(guī)程定期檢定照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)的正確性，對超出限差的儀器應(yīng)進(jìn)行維修。在水平角觀測中，當(dāng)照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)時(shí)要求固定在基座上的水平度盤穩(wěn)定不動(dòng)。作業(yè)時(shí)由于基座加工質(zhì)量等因素的影響，基座可能有微小的變動(dòng)，水平度盤也隨之發(fā)生方位變化，使觀測方向受到誤差影響。(1)基座位移誤差產(chǎn)生的原因。由于支撐儀器的基座腳螺旋和螺孔之間有空隙存在，當(dāng)照淮部旋轉(zhuǎn)時(shí)，輕微的軸對摩擦可能使腳螺旋在螺孔內(nèi)移動(dòng)，從而使基座連同水平度盤產(chǎn)生微小的方位變動(dòng)，故此誤差也稱為基座空隙帶動(dòng)誤差。(2) 減弱基座位移誤差的措施?；灰普`差只有在照準(zhǔn)部順轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)開始時(shí)才會(huì)發(fā)生，且這種誤差在變換旋轉(zhuǎn)方向后、開始時(shí)最大，以后逐漸減小，當(dāng)腳螺旋已經(jīng)壓向孔壁的一側(cè)時(shí)，基座就不在變動(dòng)。由此可見，當(dāng)觀測某一組方向時(shí)，首先將儀器沿著要旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)1至2周，然后照準(zhǔn)第一方向，在以后照準(zhǔn)各方向時(shí)，保持同一方向旋轉(zhuǎn)，就可以避免或減弱這項(xiàng)誤差的影響。 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦時(shí)視準(zhǔn)軸變動(dòng)引起的測角誤差全站儀望遠(yuǎn)鏡的作用有二：一是將遠(yuǎn)方的目標(biāo)通過成像加以放大(放大視場角)，以便看清目標(biāo)；二是提供精確照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸，以確定目標(biāo)的視線方向。 為了保證觀測結(jié)果的精度，要求望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械軸、光軸、視準(zhǔn)軸三者重合。但由于望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦筒的螺紋間存在空隙或由于磨損及有雜物的影響，調(diào)焦筒在作軸向來回移動(dòng)時(shí)．也引起調(diào)焦筒沿徑向產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，使調(diào)焦鏡的光心偏離視準(zhǔn)軸。引起本來已照準(zhǔn)的目標(biāo)偏離原來的位置，從而產(chǎn)測角誤差。為了減弱望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦誤差的影響，當(dāng)觀測某一組方向時(shí)，目標(biāo)距離應(yīng)比較接近、避免在方向之間重新凋焦。如果在實(shí)際作業(yè)中，各被測目標(biāo)到測站的距離長短相差較大，不可避免地需要調(diào)焦來照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)選擇望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦誤差較小的全站儀進(jìn)行觀測，并在測量方案制定中充分考慮這項(xiàng)誤差的影響。(1)豎軸誤差。全站儀豎軸鉛垂是通過照準(zhǔn)部的傾斜傳感器設(shè)置的。豎軸傾斜對水平方向的影響不能通過盤左、盤右取平均值得方法予以消除，而且豎直角越大，對水平方向的影響就越大。(2)橫軸誤差。橫軸誤差是指橫軸不與豎軸垂直面產(chǎn)生的誤差。由于橫軸誤差的存在，當(dāng)望遠(yuǎn)靜上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，視準(zhǔn)軸劃過的平面就不是鉛垂面，而是一個(gè)傾斜面。豎軸不嚴(yán)格鉛垂，也造成橫軸的傾斜，這用于豎軸誤差。橫軸誤差對水平方向的影響隨豎直角的增大而增大，在視線水平時(shí)無影響。與視準(zhǔn)軸誤差相同，橫軸誤差的影響在盤左、盤右平均值中可得到消除。(3)視準(zhǔn)軸誤差。望遠(yuǎn)鏡的十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)袖。視準(zhǔn)鈾與橫軸不正交就產(chǎn)生視準(zhǔn)差。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，視準(zhǔn)軸劃過的面就不能保持平面，而是一圓錐面。它對水平方向的影響隨豎直角的增大面增大。但可在盤左、盤右的平均值中消除。 補(bǔ)償器傾斜量測量誤差在全站儀中，傾斜補(bǔ)償器和電子度盤—樣，也是角度測量中主要的光電傳感器之一。全站儀角度測量結(jié)果包含補(bǔ)償器測定的傾斜補(bǔ)償量，因此補(bǔ)償器傾斜測量誤差必然成為角度測量誤差的一部分。補(bǔ)償器相對鉛垂線的零位安置誤差為系統(tǒng)誤差。通過補(bǔ)償器的指標(biāo)差修正可以消除或減弱。除此之外，山于光敏元件的靈敏度，液面晃動(dòng)等因素影響，致使補(bǔ)償器所測量出的傾斜量存在偶然誤差。為了減弱此項(xiàng)誤差，在儀器旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)新的目標(biāo)后，應(yīng)稍等片刻，待液體補(bǔ)償器液面穩(wěn)定(反映在角度顯示的穩(wěn)定)之后再讀數(shù)。在震動(dòng)較大，儀器不易穩(wěn)定的場合，全站儀測角時(shí)應(yīng)關(guān)閉補(bǔ)償器。度盤的偏心包括水平度盤和豎直度盤的偏心。由于安裝不可避免的會(huì)存在誤差，使得水平度盤、豎直度盤的中心沒有嚴(yán)格位于豎袖、檢軸的軸線上，產(chǎn)生偏心，使度盤讀數(shù)產(chǎn)生誤差。全站儀一般都在度盤相對180176。的位置上裝有兩個(gè)讀數(shù)裝置。在顯示窗上顯示的數(shù)值，即兩位置讀數(shù)的平均值，度盤偏心差的影響已得到消除。由于指標(biāo)從正確的位置偏移了的緣故，使視線水平時(shí)的讀數(shù)大了或小了一個(gè)數(shù)值引起的，所以稱這個(gè)偏移值為豎盤指標(biāo)差。豎盤指標(biāo)差可在盤左、盤右的平均值中予以消除。測距誤差可分為兩類：一類是與距離遠(yuǎn)近無關(guān)的誤差稱為固定誤差；另一類是與距離遠(yuǎn)近成比例的誤差稱為比例誤差[15]。(1)測相誤差。測相誤差就是測定相位差的誤差。測相精度是影響測距精度的主要因素之一，因而提高測相精度對測距會(huì)十分有利。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。測相系統(tǒng)本身的誤差：目前紅外測距均采用脈沖數(shù)字式自動(dòng)測相裝置。它主要受時(shí)鐘脈沖頻率穩(wěn)定性、檢相電路的時(shí)間分辨率以及平均檢相次數(shù)的影響。要減弱測相系統(tǒng)本身誤差的影響，主要是提高電路和測相裝置的質(zhì)量。照準(zhǔn)誤差：照準(zhǔn)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。理想的情況是，砷化鎵發(fā)光管發(fā)射的光束，在與發(fā)光管等距離的圓弧面上的相位均相同。這樣，利用光束的不同位置測出的距離也就相同。而實(shí)際情況是，相位相同的點(diǎn)并不僅于與發(fā)光管等距離的同一圓弧上，就是使得相位相同的點(diǎn)，距離都不一樣。這樣在測距時(shí)，用了光束的不同位置，結(jié)果也會(huì)不同。這就是相位不均勻所造成的誤差。這項(xiàng)誤差主要取決于發(fā)光管的質(zhì)量。其次可采用一些光學(xué)措施，如混相透鏡等，以減小此項(xiàng)誤差的影響。幅相誤差：幅相誤差是由于接收信號(hào)的強(qiáng)弱變化，而對測量相位差所造成的影響。為了減小幅相誤差的影響，可改善電路系統(tǒng)，加設(shè)自動(dòng)增益控制電路，以控制電流的輸出幅度。也可設(shè)置控制孔徑光欄或減光板，以調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度。全站儀一般均設(shè)有幅度自動(dòng)控制系統(tǒng)，雖然測量的距離遠(yuǎn)近不同，但接收信號(hào)的幅度能保持在一定范圍內(nèi)，這就避免了幅相誤差的產(chǎn)生。由噪音引起的誤差：由于大氣因氣溫變化而產(chǎn)生的抖動(dòng)及一些光、電信號(hào)的干擾而產(chǎn)生的噪音，降低了儀器對測距信號(hào)的分辨能力，給測距帶來誤差。影響測距信號(hào)分辨能力的是信噪比，即信號(hào)功率與噪聲功率的比值。因此可采取增大信號(hào)強(qiáng)度的方法來減少噪音的影響。另外這項(xiàng)誤差是隨機(jī)的，儀器多采用增多撿相次數(shù)而取平均值，以減弱其影響。(2)儀器加常數(shù)誤差。加常數(shù)誤差是由儀器的測距部光學(xué)零點(diǎn)和儀器對點(diǎn)器不一致造成的，其現(xiàn)象是對所有測量值都加入了一個(gè)固定偏差。它由兩部分構(gòu)成即儀器常數(shù)誤差和棱鏡常數(shù)誤差。此外，幅相誤差也常常影響加常數(shù)的檢測效果，因?yàn)閮x器幅相特性不好時(shí)若內(nèi)外光路不平衡，則內(nèi)光路的測量結(jié)果不能完全抵消外光路測量的延遲，也能產(chǎn)生加常數(shù)類似的效果。 (3)儀器和棱鏡的對中誤差。用光學(xué)對中器對中，對中誤差一般小于1mm，對中桿相垂球?qū)χ校话憧尚∮?mm。對于精密測距，要求測前對光學(xué)對中器進(jìn)行嚴(yán)格校正，觀測時(shí)應(yīng)仔細(xì)對中。不要使用對中桿。(4)周期誤差。周期誤差是以一定距離為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差，它的周期一般是精測光尺長度，即精測波長的二分之一，但也有例外。周期誤差主要是由于儀器內(nèi)部電信號(hào)的串?dāng)_而產(chǎn)生的。尤其是與測相信號(hào)同頻率的干涉信號(hào)。這種同頻信號(hào)可以通過電子開關(guān)、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?dāng)_信號(hào)，使接收信號(hào)的相位發(fā)生變化。這時(shí)相位計(jì)測出的相位已不是測距信號(hào)的相位，而是測距信號(hào)與串?dāng)_信號(hào)的合成信號(hào)的相位。這就便測距產(chǎn)生誤差。為了減少儀器的周期誤差，主要是采取加強(qiáng)屏蔽、合理隔離。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。(1)真空光速值的測定誤差。目前真空光速值得測定精度已經(jīng)相當(dāng)高，所以此項(xiàng)誤差對測距影響可以忽略不計(jì)。(2)儀器乘常數(shù)誤差。乘常數(shù)誤差是由儀器的時(shí)間基準(zhǔn)偏差造成的，現(xiàn)象是給觀測值加入了一個(gè)與距離成比例的偏差。而石英晶體振蕩器是測距系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)的主要元件，調(diào)制頻率也是由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的。調(diào)制頻率決定光測尺的長度，它的誤差直接影響測距精度。因此石英晶體震蕩器的好壞直接決定了測距的精度。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(shè)置的調(diào)制頻率有誤差，即頻率的準(zhǔn)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。前者產(chǎn)生的頻率誤差可用高精度的頻串計(jì)校準(zhǔn)。后者可選擇高質(zhì)量的石英晶體，采用恒溫裝置或溫補(bǔ)裝置以及穩(wěn)定的電源，以減小乘常數(shù)誤差。(3)大氣折射率的誤差。大氣折射率主要受氣溫和氣壓的影響比較大。而濕度影響最小，一般情況下可以不考慮。所以大氣折射率誤差的來源主要是測定氣溫和氣壓的誤差，而大氣折射率誤差與測距誤差成正比，這就要求選用好的溫度計(jì)和氣壓表，對于精密的測量，在測前應(yīng)對所用氣象儀表進(jìn)行檢驗(yàn)。另外，所測定的氣溫、氣壓應(yīng)能準(zhǔn)確的代表測線的氣象條件。全站儀的基礎(chǔ)測量功能是對水平角、豎直角以及距離進(jìn)行的觀測。本次實(shí)驗(yàn)主要采用索佳SET510全站儀(其主要技術(shù)指標(biāo)[16]如表31)進(jìn)行水平角、豎直角與距離觀測，并進(jìn)行相關(guān)的測角、測距精度分析。表31 技術(shù)指標(biāo)儀器型號(hào)測角標(biāo)稱精度測距標(biāo)稱精度生產(chǎn)廠家SET510177。5″177。(5+5106D)mm日本索佳公司βαBAC在使用全站儀進(jìn)行測量前，都必須對儀器進(jìn)行檢校，以保證測量結(jié)果的正確性。通過對全站儀照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器、圓水準(zhǔn)器、視準(zhǔn)差、光學(xué)對中器、距離加常數(shù)等的檢校，該全站儀完全能