全站仪应用和测距误差分析检测

探讨全站仪的应用和测距误差的分析与检测

摘要：全站仪将光电测距仪、数据记录以及电子经纬仪融为一体，具有非常精确的测角和测距功能，其实用价值远大于经纬仪坐标法，常见于地下隧道施工、地上大型建筑等变形监测和精密工程测量中。该文基于笔者多年的工作经验，详细介绍了全站仪的特点和应用，同时阐述了使用全站仪测量时误差产生的来源，分析探讨了误差原因和检测方法。

关键词：全站仪放样测量加常数乘常数

中图分类号：tu71 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2012）12（c）-0-01

全站仪又称全站型电子测速仪，是把光电测距仪、电子经纬仪、微电脑处理器融为一体，是集合了垂直角、距离、水平角、距离放样、高差、面积量算等功能的测绘控制系统。它能够自动显示测量结果，能和外围设备交换信息。作为高技术测量仪器，全站仪拥有电子记录、自动化快速三维坐标测量和定位功能、内外业一体化、外业数据自动化采集等多种自动化流程，在测绘界备受欢迎。全站仪实现了测绘工作的自动化，减少了人工投入，提高了计算准确性，有效提高了测绘工作效率。

1 全站仪特点及测量应用

由于全站仪可以配合电子计算机使用，因此测绘工作的实效性得到很大提高，下面对全站仪的主要特点做具体描述：第一，测距速度极快；第二，简单的内业计算；第三，高差对作业面的限制减少，

全站仪的高差通常在150 m以内，这个高差可以达到各种大中型工程的要求；第四，使用坐标放样时，放样边长和角差会显示在仪器屏幕上，简化了操作规程；第五，不需要钢尺测量；第六，粗略放样半径大，可以到2000 m以上。虽然全站仪操作和使用比较方便，但是其工作条件受人为因素和地形限制较大。全站仪在测量方面，主要应用于放样测量、偏心测量、悬高测量和面积计算。

（1）放样测量

放样测量主要用于按照要求点，在实地上进行测定。放样测量主要包括悬高放样测量、坐标放样测量以及距离放样测量。放样测量使用盘左位置进行，显示差值=实测值—放样值。在放样测量中，经过对照准点的水平角、坐标或者距离的测量，仪器显示的是预先输入的实测值和放样值之差。

（2）偏心测量

测定测站至通视但是无法测站至不通视点间的角度和距离或者

通视无法设置棱镜的点时通常使用偏心测量[1]。偏心测量包括单距偏心测量、双距偏心测量和角度偏心测量。在测量过程中，把偏心点设置在目标点附近，通过测站到偏心点间的角度和距离的测量，来确定测站到目标点之间的角度和距离。

（3）悬高测量

悬高测量用于对不能设置棱镜的目标高度的测量[2]。

（4）面积计算

面积计算通过输入或调用仪器内存中三个或多个点的坐标数据，

计算出由这些点的连线封闭而成的图形的面积，所用坐标数据可以是测量所得，也可以手工输入，且这两种方法可交替进行。

2 全站仪测距误差来源分析

在使用全站仪进行测量过程中，很多全站仪测距时使用相位法提高测距精度，相位法测距的基本原理是使用仪器将光强调制为连续变化的光波进行距离测定，该方法在使用时拥有许多优势，但是，与优势并存的是该方法会造成系统测距时存在误差，这些误差很大一部分程度上影响了系统测距精度。基于相位法进行测距的全站仪测距时存在的误差主要分为三个方面，分别是加常数误差、乘常数误差和周期误差，造成这些误差的原因很多，该文基于笔者多年的全站仪使用经验，详细的对误差进行分析，并且阐述了其检测方法。

3 全站仪测距误差分析与检测

3.1 加常数误差

全站仪出厂之前，工程师都对加常数已经严格的进行检测，并且将检测得到的常数预先置入全站仪内。但是在全站仪进行测量过程中，该常数并不是恒定的，其会随着仪器的应用发生改变，因此，如果不对仪器的加常数进行检测，随着全站仪光、电系统的变化，其测距精度必将会变得不准确，误差增大。因此，为了保证全站仪测距精度，测量人员应定期对加常数进行检测，重新设置或者修正仪器内的加常数。

目前，检测加常数的方法包括叠加法、解析法和比较法等诸多方法。叠加法和解析法基于被检测全站仪自身的测量结果，计算平差

值即可求的加常数。目前，在加常数检测过程中，人们经常采用六段比较法，该方法的基线场长度设置为0.72～1.2 km之间，其精度设置为百万分之一，基本检测原理描述如下：将一条基线分成距离各不同的六段，在检测全站仪时，我们可以从零号点摆站观测到六号点，接着从一号点摆站观测到六号点，依次类推，最后在五号点摆站观测到六号点，于是，基于该方式可以获得21个距离段，通过将仪器的观测值与基线值比较，即可求得全站仪的加常数。

3.2 乘常数误差

全站仪的乘常数是一个比例改正因子，其改正的是与距离成比例的系统误差，该常数产生的原因是频率的偏移和折射率的偏移。主要包括频率改正和气象改正，频率改正是指改正晶体老化等因素诱发的全站仪晶体振荡器实际拥有的频率和标称频率之间产生的距离差值，由于在全站仪测量时，由于气象条件发生变化，导致频率发生改变，因此造成测尺长度改变。气象改正是指改正测距时的折射率和仪器参考折射率之间发生的距离差值。目前，乘常数的检测方法也主要是采用六段比

较法。

3.3 周期误差

对于全站仪来讲，其精测尺长根据正弦函数周期变化，因此导致使用全站仪测量时产生周期误差。该误差的大小基于测尺长度周期性出现，主要原因是基于相位技术的全站仪使用测距信号与参考信号之间的相位差进行测量工作，但是内部光电等同频信号的扰乱，

导致测量结果出现周期误差，降低周期误差的方法是减弱干扰信号的强度或者增强测距信号。周期误差的检测方法采取基于周期误差振幅和初相角的平台法。

4 结语

随着我国科学技术的发展，全站仪受到了诸多学者和测量工作者的关注，成为了研究的重点，因此，随着时间的推进，其仪器结构、测量精度和误差检测方法必将得到快速提高，其应用范围也将越来越广泛。

参考文献

[1] 郑进凤，郭宗河.全站仪偏心测量及其精度分析[j].测绘通报，2005（1）.

[2] 韩在兴，张立刚.全站仪在悬高测量中的应用[j].黑龙江水利科技，2010（4）.