李 奎，曹俊茹，宋振柏，王 廷

（1．山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東淄博250091；2．山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東淄博250091）

隨著全站儀的使用越來越廣泛，全站儀成為測繪生產(chǎn)和教學(xué)的主要儀器設(shè)備．全站儀經(jīng)過運(yùn)輸、長期存放、長期使用以及受到強(qiáng)烈震蕩等情況會使儀器精度達(dá)不到精度要求，一般測繪生產(chǎn)單位和普通高校不具備全站儀檢測的場地條件和實(shí)驗(yàn)室條件［1]，送到質(zhì)檢部門檢定，其費(fèi)用又相當(dāng)高．本文利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，設(shè)計可以對全站儀主要精度指標(biāo)進(jìn)行檢測的簡便可行方法，使其既滿足測繪生產(chǎn)和一般教學(xué)的需要，又可以節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)，具有重要的意義．

1 全站儀精度檢測的方法

1．1 照準(zhǔn)誤差2C、橫軸誤差i及豎盤指標(biāo)差x的檢測

選擇光線均勻充足（但不要太強(qiáng)）的地方，將一張A4紙貼在墻上，上面畫一個十字，要求粗細(xì)適中，以便十字絲精確瞄準(zhǔn)．在距墻面20～30m地方安置全站儀，通過望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)十字絲十字中心O點(diǎn)，盤左、盤右分別讀取水平度盤讀數(shù)L、R和豎直度盤讀數(shù)aL、aR，重復(fù)測量取平均值．各等級照準(zhǔn)誤差2C、橫軸誤差i及豎盤指標(biāo)差x的限差要求［2]見表1．

表1 各等級儀器2C、i、x的限差要求

表中

1．2 儀器常數(shù)的檢測

1．2．1 解析法

傳統(tǒng)六段解析法［3]是檢測全站儀加常數(shù)的主要方法之一，需要特定的基線場地．本文檢測設(shè)計場地如圖1所示．

圖1 解析法場地示意圖

為提高檢測加常數(shù)的準(zhǔn)確度，采用全組合觀測法，首先分別在0、1、…、5點(diǎn)安置儀器，輸入溫度和氣壓改正參數(shù)，觀測模式．在i點(diǎn)觀測，觀測值Dij，i＝0，1，…，5；j＝i＋1，共觀測21個距離值．

以6個獨(dú)立分段的距離改正數(shù)及加常數(shù)K作為未知數(shù)，此時就有14個多余觀測值，通過平差計算就可以求出6段距離的平差值和加常數(shù)K．

誤差方程式：

式中：Di為距離測量（經(jīng)氣象、傾斜改正以后的水平距離）；Vi為距離量測值的改正數(shù)為距離的近似值為距離近似值的改正數(shù)為距離的平差值．列出誤差方程式后，轉(zhuǎn)化為矩陣形式．設(shè)：

則誤差方程的矩陣表達(dá)式為

觀測值中誤差為

加常數(shù)K的中誤差為

式中，Q11為加常數(shù)K的權(quán)系數(shù)．

求得儀器的加常數(shù)以后，如果發(fā)現(xiàn)其值較大，就可以通過自定義棱鏡常數(shù)，把加常數(shù)歸算到棱鏡常數(shù)之中，從而對所測距離進(jìn)行修正．加常數(shù)的中誤差應(yīng)小于標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)差的1／4．筆者對索佳NET05全站儀進(jìn)行檢測，儀器的加常數(shù)K為－0．47mm，測距標(biāo)準(zhǔn)差為±1．366 5mm，儀器的出廠標(biāo)稱精度為0．8mm±1ppm，該次檢測測距大約0．6km，所以測距精度應(yīng)為±1．4mm，考慮到讀數(shù)誤差和對中誤差，我們認(rèn)為儀器加常數(shù)及測距精度符合要求．

圖2 簡易檢測法場地示意圖

1．2．2 簡易檢測法

①用全站儀精確測出MP、MQ的平距．

②在P點(diǎn)安置全站儀并準(zhǔn)確對中，精確測出PQ的平距．可以得出全站儀測距常數(shù)K＝MQ－（MP＋PQ）．測得K值應(yīng)接近或等于0，若｜K｜＞3mm，則要進(jìn)行校正．簡易法比較適合于野外工作之前的自檢，省時省力，能滿足一般工作的精度需求．

1．3 棱鏡常數(shù)的檢測

棱鏡常數(shù)的檢測分為配套棱鏡檢測、不配套棱鏡檢測．

配套棱鏡檢測：用鋼尺精確測量一段長度不得超過10m基線，反復(fù)測量10次取平均值．鋼尺在不足10m的基線上，其測量誤差可以忽略不計，只需保持拉力均勻即可．然后在基線兩端安置全站儀和棱鏡，設(shè)置溫度氣壓參數(shù)［4]和觀測模式，反復(fù)測量距離10次取平均值，然后與鋼尺量測的數(shù)據(jù)比較．

不配套棱鏡檢測：在全站儀進(jìn)行儀器加常數(shù)檢測時，與全站儀進(jìn)行檢測的棱鏡選用配套棱鏡或者已知棱鏡常數(shù)的棱鏡，并且在儀器中設(shè)置好棱鏡常數(shù)，采一起常數(shù)的檢測方法，結(jié)果就是全站儀儀器加常數(shù)．如果儀器加常數(shù)符合精度要求，則不需要改正；否則，在全站儀程序中改正加常數(shù)．最后更換待檢棱鏡（不配套），仍然采用常數(shù)檢測法，這時測出的加常數(shù)就是不配套棱鏡常數(shù)．

1．4 儀器內(nèi)符合精度的檢測

內(nèi)符合精度［5]反映一定的距離范圍內(nèi)儀器測量的穩(wěn)定性，其值應(yīng)不大于儀器標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)差的1／4．檢測方法是首先選擇相距約50m的兩點(diǎn)，分別安置全站儀和反射棱鏡，設(shè)置溫度、氣壓參數(shù)、測量模式等，連續(xù)讀取30個以上的距離觀測值，這里記為Di（i＝1，2，…n，n為讀數(shù)次數(shù)），其平均值為

觀測改正數(shù)為

內(nèi)部符合精度為

1．5 一測回水平、豎直方向標(biāo)準(zhǔn)差的檢測

一測回水平、豎直方向標(biāo)準(zhǔn)差［5]是指全站儀盤左、盤右觀測同一目標(biāo)所求得的方向值的準(zhǔn)確度．質(zhì)監(jiān)部門檢測方法有多目標(biāo)平行光管法和多齒分度臺法，而對于一般測繪生產(chǎn)單位和院校來說，條件很難滿足，為此本文提出了多目標(biāo)野外檢測法，如圖3所示．

圖3 一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差檢測示意圖

在一個檢測系列中，每測回方向值用Rij表示．其中，i表示目標(biāo)（i＝1、2、3、4、5），j表示測回數(shù)（j＝1、2、3），每個檢測系列分別進(jìn)行計算．

在同一系列中，相對目標(biāo)1方向歸零后，得第i目標(biāo)3個測回方向的平均值

則同一方向各測回歸零后的觀測值與平均值之差為dij＝；而同一測回各方向的偏差平均值

因此，各測回各方向的殘差為

即有第k個檢測系列殘差平方和

每一檢測系列的多余觀測量fk＝（n－1）（r－1）＝8，則有一系列一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差

一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差的最后結(jié)果由4個系列取幾何中數(shù)給出，即

一測回豎直方向標(biāo)準(zhǔn)差的檢測和水平方向標(biāo)準(zhǔn)差的檢測相同，讀者可自行設(shè)計．以索佳NET05全站儀（K＝1）為例，一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差觀測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)計算見表2、表3．

表2 一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差觀測數(shù)據(jù)表（K＝1）

表3 一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)計算表（K＝1）

對全站儀觀測四個系列標(biāo)準(zhǔn)差s1＝0．796 9″、s2＝0．427 8″、s3＝0．520 2″、s4＝0．478 9″，4個標(biāo)準(zhǔn)差取幾何中數(shù)得到s＝0．574 0″，全站儀的標(biāo)稱精度0．5″，考慮實(shí)際操作中操作、場地誤差［10]，可以認(rèn)為此觀測方法可靠有效，因此該儀器在水平方向上的一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)差符合精度要求．

2 結(jié)束語

充分考慮到一般測繪生產(chǎn)單位和普通高校的現(xiàn)實(shí)情況，提出了以上全站儀精度檢測的一般方法．在實(shí)踐中，筆者曾對索佳NET05全站儀進(jìn)行了精度檢測，檢測方法簡單易行，檢測結(jié)果可行有效，可以作為一般測繪生產(chǎn)單位和普通高校進(jìn)行全站儀精度檢測的實(shí)施方法．

檢測在室外進(jìn)行，更貼近測繪生產(chǎn)實(shí)際，檢測結(jié)果可靠，檢測方法具有一定的實(shí)用價值．

本文方法使非專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)和專用實(shí)驗(yàn)場地的部門可進(jìn)行全站儀精度檢測，特別是生產(chǎn)單位，能更好地掌握自己儀器的精度狀況．檢測場地布設(shè)簡單，可以讓用戶隨時進(jìn)行精度檢測，幫助用戶及時掌握儀器的動態(tài)信息．

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