分析水利工程測(cè)量中全站儀的誤差和精度控制

張洪

【摘? 要】水利工程測(cè)量作為其建設(shè)的前提逐漸受到了測(cè)繪單位的重視。文章對(duì)全站儀進(jìn)行了介紹，并結(jié)合具體案例，分析了水利工程測(cè)量中全站儀的誤差和精度控制，希望對(duì)實(shí)際的水利工程測(cè)量工作有所啟示和幫助。

【關(guān)鍵詞】水利工程;測(cè)量;全站儀;誤差;精度控制

引言

全站儀作為一種高技術(shù)水平的測(cè)量設(shè)備在很大程度上可以提高水利工程測(cè)量的精度，因此，很多時(shí)候都被應(yīng)用在測(cè)距和高程測(cè)量工作中，通過(guò)分析水利工程測(cè)量過(guò)程中的全站儀的誤差和精度控制，對(duì)于其實(shí)際的測(cè)量工作有著較為重要的指導(dǎo)意義。

1.全站儀的概述

全站儀全稱(chēng)是全站型電子速測(cè)儀（Electronic Total Station），在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)水平的測(cè)量?jī)x器，同時(shí)，也是集水平角、垂直角、距離（這里主要指的是斜距和平距）、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器。將其應(yīng)用在工程測(cè)繪工作中，可以安裝一次就可以完成全部的測(cè)量工作，所以被稱(chēng)作為是全站儀，被廣泛的應(yīng)用在地上大型建設(shè)和地下隧道工程的施工中。

全站儀和光學(xué)經(jīng)緯儀相比較，其將光學(xué)度盤(pán)換成了光電掃描度盤(pán)，利用人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)代替了傳統(tǒng)的自動(dòng)記錄和顯示讀數(shù)，同時(shí)，電子經(jīng)緯儀還具有自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和計(jì)算的功能，也可以提高測(cè)量作業(yè)的自動(dòng)化的程度。

2.工程案例分析

某水利工程，其在東西灌區(qū)上分別長(zhǎng)是50km，在南北灌區(qū)的長(zhǎng)度約是10km，整個(gè)灌區(qū)的總面積是3.4萬(wàn)hm2，凈灌面積是3.1萬(wàn)hm2。此工程項(xiàng)目的地勢(shì)較為平坦，工程整體是朝著西北方向傾斜的，在進(jìn)行水利工程測(cè)繪的時(shí)候，相關(guān)工作人員經(jīng)過(guò)周密的勘察以后發(fā)現(xiàn)，此工程項(xiàng)目具有曲面擬合的特點(diǎn)，在測(cè)量工作上選擇了全站儀進(jìn)行測(cè)量。

3.分析水利工程測(cè)量中全站儀的誤差

3.1全站儀的軸系誤差分析

全站儀在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，和經(jīng)緯儀相比較，在光學(xué)原理上沒(méi)有那么多的優(yōu)勢(shì)，其在軸系方面還存在著較多的誤差，這些軸系誤差對(duì)于全站儀在整個(gè)測(cè)量工作中的影響較大。相關(guān)測(cè)量人員在經(jīng)過(guò)分析以后發(fā)現(xiàn)，軸系誤差產(chǎn)生的原因有：第一，全站儀鏡頭的安裝和調(diào)整方面存在問(wèn)題，鏡頭中的望遠(yuǎn)鏡的十字絲中心和正確的位置相比較有著較大的偏差，容易導(dǎo)致視準(zhǔn)軸和儀器水平方向的軸線出現(xiàn)不相交的問(wèn)題;第二，環(huán)境溫度變化的影響，這也使儀器視準(zhǔn)軸在位置上存在變化，造成了全站儀軸系出現(xiàn)誤差;第三，軸系誤差檢驗(yàn)出現(xiàn)問(wèn)題，也會(huì)引起全站儀的軸系誤差。主要包含：視準(zhǔn)軸橫向誤差。因?yàn)橐暅?zhǔn)軸和橫軸正交導(dǎo)致的誤差，其會(huì)對(duì)水平觀測(cè)值的精確性造成較大的影響，但是對(duì)豎直方向的觀測(cè)值不會(huì)有影響。視準(zhǔn)軸縱向誤差。垂直盤(pán)零點(diǎn)的位置出現(xiàn)偏移，這個(gè)時(shí)候影響的是豎直方向的觀測(cè)值，但是不會(huì)影響水平方面的觀測(cè)值。

3.2全站儀的度盤(pán)誤差分析

全站儀的度盤(pán)誤差和所觀測(cè)的目標(biāo)和角度存在較大的聯(lián)系，影響比較直接的就是垂直角。當(dāng)垂直角變大的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)度盤(pán)誤差的影響就會(huì)越大，產(chǎn)生的誤差也就越大。當(dāng)垂直角越小的時(shí)候，所形成的誤差也會(huì)越小。在此次的工程觀測(cè)工作中，由于測(cè)量人員在盤(pán)的左側(cè)進(jìn)行觀測(cè)，而在實(shí)際的觀測(cè)過(guò)程中，視準(zhǔn)軸卻落在了標(biāo)準(zhǔn)視準(zhǔn)軸的右側(cè)，這就導(dǎo)致了實(shí)際的觀測(cè)值比度盤(pán)誤差的測(cè)量值大。面對(duì)這種誤差，測(cè)量人員可以讀取度盤(pán)左邊或者是右邊測(cè)量數(shù)據(jù)的平均數(shù)，同時(shí)在具體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，測(cè)量人員需要對(duì)掃描盤(pán)和照準(zhǔn)盤(pán)的照準(zhǔn)部進(jìn)行調(diào)整，保證其轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，以此來(lái)避免在觀測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)水平方向的度盤(pán)誤差。而對(duì)于垂直方面的度盤(pán)誤差，測(cè)量人員則需要在觀測(cè)一個(gè)角度的時(shí)候，注意消除半側(cè)回角中的誤差，最終降低全站儀整體的度盤(pán)誤差。另外，在全站儀的測(cè)距誤差中，主要包含著周期誤差、加、乘常數(shù)誤差。

周期誤差。周期誤差主要是由于測(cè)距儀內(nèi)部的光電信號(hào)出現(xiàn)了串?dāng)_，同時(shí)，這種情況還以測(cè)尺長(zhǎng)度為周期循環(huán)出現(xiàn)，這種系統(tǒng)誤差被稱(chēng)作是周期誤差。全站儀在實(shí)際使用的過(guò)程中，在儀器內(nèi)部電路設(shè)計(jì)方面涉及了很多濾波、光學(xué)和電子發(fā)射系統(tǒng)以及接受系統(tǒng)等，雖然相關(guān)人員也設(shè)置了隔離等措施來(lái)降低光電信號(hào)的串?dāng)_，但是，并不能從根本上避免。因此，測(cè)量人員在實(shí)際的測(cè)量工作中，還需要盡可能使用抗干擾能力較高的儀器設(shè)備，并定期的對(duì)儀器進(jìn)行檢查，以此來(lái)降低誤差。

加、乘常數(shù)誤差。加常數(shù)誤差主要是由全站儀測(cè)距部的光學(xué)零點(diǎn)的變化所造成的，乘常數(shù)誤差則是由全站儀的實(shí)踐基礎(chǔ)存在偏差所導(dǎo)致的，加、乘常數(shù)誤差都會(huì)在很大程度上影響全站儀設(shè)備的觀測(cè)值。其中，加常數(shù)誤差是固定的，是由儀器常數(shù)誤差和棱鏡常數(shù)誤差構(gòu)成的，而乘常數(shù)誤差則不是一個(gè)固定的誤差，其是和距離成比例的。

3.3全站儀的測(cè)距誤差

全站儀測(cè)距工作在實(shí)際進(jìn)行的過(guò)程中，主要利用的是兩點(diǎn)之間的高度，以此來(lái)進(jìn)行目標(biāo)的測(cè)距測(cè)量。在具體的測(cè)距工作中，測(cè)量人員的視覺(jué)是存在一個(gè)精度上的限制的，因此，基本上不可以實(shí)現(xiàn)完全的瞄準(zhǔn)功能，因此，最終所得到的測(cè)量結(jié)果自然也就和測(cè)量人員最初的判斷相差也較遠(yuǎn)，在測(cè)量精度上還存在不夠一致的情況，這種誤差并相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者稱(chēng)之為是測(cè)距誤差。另外，這種誤差都一般發(fā)生了相位式光電測(cè)距的全站儀，也被稱(chēng)作是相對(duì)測(cè)量誤差，在很大程度上會(huì)影響全站儀的測(cè)量精度，必須要引起測(cè)量人員的重視。

4.水利工程測(cè)量中全站儀的精度控制

4.1水利工程測(cè)量中的全站儀的軸系誤差精度控制

上文也提到了全站儀的軸系誤差是影響其測(cè)量精度的重要因素，第一，測(cè)量人員在對(duì)全站儀的軸系誤差進(jìn)行精度控制的時(shí)候，可以采取不一樣的觀測(cè)方式進(jìn)行誤差控制，這就需要測(cè)量人員對(duì)全站儀的測(cè)圖角度進(jìn)行改變，將全測(cè)回改成半側(cè)回;第二，測(cè)量人員還需要對(duì)全站儀的測(cè)角精度進(jìn)行控制，觀察角度對(duì)測(cè)角精度方面的影響。通常情況下，儀器在出廠以后，都會(huì)有標(biāo)稱(chēng)精度。測(cè)量人員在進(jìn)行野外測(cè)量的時(shí)候，需要改變?cè)械挠^測(cè)角度，盡量避免出現(xiàn)水平軸和垂直軸方向上出現(xiàn)測(cè)量誤差。在此工程的測(cè)量過(guò)程中，還會(huì)出現(xiàn)扇形段弧形的軸系誤差，其扇形段弧形高差有11m，長(zhǎng)約24m，對(duì)安裝精度上相對(duì)較高，需要本體的對(duì)弧精度為±0.1mm，在鞍座定位測(cè)量誤差要求上是±0.3mm。

4.2水利工程測(cè)量中全站儀的度盤(pán)誤差精度控制

對(duì)于水利工程測(cè)量工作中的全站儀的度盤(pán)誤差，測(cè)量人員在精度控制上可以采取三角高程測(cè)量法，結(jié)合以上工程案例。首先，測(cè)量人員需要對(duì)高程進(jìn)行測(cè)量，然后再對(duì)三角高程誤差進(jìn)行計(jì)算;其次，測(cè)量人員需要按照其地球曲率，計(jì)算精度，降低地形對(duì)測(cè)量工作的限制，因此來(lái)提高水利工程的測(cè)量效率和測(cè)量質(zhì)量。

4.3水利工程測(cè)量中的全站儀的測(cè)距誤差精度控制

對(duì)于水利工程測(cè)量中的全站儀的測(cè)距誤差，測(cè)量人員在進(jìn)行此方面的精度控制工作時(shí)，可以采取相位式光電技術(shù)實(shí)現(xiàn)，利用這種精度控制方式，可以突破人體的人眼的分辨度和觀測(cè)能力的限制，采取公式進(jìn)行計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)高測(cè)距誤差的精度控制。另外，測(cè)量人員還可以多次的取平均值進(jìn)行測(cè)量，不斷減少全站儀的測(cè)距誤差，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)距誤差的控制。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，全站儀是一種技術(shù)水平較高的測(cè)量設(shè)備，測(cè)量人員需要加強(qiáng)對(duì)全站儀測(cè)量過(guò)程中的誤差分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的誤差精度控制，最終提高全站儀在水利工程測(cè)量工作中的應(yīng)用水平，為水利工程的后期建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王富坤.全站儀與測(cè)繪軟件在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].農(nóng)家參謀，2019（17）.

[2]任建新.全站儀在水利工程測(cè)量中的研究[J].地球，2016，000（008）：329-329.

[3]孫統(tǒng)領(lǐng)，李攀.淺談全站儀與測(cè)繪軟件在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018，000（027）：3268.