全站儀的基本操作與檢查和校正

全站儀的基本操作與檢查和校正
重慶永榮礦業有限公司永川煤礦    張華平
摘  要  基於全站儀在礦山測量中應用越來越廣的實際情況，爲解決儀器在實際應用中可能出現的一些問題，介紹了全站儀的基本操作與使用方法，並對全站儀一系列重要參數的檢查和校正做了闡述。
關鍵詞  全站儀  操作  檢查和校正
1  全站儀簡介
全站型電子速測儀簡稱全站儀，它是一種可以同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數據處理，由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器。由於只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作，故被稱爲“全站儀”。
全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統，即水平角測量系統、豎直角測量系統、水平補償系統和測距系統。通過鍵盤可以輸入操作指令、數據和設置參數。以上各系統通過I/O接口接入總線與微處理機聯繫起來。
微處理機（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩衝寄存器、數據寄存器、指令寄存器）、運算器和控制器組成。微處理機的主要功能是根據鍵盤指令啓動儀器進行測量工作，執行測量過程中的檢核和數據傳輸、處理、顯示、儲存等工作，保證整個光電測量工作有條不紊地進行。輸入輸出設備是與外部設備連接的裝置（接口），輸入輸出設備使全站儀能與磁卡和微機等設備交互通訊、傳輸數據。
目前，世界上許多著名的測繪儀器生產廠商均生產有各種型號的全站儀。
2         全站儀的操作與使用
   不同型號的全站儀，其具體操作方法會有較大的差異。下面簡要介紹全站儀的基本操作與使用方法。
2.1 水平角測量
（1）按角度測量鍵，使全站儀處於角度測量模式，照準第一個目標A。
（2）設置A方向的水平度盤讀數爲0°00′00″。
（3）照準第二個目標B，此時顯示的水平度盤讀數即爲兩方向間的水平夾角。
2.2 距離測量
（1）設置棱鏡常數
測距前須將棱鏡常數輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。
（2）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值
光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設置的一個標準值，此時的大氣改正爲0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），並對測距結果進行改正。
（3）量儀器高、棱鏡高並輸入全站儀。
（4）距離測量
照準目標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。
全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是最常用的測距模式，測量時間約2.5S，最小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用於跟蹤移動目標或放樣時連續測距，最小顯示一般爲1cm，每次測距時間約0.3S；粗測模式，測量時間約0.7S，最小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或座標測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。應注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。 中國3S吧
 
2.3 座標測量
（1）設定測站點度盤讀數爲其方位角。當設定後視點的座標時，全站儀會自動計算後視方向的方位角，並設定後視方向的水平度盤讀數爲其方位角。
（2）設置棱鏡常數。
（3）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。
（4）量儀器高、棱鏡高並輸入全站儀。
（5）照準目標棱鏡，按座標測量鍵，全站儀開始測距並計算顯示測點的三維座標。
3         全站儀的檢查和校正
3.1  長水準器的檢查和校正
3.1.1 檢查
（1）將儀器安放於較穩定的裝置上（如三腳架、儀器校正臺），並固定儀器；
（2）將儀器粗整平，並使儀器長水準器與基座三個腳螺絲中的兩個的連線平行，調整該兩個腳螺絲使長水準器水泡居中；
（3）轉動儀器180°觀察長水準器的水泡移動情況，如果水泡處於長水準器的中心，則無須校正；如果水泡移出允許範圍，則需進行調整。
3.1.2 校正
（1）將儀器在一穩定的裝置上安放並固定好；
（2）粗整平儀器；
（3）轉動儀器，使儀器長水準器與基座三個腳螺絲中的兩個的連線平行，並轉動該兩個腳螺絲，使長水準器水泡居中；
（4）儀器轉動180°，待不泡穩定，用校針微調正螺釘，使水泡向長水準器中心移動一半的距離；
（5）重複3、4 步驟，直至儀器用長水準器精確整平後轉動到任何位置，水泡都能處於長水準器的中心。
3.2  圓水準器的檢查和校正
3.2.1 檢查
（1）將儀器在一穩定的裝置上安放並固定好；
（2）用長水準器將儀器精確整平；
（3）觀察儀器圓水準器氣泡是否居中，如果氣泡居中，則無需校正；如果氣泡移出範圍，則需進行調整。
3.2.2 校正
（1）將儀器在一穩定的裝置上安放並固定好；
（2）用長準器將儀器精確整平；
（3）用校針微調兩個校正螺釘，使氣泡居於圓水準器的中心。
注：用校針調整兩個校正螺釘時，用力不能過大，兩螺釘的鬆緊程度相當。
3.3  望遠鏡粗瞄準器的檢查和校正
3.3.1 檢查
（1）將儀器安放在三腳架上並固定好；
（2）將一十字標誌安放在離儀器50 米處；
（3）將儀器望遠鏡照準十字標誌；
（4）觀察粗瞄準器是否也照準十字標誌，如果也照準，則無須校正；如果有偏移，則需進行調整。
3.3.2 校正
（1）將儀器安放在三腳架上並固定好；
（2）將一十字標誌安放在離儀器50 米處；
（3）將儀器望遠鏡照準十字標誌；
（4）鬆開粗瞄準器的2 個固定螺釘，調整粗瞄準器到正確位置，並固緊2 個固定螺釘。
3.4  光學下對電器的檢查和校正
3.4.1 檢查
（1）將儀器安置在三腳架上並固定好；
（2）在儀器正下方放置一十字標誌；
（3）轉動儀器基座的三個腳螺絲，使對點器分劃板中心與地面十字標誌重合；
（4）使儀器轉動180°，觀察對點器分劃反中心與地面十字標誌是否重合；如果重合，則無需校正；如果有偏移，則需進行調整；
3.4.2 校正
（1）將儀器安置在三腳架上並固定好；
（2）在儀器正下方放置一十字標誌；
（3）轉動儀器基座的三個腳螺線，使對點器分劃板中心與地面十字標誌重合；
（4）使儀器轉動180°，並擰下對點目鏡護蓋，用校針調整4個調整螺釘，使地面十字標誌在分劃板上的像向分劃板中心移動一半；
（5）重複3、4 步驟，直至轉動儀器，地面十字標誌與分劃板中心始終重合爲止。
3.5  望遠鏡分劃板豎絲的檢查和校正
3.5.1 檢查
（1）將儀器安置於三腳架上並精密整平；
（2）在距儀器50 米處設置一點A；
（3）用儀器望遠鏡照準A 點，旋轉垂直微動手輪；如果A 點沿分劃板豎絲移動，則無需調整；如果移動有偏移，則需進行調整。
3.5.2 校正
（1）安置儀器並在50 米處設置A 點；
（2）取下目鏡頭護蓋，旋轉垂直微動手輪，用十字螺絲刀將4 個調整螺釘稍微鬆動，然後轉動目鏡頭使A 點與豎絲重合，擰緊4 個調整螺釘；
（3）重複檢查3，校正2 步驟直至無偏差。
注：如果對分劃板的豎絲進行的校正，則在完成後，請檢查儀器的照準差和指標差是否發生了改變。
3.6  儀器照準差C的檢查和校正
3.6.1 檢查
（1）將儀器安置在穩定裝置或三腳架上並精密整平；
（2）瞄準平行光管分劃板十字絲或遠處明顯目標，先後進行正鏡和倒鏡觀測；
（3）得到正鏡讀數HI 和倒鏡讀數HR；計算照準差C=（HI-HR±180°）/2；如果C＜8”,則無需調整;如果C＞8”,則需進行調整.
3.6.2 校正
（1）在倒鏡位置旋轉平盤微動手輪使倒鏡讀數HR’=HR+C;
（2）鬆開望遠鏡分劃板調整螺釘護蓋，調整左右兩個調整螺釘，使望遠鏡分劃板與平行光管或遠處目標重合；重複進行檢檢和校正直至合格爲止。
3.7  豎直度盤指標差I的檢查和校正
請進行完十字絲校正和2C 差校正後，再進行本檢校
3.7.1 檢查
（1）將儀器安置在穩定裝置或三腳架上精密整平並開機；
（2）用望遠鏡分別在正鏡和倒鏡位置瞄準垂直角爲±10°左右的平行光管分劃板或遠處目標，得到正鏡讀數VI 和倒鏡讀數VR；
（3）計算：指標差爲I=（VI+VR-360°）/2
（4）如果指標差小於10”,則無須校正；如果大於10”，則需進行調整。
3.7.2 校正
    不同型號的全站儀，其校正方法略有不同，可根據各自的說明書具體進行。
3.8  電子補償器的檢查
放置儀器如下圖所示：         

                        平行光管或
                        基本水準遠
                        處點目標
 
A                     
 
 
B        C
                                               A、B、C爲基座腳螺旋
3.8.1 縱向補償精度
（1）盤左位置，整平儀器，精確照準平行光管水平絲，讀取天頂距M1（照準讀數3 次取平均）。
（2）轉動腳螺旋A，使儀器上傾2’—3’（儀器補償範圍內）後，再用豎直微動螺旋，重新使望遠鏡照準平行光管水平絲，讀取天頂距M2（照準讀數3 次取平均）。
（3）反向向轉腳螺旋A，使儀器恢復水平後下傾2’—3’，再用豎直微動螺旋使望過鏡重新照準平行光管水平絲，讀取天頂距M3（照準讀數3 次取平均）。
（4）轉動腳螺旋A，使儀器恢復水平，又微動望遠鏡精確照準平行光管水平絲，讀取天頂距M4（照準讀數3 次取平均）。
（5）計算縱向補償精度
取D1=M2-M1，D2=M3-M1，D3=M4-M1，取其中絕對值最大者爲檢定結果，當補償的標準差爲±1’時，其值應小於等於3”。
3.8.2 橫向補償精度
（1）盤左位置，整平儀器，準確照準平行光管水平絲，讀取天頂距讀數N1。
（2）同向轉動腳螺旋C 和B，使儀器下傾2.5’後,再用豎直微動螺旋使望遠鏡重新照準平行光管的水平絲,讀取天頂距讀數N2(照準讀數3 次取平均)。
（3）按相反方向同向轉動腳螺刻C 和B,使儀器向上傾,回覆水平後又上傾2.5’,再用豎直微動螺旋使望遠鏡重新照準平行光管水平絲,讀取天頂距讀數N4(照準讀數3 次取平均)。
（4）轉動腳螺旋C，使儀器恢復水平，再用豎直微動螺旋使望遠鏡重新照準平行光管水平絲，讀取天頂距讀數N4（照準讀數3 次取平均）。
（5）以上補償精度的測定也可以藉助雙向微傾臺進行。
（6）計算橫向補償精度
取D1’=N2-N1，D2’=N3-N1，D3’=N4-N1，取其中絕對值最大者爲檢定結果，其值均應小於等於3”。
3.9  測角精度的檢查
3.9.1 水平角檢查
水平角測角精度的檢查偶很多方法，在此，我們談論的是多目標平行光管法。
室內中心位置設一穩定的儀器升降臺，上面安置被檢儀器；沿該儀器升降臺水平方向的圓周上再設置4—6 個平行光管作爲照準目標，精密調整平行光管的分劃板及其傾斜度和軸線方向一致使各降臺上儀器依次照準時，不需改變調焦均能看到最清晰明亮的平行光管分劃板上的十字線呈像，而且豎線處於鉛垂位置。觀測過程中以表5 所列各項限差控制檢測結果的準確度。如果半測回零差超限時，應重測該測回；一測回二倍照準差互差和各測回方向值互差超限時，應重測超限方向（帶上零方向）或者重測一測回；一測回重測方向數超過該測回全問方向數的1/3 時，應重測全部測回。
檢定結果的計算：
根據最小二乘法原理公式計算一測回水平方向標準偏差值。其結果應符合下表1第1項
一測回水平向標準偏差按下式求得：
                     
式中：m——測回數；
      n——照準目標數。
3.9.2 豎直角檢查
採用標準豎直角法，裝置如圖，分別在1，2，3，4，5 各點設置平行光管一個。

檢定時，將儀器安置在升降工作臺上，並調整到工作狀態，以盤左位置自上而下依次照準5 個目標，並讀記觀測數據，每個目標讀數兩次，取平均植。用同樣方法在盤右位置自上而下依次照準目標，並讀記觀測結果，然後，取盤左. 盤右平均值減去水平方向值，即得豎角觀測值，此爲一測回，共測4 測回，最後求得一測回豎直角標準偏差，其值應符合下表12 項：
計算公式：
                                     
式中：    φ———觀測值與已知值之差；
          m———測回數；
          n———標準豎直角的個數。
3.10  測距精度的檢查
    首先要選擇一處基線，共三段，10m，100m,300 m，將儀器架設好，在10 m處架設棱鏡，測出數據，根據標準值調整機器加常數，使其達到標準值，再測100 m及300 m的數據，100 m的誤差在2 mm以內，300 m的誤差在4mm以內即爲合格。
電子補償器、測角精度、測距精度三項指標的任何一項檢查不合格，都應該立即停止使用該全站儀，送返廠家進行維修，並在維修之後，重新檢查合格後才能繼續使用。
4  結語
    通過對全站儀的操作介紹，以及全站儀各項校正指標的檢查和校正方法討論，基本滿足了全站儀在礦山測量中各項應用的需求。
參考文獻：
[1]   陸國勝，等，2004. 測量學[M]，北京:測繪出版社
[2]   楊正堯，2005. 測量學[M]，北京:化學工業出版社
 
 
表1  電子測角系統計量性能要求




序號


項目


儀器等級




Ⅰ/（〞）


Ⅱ/（〞）


Ⅲ/（〞）


Ⅳ/（〞）




0.5


1.0


1.5


2.0


3.0


5.0


6.0


10.0




1


照準部旋轉正確性


電子氣泡10〞


長氣泡0.3格


電子氣泡20.0〞


長氣泡1.0格


電子氣泡30〞


長氣泡1.5格


電子氣泡30〞


長氣泡3.0格




2


望遠鏡視軸與橫軸垂直度/（〞）


6.0


8.0


10.0


16.0




3


照準誤差C/（〞）


6.0


8.0


10.0


16.0




4


橫軸誤差i/（〞）


10.0


15.0


20.0


30.0




5


豎盤指標差I/（〞）


12.0


16.0


20.0


30.0




6


補償器補償範圍/（′）


2~3


2~3


2~3


2~3




7


補償器零位誤差/（〞）


10.0


20.0


30.0


30.0




8


補償器補償誤差（橫縱）/（〞）


3.0


6.0


12.0


20.0




9


望遠鏡調焦運行誤差/（〞）


6.0


10.0


15.0


20.0




10


光學對中器視軸與豎軸重合度


光學對中器


高0.8mm~1.5m範圍內<1.0mm




激光對中器


高0.8mm~1.5m範圍內，光斑直徑<2.0mm時按重合度<1.0mm執行




11


一測回水平方向標準偏差/（〞）


0.5


0.7


1.1


1.4


2.1


3.5


4.2


7.0




12


一測回豎直角測角標準偏差/（〞）


0.5


1.0


1.5


2.0


3.0


5.0


6.0


10