全站仪在计量检定中的研究与应用

魏 峻

（上海市宝山区计量质量检测所，上海 200940）

全站仪，全称为全站型电子测距仪器，是一种集光、机、电为一体的高精度长度测量仪器，是集水平角、垂直角、距离、高差长度测量功能于一体的测绘仪器系统。智能全站仪使测角操作简单化，且可避免示值读数误差的产生。在计量检定领域，利用全站仪的电子测角、测距和数据自动处理等功能，可依照相关规程的要求测量罐体外半径，中心距离可用全站仪的平均测距功能直接测量。全站仪一般需要应用全站仪测量被测现场的距离、角度和坐标值[1,2]。

图1 全站仪硬件结构图Fig.1 Hardware structure diagram of the total station

图2 全站仪角度测量界面图Fig.2 Interface diagram of total station angle measurement

1 调试准备

1.1 调平对中

在三脚架的三角基座上安置全站仪之后进行制动控制杆锁紧，水平调平在3个方向保证长水准器居中。采用激光对点器对中，按动激光对点器开关，使激光对点器发射激光。松开三脚架上的中心手把，轻移仪器，使激光对点器发射之激光点对准测站点，激光对点器延迟时间为5min，5min后自动关闭。确认仪器已精确整平并对中。

按下电源开关键，仪器发出一声鸣响，电源接通，屏幕首先显示仪器型号信息、版本号及本机编号，并进行自检。当自检正常后，屏幕显示出“转动全站仪望远镜，并进行垂直角零位设置”的液晶提示。旋转望远镜，仪器发出一声鸣响，垂直角零位设置完毕，则可以进入全站仪基本测量模式（需要在激光点对准测站点操作之后）[3,4]。

1.2 调焦照准目标

取下望远镜的盖子，将望远镜对准远处的天空，调焦环并旋转目镜，动作至目镜中的十字丝最清晰图像为止，完成目镜调焦。松开垂直和水平制动手轮，转动仪器，使粗瞄准器内的三角形标志的顶尖照准目标，然后固紧动手轮，操作照准目标调整。物镜调焦需要旋转望远镜调焦环，这时目标图像最为清晰准确，用垂直微动手轮和水平微动手轮使十字丝精确照准到测量目标。再次调焦至无视差状态为止，上下或左右移动眼睛，看目标图像是否相对于十字丝移动，如有移动，说明有视差，应当再次进行调焦，直至不存在视差。开机后，应注意屏幕右上角的电池电量指示，确认电池有足够的电量，否则应及时更换电池或对电池进行充电。当电池电量不足，仪器无法正常工作时，按下电源开关，屏幕显示“电池电压低”，并自动关机。如需关机，开机后按下电源开关键，不松开保持2s，即可切断电源关机。如果屏幕显示“倾斜超差”提示，说明仪器尚未整平，需重新整平仪器[5]。

1.3 倾斜补偿

全站仪配有倾斜传感器，可对仪器竖轴倾斜引起的角度观测误差进行补偿改正。在受强风或振动影响的环境下观测而仪器无法保持稳定时，垂直角显示值可能发生不稳定现象，应关闭倾斜补偿器。查看仪器倾斜值及开启倾斜补偿功能，按【测角】进入角度测量模式，按【>>】进入第二页，按【倾斜】。屏幕显示仪器竖轴在仪器视准轴方向的倾斜角。要设置仪器一接通电源就实施自动倾斜补偿，一旦设置仪器的参数，将被保存到再次改变为止。开机后，按下面板功能键【菜单】，进入仪器功能主菜单，在仪器功能主菜单第二页选取“F2-参数设置”进入仪器参数设置菜单。倾斜补偿—选择是否开启倾斜补偿功能[6]。

2 基本测量

基本测量包括：角度测量、距离测量及坐标测量。仪器开机后，即进入基本测量模式。

2.1 角度测量

测量之前请再次检查确认：仪器已精确整平并对中。仪器开机后，按下【测角】键，进入角度测量模式，在此模式下可进行有关角度测量的相关操作。角度测量模式功能菜单分两页排列，按【>>】可以在两页间进行切换。两点间水平角的测量是利用水平角置零功能可以方便地测量出两点间的水平角。照准第一个目标，在测角模式第一页下按【置零】。

图3 水平角度重复测量示意图Fig.3 Schematic diagram of repeated horizontal angle measurement

图4 全站仪测量距离几何示意图Fig.4 Schematic diagram of the total station measuring distance geometry

利用水平角重复测量可以获得更高精度的水平角测量结果。在角度测量模式第二页按【复测】进入水平角重复测量操作，照准目标1（后视），按【确定】。照准目标2（前视），按【确定】，显示出两目标点间的夹角。如取消测量结果，重新进行测量，按【取消】。第二次照准目标1，按【确定】。第二次照准目标2，按【确定】，屏幕显示出两次测量水平角的累计值和平均值，并显示测量次数。重复上述步，继续测量。测量完成后，按【退出】键结束。最大重复次数10次，可以将角度测量数据输出到计算机等外部设备内。在进行此操作之前，应先用随机配备的串行通讯电缆将仪器与外部设备相连，并正确设置通讯参数。默认通讯设置：8位数据位、1位停止位、无奇偶校验、波特率9600照准目标点，在角度测量模式第二页按【输出】，屏幕显示的水平角及垂直角数据被输出到外部设备，如PC或PLC[7]。

2.2 距离测量

在进行距离测量之前，应设置大气压值、棱镜常数参数。在通常环境的温度和大气压下，当气压值保持不变，温度值变化1℃；或者当环境温度值保持不变，气压发生3.6ha变化，将引起测量距离1mm的误差变化，即每公里变化1mm。因此，为了精确计算出气象改正数，需要求取光束传播路径上的气温和气压平均值计算出相应的大气改正系数并存储在仪器中，补偿公式如下：

开机后，进入距离测量模式按【EDM】，进入测距参数设置，可以看到当前设置的大气改正值。输入当前温度与大气气压值，按【确定】，仪器自动计算出大气改正值，并返回至测距参数设置屏。如选择不进行大气改正，按【0PPM】，将大气改正值设为0ppm，同时自动将温度置为15°C，气压置为1013Pa。直接输入大气改正值，此时显示的温度气压值将被清除。不同的棱镜具有不同的棱镜常数改正值，测量前应将所用棱镜的常数改正值设置好。仪器出厂前棱镜常数设置为“0”，不同的棱镜安装方式，需要设置不同的棱镜常数改正值。全站仪提供5种测距模式：单次精测、重复快测、跟踪测量、重复精测、平均精测。其中，重复快测（0.9秒/次）及跟踪测量（0.4秒/次）主要适用于对运动目标的测量，欲获得较高精度的测量结果，应选用精测模式（仪器出厂默认为单次精测模式）[8]。

3 对边测量

对边测量是在仪器并不移动的情况下，直接测量多个目标点与某一起始点之间的斜距、平距和计算高差值。而最后测量的点可以设置为后面测量的起始点，在测量两点间高差时，将棱镜安置在测杆上，并使所有各点的目标高相同。在应用程序菜单中按【F3】选择“对边测量”，程序提示测量对边起点。按【模式】选取测距模式，按【EDM】检测回光信号，设置大气改正、棱镜常数，精确照准目标，按【测量】。仪器即开始测量对边起点，测量完成后，显示测量结果。按【确定】确认测量结果。程序提示测量对边终点，对边终点测量完成后，程序计算出对边起点至终点的斜距、平距、高差。按【坡度】，屏幕第一行显示两点间的坡度。照准起始点后，按【起点】可对起始点重新进行测量。按【斜距】，恢复斜距显示。瞄准其他目标点，按【终点】测量该点，程序将计算并更新显示对边测量数据。

4 结论

本文阐述了应用全站仪进行长度计量的详细操作过程，包括调试准备、基本测量和对边测量。测量前需进行调试准备，并根据计量现场环境参数设置大气压力值、环境温度值和棱镜参数值，从而更好地完成角度测量和距离测量。智能对边测量可以快捷地测量出起始点与目标点之间的斜距、平距和高差，减少后续计算，满足长度计量的测试要求，减少了现场计量的劳动强度，同时保证了测试的准确性。