分析水利工程测量中全站仪的误差和精度控制

张洪

【摘  要】水利工程测量作为其建设的前提逐渐受到了测绘单位的重视。文章对全站仪进行了介绍，并结合具体案例，分析了水利工程测量中全站仪的误差和精度控制，希望对实际的水利工程测量工作有所启示和帮助。

【关键词】水利工程;测量;全站仪;误差;精度控制

引言

全站仪作为一种高技术水平的测量设备在很大程度上可以提高水利工程测量的精度，因此，很多时候都被应用在测距和高程测量工作中，通过分析水利工程测量过程中的全站仪的误差和精度控制，对于其实际的测量工作有着较为重要的指导意义。

1.全站仪的概述

全站仪全称是全站型电子速测仪（Electronic Total Station），在实际的应用过程中，是一种集光、机、电为一体的高技术水平的测量仪器，同时，也是集水平角、垂直角、距离（这里主要指的是斜距和平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器。将其应用在工程测绘工作中，可以安装一次就可以完成全部的测量工作，所以被称作为是全站仪，被广泛的应用在地上大型建设和地下隧道工程的施工中。

全站仪和光学经纬仪相比较，其将光学度盘换成了光电扫描度盘，利用人工光学测微读数代替了传统的自动记录和显示读数，同时，电子经纬仪还具有自动记录、存储和计算的功能，也可以提高测量作业的自动化的程度。

2.工程案例分析

某水利工程，其在东西灌区上分别长是50km，在南北灌区的长度约是10km，整个灌区的总面积是3.4万hm2，净灌面积是3.1万hm2。此工程项目的地势较为平坦，工程整体是朝着西北方向倾斜的，在进行水利工程测绘的时候，相关工作人员经过周密的勘察以后发现，此工程项目具有曲面拟合的特点，在测量工作上选择了全站仪进行测量。

3.分析水利工程测量中全站仪的误差

3.1全站仪的轴系误差分析

全站仪在实际的应用过程中，和经纬仪相比较，在光学原理上没有那么多的优势，其在轴系方面还存在着较多的误差，这些轴系误差对于全站仪在整个测量工作中的影响较大。相关测量人员在经过分析以后发现，轴系误差产生的原因有：第一，全站仪镜头的安装和调整方面存在问题，镜头中的望远镜的十字丝中心和正确的位置相比较有着较大的偏差，容易导致视准轴和仪器水平方向的轴线出现不相交的问题;第二，环境温度变化的影响，这也使仪器视准轴在位置上存在变化，造成了全站仪轴系出现误差;第三，轴系误差检验出现问题，也会引起全站仪的轴系误差。主要包含：视准轴横向误差。因为视准轴和横轴正交导致的误差，其会对水平观测值的精确性造成较大的影响，但是对竖直方向的观测值不会有影响。视准轴纵向误差。垂直盘零点的位置出现偏移，这个时候影响的是竖直方向的观测值，但是不会影响水平方面的观测值。

3.2全站仪的度盘误差分析

全站仪的度盘误差和所观测的目标和角度存在较大的联系，影响比较直接的就是垂直角。当垂直角变大的时候，其对应度盘误差的影响就会越大，产生的误差也就越大。当垂直角越小的时候，所形成的误差也会越小。在此次的工程观测工作中，由于测量人员在盘的左侧进行观测，而在实际的观测过程中，视准轴却落在了标准视准轴的右侧，这就导致了实际的观测值比度盘误差的测量值大。面对这种误差，测量人员可以读取度盘左边或者是右边测量数据的平均数，同时在具体的转动过程中，测量人员需要对扫描盘和照准盘的照准部进行调整，保证其转动方向一致，以此来避免在观测过程中出现水平方向的度盘误差。而对于垂直方面的度盘误差，测量人员则需要在观测一个角度的时候，注意消除半侧回角中的误差，最终降低全站仪整体的度盘误差。另外，在全站仪的测距误差中，主要包含着周期误差、加、乘常数误差。

周期误差。周期误差主要是由于测距仪内部的光电信号出现了串扰，同时，这种情况还以测尺长度为周期循环出现，这种系统误差被称作是周期误差。全站仪在实际使用的过程中，在仪器内部电路设计方面涉及了很多滤波、光学和电子发射系统以及接受系统等，虽然相关人员也设置了隔离等措施来降低光电信号的串扰，但是，并不能从根本上避免。因此，测量人员在实际的测量工作中，还需要尽可能使用抗干扰能力较高的仪器设备，并定期的对仪器进行检查，以此来降低误差。

加、乘常数误差。加常数误差主要是由全站仪测距部的光学零点的变化所造成的，乘常数误差则是由全站仪的实践基础存在偏差所导致的，加、乘常数误差都会在很大程度上影响全站仪设备的观测值。其中，加常数误差是固定的，是由仪器常数误差和棱镜常数误差构成的，而乘常数误差则不是一个固定的误差，其是和距离成比例的。

3.3全站仪的测距误差

全站仪测距工作在实际进行的过程中，主要利用的是两点之间的高度，以此来进行目标的测距测量。在具体的测距工作中，测量人员的视觉是存在一个精度上的限制的，因此，基本上不可以实现完全的瞄准功能，因此，最终所得到的测量结果自然也就和测量人员最初的判断相差也较远，在测量精度上还存在不够一致的情况，这种误差并相关专家学者称之为是测距误差。另外，这种误差都一般发生了相位式光电测距的全站仪，也被称作是相对测量误差，在很大程度上会影响全站仪的测量精度，必须要引起测量人员的重视。

4.水利工程测量中全站仪的精度控制

4.1水利工程测量中的全站仪的轴系误差精度控制

上文也提到了全站仪的轴系误差是影响其测量精度的重要因素，第一，测量人员在对全站仪的轴系误差进行精度控制的时候，可以采取不一样的观测方式进行误差控制，这就需要测量人员对全站仪的测图角度进行改变，将全测回改成半侧回;第二，测量人员还需要对全站仪的测角精度进行控制，观察角度对测角精度方面的影响。通常情况下，仪器在出厂以后，都会有标称精度。测量人员在进行野外测量的时候，需要改变原有的观测角度，尽量避免出现水平轴和垂直轴方向上出现测量误差。在此工程的测量过程中，还会出现扇形段弧形的轴系误差，其扇形段弧形高差有11m，长约24m，对安装精度上相对较高，需要本体的对弧精度为±0.1mm，在鞍座定位测量误差要求上是±0.3mm。

4.2水利工程测量中全站仪的度盘误差精度控制

对于水利工程测量工作中的全站仪的度盘误差，测量人员在精度控制上可以采取三角高程测量法，结合以上工程案例。首先，测量人员需要对高程进行测量，然后再对三角高程误差进行计算;其次，测量人员需要按照其地球曲率，計算精度，降低地形对测量工作的限制，因此来提高水利工程的测量效率和测量质量。

4.3水利工程测量中的全站仪的测距误差精度控制

对于水利工程测量中的全站仪的测距误差，测量人员在进行此方面的精度控制工作时，可以采取相位式光电技术实现，利用这种精度控制方式，可以突破人体的人眼的分辨度和观测能力的限制，采取公式进行计算，最终实现对高测距误差的精度控制。另外，测量人员还可以多次的取平均值进行测量，不断减少全站仪的测距误差，最终实现对测距误差的控制。

5.结束语

综上所述，全站仪是一种技术水平较高的测量设备，测量人员需要加强对全站仪测量过程中的误差分析，在此基础上进行有效的误差精度控制，最终提高全站仪在水利工程测量工作中的应用水平，为水利工程的后期建设奠定坚实的基础。

参考文献

[1]王富坤.全站仪与测绘软件在水利工程测量中的应用探讨[J].农家参谋，2019（17）.

[2]任建新.全站仪在水利工程测量中的研究[J].地球，2016，000（008）：329-329.

[3]孙统领，李攀.浅谈全站仪与测绘软件在水利工程测量中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018，000（027）：3268.