全站儀的基本操作與檢查和校正
**永榮礦業(yè)有限公司永川煤礦 張華平
摘 要 基于全站儀在礦山測(cè)量中應(yīng)用越來(lái)越廣的實(shí)際情況，為解決儀器在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題，介紹了全站儀的基本操作與使用方法，并對(duì)全站儀一系列重要參數(shù)的檢查和校正做了闡述。
關(guān)鍵詞 全站儀 操作 檢查和校正
1 全站儀簡(jiǎn)介
全站型電子速測(cè)儀簡(jiǎn)稱全站儀，它是一種可以同時(shí)進(jìn)行角度（水平角、豎直角）測(cè)量、距離（斜距、平距、高差）測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測(cè)量?jī)x器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測(cè)站上所有的測(cè)量工作，故被稱為“全站儀”。
全站儀上半部分包含有測(cè)量的四大光電系統(tǒng)，即水平角測(cè)量系統(tǒng)、豎直角測(cè)量系統(tǒng)、水平補(bǔ)償系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)。通過(guò)鍵盤可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過(guò)I/O接口接入總線與微處理機(jī)聯(lián)系起來(lái)。
微處理機(jī)（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器）、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動(dòng)儀器進(jìn)行測(cè)量工作，執(zhí)行測(cè)量過(guò)程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲(chǔ)存等工作，保證整個(gè)光電測(cè)量工作有條不紊地進(jìn)行。輸入輸出設(shè)備是與外部設(shè)備連接的裝置（接口），輸入輸出設(shè)備使全站儀能與磁卡和微機(jī)等設(shè)備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。
目前，世界上許多著名的測(cè)繪儀器生產(chǎn)廠商均生產(chǎn)有各種型號(hào)的全站儀。
2 全站儀的操作與使用
不同型號(hào)的全站儀，其具體操作方法會(huì)有較大的差異。下面簡(jiǎn)要介紹全站儀的基本操作與使用方法。
2.1 水平角測(cè)量
（1）按角度測(cè)量鍵，使全站儀處于角度測(cè)量模式，照準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)A。
（2）設(shè)置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00″。
（3）照準(zhǔn)第二個(gè)目標(biāo)B，此時(shí)顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。
2.2 距離測(cè)量
（1）設(shè)置棱鏡常數(shù)
測(cè)距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會(huì)自動(dòng)對(duì)所測(cè)距離進(jìn)行改正。
（2）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值
光在大氣中的傳播速度會(huì)隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設(shè)置的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)的大氣改正為0ppm。實(shí)測(cè)時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行改正。
（3）量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。
（4）距離測(cè)量
照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，按測(cè)距鍵，距離測(cè)量開始，測(cè)距完成時(shí)顯示斜距、平距、高差。
全站儀的測(cè)距模式有精測(cè)模式、跟蹤模式、粗測(cè)模式三種。精測(cè)模式是最常用的測(cè)距模式，測(cè)量時(shí)間約2.5S，最小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動(dòng)目標(biāo)或放樣時(shí)連續(xù)測(cè)距，最小顯示一般為1cm，每次測(cè)距時(shí)間約0.3S；粗測(cè)模式，測(cè)量時(shí)間約0.7S，最小顯示單位1cm或1mm。在距離測(cè)量或坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，可按測(cè)距模式（MODE）鍵選擇不同的測(cè)距模式。應(yīng)注意，有些型號(hào)的全站儀在距離測(cè)量時(shí)不能設(shè)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(guó)3S吧 3s8.cn
2.3 坐標(biāo)測(cè)量
（1）設(shè)定測(cè)站點(diǎn)度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。
（2）設(shè)置棱鏡常數(shù)。
（3）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。
（4）量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。
（5）照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測(cè)量鍵，全站儀開始測(cè)距并計(jì)算顯示測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
3 全站儀的檢查和校正
3.1 長(zhǎng)水準(zhǔn)器的檢查和校正
3.1.1 檢查
（1）將儀器安放于較穩(wěn)定的裝置上（如三腳架、儀器校正臺(tái)），并固定儀器；
（2）將儀器粗整平，并使儀器長(zhǎng)水準(zhǔn)器與基座三個(gè)腳螺絲中的兩個(gè)的連線平行，調(diào)整該兩個(gè)腳螺絲使長(zhǎng)水準(zhǔn)器水泡居中；
（3）轉(zhuǎn)動(dòng)儀器180°觀察長(zhǎng)水準(zhǔn)器的水泡移動(dòng)情況，如果水泡處于長(zhǎng)水準(zhǔn)器的中心，則無(wú)須校正；如果水泡移出允許范圍，則需進(jìn)行調(diào)整。
3.1.2 校正
（1）將儀器在一穩(wěn)定的裝置上安放并固定好；
（2）粗整平儀器；
（3）轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，使儀器長(zhǎng)水準(zhǔn)器與基座三個(gè)腳螺絲中的兩個(gè)的連線平行，并轉(zhuǎn)動(dòng)該兩個(gè)腳螺絲，使長(zhǎng)水準(zhǔn)器水泡居中；
（4）儀器轉(zhuǎn)動(dòng)180°，待不泡穩(wěn)定，用校針微調(diào)正螺釘，使水泡向長(zhǎng)水準(zhǔn)器中心移動(dòng)一半的距離；
（5）重復(fù)3、4 步驟，直至儀器用長(zhǎng)水準(zhǔn)器精確整平后轉(zhuǎn)動(dòng)到任何位置，水泡都能處于長(zhǎng)水準(zhǔn)器的中心。
3.2 圓水準(zhǔn)器的檢查和校正
3.2.1 檢查
（1）將儀器在一穩(wěn)定的裝置上安放并固定好；
（2）用長(zhǎng)水準(zhǔn)器將儀器精確整平；
（3）觀察儀器圓水準(zhǔn)器氣泡是否居中，如果氣泡居中，則無(wú)需校正；如果氣泡移出范圍，則需進(jìn)行調(diào)整。
3.2.2 校正
（1）將儀器在一穩(wěn)定的裝置上安放并固定好；
（2）用長(zhǎng)準(zhǔn)器將儀器精確整平；
（3）用校針微調(diào)兩個(gè)校正螺釘，使氣泡居于圓水準(zhǔn)器的中心。
注：用校針調(diào)整兩個(gè)校正螺釘時(shí)，用力不能過(guò)大，兩螺釘?shù)乃删o程度相當(dāng)。
3.3 望遠(yuǎn)鏡粗瞄準(zhǔn)器的檢查和校正
3.3.1 檢查
（1）將儀器安放在三腳架上并固定好；
（2）將一十字標(biāo)志安放在離儀器50 米處；
（3）將儀器望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)十字標(biāo)志；
（4）觀察粗瞄準(zhǔn)器是否也照準(zhǔn)十字標(biāo)志，如果也照準(zhǔn)，則無(wú)須校正；如果有偏移，則需進(jìn)行調(diào)整。
3.3.2 校正
（1）將儀器安放在三腳架上并固定好；
（2）將一十字標(biāo)志安放在離儀器50 米處；
（3）將儀器望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)十字標(biāo)志；
（4）松開粗瞄準(zhǔn)器的2 個(gè)固定螺釘，調(diào)整粗瞄準(zhǔn)器到正確位置，并固緊2 個(gè)固定螺釘。
3.4 光學(xué)下對(duì)電器的檢查和校正
3.4.1 檢查
（1）將儀器安置在三腳架上并固定好；
（2）在儀器正下方放置一十字標(biāo)志；
（3）轉(zhuǎn)動(dòng)儀器基座的三個(gè)腳螺絲，使對(duì)點(diǎn)器分劃板中心與地面十字標(biāo)志重合；
（4）使儀器轉(zhuǎn)動(dòng)180°，觀察對(duì)點(diǎn)器分劃反中心與地面十字標(biāo)志是否重合；如果重合，則無(wú)需校正；如果有偏移，則需進(jìn)行調(diào)整；
3.4.2 校正
（1）將儀器安置在三腳架上并固定好；
（2）在儀器正下方放置一十字標(biāo)志；
（3）轉(zhuǎn)動(dòng)儀器基座的三個(gè)腳螺線，使對(duì)點(diǎn)器分劃板中心與地面十字標(biāo)志重合；
（4）使儀器轉(zhuǎn)動(dòng)180°，并擰下對(duì)點(diǎn)目鏡護(hù)蓋，用校針調(diào)整4個(gè)調(diào)整螺釘，使地面十字標(biāo)志在分劃板上的像向分劃板中心移動(dòng)一半；
（5）重復(fù)3、4 步驟，直至轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，地面十字標(biāo)志與分劃板中心始終重合為止。
3.5 望遠(yuǎn)鏡分劃板豎絲的檢查和校正
3.5.1 檢查
（1）將儀器安置于三腳架上并精密整平；
（2）在距儀器50 米處設(shè)置一點(diǎn)A；
（3）用儀器望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)A 點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)垂直微動(dòng)手輪；如果A 點(diǎn)沿分劃板豎絲移動(dòng)，則無(wú)需調(diào)整；如果移動(dòng)有偏移，則需進(jìn)行調(diào)整。
3.5.2 校正
（1）安置儀器并在50 米處設(shè)置A 點(diǎn)；
（2）取下目鏡頭護(hù)蓋，旋轉(zhuǎn)垂直微動(dòng)手輪，用十字螺絲刀將4 個(gè)調(diào)整螺釘稍微松動(dòng)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡頭使A 點(diǎn)與豎絲重合，擰緊4 個(gè)調(diào)整螺釘；
（3）重復(fù)檢查3，校正2 步驟直至無(wú)偏差。
注：如果對(duì)分劃板的豎絲進(jìn)行的校正，則在完成后，請(qǐng)檢查儀器的照準(zhǔn)差和指標(biāo)差是否發(fā)生了改變。
3.6 儀器照準(zhǔn)差C的檢查和校正
3.6.1 檢查
（1）將儀器安置在穩(wěn)定裝置或三腳架上并精密整平；
（2）瞄準(zhǔn)平行光管分劃板十字絲或遠(yuǎn)處明顯目標(biāo)，先后進(jìn)行正鏡和倒鏡觀測(cè)；
（3）得到正鏡讀數(shù)HI 和倒鏡讀數(shù)HR；計(jì)算照準(zhǔn)差C=（HI-HR±180°）/2；如果C＜8”,則無(wú)需調(diào)整;如果C＞8”,則需進(jìn)行調(diào)整.
3.6.2 校正
（1）在倒鏡位置旋轉(zhuǎn)平盤微動(dòng)手輪使倒鏡讀數(shù)HR’=HR+C;
（2）松開望遠(yuǎn)鏡分劃板調(diào)整螺釘護(hù)蓋，調(diào)整左右兩個(gè)調(diào)整螺釘，使望遠(yuǎn)鏡分劃板與平行光管或遠(yuǎn)處目標(biāo)重合；重復(fù)進(jìn)行檢檢和校正直至合格為止。
3.7 豎直度盤指標(biāo)差I(lǐng)的檢查和校正
請(qǐng)進(jìn)行完十字絲校正和2C 差校正后，再進(jìn)行本檢校
3.7.1 檢查
（1）將儀器安置在穩(wěn)定裝置或三腳架上精密整平并開機(jī)；
（2）用望遠(yuǎn)鏡分別在正鏡和倒鏡位置瞄準(zhǔn)垂直角為±10°左右的平行光管分劃板或遠(yuǎn)處目標(biāo)，得到正鏡讀數(shù)VI 和倒鏡讀數(shù)VR；
（3）計(jì)算：指標(biāo)差為I=（VI+VR-360°）/2
（4）如果指標(biāo)差小于10”,則無(wú)須校正；如果大于10”，則需進(jìn)行調(diào)整。
3.7.2 校正
不同型號(hào)的全站儀，其校正方法略有不同，可根據(jù)各自的說(shuō)明書具體進(jìn)行。
3.8 電子補(bǔ)償器的檢查
放置儀器如下圖所示：
平行光管或
基本水準(zhǔn)遠(yuǎn)
處點(diǎn)目標(biāo)
A
B C
A、B、C為基座腳螺旋
3.8.1 縱向補(bǔ)償精度
（1）盤左位置，整平儀器，精確照準(zhǔn)平行光管水平絲，讀取天頂距M1（照準(zhǔn)讀數(shù)3 次取平均）。
（2）轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋A，使儀器上傾2’—3’（儀器補(bǔ)償范圍內(nèi)）后，再用豎直微動(dòng)螺旋，重新使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)平行光管水平絲，讀取天頂距M2（照準(zhǔn)讀數(shù)3 次取平均）。
（3）反向向轉(zhuǎn)腳螺旋A，使儀器恢復(fù)水平后下傾2’—3’，再用豎直微動(dòng)螺旋使望過(guò)鏡重新照準(zhǔn)平行光管水平絲，讀取天頂距M3（照準(zhǔn)讀數(shù)3 次取平均）。
（4）轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋A，使儀器恢復(fù)水平，又微動(dòng)望遠(yuǎn)鏡精確照準(zhǔn)平行光管水平絲，讀取天頂距M4（照準(zhǔn)讀數(shù)3 次取平均）。
（5）計(jì)算縱向補(bǔ)償精度
取D1=M2-M1，D2=M3-M1，D3=M4-M1，取其中絕對(duì)值最大者為檢定結(jié)果，當(dāng)補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)差為±1’時(shí)，其值應(yīng)小于等于3”。
3.8.2 橫向補(bǔ)償精度
（1）盤左位置，整平儀器，準(zhǔn)確照準(zhǔn)平行光管水平絲，讀取天頂距讀數(shù)N1。
（2）同向轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋C 和B，使儀器下傾2.5’后,再用豎直微動(dòng)螺旋使望遠(yuǎn)鏡重新照準(zhǔn)平行光管的水平絲,讀取天頂距讀數(shù)N2(照準(zhǔn)讀數(shù)3 次取平均)。
（3）按相反方向同向轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺刻C 和B,使儀器向上傾,回復(fù)水平后又上傾2.5’,再用豎直微動(dòng)螺旋使望遠(yuǎn)鏡重新照準(zhǔn)平行光管水平絲,讀取天頂距讀數(shù)N4(照準(zhǔn)讀數(shù)3 次取平均)。
（4）轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋C，使儀器恢復(fù)水平，再用豎直微動(dòng)螺旋使望遠(yuǎn)鏡重新照準(zhǔn)平行光管水平絲，讀取天頂距讀數(shù)N4（照準(zhǔn)讀數(shù)3 次取平均）。
（5）以上補(bǔ)償精度的測(cè)定也可以借助雙向微傾臺(tái)進(jìn)行。
（6）計(jì)算橫向補(bǔ)償精度
取D1’=N2-N1，D2’=N3-N1，D3’=N4-N1，取其中絕對(duì)值最大者為檢定結(jié)果，其值均應(yīng)小于等于3”。
3.9 測(cè)角精度的檢查
3.9.1 水平角檢查
水平角測(cè)角精度的檢查偶很多方法，在此，我們談?wù)摰氖嵌嗄繕?biāo)平行光管法。
室內(nèi)中心位置設(shè)一穩(wěn)定的儀器升降臺(tái)，上面安置被檢儀器；沿該儀器升降臺(tái)水平方向的圓周上再設(shè)置4—6 個(gè)平行光管作為照準(zhǔn)目標(biāo)，精密調(diào)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(tái)上儀器依次照準(zhǔn)時(shí)，不需改變調(diào)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，而且豎線處于鉛垂位置。觀測(cè)過(guò)程中以表5 所列各項(xiàng)限差控制檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。如果半測(cè)回零差超限時(shí)，應(yīng)重測(cè)該測(cè)回；一測(cè)回二倍照準(zhǔn)差互差和各測(cè)回方向值互差超限時(shí)，應(yīng)重測(cè)超限方向（帶上零方向）或者重測(cè)一測(cè)回；一測(cè)回重測(cè)方向數(shù)超過(guò)該測(cè)回全問(wèn)方向數(shù)的1/3 時(shí)，應(yīng)重測(cè)全部測(cè)回。
檢定結(jié)果的計(jì)算：
根據(jù)最小二乘法原理公式計(jì)算一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)偏差值。其結(jié)果應(yīng)符合下表1第1項(xiàng)
一測(cè)回水平向標(biāo)準(zhǔn)偏差按下式求得：
式中：m——測(cè)回?cái)?shù)；
n——照準(zhǔn)目標(biāo)數(shù)。
3.9.2 豎直角檢查
采用標(biāo)準(zhǔn)豎直角法，裝置如圖，分別在1，2，3，4，5 各點(diǎn)設(shè)置平行光管一個(gè)。
檢定時(shí)，將儀器安置在升降工作臺(tái)上，并調(diào)整到工作狀態(tài)，以盤左位置自上而下依次照準(zhǔn)5 個(gè)目標(biāo)，并讀記觀測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)目標(biāo)讀數(shù)兩次，取平均植。用同樣方法在盤右位置自上而下依次照準(zhǔn)目標(biāo)，并讀記觀測(cè)結(jié)果，然后，取盤左. 盤右平均值減去水平方向值，即得豎角觀測(cè)值，此為一測(cè)回，共測(cè)4 測(cè)回，最后求得一測(cè)回豎直角標(biāo)準(zhǔn)偏差，其值應(yīng)符合下表12 項(xiàng)：
計(jì)算公式：
式中： φ———觀測(cè)值與已知值之差；
m———測(cè)回?cái)?shù)；
n———標(biāo)準(zhǔn)豎直角的個(gè)數(shù)。
3.10 測(cè)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(shè)好，在10 m處架設(shè)棱鏡，測(cè)出數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值調(diào)整機(jī)器加常數(shù)，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，再測(cè)100 m及300 m的數(shù)據(jù)，100 m的誤差在2 mm以內(nèi)，300 m的誤差在4mm以內(nèi)即為合格。
電子補(bǔ)償器、測(cè)角精度、測(cè)距精度三項(xiàng)指標(biāo)的任何一項(xiàng)檢查不合格，都應(yīng)該立即停止使用該全站儀，送返廠家進(jìn)行維修，并在維修之后，重新檢查合格后才能繼續(xù)使用。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)全站儀的操作介紹，以及全站儀各項(xiàng)校正指標(biāo)的檢查和校正方法討論，基本滿足了全站儀在礦山測(cè)量中各項(xiàng)應(yīng)用的需求。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陸國(guó)勝，等，2004. 測(cè)量學(xué)[M]，北京:測(cè)繪出版社
[2] 楊正堯，2005. 測(cè)量學(xué)[M]，北京:化學(xué)工業(yè)出版社
表1 電子測(cè)角系統(tǒng)計(jì)量性能要求
序號(hào)
項(xiàng)目
儀器等級(jí)
Ⅰ/（〞）
Ⅱ/（〞）
Ⅲ/（〞）
Ⅳ/（〞）
0.5
1.0
1.5
2.0
3.0
5.0
6.0
10.0
1
照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)正確性
電子氣泡10〞
長(zhǎng)氣泡0.3格
電子氣泡20.0〞
長(zhǎng)氣泡1.0格
電子氣泡30〞
長(zhǎng)氣泡1.5格
電子氣泡30〞
長(zhǎng)氣泡3.0格
2
望遠(yuǎn)鏡視軸與橫軸垂直度/（〞）
6.0
8.0
10.0
16.0
3
照準(zhǔn)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(biāo)差I(lǐng)/（〞）
12.0
16.0
20.0
30.0
6
補(bǔ)償器補(bǔ)償范圍/（′）
2~3
2~3
2~3
2~3
7
補(bǔ)償器零位誤差/（〞）
10.0
20.0
30.0
30.0
8
補(bǔ)償器補(bǔ)償誤差（橫縱）/（〞）
3.0
6.0
12.0
20.0
9
望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦運(yùn)行誤差/（〞）
6.0
10.0
15.0
20.0
10
光學(xué)對(duì)中器視軸與豎軸重合度
光學(xué)對(duì)中器
高0.8mm~1.5m范圍內(nèi)<1.0mm
激光對(duì)中器
高0.8mm~1.5m范圍內(nèi)，光斑直徑<2.0mm時(shí)按重合度<1.0mm執(zhí)行
11
一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)偏差/（〞）
0.5
0.7
1.1
1.4
2.1
3.5
4.2
7.0
12
一測(cè)回豎直角測(cè)角標(biāo)準(zhǔn)偏差/（〞）
0.5
1.0
1.5
2.0
3.0
5.0
6.0
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