水平仪校准.pdf

经纬仪经纬仪 全站仪全站仪 水准仪误差分析和校准水准仪误差分析和校准 Leica SUR John Shao 一、误差分类 一、误差分类 1、仪器构造误差 1）视准轴误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差。2）横轴不水平误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差。3）纵轴误差的影响 (1)纵轴误差的影响不仅随观测目标的垂直角的增大而增大，而且与横轴所处的方向有关；(2)盘左盘右取平均不能消除该项误差。4）照准部偏心差的影响在度盘对径方向上读取读数而取平均值的方法及盘左、盘右读数的平均值都可消除该项误差的影响。5）其他仪器误差的影响 度盘刻划不均匀误差，竖盘指标差。2、与观测者有关的误差 1）仪器对中误差 2）目标偏心误差 3）照准误差 4）读数误差 3、与外界条件有关的误差 1）温度的变化 2）大风的影响 3）大气折光 4）大气透明度 5）地面稳定性 二、经纬仪 二、经纬仪 误差分析：误差分析：有六项主要误差，即：（1）安平水准器轴垂直于竖轴误差；（2）十字丝竖丝与铅垂线平行误差；（3）视准轴垂直于横轴误差；（4）横轴垂直于竖轴误差i 角误差；（5）竖盘指标差误差；（6）2C 误差。（7）光学对中器的检校（8）圆水准器的检校(次 要)前六项主要误差校正，是在不存在度盘偏心差前提下进行的、否则需先校正度盘偏心差。（1）如何校正安平（1）如何校正安平水准器轴垂直水准器轴垂直于于仪器竖轴误差仪器竖轴误差检验：检验：初步整平仪器，转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋连线，转动这对脚螺旋使气泡严格居中；然后将照准部旋转 180，如果气泡仍居中，则说明条件满足，如果气泡中点偏离水准管零点超过一格，则需要校正。校正：校正：先转动脚螺旋，使气泡返回偏移值的一半，再用校正针拨动水准管校正螺钉，使水准管气泡居中。如此反复检校，直至水准管旋转至任何位置时水准管气泡偏移值都在一格以内。（2）十字丝竖丝与铅垂线平行误差（2）十字丝竖丝与铅垂线平行误差 检验：检验：用十字丝交点瞄准一清晰的点状目标P，转动望远镜微动螺旋，使竖丝上、下移动，如果P点始终不离开竖丝，则说明该条件满足，否则需要校正。P P 十字丝竖丝与铅垂线平行的检验 校正：校正：旋下十字丝环护罩，用小螺丝旋具松开十字丝外环的 4 个固定螺钉，转动十字丝环，使望远镜上、下微动时，P点始终在竖丝上移动为止，最后旋紧十字丝外环固定螺钉。（3）（3）视准轴视准轴垂直于横垂直于横轴轴的检验和的检验和校校正正 检验：检验：在平坦地面上，选择相距约 100m的A、B两点，在AB连线中点O处安置经纬仪，如图下图所示，并在A点设置一瞄准标志 ，在B点横放一根刻有毫米分划的直尺，使直尺垂直于视线OB，A点的标志、B点横放的直尺应与仪器大致同高。用盘左位置瞄准A点，制动照准部，然后纵转望远镜，在B点尺上读得B1；用盘右位置再瞄准A点，制动照准部，然后纵转望远镜，再在B点尺上读得B2。如果B1与B2 两读数相同，说明条件满足。否则，按下式计算c：如果 J6：2c 60；J2：2c 30 时，则需校正。206265”A B B1D HH H1H190c90c1802c2c A H H H1H1D B1B B2B390c90c1802c2c 2c 直尺 直尺 盘左瞄准A点 盘右瞄准A点 倒转望远镜定出B1点 倒转望远镜定出B2点 cc 视准轴误差的检验 校正：校正：校正时，在直尺上定出一点B3，使B2B3=B1B2/4，OB3便与横轴垂直。打开望远镜目镜端护盖，用校正针先松十字丝上、下的十字丝校正螺钉，再拨动左右两个十字丝校正螺钉，一松一紧，左右移动十字丝分划板，直至十字丝交点对准B3。此项检验与校正也需反复进行。（4）（4）i i 角误角误差校正 差校正 现对 i 角误差校正作简要介绍。定义：定义：当仪器置平时，若横轴垂直于竖轴，则望远镜视准轴绕横轴旋转所划之圆切面为铅垂面，否则该圆切面与铅垂方向会产生一个夹角，称之 i 角误差。规定水平轴在垂直度盘一端下倾，i 角为正值，反之 i 角为负值。主要原因主要原因：1）仪器左、右两端的支架不等高；2）水平轴两端轴径不相等 后果：后果：i 角误差对测量成果有很大影响，比如在高上较大的地形测量、高层建筑和大型设备的安装测量，如仪器存在 i 角误差，便会带来较大的高程测量误差和导致高层楼房倾抖。检测检测 i i 角误差的角误差的方方法法：首先安平仪器，再用望远镜仰视高处一个固定点 M（仰角以 30为宜）。固定仪器，将望远镜旋至水平位置，同时在水平位置放一支垂直于仪器视准轴的横尺，这时在横尺上读数 m1（如图 1）。再将望远镜倒镜旋转照准部 180，仍瞄准 M 点；将望远镜旋转至水平位置，在横尺上读数 m2。若 m1m2，则横轴垂直于竖轴，反之需予校正。校正 i 角误差的方法：校正 i 角误差的方法：校正时先算出望远镜视准轴在横尺上的正确位置 m3，使 m3（m1+m2）/2。继而用水平方向微动螺旋将望远镜十字丝竖丝照准 m3，再将望远镜旋转瞄准 M 点，这时十字丝竖丝与 M 点不再重合，就要利用仪器本身的校正机件进行校正。仪器结构不同，校正方法也不同。1）电子经纬仪、全站仪有自动消除误差功能的自动调节；2）光学经纬仪有横轴偏心环，可令偏心环左右偏移进行校正；3）仪器（如北光经纬仪）没有校正机件，便要用垫高竖轴一边，也就是将竖轴倾斜一个角度进行校正。垫高竖轴一般没有标准，且需对仪器拆装并反复多次，非常繁琐。一个快捷简单的办法。操作过程是：升降仪器的脚螺旋 A 或 B，如图 2 将望远镜十字丝竖丝移到 M 点与 m3 点之中央，这时再用仪器水平微动螺旋将望远镜十字丝竖丝移到 M 点。然后将望远镜旋转到横尺上读 m1，再倒镜 180将望远镜旋转到横尺上读数 m2，这时应 m1m2，若不等，再重复以上操作。直到相等为止。最后观察长水准器偏离中心位置的格值，并按每偏一个格值即在偏离侧的竖轴方向垫高 0.01mm，依次类推，便可对经纬仪的 i 角误差进行快速校正。（5）竖盘指标差的检验与校正（5）竖盘指标差的检验与校正 检验:检验:整平经纬仪，盘左、盘右观测同一目标点P，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读记竖盘读数L和R，按下式计算竖盘指标差 竖直角计算公式：指标差计算公式：当竖盘指标差对 J6 经纬仪：x1；J2 经纬仪：x30 时，要进行校正。校正:校正:仍以盘右瞄准原目标P，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖直度盘读数为（Rx），此时竖盘指标水准管气泡必然偏离，用校正针拨动竖盘指标水准管一端的校正螺钉，使气泡居中。反复检查，直至指标差x不超过 1为止。对于有竖盘指标自动归零补偿器的经纬仪，仍会有指标差存在。检验计算方法同上，算得盘左或盘右经指标差改正的读数后，校正的方法如下：打开校正小窗口的盖板，有两个校正螺丝，等量相反转动（先松后紧）该两螺丝，可以使竖盘读数调整至经指标差改正后的读数。（6）2C 误差校正误差校正 定义：定义：经纬仪水平方向目标正倒镜的两次读数之差加减 180，称为 2 倍照准差，即 2C。视准轴偏离了与水平轴 正交的方向而产生视准轴误差 c,规定视准轴偏向垂直度盘一侧时，c 为正值，反之 c 为负值。原因：原因：1）望远镜的十字丝分划板安置不正确；2）望远镜调焦镜运行时晃动；3）气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化。后果：后果：2c 误差超限，导致测量成果输出错误。检测 2c 误差的方法：检测 2c 误差的方法：照准目标，水平方向同一目标正倒镜的两次读数，如果超出工程允许范围，就需要校准。校正 2c 误差的方法：校正 2c 误差的方法：1）望远镜的十字丝分划板安置不正确的，重新安装校准；2）望远镜调焦镜运行时晃动，轻动减少晃动；3）气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化的，在施工现场，使用前打开仪器箱待一段时间，在施工工程中，给仪器打伞，始终让仪器保持与环境一致的温度。（7）光学对中器的检校（7）光学对中器的检校 1）检验：精密安置仪器后，将刻划中心在地面上投下一点，再旋转照准部，每隔 120投下一点，若三点不重合，则需校正。2）校正：用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半。（8）圆水准器的检校(次 要)（8）圆水准器的检校(次 要)1）检验：精平（水准管气泡居中）后，若圆水准气泡不居中，则需校正。2）校正：用圆水准气泡校正螺丝使其居中。三、水准仪三、水准仪 水准仪分类：电子水准仪、自动安平水准仪、微倾式水准仪 误差分析：误差分析：（1）圆水准器轴平行于仪器的竖轴误差；（2）十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴误差；（3）水准管轴 应平行于视准轴误差。水准仪应满足上述各项条件，在水准测量之前，应对水准仪进行认真的检验与校正。水准仪的 i 角误差定义：水准仪的 i 角误差定义：水准仪的视准轴在垂直方向与水准轴的夹角，换言之：水准仪的视准轴不水平，也就是横轴不垂直于竖轴i角误差；如何校正水准仪的 i 角误差？如何校正水准仪的 i 角误差？原因：原因：仪器本身的结构与外业工作条件的变化所致，仪器中的十字丝是固定在上下的 V 形槽中，下面的 V 形槽由弹簧支撑着，上面是一个压紧调节螺丝。由于因内部与外界环境条件的变化，如温度、湿度、震动的变化它会产生 i角微小的变化，或者，由于其它内应力的变化而产生不同程度的变化所致。仪器经过长途运输、仪器经过长期作业、仪器操作环境的不断变化、均可能使水准仪的 i 角发生变化，所以，经常性地、自觉地、定期地检查与检校水准仪的 i角以确保水准仪测量精度。检测检测 i 角误差的方法：角误差的方法：1）将水准仪置平在二支水准标尺的中间，仪器距标尺约 30 米或 40 米，前后大约等距离，读取标尺上的读数得到二点的高差值。2)搬迁仪器至二支标尺的一内侧或外侧均可，此时，仪器至标尺的距离分别为近距离的标尺只是几米，而远距离的标尺已是几十米。同样，测量这二点的高差值，如果二次测得的高差相等，说明仪器 i 角为零。高差不等就说明仪器存在着 i 角的误差。如：仪器在中间，读取 A 尺的读数 a10962，B 尺的读数 b11062 仪器在一侧，读取 A 尺的读数 a20835，B 尺的读数 b20933 h1106209620100 h2093308350098 h009801002 mm 按小角公式计算 i 角；is=2 mm 206265”/60000mm=41/6”=7”i 角的测定也可以按照将水准仪可以放置在二支水准标尺二外侧的方法测定仪器的 i 角。道理是一样的，正确的 a4值是；a4=a1-a2+a3，仪器处在不同的位置请注意加减符号。允许误差:允许误差:水准仪 i 角允许误差的概念应该说有三方面的涵义，也是三种情况下的不同要求：1.出厂时工厂调校的允许误差；2.用户调校时的允许误差；3.测量等级或规定所要求的允许误差。徕卡 NA2 i 角的允许误差：出厂调校为：8”，用户调校为：20”.但是，根据我国国家水准测量规范和工程测量规范的要求，用于一、二等水准测量的水准仪，仪器的 i 角不应超过 15”，用于三、四等水准测量的仪器，仪器的 i角不应超过 20”。所以，在用徕卡水准仪 NA2 加 GPM3 测微分划板进行一、二等水准测量时，仪器的 i 角必须调校至15”以内，在进行三等以下水准测量时，仪器的 i 角应在 20”以内。校正校正 i 角误差的方法：角误差的方法：改正水准仪 i 角的方法就是转动 V 形槽上面螺丝钉的位置，旋进或旋出。四、全站仪 四、全站仪 全站仪是由测距装置和测角装置两大部分组成的，也就是说是经纬仪和水准仪的集合，所以全站仪的误差检校与经纬仪和水准仪是一样的，这里就简单的提一下。测距原理测距原理:全站仪是由测距主板(发射板)发射波长、频率比较固定的光波，通过棱镜反射到全站仪接收板，经中频板进行处理，得到带测距信号的光电信号，再由测距主板 CPU 进行处理比较，得到我们要求的距离。影响测距精度的几个因素：影响测距精度的几个因素：1.i 角(垂直角误差)、2.2C 值(水平角误差)3.棱镜常数 仪器显示输入的棱镜常数必须与使用的棱镜常数一致，如不符需重新输入。4.气压、温度 仪器显示的气压和温度大致和仪器所处测量地的气压和温度保持一致，如不符需重新输入，仪器自动计算 ppm 值。5.测距精度加常数、乘常数：表示：（A+BppmD）mm，D 是测量距离，单位是 km A 是与测量距离长短无关的误差，就是我们通常说的加常数，是该仪器的固定误差，主要是由仪器加常数的测定误差、对中误差、测相误差造成的，固定误差与测量的距离没有关系，即：不管测量的实际距离多远，全站仪都将存在不大于该值的固定误差；B 是与测量距离长短有关的误差，也就是我们通常说的乘常数，是一个随机误差。A+Bppm，它反映的是全站仪或者测距仪的标称测距精度。BppmDkm 代表比例误差，其中的 B 是比例误差系数，它主要由仪器频率误差、大气折射率误差引起的。ppm 是百万分之（几)的意思，随着实际测量距离的变化，仪器的比例误差部分也就按比例的变化。例如：对于一台测距精度为 1mm+2ppm 的全站仪或者测距仪，当被测量距离为 1 公里时，仪器的测距精度为 1mm+2ppm1(公里）3mm,也就是说，全站仪测距 1 公里，最大测距误差不大于 3mm.特别指出的是，标称测距精度是一中误差极限的概念，也就是说，每台全站仪或者测距仪测距误差不得超过生产厂家提供的标称精度。标称精度不是每个仪器的实际精度。据实际统计资料表明，相当多的徕卡型号的全站仪、测距仪的实际精度都高于标称精度一倍以上。6.补偿器精度 补偿器功能是对垂直角和水平角进行弥补，来保障全站仪在使用过程中产生偏斜时，垂直角和水平角的准确性。7.格网因子 格网因子是指全站仪在进行坐标测量、坐标放样时的比例尺，一般比为 1。8.坐标输入顺序 一般全站仪坐标输入方式有两种：NEZ 和 ENZ，实际坐标输入的方式和全站仪选的输入方式需一致，否则会出现飞点或跑点情况。不同情况测距不准的校正方法：不同情况测距不准的校正方法：1.一般测距时，加常数测定及校正 全站仪显示加常数（仪器常数）为 A，测量距离为 Smm，实际距离为 Smm，则误差S=（S-S）mm，则加常数改为 A-S 即可。2.一般测距时，出现一个随机误差（与测距长度有关）结合固定误差，进行乘常数的调整。3.一般测距准确，坐标测量、放样不准 出现这一情况，只需检查全站仪设置菜单中的格网因子和坐标输入顺序是否正确，反之则进行相应的调整即可。4.一般测距，出现出大数、跳数、E31、E33 等错误提示时，应和公司维修部直接联系。5.i 角、2c 误差和经纬仪、水准仪相同。