全站仪常数检定及误差分析文档格式.docx

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最小二乘法；

校正；

加常数；

乘常数；

测距不确定度

Calibrationanderroranalysisoftotalstationinstrumentconstant

ABSTRACT

Thetotalstationinstrumentistheintegrationofphotoelectricdistancemeasuringinstrument,electronictheodoliteandmicroprocessor.Itcanmeasure,calculate,displayandstoreallkindsofdataatthesametime,anditiswidelyusedintheproject.Comparedwiththetraditionalmeasuringinstrument,themeasuringworkefficiencyisgreatlyimproved,andtheerrorofmanualreadingisreduced,andtheintegrationoftheinternalandexternalmeasurementiseasytorealize.Totalstationinstrumentmaintenanceanddetectionsystemincludesanglemeasurementanddistancemeasurement.Totalstationinstrumentandopticaltheodolitehavealotofthesameprinciple,butthetotalstationismuchmorecomplexthanthetheodolite,withtheadvantagesandcharacteristicsofthetheodolitecannotmatch.Additionandmultiplicationconstantisanimportantfactorthataffectsthesystematicdeviationofthephotoelectricstructureofthetotalstationinstrument,andhowtomeasuresomeofthesurveyingandmappingpractitionersareunfamiliar.

Thefirsthalfofthispaperdescribesthebasicprincipleofthetotalstation,themechanismandanalysisofvariouscommonerrors,howtotestthetotalstationplusconstantandmultiplicativeconstant.Inthesecondhalfofthispaper,accordingtotheexperimentaldata,thestandarduncertaintyiscalculatedbyusingtheerrorprinciple,andtheeffectsoftheadditiveconstantandthemultiplicativeconstantontheuncertaintyofthemeasurementareintroduced.

Keywords:

Leastsquaremethod;

calibration;

additiveconstant;

multiplicativeconstant;

distancemeasurementuncertainty

论文总页数：

24页

1引言

1.1课题背景

全站仪，即全站型电子测距仪（全站仪），是一个集光、机、电测量的各种高技术的工具，是一个集水平角和垂直角、距离（斜距、水平距离），在各种测量仪器系统的高度测量功能。

测量操作简便，可避免读数误差。

广泛应用于大型建筑和地下隧道施工领域，如精密工程测量、变形监测。

全站仪常数检定也是非常重要的一个环节，对仪器常数不了解常常导致测量事故的发生。

1.2国内外研究现状

全站仪国内外的研究已经达到了一个很新的高度，但是对于全站仪的常数检定方向，方法多种多样，大部分人都不能系统认识全站仪的常数检定方法，本论文综合几种检定方法，并将其进行分类。

查阅了很多论文，有很少论文提到过，全站仪的常数变化对全站仪的测量不确定度有影响。

1.3本课题研究的意义

全站仪误差有很多个方面，本论文不对误差检定一一进行检验，将对全站仪最常见的常数及一般的误差检验进行研讨；

本论文涉及到多个检定全站仪误差的方法，并对误差进行分析、总结。

全站仪是比较智能化的测距测角仪器，更大程度的避免了人为因素的影响测量结果；

但是极容易忽略全站仪本身造成的测量数据错误；

比如测距加常数偏大，测角误差偏大都会导致测量结果错误；

针对主要的测距影响因素，并对检定结果误差进行分析。

1.4本课题的研究方法

大致分为三个大的部分，1、全站仪常数的检定：

简易检定仪器常数；

（适用于平时工程上无条件进行精度要求较高的检定）解析法检定仪器常数；

（适用于有多余的时间，想进一步求解高一点精度的全站仪仪器常数）精确检定仪器常数。

（适用于基线场精确检定全站仪仪器常数）以上三种方法分别适用于不同的场合，不同的要求；

2、检定结果精度分析；

3、仪器常数对测距不确定度的影响。

2全站仪测距系统原理

2.1测距系统原理简介

电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。

测距系统即电磁波测距，它是以电磁波作为载波，传输光信号来测量距离的一种方法。

它的基本原理是利用仪器发出的光波（光速C已知），通过测定出光波在测线两端点间往返传播的时间t来测量距离S:

S=Ct/2

式中乘以1/2是因为光波经历了两倍的路程。

按这种原理设计制成的仪器叫做电磁波测距仪。

根据测定时间的方式不同，又分为脉冲式测距仪和相位式测距仪。

脉冲式测距仪是直接测定光波传播的时间，由于这种方式受到脉冲的宽度和电子计数器时间分辨率限制，所以测距精度不高，一般为1～5m。

相位式光电测距仪是利用测相电路直接测定光波从起点出发经终点反射回到起点时因往返时间差引起的相位差来计算距离，该法测距精度较高，一般可达5～20mm。

目前短程测距仪大都采用相位法计时测距。

通常是开机后将观测时的温度和气压输入全站仪，仪器自动对距离进行温度和气压改正。

　　测定气温通常使用通风干湿温度计，测定气压通常使用空盒气压表。

气压表所用单位有mb（102Pa）和mmHg（133.322Pa）两种，而1mb＝0.7500617mmHg。

气温读数至1度，气压读数至1mmHg。

2.2测距误差主要来源

测距系统误差主要有：

1、周期误差；

2、加、乘常数及气象误差；

3、幅相误差。

2.2.1周期误差

周期误差是指测距仪的光学和电子电路的光电信号串扰由于距离精细测量尺长LS=λ/2周期重复性误差。

在一个测距仪，虽然各种滤波应用于电路设计、抗干扰措施，虽然光学和电子发射系统和接收系统采取严格的检疫措施，但往往会有微弱的同频光干扰和串扰。

周期误差主要来源于同频串扰的仪器。

2.2.2加、乘常数误差

2.2.2.1加常数

加常数误差是由仪器的测距部光学零点和仪器对点器不一致（棱镜的安置中心与棱镜等反射物等效反射面不一致）造成的，这种现象对所有测量值都加入了一个固定偏差。

它由两部分构成即仪器常数误差和棱镜常数误差。

此外，幅相误差也常常影响加常数的检测效果，因为仪器幅相特性不好时若内外光路不平衡，则内光路的测量结果不能完全抵消外光路测量的延迟，也能产生加常数类似的效果。

所以，在全站仪的使用过程中，加常数还会随时间发生变化，因此对加常数的检定是必须的，当加常数的数值超过允许误差时，应该对测量的结果进行改正。

全站仪的加常数改正值Δ的表达式如下：

Δ=C

2.2.2.2乘常数

乘常数误差是由仪器的时间基准偏差造成的，在全站仪的使用过程中，因为电子元件等的老化原因，设计的标准频率和实际使用时的调制频率会有很细微的差别此种影响和我们测出来得距离值长度成正比。

通过仪器检定，我们可以求得这个比例系数，我们称之为乘常数。

由于乘常数的数值本来就小，所以要测定乘常数的要求非常之高，所以乘常数的检定只能在标准的测定基线场才能测定出来。

乘常数的改正距离和乘常数的关系式如下：

Δ=S▪R

R为乘常数数值，S为所测得的斜距或平距。

2.2.2.3气象改正

影响测距的激光光速在空气中的折射率n的函数是一个和温度t，大气压强p和光波长λ相关的。

表达式为：

折射率n=f（t,p,λ）

对于一台特定的全站仪，波长λ为一定值，故测距只与温度t和大气压强p有关，根据温度t和大气压强p可计算出气象改正系数M，故经过气象改正的距离值为：

Δ=S▪M

气象改正和乘常数改正很相似，都是和距离成正比关系。

2.2.3幅相误差

由于接收电子电路的幅度和相位误差不理想，由不同的光信号强度引起的测距误差。

许多仪器由于使用了多年的发光管老化和光路特性，内部和外部光路信号强度不一致，这将导致测量结果不能完成的光路。

全失调外部光路的电路延时主要体现在仪器的加法和乘法常数。

如果是确定的幅度相位误差应发送到维修部。

本论文主要研究加、乘常数对全站仪的影响。

3常数检定

3.1简易测定全站仪常数

对仪器进行简易、快速的常数测定，按照以下步骤：

在一条直线上选定三个点，相邻的两个点距离在50m左右；

将全站仪分别置于相邻的两个点，用全站仪分别测出到其他点的距离；

用第一点A到第三点C的距离减去第一点A到第二点B和第二点B到第三点C的距离之和，得到结果；

反复测定5次，最终，按最后五个常数之和求均值即为测定结果；

ABC

测定常数：

C=[Dac-（Dab+Dbc）]/5

此方法简单易行，对检定条件要求不高，具有较高的实用性。

3.2解析法测定全站仪常数

3.2.1基本原理

六段解析法是一种不需要知道测线的精确长，度,而采用全站仪本身的测量成果,然后通过间接平差计算求定加常数的方法。

对全站仪进行较为准确的常数测定，此检定方法是设置一条直线,将其分为d1,d2,…,dn共n个线段,如图：

线段设置示意图

经过仪器测量，得到各个d