棱镜觇牌倾斜对全站仪精密定位的影响.pdf

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1、第36卷第4期河北联合大学学报(自然科学版)Vo1．36NO．42014年10月JournalofHebeiUnitedUniversity(NaturalScienceEdition)Oct．2014文章编号：2095—2716(2014)04—099—05棱镜觇牌倾斜对全站仪精密定位的影响王健，汪金花(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山063009)关键词：全站仪；棱镜觇牌；精密定位；目标偏心；精度摘要：在利用全站仪和棱镜觇牌进行精密定位和放样工作时，由于棱镜觇牌的倾斜会给水平角测量带来目标偏心误差，极大的影响了测量精

2、度。通过理论分析得出了目标偏心误差的内在规律和消除削弱方法。中图分类号：TU745文献标志码：A’目前，在某些大型钢结构工程施工中以及某些工程的水平位移变形监测工作中，对定位的精度要求达到1～5mm甚至更高]，此时往往利用高精度的全站仪进行定位和放样。]。全站仪精密定位和放样就是通过对在目标点上精确对中的带觇牌的棱镜进行精密水平角和距离测量实现的l_8]。笔者通过研究发现棱镜觇牌的倾斜(觇牌平面不铅直)会给水平角测量带来目标偏心误差，该误差的大小受觇牌的竖直倾斜和水平偏斜状态决定，最大可达1～2mm，对全站仪精密定位和放样

3、的精度影响不可忽略。本文对上述问题进行了系统分析，提出了由于棱镜觇牌倾斜导致的全站仪水平角测量目标偏心误差的规律和减小该误差的措施。1觇牌倾斜对目标偏心误差的影响分析图1为一常见棱镜觇牌，1为全站仪水平角测量瞄准位置，2为竖直角测量瞄准位置，3为棱镜觇牌与基座或棱镜杆连接位置的中心，4为光学瞄准器。设觇牌的旋转竖轴为V～V，觇牌的旋转横轴为H～H，两轴的交点为棱镜安装位置中心0。在测量工作中棱镜觇牌安置好后的理想状态应是竖轴V—铅直、横轴H—H水平且与全站仪视线方向完全垂直。2图1棱镜觇牌在觇牌平面上建立XOY坐标系：以棱

4、镜安装位置中心0为原点，X轴与横轴H～H重合，y轴过原点0与X轴垂直，见图2。水平角测量的瞄准位置1位于y轴上，对于常见棱镜，位置1与原点0距离约为5收稿日期：2014—02—20基金项目：唐山市科学技术研究与发展计划资助项目(11150204A一8、20130218z)100河北联合大学学报(自然科学版)第36卷～8cm。棱镜觇牌铅直时，X轴与横轴H—H重合，y轴与竖轴—重合，当全站仪视线倾角较大时，为了准确瞄准和精确测距，往往将棱镜觇牌旋转使其与全站仪的视线正交，此时觇牌的x轴始终处于水平状态且与视线接近垂直，而y轴却

5、与竖轴～产生了一个夹角，我们称之为觇牌竖向倾斜角，其大小与全站仪视线的竖直角相近，此时水平角测量瞄准的1点偏离了竖轴，产生了目标偏心。可见在棱镜倾斜的状态下，对竖直角的测量精度影响甚小，而对水平角测量则产生目标偏心。如图2所示，直线OA为觇牌平面在0点的法线，直线OB为全站仪的视线，二者夹角为(其在水平方向的分量为n，竖直方向的分量为、，)。直线OH为过直线OA的竖直面内的水平线，为OA与OH之间的夹角，即为觇牌竖向倾斜角。1点为全站仪水平角观测瞄准位置，则瞄准1点时产生的目标偏心误差(其值等于0点至过1点的铅垂线的距离)

6、为：e—d×sin0(1)式中，d为1点至棱镜安装位置中心O点的距离，0为觇牌的竖向倾斜角。AX图2全站仪视线倾斜对棱镜倾斜的影响目标偏心误差e在垂直于全站仪视线方向的分量为：H—P×sinq)~(2)棱镜觇牌倾斜产生的目标偏心误差引起的全站仪方向观测中误差为：一Xp(3)’式中：D为全站仪至目标棱镜的距离。觇牌的竖向倾斜角0与全站仪视线竖直角a之间的关系为：0===d_-4-y(4)以上分析可以得出，当全站仪与目标棱镜高度不一致时(尤其是高度相差较大时)，为了保证准确瞄准和精确测距，往往将棱镜觇牌旋转使其与全站仪的视线接

7、近正交，此时觇牌必然倾斜，导致水平角测量瞄准目标偏心。如果全站仪视线垂直于觇牌横轴H—H，此时虽然有目标偏心存在，但一0，其对方向观测精度不产生影响。由此可见，利用全站仪进行精密测角时，将棱镜觇牌精确对准仪器(尽量使觇牌横轴垂直于仪器视线)是非常必要的。2觇牌倾斜值对水平角测量目标的偏心误差的影响值分析和改进措施一般棱镜觇牌上都安装有光学瞄准器，利用它使棱镜觇牌对准全站仪。通过大量实践研究发现，利用光学瞄准器进行瞄准的精度受距离、环境和操作者的熟练程度影响，一般只能达到O．5～3。(即v、一的值)。第4期王健，等：棱镜觇牌

8、倾斜对全站仪精密定位的影响101各种精密定位和放样工作的工程实践中，全站仪与目标棱镜觇牌之间的视线的竖直角一般都在0～3O。。对全站仪视线竖直角分别在1O。、20。、3O。目标觇牌对准全站仪的偏差分别在1。、2。、3。的情况下产生的目标偏心值利用本文的公式进行计算，结果列于表1—3。从表1～3可以看出，