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全站仪观测点时棱镜偏移的误差

上传时间:2017-11-03 浏览次数:

利用全站仪测定观测点的坐标已是坐标解析测量的主要方法,全站仪测量误差小、效率高、灵活方便,利用其存储功能既可实现数字化作业、计算机成图,又能避免记录数据时可能出现的错误,在测量中具有极大的优越性。


用全站仪测量时,测角和量距是同时进行的,也就是说仪器只能瞄准棱镜,所以当棱镜点放置时,仪器并没有真正瞄准观测点,这又分两种情况:

一是棱镜左右偏移,二是棱镜前后偏移;第二种情况对观测点精度影响较小


误差分析


01 误差来源全站仪用极坐标法测量观测点的误差来源主要有:

(1)控制点的误差影响m0;

(2)测量仪器本身的误差影响m1。此项误差影响又分为测角误差和测距误差的影响:

(3)对中误差的影响m2。在具体作业过程中,精确对中,其影响可减小到忽略不计;


(4)棱镜偏移误差的影响m3。当观测点位于拐角时,棱镜只能靠在观测点上,而全站仪又只瞄准棱镜,这种偏移误差在近距离内对观测点精度的影响是非常大的


以日本TOPCON601全站仪为例,其棱镜中心距框边缘约4.5 cm,若距离远,瞄准边缘也能回光,但是若距离很近,则只能瞄准棱镜中心,其误差可想而知。


02 由以上分析可知,观测点的精度主要受控制点的误差,测量仪器的误差和棱镜偏移误差的影响。即:    


测点精度与棱镜偏移误差的关系下面就以TOPCON601型全站仪为例来分析所测观测点的精度与棱镜偏移的关系。


TOPCON601其测角精度为2秒,则半测回测角中误差:mβ=±4

测距精度为:ms=3mm+2ppm×D;


根据施工控制测量规范要求,控制点的点位误差:m0≤±1cm一般

取m0=±1.5cm;


若观测点精度取m=±1cm

则当s≤100m时, m3≈0.8cm也就是说当观测点离测站距离在100米以内时,棱镜准许偏移误差约恒等于0.8cm。

棱镜偏心对观测点测量精度的影响


 

棱镜左右放置时,

其偏心对观测点测量精度的影响


棱镜本身具有一定的体积,且其反光中心位置较难确定。所以,当把棱镜紧靠观测点放置时,在全站仪一次性瞄准的作业模式下,会产生左右和前后偏心。


如图其中:在司镜员工作态度认真的情况下,前后偏心较小(一般小于1cm),故偏心以左右偏心为主,偏移量为棱镜中心至棱镜边框的距离d。以TOPCON601型全站仪为例,d=4.5cm。因此在观测中如果只以棱镜为准,则观测点的测量精度肯定满足不了规范要求。所以实际工作中必须采取一定的措施。


01 站的距离较远(一般大于50m,但不超出规范要求)

当观测点距离测站较远(具体数值视全站仪的型号和规范要求而定),由于测距光斑有一定的直径,瞄准界址点也能回光。


此时棱镜左右偏移误差对观测点精度的影响非常小,可以忽略不记,因此只存在棱镜前后偏心误差。即:m3=±0.8cm若观测点的精度取m=±1cm,则在1km以内的观测点,用全站仪测量完全能达到精度要求。


02 观测点离测站的距离适中(30~100m)


当观测点离测站的距离位于该区间时,直接瞄准观测点无回光;若向棱镜方向稍微偏移即可回光,偏移量的大小随距离的减少而增加,但一般相当大不超过1.9cm,一般前后偏心差0.8cm。

则:观测点精度为:m=±1cm

因此在9~30m的距离段观测时,在能回光的前提下尽量瞄准靠近观测点的地方,同样能满足精度要求。


03 观测点离测站的距离较近(<10m)


在此距离段用全站仪观测点很难达到1cm的精度要求,因此必须采取相应的措施:


(1)对于小于10m的观测点相当好换站观测,即在距离较远的测站上观测。

(2)用棱镜偏心坐标改正模型进行改正。

式中:棱镜右偏取上号,左偏取下号。

(x′,y′)—观测点坐标,(x,y)—棱镜中心坐标,(x0,y0)—测站坐标,α—棱镜偏移量对测站的张角。


 

棱镜前后放置时,

其偏心对观测点测量精度的影响


当棱镜前后放置时,不论距离远近,直接瞄准观测点就能回光,所以只存在前后偏心问题。


如图中的(a),棱镜贴在观测点上,棱镜前后偏移量为棱镜的反光中心到底面的厚度,一般不超过2cm,因此在正常距离内全站仪测量完全能满足观测点的精度要求。


由于棱镜有一定直径。若取外框直径为10cm,则镜心到观测点的距离为5cm,因此不论距离远近必须加入改正。

式中:棱镜右偏取上号,左偏取下号。

(x′,y′)—观测点坐标,(x,y)—棱镜中心坐标,(x0,y0)—测站坐标,α—棱镜偏移量对测站的张角。


 

棱镜前后放置时,

其偏心对观测点测量精度的影响


当棱镜前后放置时,不论距离远近,直接瞄准观测点就能回光,所以只存在前后偏心问题。


如图中的(a),棱镜贴在观测点上,棱镜前后偏移量为棱镜的反光中心到底面的厚度,一般不超过2cm,因此在正常距离内全站仪测量完全能满足观测点的精度要求。


由于棱镜有一定直径。若取外框直径为10cm,则镜心到观测点的距离为5cm,因此不论距离远近必须加入改正。



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