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不同测量仪器设备的野外检验方法研究

作者:刘红强

  摘  要:仪器设备的经常性校验是确保测量成果准确性的关键,但基层作业人员却经常忽视该工作。笔者在长期实践经验的基础上,针对野外作业条件,提出设备需重点检测的项目,并就基座、对中杆、棱镜等提出因陋就简的检测及校验方法。

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  关键词:仪器设备  检验  野外
  中图分类号:TB22                                  文献标识码:A                         文章编号:1672-3791(2019)03(c)-0070-02
  随着城市建设的飞速发展,建设项目对测量成果的质量和精度提出了更高的要求。仪器设备误差,作为测量误差主要来源之一,对测量成果的影响有着重要性和后期难以修正的特点,往往是造成外业返工的主要因素。
  在测绘资质年检中,测绘管理部门也明确规定了主要仪器需强制性检定。测量单位、作业人员从自身利益的角度出发也希望避免仪器设备误差带来的工作效率和成果质量的下降。但是,仪器设备误差并不是只靠一年一度的强制年检就能完全避免的,由于测量作业的流动性和野外性,在运输、调遣、搬运过程中,测量工具,特别是一般仪器、辅助设备的机械部分容易受到碰动,需要经常性检验。
  1  仪器设备的分级检验原则
  1.1 外送检定

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  1  仪器设备的分级检验原则
  1.1 外送检定
  根据有关规定,主要仪器需送专业计检单位进行强制性检验,每年一次。包括:GPS主机、测距仪、全站仪、精密水准仪等以及气压计等专业设备。检定不合格的仪器需封存。
  1.2 定期检校

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  针对仪器的机械性误差,仪器检校室采用相应的设备和方法,定期(一般每3个月)进行检验和校正,包括:仪器2C、i角;整平气泡;对中器;棱镜加常数等。另外,室内设施还可完成光学、电子部分的比较性检测。检测有误差但无条件校正的设备需送专业单位维修。
  1.3 作业前检验
  对容易碰动受损的设备进行作业前检验。包括:仪器2C、i角;对中杆、基座对中效果等,无法现场校正的设备需停止使用。
  2  野外检验方法
  在野外作业特别是当出差在外时,虽然受检测设备限制,但根据作业原理,采用一定的变通技巧,简易的检验办法仍然能起到高效、实用的作用。
  2.1 水准仪检验
  水准仪是使用频率最高的仪器(见图1),由于施工单位对水准成果要求较高,建议每天进行水准测量前均进行i角检验,误差在每100m超过3mm时均宜校正。
  标准的检验方法需控制各段检测距离,未免烦琐。实际上快速、简单的检验作业无须了解i角值。只需任选100m左右距离树立2只水准尺,在直线正当中架设水准仪测量两尺读数差为消除i角误差的高差值dh,儀器再搬至离直线上离一只水准尺尽量近的距离,读出近尺读数h1后,校正十字丝,使远尺读数h2=dh+h1即可。
  2.2 全站仪2C、i角检验
  由于全站仪内部配有2C、i角校正程序,只需按程序步骤,正倒镜对准远处某一点,即可自动修正误差,操作非常简便,建议进行经常性检验。
  2.3 基座检验
  基座误差包括圆气泡、对中器两项误差来源,由于结构原因,其中圆气泡误差一般为主要因素。基座误差对导线测量、GPS测量的成果影响很大,尤其是GPS测量中,基座误差无法预知并无法后期修正。在笔者以往经历中,曾发现基座误差常常大于5mm。而基座检验往往容易被忽略。
  2.3.1基座误差检测
  非常简易的检测方法是激光测距。
  (1)地面标一点,架设所需检测基座的棱镜脚架并整平对中。
  (2)近距离(>10m)架设全站仪,测量距离S1。
  (3)全站仪照准后位置及测距角度不动;基座在脚架不动的前提下,旋转90°整平对中,旋正棱镜,测量距离S2。
  (4)重复(3)的操作,分别测量相对1操作的基座位置180°度、270°位置的距离S3、S4。
  (5)基座对中误差为:。
  2.3.2 导线测量中的基座误差消除方法
  由于基座误差实际上是对中时投影垂线不竖直,当基座旋转180°后,两次的投线与正确垂线具有对称的特点。所以,野外导线测量中,被迫使用有误差的基座时,可采用在不同测回间旋转基座方向的方式予以抵消。
  具体作业中,应根据导线测量的测回数按360°平分测回间基座旋转角度,即:两测回的测回间各旋转180°;三测回的测回间各旋转120°。为提高对点速度,应在旋转基座时保证脚架不动,松开连接螺旋、旋转基座后,先整平圆气泡,再根据对点器移动基座,然后核实气泡,直至完成整平对中。
  2.3.3 基座误差校正
  虽然上一节的方法能消除导线测量中的基座误差,但毕竟影响作业速度。同时,在GPS测量中,由于连续观测和接受数据的单一性,无法中途旋转基座。所以,在发现基座存在较大误差时宜及时校正。
  基座(特别是对点器)的正式校正较复杂,需借助专用设备,室内校正。当出差在外等野外需校正时,可采用下述方法,进行近似校正。
  (1)野外校正次序:先校圆气泡,后校对点器。(2)圆气泡校正:借助经纬仪或全站仪的长气泡进行校正。具体校正时,拆下仪器的基座,插入需校正的基座,根据长气泡调平全站仪后,用纠针校正基座圆气泡。(3)对点器校正:①平地上标绘放置一张白纸,上方架设基座脚架,整平基座。②近距离(>10m)架设经纬仪或全站仪,整平仪器,照准基座上的插杆中心,向下旋转望远镜在白纸上前后投点,绘制连线1。③全站仪搬站至与连线1垂直方向,重复B操作,绘制连线2。④白纸上连线1、2的交点O即为基座正确投点位置。⑤校正对点器十字丝,使中心投点至白纸上O点(见图2)。   关于校正对点器十字丝的说明:调节螺丝位于投点器外侧,不需拆卸。部分国产对点器的十字丝调节较难控制:左侧为一大螺丝,是弹簧螺丝;右侧为两小螺丝,是与十字丝分划板呈90°的固定螺丝。校正时,应结合弹簧螺丝、固定螺丝细致调整;同时应考虑到弹簧螺丝的缓慢稳定。
  以上对点器的校正在经基座旋转180°重复②~④项操作进行验证后,能保证此脚架高度附近的投点精度。在外业使用该基座时,脚架高度宜尽量架设在校正时的脚架高度。
  2.4 对中杆检验
  对中杆圆气泡裸露,在搬运及使用过程中容易碰损偏移,所以,在放样前检校,能保证放样精度,提高作业速度。
  对中杆野外检验,按校正对点器相似方法进行:(1)架设一空脚架,高度与对中杆气泡位置相同。对中杆自脚架顶部孔中插下,用绳索将之与脚架顶部栓定。(2)呈90°方向架设2台全站仪,整平仪器,照准对中杆栓定位置的杆中心(可按左右两侧角度取中),向下旋转望远镜指挥对中杆底部移动,使对中杆垂直。(3)由于绳索栓定不稳定,照准中心、移动底部工作需多次进行并且两方向配合,直至对中杆完全竖直。(4)校正对中杆圆气泡调节螺丝,使之居中。
  2.5 棱镜检验
  棱镜误差测定可配合测距仪加常数测定,在3只以上强制观测墩的短基线场上按三段法(或更多段)检测确定。而野外检验,受条件限制,只能进行比较性检测。
  (1)近距离架设全站仪及棱镜脚架;(2)将各棱镜编号后,分别插换到棱镜基座的插杆上,并测量距离,求算各棱镜的相对误差;(3)导线测量中,测距时记录棱镜号,后期内业中进行棱镜加差数修正。
  3  结语
  该文以上所叙的一般仪器及辅助设备的检验往往容易被忽视,但这些设备由于使用频率高、保护措施相对较差等原因,經常容易发生误差,直接影响到测量成果精度。在笔者以往的测量及校验经历中,就曾发现:水准仪校正后每几天就又出现较大i角误差、基座对点误差高达2cm、同一型号棱镜互差18mm,等等现象。因此,经常性检验仪器设备是确保成果质量、提高测量效率的良好工作制度,也是一名测量技术人员应具备的工作习惯。该文所叙的仪器检验方法经笔者单位长期使用,切实可行,能起到事半功倍的效果。
  参考文献
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  [2] 胡琳.CCD图像传感器的现状及未来发展[J].电子科技,2010(6):33-39.
  [3] 刘经南,叶晓明,杨蜀江.数字电子水准仪原理综述[J].电子测量与仪器学报,2016(7):55-58.

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