一种全站仪对中误差测定方法
技术领域
本发明涉及测绘领域，具体涉及一种全站仪对中误差测定方法。
背景技术
全站仪被广泛的运用于高铁、隧道、桥梁、地铁等生产工程领域。在开展导线测量和施工放样等工作时，往往需要大量的全站仪对中操作，而在隧道、山区中又伴随着恶劣的环境，如光线不足、通视较差，观测条件受地形影响较大，因此全站仪对中误差对测角精度的影响不可忽略。
全站仪激光对中器安装在仪器竖轴中，其对中误差由于激光对中器与竖轴相对位置发生偏移导致。传统检查仪器对中误差是利用观察法，在光亮、平坦的水平面上将仪器转动360°，观察激光点的位移。实践和研究表明，该方法主要有以下因素会对对中误差测量精度造成影响：一、激光光斑本身存在直径，且仪器架设越高，直径越大，仪器旋转时激光点位移越不明显。二、该方法是用肉眼观测，无法精确估计位移量，且不同人员的肉眼判定标准无法保证一致，主观因素影响较大，结果精度难以保证。
全站仪在工程测量中应用广泛，但精确测定其对中误差的方法研究尚少。
发明内容
本发明的目的在于利用全站仪测角、测距精度高的优点，并且克服现有方法的对中误差测量精度不高，提供一种全站仪对中误差测定方法，以及如何在野外实际测量时进行对中误差修正。
本发明的方法适用于全站仪测量前仪器检校。
为了实现上述目的，本发明提供了一种全站仪对中误差测定方法，应用于一种全站仪对中误差测定系统，所述全站仪对中误差测定系统包括：全站仪、两个棱镜，以及用于支撑所述全站仪和所述棱镜的脚架；
所述全站仪对中误差测定方法包括以下步骤：
S1、使用全站仪在一条直线上进行放样，得到A、P和B三个点，记PA、PB的距离分别为S1、S2；
S2、将全站仪架设在点P上，将两个棱镜架设在A、B上，并进行严格对中整平，所述全站仪实际对中的点为P′点；观测并记录观测数据：∠AP′B为α，P′A、P′B的距离分别为S′1、S′2；
S3、基于所述观测数据通过间接平差算法计算得到全站仪的对中误差。
优选地，步骤S3具体包括：
S31、以P为原点，直线APB方向为Y轴，与直线垂直方向为X轴建立平面直角坐标系，则A点坐标为(0，-S1)，P点坐标(XP，YP)为(0，0)，B点坐标为(0，S2)；
S32、基于所述观测数据，计算P′点概略坐标(X0，Y0)，其中 故
S33、构建误差方程：
式中b为误差方程系数，其中ρ″＝206265；其中和分别为P′点概略坐标(X0，Y0)的改正数；l为误差方程自由项，
S34、根据误差方程构建法方程，并计算得到改正数
以测角中误差为单位权观测值中误差，则权阵其中σα、σS分别为测角中误差、测距中误差，根据待检测全站仪测角、测距精度进行实际取值；
S35、根据改正数和计算得到P′点平差后坐标其中
S36、根据P'点平差后坐标计算得到全站仪的对中误差
优选地，在步骤S2之后，还包括：
保持P点脚架不动，将全站仪基座沿固定方向旋转120°，观测并记录第二组观测数据；
将全站仪基座沿固定方向继续旋转120°，观测并记录第三组观测数据。
优选地，在步骤S3之后，还包括：
基于第二组观测数据、第三组观测数据分别计算得到全站仪的另外两组对中误差，将三组对中误差取平均值，得到最终的对中误差。
优选地，步骤S1中，A、P和B为等距放样，PA、PB距离相等，以消除i角误差。
优选地，步骤S2中，观测∠AP'B的方法为测回法，以消除2C误差。
优选地，在测定得到最终的对中误差后，还包括：将最终的对中误差与设定阈值进行比较，评判其是否可以直接用于实际生产；若对中误差超过设定阈值，可利用计算得到的P'点平差后坐标对全站仪对中位置进行微调，从而修正对中误差。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种全站仪对中误差测定方法操作简单、易于实现，精度高于传统肉眼观察仪器对中误差的方法。在野外测量前可以在任意场地对全站仪对中误差进行检查，发现误差超限可以及时进行处理，避免因该误差导致的测量结果偏差较大，工作效率降低，需要大量返工等问题，可为后续测量工作的开展提供良好的基础。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中对中误差测定方法步骤图；
图2是本发明实施例中全站仪放样示意图；
图3是本发明实施例中全站仪观测示意图；
图4是本发明实施例中全站仪对中误差测定示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，本实施例中，提供了一种全站仪对中误差测定方法包括以下步骤：
S1、使用全站仪在一条直线上进行放样，得到A、P和B三个点；
S2、将全站仪架设在点P上，将两个棱镜架设在A、B上，并进行严格对中整平，所述全站仪实际对中的点为P′点；观测并记录观测数据：∠AP′B为α，P′A、P′B的距离分别为S′1、S′2；
S3、基于所述观测数据通过间接平差算法计算得到全站仪的对中误差。
参考图2，将待检测的全站仪在任意位置整平，无需对中，固定水平微动螺旋，保持水平角不变。选择无棱镜模式，旋转竖直微动螺旋，改变竖直角，在地面上放样出距离全站仪大约10m、20m、30m的一条直线上的三个点。然后在这三个点处分别架设棱镜并不断微调，直至棱镜中心对准目镜十字丝，将三次棱镜的位置点分别标记为A、P、B，重新测距并计算，将PA、PB的距离用S1、S2表示。
参考图3，在A、B两点架设棱镜，P点架设待检测全站仪，严格对中整平。此时由于激光对中器对中误差的影响，仪器实际对中的点为P′点，P′点到P点的距离Δ就是该全站仪的对中误差。
参考图3，用测回法观测∠AP′B，盘左位置瞄准目标A，得读数a左及距离S′1左，然后瞄准目标B，得读数b左及距离S′2左，则盘左位置所得半测回角值为α左＝b左-a左；倒转望远镜成盘右位置，瞄准目标B，得读数b右及距离S′2右，瞄准目标A，得读数a右及距离S′1右，则盘右半测回角值为α右＝b右-a右；盘左盘右取平均值，得到观测数据：∠AP′B的读数α及P′A、P′B的距离S′1、S′2。
保持P点脚架不动，拧松全站仪和脚架的连接螺旋，分别将全站仪基座顺时针旋转120°、240°后严格对中整平，分别继续用测回法观测得到两组观测数据：∠AP′B的读数α及P′A、P′B的距离S′1、S′2。
参考图4，通过间接平差算法计算对中误差Δ的步骤包括：
S31、以P为原点，直线APB方向为Y轴，与直线垂直方向为X轴建立独立平面直角坐标系，则A点坐标为(0，-S1)，P点坐标(XP，YP)为(0，0)，B点坐标为(0，S2)；
S32、计算P′点概略坐标(X0，Y0)，其中
S33、构建误差方程：
式中b为误差方程系数，其中ρ″＝206265；其中和分别为P′点概略坐标(X0，Y0)的改正数；l为误差方程自由项，
S34、根据误差方程构建法方程，并求解得到改正数和
以测角中误差为单位权观测值中误差，则权阵其中σα、σS分别为测角中误差、测距中误差，根据待检测全站仪测角、测距精度进行实际取值。
S35、计算P′点平差后坐标其中
S36、计算对中误差将观测得到的三组数据用上式计算并求均值，即可得到待检测全站仪的对中误差。
根据《全站仪用户手册》对待检测全站仪进行判断：若对中误差Δ≤1.5mm，说明对中误差在允许范围内，全站仪可以直接用于实际生产；若Δ＞1.5mm，说明全站仪需要进行对中误差修正，不能直接用于实际生产。
若在野外进行实际生产时，检测到全站仪对中误差超限且不方便进行返厂校准，可以在测站点进行点位对中修正。根据本发明所提出的方法，用全站仪在一条直线上放样出A、B两点，分别位于测站点(P点)两侧。在P点将全站仪固定并对中整平，实际对中点为P′，观测P′与A、B两点间的角度、距离，建立独立平面直角坐标系并平差，得到P′点平差后坐标稍微旋松连接螺旋，将全站仪分别向X轴、Y轴方向平移则全站仪对中误差得到修正，可进行下一步实际生产。
本发明提供的一种全站仪对中误差测定方法操作简单、易于实现，精度高于传统肉眼观察仪器对中误差的方法。在野外测量前可以在任意场地对全站仪对中误差进行检查，发现误差超限可以及时进行处理，避免因该误差导致的测量结果偏差较大，工作效率降低，需要大量返工等问题，可为后续测量工作的开展提供良好的基础。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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