水電站大壩安全監(jiān)測管理與操作實務(wù)摘要(2013)

1、|濮久武濮久武 聯(lián)系電話：聯(lián)系電話全監(jiān)測工作的要求安全監(jiān)測工作的要求 安全監(jiān)測工作現(xiàn)場觀測中的安全監(jiān)測工作現(xiàn)場觀測中的“四無四無”是指無缺測、無漏測、無不符合精度要求、無違時；“五隨五隨”是指隨觀測、隨記錄、隨計算、隨校核、隨整理；“五固定五固定”是指固定人員、固定儀器、固定方法、固定測次、固定時間。水工建筑物安全監(jiān)測類別主要分為：水工建筑物安全監(jiān)測類別主要分為：巡視檢查、環(huán)境量監(jiān)測（水文、氣象等）、變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測五大類 。巡視檢查大壩的監(jiān)測儀器僅能布設(shè)在大壩的局部部位,進行的監(jiān)測的也只是定期的,這就造成了空間和時間上的不連續(xù)。而大壩的缺陷并非

2、都發(fā)生在儀器監(jiān)測的部位,也不一定發(fā)生在定期監(jiān)測的時間內(nèi),所以只有把儀器監(jiān)測和巡視檢查兩者加以密切配合,才能確保大壩安全監(jiān)測工作的實效。實踐表明水工建筑物的許多缺陷都是通過有經(jīng)驗的工作者在巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的。大壩安全檢查分為日常巡查、年度巡查、定期檢查和特種檢查四種。日常巡查是由水電廠有經(jīng)驗的現(xiàn)場專業(yè)人員對大壩進行的經(jīng)常性巡視和檢查。年度巡查由水電廠組織專業(yè)技術(shù)人員對大壩進行全面詳細檢查。定期檢查是每隔一定時間由主管單位組織運行、設(shè)計、施工、科研等有關(guān)單位高級專業(yè)人員對大壩進行的全面檢查和評價。其內(nèi)容包括按照現(xiàn)行規(guī)范復(fù)查原設(shè)計數(shù)據(jù)、方法及安全度；審議施工方法、質(zhì)量和施工中出現(xiàn)的特殊情況及其影響；復(fù)

3、核洪水、庫容、泄洪能力；全面了解和審查大壩運行記錄和觀測資料分析成果；現(xiàn)場檢查(包括水下檢查)；評定大壩的結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況，提出大壩安全定期檢查報告。檢查頻次一般為每五年一次。對沒有潛在危險、結(jié)構(gòu)完整、運行性態(tài)良好的大壩，由主管單位報部大壩安全監(jiān)察中心，經(jīng)會商后可以減少檢查頻次，但間隔時間不得超過十年。特種檢查是在特殊情況下對大壩重大安全問題的檢查。巡視檢查規(guī)定及要求（1）日常巡視檢查次數(shù)）日常巡視檢查次數(shù) 應(yīng)根據(jù)各工程具體情況確定：在施工期，每周不少于一次；水庫第一次蓄水或提高水位期間，宜每天一次或每兩天一次（依庫水位上升速率而定）；正常運行期，每月不少于一次；汛期應(yīng)增加巡視檢查次數(shù)；水庫

4、水位達到設(shè)計水位前后，每天至少應(yīng)巡視檢查一次。（2） 檢查的范圍和內(nèi)容及方法參見規(guī)范檢查的范圍和內(nèi)容及方法參見規(guī)范（3）檢查的程序）檢查的程序 巡視檢查應(yīng)根據(jù)每個工程的實際情況，制定相應(yīng)的檢查工作程序（包括檢查的范圍及內(nèi)容、檢查順序、檢查路線、記錄格式、編制報告的要求及檢查人員組成職責(zé)等）。每次檢查時必須按規(guī)定的路線依次進行檢查。（4）記錄和整理工作要求）記錄和整理工作要求 每次巡視檢查均應(yīng)按規(guī)定的表格要求作出記錄。如發(fā)現(xiàn)異常情況除應(yīng)詳細記述時間、部位、險情和繪出草圖外，必要時應(yīng)測圖、攝影或錄像。 現(xiàn)場記錄必須及時整理，還應(yīng)將本次巡視檢查結(jié)果與以往巡視檢查結(jié)果進行比較分析，如有問題或異?，F(xiàn)象，

5、應(yīng)立即進行復(fù)查，以保證記錄的準確性。環(huán)境量及水力學(xué)監(jiān)測 環(huán)境量監(jiān)測包括水位、庫水溫、氣溫、降水量、冰壓力、壩前淤積和下游沖刷及風(fēng)向風(fēng)速等監(jiān)測。環(huán)境量又稱為原因量、因素或自變量，與之相應(yīng)的稱為效應(yīng)量、物理量、變量等。任何效應(yīng)量均是對一定環(huán)境量作用下的反應(yīng)，作為安全監(jiān)測工作，只有準確掌握各環(huán)境量的變化情況才能正確分析評判相應(yīng)效應(yīng)量的變化情況，據(jù)以判斷建筑物的運行性態(tài)。同時根據(jù)各環(huán)境量的變化，妥善地采取相應(yīng)措施開展水工建筑物的安全管理工作。為了解水工建筑物上、下游水流對水工建筑物的影響及消能設(shè)施工作效能，以便改善調(diào)整運用方式，正確地運用水工建筑物，避免發(fā)生不利的水流情況，保證建筑物安全運行，應(yīng)進行水

6、力學(xué)監(jiān)測。測量誤差測量誤差測量誤差的分類測量誤差的分類 根據(jù)對觀測成果影響的不同，測量誤差可分為系統(tǒng)誤根據(jù)對觀測成果影響的不同，測量誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種。差和偶然誤差兩種。（1）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差 在相同的觀測條件下，即用同樣的儀器、同樣的方法、在同樣在相同的觀測條件下，即用同樣的儀器、同樣的方法、在同樣的自然條件下，對某一定量進行多次觀測，如果所產(chǎn)生的誤差在大的自然條件下，對某一定量進行多次觀測，如果所產(chǎn)生的誤差在大小和符號上是一定的，或者按一定的規(guī)律變化或保持常數(shù)，則這種小和符號上是一定的，或者按一定的規(guī)律變化或保持常數(shù)，則這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。誤差稱為系統(tǒng)誤差。 （2）偶然誤

7、差）偶然誤差 在相同的觀測條件下，對某一量進行了多次觀測，其誤差在大在相同的觀測條件下，對某一量進行了多次觀測，其誤差在大小和符號上都不相同，也就是從表面上來看，它們的大小不等，符小和符號上都不相同，也就是從表面上來看，它們的大小不等，符號不同，沒有明顯的規(guī)律，這種誤差稱為偶然誤差。號不同，沒有明顯的規(guī)律，這種誤差稱為偶然誤差。 偶然誤差的特性偶然誤差的特性 在測量工作中，偶然誤差是無法消除的，因此觀測成果的精度與偶然誤差有密切的關(guān)系。偶然誤差的特性如下：1、在一定的觀測條件下，偶然誤差的絕對值不會超過一定的限值；2、絕對值較小的誤差比絕對值大的誤差出現(xiàn)的機會多；3、絕對值相等的正誤差和負誤差

8、出現(xiàn)的機會幾乎相等；4、當(dāng)觀測次數(shù)無限增加時，偶然誤差的算術(shù)平均值趨向于零。 數(shù)字湊整規(guī)則數(shù)字湊整規(guī)則 1）加和減中的合理取位）加和減中的合理取位 加或減的湊整規(guī)則是：在各數(shù)中，以小數(shù)最少的數(shù)為標(biāo)準，其余各數(shù)均湊整成比該數(shù)多一位。2）乘和除中的合理取位）乘和除中的合理取位 乘和除的湊整規(guī)則是：在各因素中，以“數(shù)字”個數(shù)最少的為準，其余各因素及乘積（商）均湊整成比該因數(shù)多一個“數(shù)字”，而與小數(shù)點的位置無關(guān)。3）乘方與開方中的合理取位）乘方與開方中的合理取位 乘方的湊整規(guī)則是：湊整到與底數(shù)同樣字位數(shù)的有效數(shù)字。4）對數(shù)計算：湊整到比近似數(shù)有效數(shù)字位數(shù)多一位的對數(shù)值。）對數(shù)計算：湊整到比近似數(shù)有效數(shù)

9、字位數(shù)多一位的對數(shù)值。5）三角函數(shù)：當(dāng)角度湊整到）三角函數(shù)：當(dāng)角度湊整到1”，應(yīng)采用六位函數(shù)表；當(dāng)角度湊，應(yīng)采用六位函數(shù)表；當(dāng)角度湊整到整到0.1 ” ，應(yīng)采用七位函數(shù)表；當(dāng)角度湊整到，應(yīng)采用七位函數(shù)表；當(dāng)角度湊整到0.01 ” ，應(yīng)采用，應(yīng)采用八位函數(shù)表八位函數(shù)表變形監(jiān)測 變形監(jiān)測是反映大壩安全狀態(tài)的三大物理量之一。大壩的異常變形可導(dǎo)致裂縫、滲流、滑坡、傾覆等破壞現(xiàn)象，往往是大壩破壞事故的先兆。由于變形監(jiān)測能較直觀地反映大壩性態(tài)的運行情況，常常被視為大壩安全監(jiān)測的重點監(jiān)測項目。變形監(jiān)測工作在及早發(fā)現(xiàn)問題，防止大壩失事，減輕災(zāi)害損失方面已經(jīng)取得了十分顯著的成效。 作為水工建筑物的安全監(jiān)控量，變

10、形監(jiān)測量比應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測量更有效。一是變形監(jiān)測是反映建筑物的宏觀量、整體量，而應(yīng)力應(yīng)變反映的則是微觀量、局部量。如壩頂變形反映的是大壩自基礎(chǔ)、壩體直至壩頂所有變形量的綜合情況。而壩體應(yīng)力應(yīng)變反映的是測點部位的情況，其與測點部位的荷載及壩體本身材料有關(guān)，并不能代表壩的整體。變形可以得到絕對量，而應(yīng)力應(yīng)變一般代表測點兩端的相對變化。如整個壩體發(fā)生位移的時候，壩體測點的應(yīng)力應(yīng)變不一定得到反映；而應(yīng)力應(yīng)變測點應(yīng)力超限產(chǎn)生裂縫不一定代表整個大壩出現(xiàn)大的變形或出現(xiàn)異常。當(dāng)然很多情況下建筑物的變形是由非荷載因素的溫度引起的彈性變形，這種彈性變形有時會很大但對建筑物并不構(gòu)成危害，溫度引起的彈性變形掩蓋了荷載、時

11、效等因素引起的變形，影響了變形量用作建筑物安全監(jiān)控的直觀性和靈敏性。二是變形反映的是終極量、較直觀，而應(yīng)力應(yīng)變則是中間量、較抽象。變形量是一個反映大壩運行的最終成果，其物理意義很明確，用作大壩安全監(jiān)控很直觀，容易操作。而壩體應(yīng)力應(yīng)變量是一個中間過程，壩體的應(yīng)力需經(jīng)過一系列繁雜的計算，最終成果會包含一系列的計算及設(shè)定誤差，用以監(jiān)控大壩安全指標(biāo)難以認定。三是變形監(jiān)測點容易修建，而應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點損壞后難以修復(fù)。一般大壩等內(nèi)部埋設(shè)儀器由于所處的工作環(huán)境均較差，使用壽命較短，且隨著大壩的運行會不斷損壞而難以修復(fù)。 變形監(jiān)測包括壩體及壩基表面水平及垂直位移、內(nèi)部水平及垂直位移、近壩庫岸邊坡變形、傾斜、接縫

12、及裂縫變位等監(jiān)測。工程建筑物的變形監(jiān)測能否達到預(yù)定目的，要受很多因素的影響。其中，最基本的因素是觀測點的布置、觀測的精度與測次，以及每次觀測所進行的時間。 變形監(jiān)測一般規(guī)定變形監(jiān)測一般規(guī)定 水工建筑物各位移量的測量中誤差不應(yīng)大于下表的規(guī)定，表中位水工建筑物各位移量的測量中誤差不應(yīng)大于下表的規(guī)定，表中位移量中誤差是指兩次觀測值之差的偶然誤差和系統(tǒng)誤差的綜合值。移量中誤差是指兩次觀測值之差的偶然誤差和系統(tǒng)誤差的綜合值。土石壩變形監(jiān)測的精度土石壩變形監(jiān)測的精度 注：上述變形監(jiān)測精度表中位移量中誤差限值是指待測方向的位移量全中誤差，如大壩上下游向觀測時僅考慮上下游向；交會觀測時有X、Y向等；近壩區(qū)巖體

13、及邊坡等未指定方向的觀測時應(yīng)為所有方向，即誤差橢圓長半軸亦需滿足上表位移量中誤差限值要求。監(jiān)測物理量正負號按以下規(guī)定執(zhí)行：（1）水平位移：徑向或上下游向（Y向）向圓心方向或下游為正；切向或左右岸向（X向）向左岸為正。反之為負。（2）垂直位移：下沉為正，上升為負。（3）接縫和裂縫變位：縫開合（X向）張開為正；縫剪切（Y向）左側(cè)塊相對于右側(cè)塊向下游為正（據(jù)工程具體情況而有所差異）；縫沉陷（Z向）左側(cè)塊相對于右側(cè)塊向下沉為正（據(jù)工程具體情況而有所差異）。反之為負。 對于面板壩周邊縫變位：接縫開合（X向）張開為正；接縫剪切（Y向）面板相對于趾板向坡下為正；接縫沉陷（Z向）面板相對于趾板向下沉為正。反之

14、為負。（4）基巖變位：向巖體外部為正，向巖體內(nèi)部為負。（5）鋼筋、混凝土應(yīng)力應(yīng)變：拉伸為正，壓縮為負。（6）土壓力、滲流壓力等：壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負。 必須重視基準值的觀測，基準值一般應(yīng)連續(xù)觀測必須重視基準值的觀測，基準值一般應(yīng)連續(xù)觀測2次次3次，合格后取均值使用。有聯(lián)系的各觀測項目，應(yīng)盡量同時次，合格后取均值使用。有聯(lián)系的各觀測項目，應(yīng)盡量同時觀測。野外觀測應(yīng)選擇有利時間進行。觀測。野外觀測應(yīng)選擇有利時間進行。精密測角的一般原則精密測角的一般原則 為了最大限度地減弱或消除各種誤差的影響，在精密測角時應(yīng)遵循下列原則：1）觀測應(yīng)在目標(biāo)成象清晰、穩(wěn)定的有利于觀測的時間進行，以提高照準精度和減小旁

15、折光的影響。2）觀測前應(yīng)認真調(diào)好焦距，消除視差。在一測回的觀測過程中不得重新調(diào)焦，以免引起視準軸的變動。3）各測回起始方向應(yīng)均勻地分配在水平度盤和測微分劃尺的不同位置上，以消除或減弱度盤分劃線和測微分劃尺的分劃誤差的影響。4）在上、下半測回之間倒轉(zhuǎn)望遠鏡，以消除和減弱視準軸誤差、水平軸傾斜誤差等的影響。同時由盤左、盤右讀數(shù)之差求得兩倍視準軸誤差（2C），以檢核觀測質(zhì)量。5）上、下半測回照準目標(biāo)的次序應(yīng)相反，并使觀測每一目標(biāo)的操作時間大致相同，即在一測回的觀測過程中，應(yīng)按與時間對稱排列的觀測程序，其目的在于消除或減弱與時間成比例均勻變化的誤差影響，如覘標(biāo)內(nèi)架或三腳架的扭轉(zhuǎn)等。6）為了克服或減弱在

16、操作儀器的過程中帶動儀器基座位移及彈性扭曲導(dǎo)致水平度盤位移的誤差，每半測回開始觀測前，照準部按規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向先轉(zhuǎn)動約一周。7）用望遠鏡豎絲精確照準目標(biāo)時，應(yīng)將目標(biāo)置于橫絲附近，照準各方向目標(biāo)時應(yīng)在同樣位置。照準目標(biāo)盡量不要使用垂直制動和微動螺旋。光學(xué)經(jīng)緯儀使用照準部微動螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進。電子經(jīng)緯儀或全站儀觀測時，其微動螺旋最后旋轉(zhuǎn)方向可不受旋進限制，應(yīng)使盤左、盤右照準目標(biāo)時分別使望遠鏡豎絲從目標(biāo)的左（右）側(cè)、右（左）側(cè)照準目標(biāo)。8）為減弱垂直軸傾斜誤差的影響，觀測過程中應(yīng)保持照準部水準器氣泡居中。當(dāng)使用J1和J2型經(jīng)緯儀時，若氣泡偏離水準器中心一格時。應(yīng)在測回間重新整

17、平儀器。這樣做可以使觀測過程中垂直軸的傾斜方向和傾斜角的大小具有偶然性，以便在各測回觀測結(jié)果的平均值中可以指望減弱其影響。水平方向重測規(guī)定和重測數(shù)的計算水平方向重測規(guī)定和重測數(shù)的計算觀測成果超限必須重測，決定哪個測回或哪個方向應(yīng)該重測是個重要的問題，它是一個關(guān)系到最后平均值是否接近客觀真值的重要問題，因此要慎重對待。對重測對象的判斷，有些較明顯，有些則要求觀測員從當(dāng)時當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況出發(fā)，結(jié)合誤差傳播的規(guī)律和實踐經(jīng)驗進行具體分析，才能正確判斷。下面介紹一些有關(guān)重測的注意事項：1）重測一般應(yīng)在基本測回（即規(guī)定的全部測回）完成以后，對全部成果進行綜合分析，作出正確的取舍，并盡可能分析出影響質(zhì)量的原因

18、后再進行。切忌不加分析，片面地、盲目地追求觀測成果的表面合格，以致最后得不到良好的結(jié)果。2）因?qū)﹀e度盤、測錯方向、讀錯記錯、碰動儀器、氣泡偏離過大、上半測回歸零差超限以及其它原因未測完的測回，都可以立即重測，并不算重測數(shù)。3）一測回中2C互差超限或化歸同一起始方向后，同一方向值各測回互差超限時，重測超限方向并聯(lián)測零方向（起始方向的度盤位置與原測回相同）。因測回互差超限重測時，除明顯弧值外，原則上應(yīng)重測觀測結(jié)果中最大和最小值的測回。4）一測回中超限的方向數(shù)大于測站方向總數(shù)的1/3時，應(yīng)重測整個測回。5）若零方向的2C互差超限或下半測回的歸零差超限，則應(yīng)重測整個測回。6）在一個測站上重測的方向測回

19、數(shù)超過測站上方向測回總數(shù)的1/3時，需重測全部測回。7）因三角形閉合差、極條件、基線條件、方位角條件自由項超限而重測，應(yīng)進行認真分析選取有關(guān)測站整站重測。垂直角觀測的注意事項垂直角觀測的注意事項1）對于具有ATR（自動目標(biāo)識別）功能的全站儀，采用ATR照準目標(biāo)時，觀測前必須按要求進行ATR準直差的校準，以削弱垂直角觀測值中因ATR準直差直接產(chǎn)生的系統(tǒng)影響。無豎盤指標(biāo)自動歸零功能的經(jīng)緯儀在垂直角觀測前，應(yīng)將照準部水準器安置水平，每次進行垂直度盤讀數(shù)前，必須使垂直度盤指標(biāo)水準氣泡精密符合（居中）。2）未采用ATR的全站儀或經(jīng)緯儀，應(yīng)按規(guī)定部位進行照準，通常是照準覘標(biāo)上緣或塔式覘桿中部邊緣。所有照準

20、部位都須在觀測手簿中記錄清楚，并繪圖示意。在盤左、盤右兩個位置照準目標(biāo)時，目標(biāo)影像應(yīng)分別置于豎絲附近兩側(cè)的對稱位置，以減弱十字絲橫絲不水平引起的誤差影響。光學(xué)經(jīng)緯儀使用照準部微動螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進。電子經(jīng)緯儀或全站儀觀測時，其微動螺旋最后旋轉(zhuǎn)方向可不受旋進限制，應(yīng)使盤左、盤右照準目標(biāo)時分別使望遠鏡橫絲從目標(biāo)的上（下）側(cè)、下（上）側(cè)照準目標(biāo)。3）垂直角觀測，應(yīng)在規(guī)范規(guī)定的時間段內(nèi)進行。4）其他要求參見水平方向觀測相關(guān)內(nèi)容。方向觀測法測站平差方向觀測法測站平差一測回方向觀測中誤差 式中n為包括零方向在內(nèi)的方向個數(shù)， 隨著測回數(shù)m的不同而變化，可以預(yù)先算好，如m9，k0.14

21、7；m12，k0.109等。m測回方向值中數(shù)的中誤差為nvkmmnv1253.11253. 1mmkmM電磁波測距基本原理電磁波測距基本原理電磁波測距是通過測定電磁波束在待測距離上往返傳播的時間t2D來計算待測距離D的，其基本公式為 上式中c是電磁波在大氣中的傳播速度，它取決于電磁波的波長和觀測時測線上的氣象條件。電磁波在測線上的住返傳播時間t2D，可以直接測定，也可以間接測定。直接測量電磁波傳播時間是用一種脈沖波，它是由儀器的發(fā)送設(shè)備發(fā)射出去，被目標(biāo)反射回來，再由儀器接收器接收，最后由儀器的顯示系統(tǒng)顯示出脈沖在測線上往返傳播的時間t2D或直接顯示出測線的斜距，這種測距儀器稱為脈沖式測距儀。它

22、操作比較方便，但由于脈沖寬度和計數(shù)器時間分辨能力限制，直接測量時間只能達到10-8s，其相應(yīng)的測距精度約1m2m。為了進一步提高測距精度人們采用間接測定的辦法。間接測定電磁波傳播時間是采用一種連續(xù)調(diào)制波，它由儀器發(fā)射出去，被反射回來后進入儀器接收器，通過發(fā)射信號與返回信號的相位比較，即可測定調(diào)制波往返于測線的遲后相位差中小于2的尾數(shù)。用幾個不同調(diào)制波的測相結(jié)果便可間接推算出傳播時間t2D，并計算（或直接顯示）出測線的傾斜距離。這種測距儀器叫做相位式測距儀。目前這種儀器的計時精確度達10-10 s以上，從而使測距精度提高到1cm左右，可基本滿足精密測距的要求?，F(xiàn)今用于精密測距的激光測距儀和微波測

23、距儀屬于這種相位式測距儀。 DctD221相位式測距儀的基本公式相位式測距儀的基本公式相位式測距儀發(fā)射出一種作為載波的光（或微波）的連續(xù)調(diào)制波。調(diào)制波通過測線到達反射器經(jīng)反射后被儀器接收器接收。測距信號在經(jīng)過往返距離2D后，相位延遲。為便于敘述起見，將往程與返程的信號波形圖攤平，如圖1-70所示。 調(diào)制波往返測線NNuNfcD22fcu22N上式中是半波長；N為整周數(shù)，而是不足一周的尾數(shù)。 棱鏡反射器棱鏡反射器 出射光與入射光在不同的投影面上都保持平行，那么它們出射光與入射光在不同的投影面上都保持平行，那么它們在空間也必然是相互平行的。正因為棱鏡具有此項特點，故觀在空間也必然是相互平行的。正因

24、為棱鏡具有此項特點，故觀測斜距時棱鏡只須粗略對準測線方向就可以了。測斜距時棱鏡只須粗略對準測線方向就可以了。 但觀測水平方向、垂直角，安置棱鏡時應(yīng)使棱鏡基本對準但觀測水平方向、垂直角，安置棱鏡時應(yīng)使棱鏡基本對準測線方向，尤其是近距離觀測時。測線方向，尤其是近距離觀測時。 電磁波測距觀測結(jié)果的化算電磁波測距觀測結(jié)果的化算電磁波測距的現(xiàn)場觀測結(jié)果，即距離初步值D0，必須加上各項改正之后，才能化算為兩標(biāo)石中心投影在參考橢球面（或測區(qū)某指定高程面）上的正確距離。這些改正大致可分三類：第一類是由儀器本身所造成的改正，有儀器的加常數(shù)改正k、置平改正D（適用于測距儀）、頻率改正Df和周期誤差D改正；第二類是

25、因大氣折射而引起的改正，有氣象改正Dn和波道彎曲改正D（徠卡全站儀觀測到的距離已加入了此向改正）；第三類是屬于歸算方面的改正，即歸心改正De、傾斜改正和投影到橢球面（或測區(qū)某指定高程面）上的改正Ds。（4）氣象改正）氣象改正nD1）傾斜改正）傾斜改正2）光電測距傾斜改正（平距化算）嚴密公式）光電測距傾斜改正（平距化算）嚴密公式3）測線長度投影到橢球面上的改正）測線長度投影到橢球面上的改正 銦瓦基線尺丈量所得的經(jīng)傾斜改正后的測線長度是沿銦瓦基線尺丈量所得的經(jīng)傾斜改正后的測線長度是沿測線平均高程面上的水平長度測線平均高程面上的水平長度D；徠卡全站儀觀測到的平；徠卡全站儀觀測到的平距已化算成測站高程

26、面上的弦長；日本品牌的全站儀觀測距已化算成測站高程面上的弦長；日本品牌的全站儀觀測到的平距已化算成測站與鏡站平均高程面上的弦長；光電到的平距已化算成測站與鏡站平均高程面上的弦長；光電測距所測的斜距可化算成某高程面上的弦長。這些長度投測距所測的斜距可化算成某高程面上的弦長。這些長度投影到參考橢球面（或測區(qū)某指定高程面）上還需進行投影影到參考橢球面（或測區(qū)某指定高程面）上還需進行投影改正。改正。（5）傾斜改正和投影到橢球面上的改正）傾斜改正和投影到橢球面上的改正 sD 圖5-43表示沿測線方向的剖面，RA表示沿測線方向的參考橢球面曲率半徑；是大地水準面超出參考球面上的高度，表示測線平均高程。由圖可

27、知圖5-43 測線長度投影mmAAhHRRDD1（6）參考橢球面上水平距離的計算）參考橢球面上水平距離的計算設(shè)參考橢球面上的水平距離以S表示，則 )()()(0sfneDDDDDDDKDS應(yīng)當(dāng)指出，以上各項改正并非項項都要計算，根據(jù)儀應(yīng)當(dāng)指出，以上各項改正并非項項都要計算，根據(jù)儀器情況，邊的長短和測邊的精度要求，有些項實際不器情況，邊的長短和測邊的精度要求，有些項實際不存在（如采用全站儀時一般不存在置平改正、一般情存在（如采用全站儀時一般不存在置平改正、一般情況下沒有歸心改正、而波道彎曲改正在全站儀觀測中況下沒有歸心改正、而波道彎曲改正在全站儀觀測中已經(jīng)考慮了）或本身過小時，也就無需計算；屬于

28、各已經(jīng)考慮了）或本身過小時，也就無需計算；屬于各測回不同的改正計算（如），則必須在各測回內(nèi)分別測回不同的改正計算（如），則必須在各測回內(nèi)分別計算，而其余的改正數(shù)各測回都有是一樣的，則可在計算，而其余的改正數(shù)各測回都有是一樣的，則可在最后一次計算。最后一次計算。電磁波測距誤差來源及其影響電磁波測距誤差來源及其影響 （1）比例誤差）比例誤差 1）光速值）光速值c0的誤差的誤差2）調(diào)制頻率）調(diào)制頻率f的誤差的誤差3）大氣折射率）大氣折射率n的誤差的誤差大氣折射率n的誤差是由于確定測線上平均氣象元素（P，t，e）的不正確而引起，這里包括測定誤差及氣象元素代表性誤差（即測站與鏡站上測定值之平均，經(jīng)過前述

29、的氣象元素代表性改正后，依舊存在的代表性誤差）。各氣象元素對n值的影響，取中等大氣條件下的數(shù)值（P760mmHg，t20，e10mmHg）代入后，得 由此可見，激光測距中溫度誤差對折射系數(shù)的影響最大。當(dāng)dt1時，dnt0.9510-6，由此引起的測距誤差約一百萬分之一。其次是氣壓誤差的影響，當(dāng)Dp2.5mmHg（或3.4hPa ）時，dnp0.9310-6，這也使測距誤差達一百萬分之一。影響最小的是濕度誤差。對于微波測距來說，它的大氣折射系數(shù)公式為 同樣，上式分別對P，t，e求微分，并取中等大氣條件下的數(shù)值（P760mmHg，t20， e10mmHg）代入后，得 dedndPdndtdnlPi

30、6661005. 01037. 01095. 0ettePtn2 .273574812 .27826.962 .27349.1031016dedndPdndtdnlPi666106 . 01035. 0104 . 1溫度、氣壓的誤差對激光測距和微波測距的影響不相上下，但水汽壓對二者的誤差影響則相差十分懸殊，即對激光測距的影響可忽略不計，而對微波測距的影響相當(dāng)顯著。設(shè)想干濕球溫差（tt）的測定誤差為1，則算得水汽壓誤差de0.50mmHg，由此引起大氣折射系數(shù)的誤差dn16.110-60.503.010-6，從而產(chǎn)生測距相對誤差 ，顯然，這是一個相當(dāng)可觀的誤差影響。從以上的誤差分析來看，正確地測

31、定測站和鏡站上的氣象元素，并使算得的大氣折射系數(shù)與傳播路徑上的實際數(shù)值十分接近，從而大大地減少大氣折射的誤差影響，這對精密中、遠程測距乃是十分重要的。因此，在實際作業(yè)中必須注意以下幾點。a. 氣象儀表必須經(jīng)過檢驗，以保證儀表本身的正確性。讀定氣象元素前，應(yīng)使氣象儀表反映的氣象狀態(tài)與實地大氣的氣象狀態(tài)充分一致。溫度應(yīng)讀至0.2，其誤差應(yīng)小于0.5，氣壓讀至0.5mmHg（或0.5hPa），其誤差應(yīng)小于1mmHg（或1hPa）。 尤其是氣壓表，由于零點誤差或振動的影響，可能會引起較大尤其是氣壓表，由于零點誤差或振動的影響，可能會引起較大（十幾個毫巴甚至更大）的儀表誤差，所以一定要購買質(zhì)量可靠的氣（

32、十幾個毫巴甚至更大）的儀表誤差，所以一定要購買質(zhì)量可靠的氣象儀器，并且定期送當(dāng)?shù)貧庀髾z定部門進行檢定。有條件時配備一個象儀器，并且定期送當(dāng)?shù)貧庀髾z定部門進行檢定。有條件時配備一個標(biāo)準氣壓表或多備幾個氣壓表，施測期間將標(biāo)準的儀表一律放在駐地，標(biāo)準氣壓表或多備幾個氣壓表，施測期間將標(biāo)準的儀表一律放在駐地，以免受到震動，野外所用氣壓表在每期業(yè)務(wù)前后均與標(biāo)準氣壓表進行以免受到震動，野外所用氣壓表在每期業(yè)務(wù)前后均與標(biāo)準氣壓表進行比較修正。比較修正。 6103DdDb. 氣象代表性的誤差影響較為復(fù)雜，它受到氣象代表性的誤差影響較為復(fù)雜，它受到測線周圍的地形、地物和地表情況以及氣象條測線周圍的地形、地物和地

33、表情況以及氣象條件諸因素的影響。為了消弱這方面的誤差影響，件諸因素的影響。為了消弱這方面的誤差影響，選點時，應(yīng)注意地形條件，盡量避免測線兩端選點時，應(yīng)注意地形條件，盡量避免測線兩端高差過大的情況，避免視線擦過水域；觀測時，高差過大的情況，避免視線擦過水域；觀測時，應(yīng)選擇在空氣能充分調(diào)和的有風(fēng)之天或溫度比應(yīng)選擇在空氣能充分調(diào)和的有風(fēng)之天或溫度比較均勻的陰天。必要時，可加設(shè)中間點測定溫較均勻的陰天。必要時，可加設(shè)中間點測定溫度。度。c. 氣象代表性的誤差影響，在不同的時間（如氣象代表性的誤差影響，在不同的時間（如上午與下午、白天與黑夜），不同的天氣（如上午與下午、白天與黑夜），不同的天氣（如陰天和

34、晴天），具有一定偶然性，有相互抵消陰天和晴天），具有一定偶然性，有相互抵消的作用。因此，采取不同氣象條件下的多次觀的作用。因此，采取不同氣象條件下的多次觀測，也能進一步地削弱氣象代表性的誤差影響。測，也能進一步地削弱氣象代表性的誤差影響。 （2）固定誤差）固定誤差 1）歸心或?qū)χ姓`差）歸心或?qū)χ姓`差m l2）儀器加常數(shù)誤差）儀器加常數(shù)誤差m k3）測相誤差）測相誤差m精密光電測距 1）測距作業(yè)）測距作業(yè)在測站上安置測距儀（全站儀），鏡站安置配套棱鏡（鏡面對向儀器）。觀測開始（及結(jié)束）時，測定氣象元素，并根據(jù)需要對儀器的氣象改正進行設(shè)定。將儀器瞄準棱鏡中心（平距觀測時，應(yīng)使儀器橫絲精確照準棱鏡中

35、心），開始測距。觀測平距時必須采用盤左、盤右分別進行，以消除垂直角觀測中的儀器豎盤指標(biāo)差等（參見垂直角觀測垂直角觀測）。斜距與垂直角分開觀測時測距作業(yè)可只進行儀器單面觀測精密距離測量采用往返觀測，往返各觀測二至四個測回，一測回為照準目標(biāo)一次，讀數(shù)四次。2）觀測成果的重測和取舍）觀測成果的重測和取舍凡超出限差的觀測成果，均要進行重新觀測。當(dāng)一測回中讀數(shù)較差超限時，可重測2個讀數(shù)，然后去掉一大一小取平均。重測超限時，整測回應(yīng)重新觀測。當(dāng)測回間較差超限時，可重測2個測回，然后去掉一大一小取平均，當(dāng)重測后測回差仍超限時，重測該測距邊的所有測回。往、返（或不同時段）較差超限時，應(yīng)分析原因后，重測單方向的

36、距離，若重測還是超限，重測往、返兩方向的距離。 3）氣象元素的測定）氣象元素的測定測距作業(yè)前，應(yīng)預(yù)先打開溫度表和氣壓表。溫度表必須懸掛在離地面1.5m左右或與測距儀近似高、不受陽光直射、受輻射影響小和通風(fēng)良好的地方（操作者及儀器周圍障礙物應(yīng)遠離溫度表球部至少半米）。在使用通風(fēng)干濕溫度表時，須經(jīng)過15min30min后方能開始觀測，觀測時將通風(fēng)器的發(fā)條上緊，等通風(fēng)器轉(zhuǎn)動2min4min（應(yīng)按其使用說明上所定的通風(fēng)時間，此時通風(fēng)速度不得小于2.5m/s）以后，進行溫度表的讀數(shù)精確到小數(shù)一位，并將讀數(shù)進行修正（按相應(yīng)有效檢定證書所列的修正值）。溫度表讀數(shù)時，觀測者應(yīng)站在下風(fēng)方，讀數(shù)要迅速準確。在野外

37、使用時如風(fēng)速大于3m/s應(yīng)在通風(fēng)干濕度表通風(fēng)器的迎風(fēng)面上套上一個風(fēng)擋，以防止大風(fēng)對于通風(fēng)速度的不良影響。氣壓表測讀時必須水平放置，要防止指針擱滯。讀數(shù)前用手指輕輕扣敲儀器外殼或表面玻璃，以消除傳動機構(gòu)中的摩擦。觀測時指針與鏡面指針像重疊，此時讀數(shù)精確到小數(shù)一位。讀取氣壓表上的溫度值以進行溫度訂正。氣壓值的求算應(yīng)經(jīng)過溫度、示度、補充等項的訂正（按相應(yīng)有效檢定證書所列的修正值）。全站儀及其特性全站儀及其特性 全站儀又稱全站型電子速測儀、電子全站儀，是一種兼有電子測距、電子測角、計算和數(shù)據(jù)自動記錄及傳輸功能的自動化、數(shù)字化的三維坐標(biāo)測量與定位系統(tǒng)。全站儀精度指標(biāo)全站儀精度指標(biāo)在所有全站儀測距部分標(biāo)稱

38、精度指標(biāo)的表達式中，均使用（ABD）的形式，如徠卡TC2003系列為（1mm1ppmD）。顯然，該精度表達形式由以下兩部分組成：A，代表固定誤差，單位為mm。它主要由儀器加常數(shù)的測定誤差、對中誤差、測相誤差等引起。固定誤差與測量的距離無關(guān)，即不管實際測量距離多長，全站儀將存在不大于該值的固定誤差。全站儀的這部分誤差一般在1mm5mm之間；BD，代表比例誤差。它主要由儀器頻率誤差、大氣折射率誤差引起。其中B的單位為ppm（PartsPerMillion），是百萬分之（幾）的意思，它廣泛地出現(xiàn)在國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料上。它不是我國法定計量單位，而僅僅是人們對這一數(shù)學(xué)現(xiàn)象的習(xí)慣叫法。全站儀B的值由生產(chǎn)廠

39、家在用戶手冊里給定，用來表征比例誤差中比例的大小，是個固定值，一般在1ppm5ppm之間；D的單位為“km”，即1106mm，它是一個變化值，根據(jù)用戶實際測量的距離確定，它同時又是一個通用值，對任何全站儀都一樣。由于D是通用值，所以比例誤差中真正重要的是“ppm”，通常人們看比例部分的精度也就是看它的大小。B和D的乘積形成比例誤差。一俟距離確定，則比例誤差部分就會確定。顯然，當(dāng)B為1ppm，被測距離D為1km時，比例誤差BD就是1mm。隨著被測距離的變化，全站儀的這部分誤差將隨之按比例進行變化，例如當(dāng)B仍為1ppm，被測距離等于2km時，則比例誤差為2mm。固定誤差與比例誤差絕對值之和，再冠以

40、偶然誤差號，即構(gòu)成全站儀測距精度。如徠卡TCA2003全站儀測距精度為1mm1ppmD。當(dāng)被測距離為1km時，儀器測距精度為2mm。換句話說，全站儀最大測距誤差不大于2mm；當(dāng)被測距離為2km時，儀器測距精度則為3mm，最大測距誤差不大于3mm。特別需要指出的是，全站儀的標(biāo)稱精度指標(biāo)是一種誤差限差的概念，也就是說每臺全站儀測距誤差不得超過生產(chǎn)廠家提供的標(biāo)稱精度指標(biāo)。所謂不得超過，可能出現(xiàn)的情況是，有的儀器實際誤差接近于這個限差，也可能有的小于或遠小于這個限差，因此決不能把某臺儀器的標(biāo)稱精度當(dāng)作該儀器的實際精度。沒有誤差的全站儀是不存在的，但標(biāo)稱精度一樣的全站儀其實際精度，即存在的實際誤差卻不同

41、，有的相差還很大。據(jù)資料統(tǒng)計表明，相當(dāng)多的徠卡全站儀的實測精度高于標(biāo)稱精度一倍以上。目前的TC（A）2003/1800、TM30（TS30）等全站儀使用初期其實測及檢定測距精度與其標(biāo)稱精度相比一般均在0.7倍以下，許多儀器僅0.5倍以下。隨著使用期的延長，其精度會略微有所下降。 國家計量檢定規(guī)程（JJG1002003）將全站儀及電子經(jīng)緯儀的準確度劃分為4個等級，見下表。 全站儀測距氣象改正全站儀測距氣象改正 全站儀在測距作業(yè)中必須進行氣象改正，即通過測量作業(yè)現(xiàn)場的溫度T（Temperature）和氣壓P（Pressure）以及濕度H（Humidity，該項僅在高精度測量時使用），按照一定的氣象

42、改正公式，求出氣象改正數(shù)ppm以及距離改正數(shù)D。不同廠家的全站儀，其氣象改正公式也不同。全站儀的氣象改正是在標(biāo)準氣象條件的基礎(chǔ)上進行的。為了便于用戶的使用，廠家選定更接近作業(yè)現(xiàn)場的氣象條件作為儀器標(biāo)準氣象條件。在標(biāo)準氣象條件下，全站儀的氣象改正ppm值為零。如徠卡全站儀選T12，P1013.25mbar（760mmHg），H60作為標(biāo)準氣象條件，此時的氣象改正值ppm0。也有的廠家溫度T選15（如拓普康）或20（如捷創(chuàng)力），但氣壓P一般都選1013.25mbar。實際測量時，現(xiàn)場的氣象條件一般會與標(biāo)準氣象條件有所不同，因此通常所說的氣象改正就是指對相對標(biāo)準氣象條件變化的改正。1013.25mb

43、ar約相當(dāng)于0m高程的氣壓值，在0m2000m范圍內(nèi)，高程每升高8m10m，氣壓一般減小約1mbar；在2000m4000m范圍內(nèi)，高程每升高10 m13m，氣壓一般減小約1mbar。但即使同一高程，隨著氣象條件的變化，其氣壓值一般會變化20mbar60mbar。 全站儀的三軸補償全站儀的三軸補償細心的全站儀用戶常常提出這樣一個問題：在固定照準部的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)動望遠鏡上下俯仰的時候，發(fā)現(xiàn)水平角的讀數(shù)在不斷地變化。這個變化，有的儀器幾秒，也有的儀器可達十幾秒甚至幾十秒。他們納悶，俯仰望鏡時，由于儀器在水平方向沒有轉(zhuǎn)動，引起讀數(shù)變化的應(yīng)該是垂直角，可是為什么水平方向也跟著變呢？他們懷疑是不是儀器出

44、了毛病，因此不敢相信顯示數(shù)據(jù)的準確性。長期以來，人們使用的電子經(jīng)緯儀和全站儀，如徠卡的T2000S，TC2000等，在上述情況下，水平方向都不會發(fā)生什么變化。可是全站儀技術(shù)發(fā)展到今天，全站儀性能大大提高，然而其水平方向反而不穩(wěn)定了，這到底是怎么一回事？其實這正是當(dāng)今全站儀性能提高的一個表現(xiàn)。補償器是用來補償由于經(jīng)緯儀垂直軸傾斜而引起的讀數(shù)誤差的。老式的單軸補償器，僅僅能補償垂直方向的讀數(shù)誤差，爾后出現(xiàn)自動雙軸補償器，則可以同時補償垂直方向和水平方向的讀數(shù)誤差。但這都是對垂直軸傾斜的補償。1989年徠卡推出的T3000以及其后的徠卡全站儀（低精度的除外），則不僅能補償垂直軸傾斜分解成的視準軸方向

45、和水平軸方向傾斜而引起的垂直度盤和水平度盤讀數(shù)誤差補償，而且還能補償由于水平軸傾斜誤差和視準軸誤差引起的水平度盤讀數(shù)影響以及豎盤指標(biāo)差引起的豎盤讀數(shù)影響 。通常稱為“三軸補償”。實際上包含有五重補償 。 雙軸補償將垂直軸傾斜量分解成視準軸方向和水平軸方向兩個分量。視準軸方向的分量影響垂直度盤讀數(shù)，水平軸方向的分量 影響水平度盤讀數(shù)，其影響為 ，其中 為目標(biāo)點 的垂直角。從式中可以看出，這種影響主要表現(xiàn)在望遠鏡偏離水平面時，如前所述，當(dāng)望遠鏡水平瞄準時，橫向傾斜實際上對水平度盤沒有影響。但傾斜瞄準時，該影響就明顯增加（如望遠鏡傾斜45時，1 橫向傾斜引起1 的水平方向誤差）。因此如果補償器設(shè)置成

46、雙軸補償，當(dāng)望遠鏡轉(zhuǎn)動時，即使照準部不動，儀器也會自動補償垂直軸傾斜而引起的水平度盤讀數(shù)誤差，水平方向讀數(shù)會不斷地變化。1）雙軸補償）雙軸補償2）水平軸傾斜誤差）水平軸傾斜誤差水平軸傾斜誤差又稱橫軸誤差或傾斜軸誤差（tiltingaxis error）。其引起的主要原因是由于安裝或調(diào)整不完善致使支承水平軸的二支架不等高。水平軸兩端的直徑不等也是一個原因。由于儀器存在著水平軸誤差，當(dāng)整平儀器時，垂直軸垂直，而水平軸不水平，這就會對水平方向引起觀測誤差。若i為水平軸傾斜誤差對水平方向觀測讀數(shù)的影響，則有 i 顯然，i 的大小不僅與 i 角的大小成正比，而且與目標(biāo)點的垂直角有關(guān)。 tgSttStgi

47、 3）視準軸誤差）視準軸誤差視準軸誤差又稱照準誤差，也就是人們常說的“C”角。它產(chǎn)生的原因是由于安裝和調(diào)整不當(dāng)，望遠鏡的十字絲中心偏離了正確的位置，結(jié)果是視準軸與水平軸不正交，引起了測量誤差，它是一個固定值；外界溫度的變化也會引起視準軸位置的變化，這個變化則不是一個固定值。若令C 為視準軸誤差C 對水平方向觀測讀數(shù)的影響，則有：CC / cos 顯然，視準軸誤差對水平方向讀數(shù)的影響不僅與視準軸誤差C 成正比，而且也與目標(biāo)點的垂直角有關(guān)。當(dāng)垂直角為零度時，CC，即視準軸誤差與它所引起的水平方向讀數(shù)誤差是相同的。此時可通過盤左盤右的觀測值之差來求得，即：LR1802C需要說明的是，有的資料為了解釋

48、的方便，并沒有嚴格區(qū)分C 和C，只是講C 的變化依賴垂直角的變化，但這并不妨礙對此問題的理解。 為了消除上述三種因素的影響，簡化角度觀測程序。將過去往往需正、倒鏡觀測才能消除的一些誤差自動進行修正，提高單面觀測的精度，除徠卡儀器外，還有賓得的PTSV2以及捷創(chuàng)力的Geodimeter 500600系列等儀器，都使用了三軸補償?shù)姆椒āＦ洳扇〉氖侄问怯秒p軸補償?shù)姆椒▉硌a償垂直軸傾斜引起的垂直和水平度盤的讀數(shù)誤差，用機內(nèi)計算軟件來改正因橫軸誤差和視準軸誤差引起的水平度盤讀數(shù)誤差。此改正通過下述參數(shù)進行計算:已被確定和存儲在儀器里的最新視準軸誤差和水平軸（橫軸）誤差；垂直軸傾斜、視準軸橫向偏離的瞬間成

49、份。具有三軸補償?shù)慕?jīng)緯儀或全站儀用下述公式來顯示角度值HzT Hz0C / cos （Sti）tg 式中 HzT 顯示的水平度盤讀數(shù)；Hz0 電子度盤傳感器測得的值； St 垂直軸傾斜在水平軸方向分量； i 水平軸傾斜誤差 。對于只能對垂直角進行單軸補償?shù)睦鲜诫娮咏?jīng)緯儀和全站儀來說，如T2000S和TC2000，沒有改正上述三種因素的功能，人們看到無論望遠鏡怎么轉(zhuǎn)，它們的水平方向讀數(shù)都不變化，并不是因為這種儀器穩(wěn)定可靠，其實是儀器沒有能力進行這方面改正的緣故。對于僅有雙軸補償?shù)膬x器來說，只能改正垂直軸傾斜引起的垂直和水平讀數(shù)誤差。當(dāng)補償器關(guān)閉以后，無論如何轉(zhuǎn)動望遠鏡，水平讀數(shù)也不會變化。4）全

50、站儀的三軸補償方法）全站儀的三軸補償方法 全站儀的補償改正是通過補償器全站儀的補償改正是通過補償器自動測定垂直軸傾斜的瞬自動測定垂直軸傾斜的瞬時值補償垂直軸傾斜引起的垂直、水平度盤讀數(shù)誤差，時值補償垂直軸傾斜引起的垂直、水平度盤讀數(shù)誤差，同同時時通過已被確定并存儲在儀器里的最新水平軸誤差、視準通過已被確定并存儲在儀器里的最新水平軸誤差、視準軸誤差以及豎盤指標(biāo)差等軸誤差以及豎盤指標(biāo)差等用儀器內(nèi)計算軟件來用儀器內(nèi)計算軟件來改正儀器軸改正儀器軸系誤差引起的水平及垂直度盤讀數(shù)誤差的。故儀器補償器系誤差引起的水平及垂直度盤讀數(shù)誤差的。故儀器補償器本身的誤差、儀器軸系誤差中的水平軸誤差本身的誤差、儀器軸系

51、誤差中的水平軸誤差 i、視準軸誤、視準軸誤差差C及豎盤指標(biāo)差及豎盤指標(biāo)差 I 等，應(yīng)通過定期的檢測等，應(yīng)通過定期的檢測進行修正以使進行修正以使儀器達到最佳工作狀態(tài)。盡管上述誤差不能調(diào)整到零，但儀器達到最佳工作狀態(tài)。盡管上述誤差不能調(diào)整到零，但通過盤左及盤右觀測取均值的方法均能消除上述補償及各通過盤左及盤右觀測取均值的方法均能消除上述補償及各項軸系誤差。項軸系誤差。ATR自動目標(biāo)識別及定位自動目標(biāo)識別及定位1）原理）原理 象測距儀那樣，自動目標(biāo)識別（ATR）部件以同樣的方法安裝在TCA系列全站儀的望遠鏡上。紅外光束通過光學(xué)部件被投影在望遠鏡上，從物鏡口發(fā)射出去。反射回來的光束，由內(nèi)置的CCD相機

52、接收，其位置以CCD相機的中心作為參考點來精確地確定。假如CCD相機的中心與望遠鏡的光軸的調(diào)整是正確的，則以ATR方式測得的水平方向和垂直角，可從CCD相機上光點的位置直接計算出來。 采用采用ATR時，視準線和時，視準線和CCD相機中心之間在水平和垂直方向上的偏差即相機中心之間在水平和垂直方向上的偏差即為為ATR準直差（照準差）。準直差（照準差）。ATR照準差在盤左和盤右觀測時等值同號，即始照準差在盤左和盤右觀測時等值同號，即始終偏向目標(biāo)棱鏡的同一側(cè)，且不論距離的遠近其偏離的角值是相等的，故不終偏向目標(biāo)棱鏡的同一側(cè)，且不論距離的遠近其偏離的角值是相等的，故不能通過盤左及盤右觀測取均值的方法得以

53、消除，尤其在垂直角觀測時能通過盤左及盤右觀測取均值的方法得以消除，尤其在垂直角觀測時ATR照照準差直接傳遞到垂直角觀測值中，而水平角計算時因各水平方向觀測值相減準差直接傳遞到垂直角觀測值中，而水平角計算時因各水平方向觀測值相減后能將后能將ATR照準差基本消除。照準差基本消除。 ATR照準差的校準是提高其測量精度的重要一環(huán)。常規(guī)的ATR校準工作允許檢查和測定CCD相機的中心與望遠鏡光軸的重合度。測定ATR的照準差，必須人工將望遠鏡對準棱鏡中心。視準線（十字絲）和CCD相機中心之間在水平和垂直方向上的偏差由儀器計算出來。校準過程中的偏差改正被應(yīng)用在ATR方式下的角度測量上。當(dāng)度盤掃描系統(tǒng)進行測量時

54、，這些改正數(shù)被用來改正相對于視準線的值。 如果在測角中既用ATR方式，又用人工方式，檢查和測定ATR照準差則是十分必要的。因為只有在這種情況下，兩種方法才能達到最佳匹配。ATR校準可通過儀器上的校準對話框進行。 2）精確定位）精確定位三個順序進行的過程形成了精確定位的特點：搜索過程、目標(biāo)找準過程和測量過程。在手動對棱鏡粗略進行照準后，ATR的精確定位將是完全自動的。首先ATR檢查粗略的棱鏡是否位于望遠鏡的視場里面，如果他探索不到棱鏡，它將從頭開始搜索過程即望遠鏡進行螺旋式的連續(xù)運動。掃描的速度可以選擇以便使被掃描區(qū)域里影像之間沒有間隙。一旦探測到棱鏡，望遠鏡馬上停止運動。整個掃描和識別的時間大

55、約2秒4秒鐘。ATR的感應(yīng)區(qū)位于望遠鏡的中心，大約占三分之一的視場。在此感應(yīng)區(qū)內(nèi)，ATR可立即識別出棱鏡。當(dāng)使用ATR測量技術(shù)的時候，為了減少測量時間，沒有必要十分嚴格地手動照準棱鏡中心來確定水平方向和垂直角。定位時，馬達螺旋式地轉(zhuǎn)動望遠鏡來照準棱鏡的中心并使之處于預(yù)先設(shè)定的限差之內(nèi)，一般情況下，十字絲只是位于棱鏡中心附近。他之所以沒有定位于棱鏡中心，是為了優(yōu)化測量速度。因為定位棱鏡中心附近比靠馬達準確地定位于棱鏡中要快些。為確定偏差，ATR測量十字絲和棱鏡中心間的水平和垂直偏移量。這些偏移量被用來改正儀器上所顯示的水平方向和垂直角。所以，雖然十字絲沒有精確地照準棱鏡中心，但它是以棱鏡中心為準

56、的，實質(zhì)上是精確照準定位的。ATR需要一塊棱鏡配合進行目標(biāo)識別，為了使工作更加簡化，ATR的角度測量與距離測量同時進行。在每一測量過程中，角度偏移量都被重新確定，相應(yīng)地改正了水平方向和垂直角，進而精確地測量出距離或計算出目標(biāo)點坐標(biāo)。ATR標(biāo)準設(shè)置中的測量精度與儀器本身的角度測量精度相一致。如果選擇了不同標(biāo)準設(shè)置的測距方式，ATR的測量精度應(yīng)選用所對應(yīng)測量方式的精度級別。例如，距離測量方式“fast”將縮短測量時間，允許在近距離對不穩(wěn)定的手持棱鏡進行測量。當(dāng)使用ATR方式進行測量時，由于其望遠鏡不需要人工聚焦或精確照準目標(biāo)，測量的速度將會得到非常明顯的增加，其精度不依賴于觀測員的水平，基本上保持

57、常數(shù)。 全站儀在變形觀測中的應(yīng)用 （1）徠卡）徠卡TCA機載大壩變形監(jiān)測軟件的應(yīng)用機載大壩變形監(jiān)測軟件的應(yīng)用采用全站儀人工現(xiàn)場觀測，由于觀測目標(biāo)多、測回數(shù)多、精度要求高等特點，觀測工作費時費力，作業(yè)效率難以提高，由此影響了全站儀在工程變形監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用前景。 （2）采用基準線自校準測距法，提高變形觀測中的測距精度）采用基準線自校準測距法，提高變形觀測中的測距精度在變形監(jiān)測中，一般都建有檢測基點穩(wěn)定性的基準網(wǎng)，在一定的時期內(nèi)，這些基點間的基準邊是已知的（或固定的），可以通過在變形觀測的同時，測出基準邊的長度，此值與已知值之差即可認為是當(dāng)時氣象條件變化或上述諸因素以及其他各種未知誤差源在基準邊上觀

58、測所產(chǎn)生的綜合影響，同時也可簡易地評定儀器的穩(wěn)定性能。 （3）全站儀用于視準線觀測）全站儀用于視準線觀測使用傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀，因其沒有垂直軸傾斜自動補償功能，一旦工作基點與位移測點有較大高差，則因經(jīng)緯儀垂直軸傾斜引起的系統(tǒng)誤差將無法消除。如T3 經(jīng)緯儀氣泡偏離一格時，對于相對其高差為30m的位移測點將產(chǎn)生約1mm的系統(tǒng)誤差。而徠卡全站儀由于其具有“三軸自動補償”功能，可完全消除這種系統(tǒng)誤差。應(yīng)當(dāng)注意到，全站儀中的“三軸自動補償”功能只是在度盤讀數(shù)中自動加入改正，并非物理上的軸系改平，所以如果全站儀作視準線法觀測要發(fā)揮其“補償”功能，則只能采用“小角度法”，而不應(yīng)采用“活動覘牌法”。再者，全站儀

59、望遠鏡的放大倍率均不高，用人工照準覘牌的照準誤差較大，況且TCA全站儀無水平制動設(shè)施。水準儀等級分類水準儀等級分類 水準儀按每公里往返測高差中數(shù)的中誤差這一精度指標(biāo)為依據(jù)，劃分為四個等級，分別為S05（每公里往返測高差中數(shù)中誤差0.5mm）級、S1級、S3級、S10級。 其中S05 級水準儀如DNA03、NA3003、NA2+GPM3、NI002 。數(shù)字水準測量系統(tǒng)的組成及工作原理數(shù)字水準測量系統(tǒng)的組成及工作原理一個數(shù)字水準儀測量系統(tǒng)主要是由編碼標(biāo)尺、光學(xué)望遠鏡、補償器、CCD傳感器以及微處理控制器和相關(guān)的圖像處理軟件等組成。雖然各廠家生產(chǎn)的數(shù)字水準儀采用的結(jié)構(gòu)不完全相同，但是其基本工作原理相

60、似：即標(biāo)尺上的條碼圖案經(jīng)過光反射，一部分光束直接成像在望遠鏡分劃板上，供目視觀測，另一部分光束通過分光鏡被轉(zhuǎn)折到線陣CCD傳感器的像平面上；經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、整形后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字信號被送到微處理器進行處理和存儲，并將其與儀器內(nèi)存的標(biāo)準碼（參考信號）按一定方式進行比較，即可獲得高度和水平距離讀數(shù)。在數(shù)字水準測量系統(tǒng)中，作為高程標(biāo)準其使用的數(shù)字水準標(biāo)尺的編碼方式、讀數(shù)原理對系統(tǒng)測量精度的影響是顯而易見的。數(shù)字水準儀的特點數(shù)字水準儀的特點與傳統(tǒng)儀器相比數(shù)字水準儀有以下共同特點：1）讀數(shù)客觀。不存在誤差、誤記問題，沒有人為讀數(shù)誤差。2）精度高。視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)處理后取平