全站仪角度测量误差分析

全站仪的测角系统与传统光学经纬仪测角系统相比较，主要有两个方面的不同：1、传统的光学度盘被编码度盘或光电增量编码器代替，用电子细分系统代替了传统的光学测微器；2、由传统的观测者判读观测值及手工记录变为观察者直接读数并自动记录。

1、仪器误差

仪器误差概括起来可分为两个方面：一方面是主要轴线的几何关系不正确所产生的几何结构误差，如视准轴误差、水平轴倾斜误差、垂直轴倾斜误差；另外一方面是仪器制造、校准、磨损等原因所生产的机械结构误差，如照准部旋转误差。

1.1视准轴误差

1.1.1视准轴误差及其产生原因

望远镜物镜光心与十字丝ZX的连线称为视标准轴。假设仪器已整置水平，且水平轴与垂直轴正交，仅由于视准轴与水平轴不正交，即实际的视准轴与正确的视准轴存在夹角，称之为视准轴误差。视准轴误差产生的原因是由于安装和调整不正确，使望远镜十字丝ZX偏离了正确的位置，造成视准轴与水平轴的位置发生变化，产生视准轴误差。

1.1.2视准轴误差对观测方向值影响的消除方法

1.盘左观测时，实际视准轴位于正确视准轴的左侧(或右侧)，使正确的方向值比含有视准轴误差的实际方向值小(或大)；纵观望远镜，以盘右位置观测同一目标时，实际视准轴在正确视准轴的右侧(或左侧)，显然此时对方向值得影响恰好和盘左时的数值相同，符号相反。故取盘左与盘右的平均值，可以消除视轴误差对观测方向值得影响。因此，取盘左与盘右读数中数可以消除视准轴误差的影响。2.观测一个角度是，如果两个方向的垂直角相等，则视准轴误差的影响可以在半测回角值中得到消除。

1.2水平轴倾斜误差

1.2.1水平轴倾斜误差及产生的原因

当视准轴与水平轴正交，且垂直与测站铅垂线一致时，仅由于水平轴与垂直轴不正交使水平轴倾斜一个小角，称为水平轴倾斜误差。引起水平轴倾斜误差的主要原因是：仪器安装、调整不完善，致使仪器水平轴两支架不等高;或者水平轴两端的直径不相等。

1.2.2水平轴倾斜误差对观测方向值影响的消除方法

水平轴倾斜误差对观测方向值影响的大小不仅与水平轴倾斜的大小成正比，而且与观测目标的垂直角有关，垂直角越大，影响亦越大。

1.上述为盘左时的情况，由于水平轴倾斜，使视准轴偏向垂直度盘一测，正确的方向值较有误差的方向值小；纵转望远镜，在盘右置观测时，水平轴倾斜方向相反，正确读数较有误差的读数较有误差的读数大，故取盘左、盘右读数的平均值，可以消除水平轴误差对观测方向的影响。2.观测角度时，如果两方向的垂直角差异不大时，水平轴倾斜误差在半侧回角值中可以得到减弱或消除。

1.3垂直轴倾斜误差

1.3.1垂直轴倾斜误差及产生原因

当全站仪三轴间的关系均正确时，由于仪器未严格整置水平，而使仪器垂直轴偏离测站铅垂线一个微小的角度，称之为垂直误差。其产生原因是仪器整置不正确或轴套结构不良。

1.3.2减弱垂直轴倾斜误差对观测方向值影响的措施

1.观测前要精密整平仪器，观测过程中要经常注意照准部水准器是否居中，其气泡偏离ZY不得超出一格。否则，应停止观测，重新整置仪器。2.在一站的观测过程中，适当增加重新整平仪器的次数，以便改变垂直倾斜方向，使其对观测结果的影响具有偶然性。

2、外界条件对观测精度的影响

外界条件主要是指观测时大气的温度、密度、太阳照射方位及地形、地物等因素。这些因素对水平角观测精度的影响，主要表现在观测目标成像的质量、观测曲线的弯曲等方面。

2.1目标成像质量

目标影像是目标的光线在大气中传播一定距离后进入望远镜而形成的。当视线通过时，使其方向、路径不断变化，从而引起目标影像上下跳动。同时，由于地面的起伏及土质、植被的不同，各处的受热程度也不同。因此，空气不仅有上下对流，还会产生水平方向的对流。当视线通过时，目标影像就左右摆动。为了保证目标成像的质量，应采取如下措施：1.保证足够的视线高度。在选点时，一定要按要求，确保视线有一定高度。2.选择有利的观察时间。只要在有利的观察时间内观察水平角，这时目标成像清晰，并且无左右摆动。

2.2水平折光

光线通过密度不均匀的空气介质时，经连续折射形成一条曲线，并向密度大的一侧弯曲。来自目标的光线进入望远镜时，望远镜所照准的方向是曲线的切线。这个方向显然与正确方向不一致，有一个微小的夹角，称为微分折光；微分折光在水平上的投影分量称为水平折光；在铅垂面上的投影分量称为垂直折光。

水平折光的影响是极为复杂的，为了在一定程度上消减其对精密测角的影响，一定要注意以下几点：1.选点是要注意使视线保持足够的高度，同时偏离山坡、树林或建筑物；2.观测时要使橹柱、横梁等离开视线一定距离；3.在水平折光差影响较大的自然地理条件下，应适当缩短边长；4.不要在容易形成空气密度分布不均匀的时间里观测。

2.3照准目标的相位差

在水平角观测中，照准目标是覘标的圆筒。理想的情况是应照准圆筒的ZX轴线。但由于日光的照射，圆筒上会出现明亮和阴暗两部分。如果背景是阴暗地物，就易偏向明亮一侧；如果背景是明亮的天空，就易偏向暗的一侧。减弱相位差影响的措施是：1.一个测站上Z好上午和下午各观测半数测回；2.要求观测者仔细辨别圆筒实际轮廓进行照准；3.根据背景情况将圆筒涂成黑色或白色；4.可根据观测距离离正确选取照准圆筒的直径。

3、仪器操作误差对测角精度的影响

3.1照准部旋转时仪器底座位移而产生的系统误差

前面已经指出，仪器的光电扫描度盘是与底座固定在一起的。如果在转动照准部时底座有带动现象，将使光电扫描度盘与照准部一起转动，从而给水平方向观测带来系统误差。照准部转动时，仪器底部产生位移的原因由于脚螺旋与螺孔之间常有空隙存在。当照准部转动时，垂直轴与轴套间的摩擦力可能是脚螺旋在螺孔内移动，因而使底座连同光电扫描度盘产生微小的方位变动。

3.2照准部转动时的弹性带动误差

当照准部转动时，由于照准部轴心与基座轴套之间有摩擦力的作用，致使基座部分产生弹性扭曲，与基座相连的水平度盘也被带动而发生微小的方位变动。这种带动主要发生在照准部开始转动的瞬间，当照准目标停止转动后，基座失去了扭转得外力，由于弹性后效的作用而逐渐反向扭转，恢复原来的平衡状态。照准其他方向时，基座弹性扭转的情况相同。

3.3照准部水平微动螺旋的隙动误差

旋进照准部水平微动螺旋时，靠螺杆的压力推动照准部；旋出时，靠弹簧的弹力推动照准部。若因油污阻碍或弹簧老化等原因使弹力减弱，则微动螺旋旋出后，照准部不能及时转动，微动螺杆端就出现微小空隙，在观测者读数过程中，弹簧才逐渐伸张消除消除空隙而顶住微动架，致使视准轴偏离原来照准目标，从而给读数带来误差。

减弱隙动差影响方法是，照准每个目标时，微动螺旋必须向旋进方向转动，亦即向压紧弹簧的方向转动，同时要尽量使用微动螺旋的中间部分。

4、观测误差

在影响测角精度的因素中，还包括观测本事的误差，即瞄准误差。由于人的视觉功能限制，在瞄准的过程中，对仪器中的影像符合程度判断不够准确，从而引起误差。影响照准精度的主要因素是：人眼的分辨能力，望远镜的光学性能及结构参数，目标的形状、亮度以及背景情况、外界条件等。

5、结语

以上是本人对全站仪观测水平角，误差产生的原因分析和认识，以及对测角的影响及其削弱影响的措施。