全站仪空间测量精度浅析及其应用探讨

图1 国家体育场屋盖主桁架布置图
高精度的空间测量一般要求使用Lecia TCA1800同级或更高级别的仪器，以小棱镜组对中，单测回测量，测量距离范围均在100m内，竖直角不超过45°。
Lecia TCA1800的测距标准精度为1mm+2ppm，考虑测量距离一般不超过100米，则测距固定误差约为0.3mm（局部短时间内测量时可以看作是常数误差），比例误差最大约为0.2mm，总误差约为0.5mm；测角的标称精度为1″，则仪器测角误差″，测角误差为″。
将mm、″、mm代入（8）式计算得点位的空间误差mm。经过与钢尺精密量距（空间距离）比较，较差均不超过2mm，与理论计算基本相符。
根据施工允差要求，测量允差按3mm控制。因此Lecia TCA1800全站仪，配备小棱镜组对中，用单测回测量，完全可以满足该精度要求；对于关键部位，可用正倒镜观测，进一步保证测量精度。
实践证明，采用根据所拼装结构的几何特征构建独立的坐标系的测量方法，在定位中严格控制点位的空间误差，使之测量允差，其结构的整体空间几何特性完全满足设计要求。
三明钢厂板坯连铸机扇形段定位测量
板坯连铸机是炼钢厂的主要设备，扇形段是连铸机主体部分之一，它由基础框架和导向架两部分构成，导向架由基础框架支承。三明钢厂板坯连铸机扇形段分为13段，从上至下依次是弧形1～6段、矫直7～8段、水平9～13段，构成一条起始半径为9.5m到直线的缓和曲线。辊子轴承座通过螺栓联结在框架的加工面上，辊子的对弧是在机械维修场的标准扇形段内弧和外弧对中台上通过调整轴承座下的垫片组来达到，对弧用专用对弧样板检查，而各组导向架的整体定位精度则取决于鞍座的定位精度。

图2 三明钢厂板坯连铸机基础框架立面图
扇形段弧形高差达到10m、长约25m，其安装精度要求最高，要求本体的对弧精度为±0.1mm，因此鞍座定位测量误差要求为±0.3mm（空间相对距离），用普通工程测量方法很难满足如此高的精度要求，需要采取以下措施：
一是制作专用棱镜支架模具，模具必须与鞍座严密吻合，并在模具上设置双向长水准器并精确校准，以保证模具的水平，其高度约为150mm，将对中误差控制在0.1mm；并选用固定三脚架安置仪器，确保仪器的稳定。
二是先选取扇形段最下部的第一组水平段（即9段）鞍座进行精密找正（水平段均可通过千分杆和N3精密水准进行找正，弧形段因高差较大，只能用千分杆检测相对间距），作为每次测量的起始依据。仪器仍选用Lecia TCA1800全站仪，测站设置在连铸机中心线上（11~12段之间），并以中心线方向为零方向，整个测量中，水平角在15°内，以减少仪器测距中的固定误差，最大测量水平距离为25m，则测距误差可控制在0.2mm内（经验值）；此外，竖直角大约在30°内。
三是每个鞍座测量中进行盘左盘右测量，每个盘位照准2次（照准以棱镜中心线为基准），每次照准测量2次，共进行8次测量，同时记录8次测量的水平距离和高程，并计算8次测量结果的平均值作为测量结果。
四是测量完成后，要检查起算点，以检查仪器在整个测量过程中的稳定性，如果误差在0.14mm内（主要考虑对中误差），则取前后两次测量结果的平均值作为起算依据，否则说明仪器稳定性不好，需要重测。
通过这些措施，可以把测距误差控制在0.1mm、测角误差控制在0.85″（8次测量理论上可以将测量精度提高2.8倍，考虑综合因素，只按提高2倍计算）。
将m、m、°、°、°、mm、″、mm代入（5）、（7）式（Y方向不予考虑），可得 mm、 mm，空间点位距离误差为0.18mm，即能满足精度要求。
经过比较全站仪和千分杆的测量结果（空间相对距离），较差均在0.2mm以内，与理论计算相符，也说明全站仪的测量方法和精度是可靠和有效的。
结论
综合本文分析，并结合应用实例，可以得出以下结论：标称精度1″、1mm级的全站仪，配备小棱镜组对中，用单测回测量，测量距离范围在100m内的一般空间测量精度可以达到毫米级；如果配备专用的对中模具，采取相应的措施，在30m范围内的一般空间测量精度可以达到亚毫米级。
因此，全站仪空间测量在工程施工中的应用可以更为广泛。但对于高精度空间测量，应根据测量所需的精度和具体情况，采取有效的措施，并分析测量的最终误差范围能否满足要求，如果有条件，最好用更为精密的测量手段进行比较，以确定其测量精度后再予以推广应用。

参考文献
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