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摘 要：全站仪作为主要测绘仪器，测量仪器的技术水平代表了测绘生产力的高低，误差精度对测绘者来说至关重要，在全站仪测距误差检定方面存在着很多原因，本文作者探讨了全站仪距离测量的原理，分析可能造成误差的原因，提出了测距误差的模型，可为全站仪的使用和检定人员提供一定的参考和借鉴。
关键词：全站仪；误差源；测距；误差模型
1 概述
全站仪是一种在各种测绘领域被广泛应用的电子测量仪器。随着技术与需求的不断发展，电子全站仪的高精度化和高智能化会继续提高。可以预见，电子全站仪在世纪仍然是空间信息采集的主要仪器。测量仪器的技术水平代表了测绘生产力的高低。对测绘工作来说，生产质量由仪器的误差精度决定。为获得高精度的测量数据，保证工程质量，就必须对计量的仪器误差进行分析，对计量仪器进行检定和修正。
全站仪经过一段时间的使用，在使用过程中一些人为因素会对仪器内部部件造成不等程度的扰动，以至仪器在测量过程中出现非人为因素误差，仪器测量精度大大降低，超过了测量限差，此时没有办法通过仪器参数修改来改进，所以需到计量检定机构检定，然后再对仪器测量精度进行再评定。由于仪器不精确，造成工程上的后果非常严重。因此仪器准确度检定，对经济发展和科技进步有着重大的意义。
2 全站仪的工作原理
全站仪距离测量是通过电磁波来完成的。电磁波又称电磁辐射。变化的电磁场使相邻的区域也产生电磁场，从而使能量和动量以波的形式传递出去，传播速度为光速。全站仪测距的原理就是利用电磁波在两点之间直线传播，通过传播所用的时间，计算出两点间的距离。
全站仪的本振器发出一个恒定频率的信号，通过锁相环发送出去，遇到被测点放置的棱镜后反射回来。同时本振器发送信号给计数器。其中锁相环的作用是使主震频率与信号频率形成一个固定差。经反射后的电磁波先经过接收器，再放大后送入检相计数器，通过比较开始发送给计数器和反射后的信号比相，得到相位差，计算出距离。
3 全站仪的误差源分析
全站仪是光电，精密机械，计算机等各种技术高度槃成的仪器。能够产生误差的原因也是多种多样的。全站仪测量误差的主要来源包括与距离有关的误差来源、与测量距离无关的误差、光电信号的扰乱引入的误差、测相误差、幅相误差、零点误差等等。
（一）与距离有关的误差来源：全站仪通过电磁波进行测距，光波传输过程中，大气的折射，标准频率位的偏离等都会对测量的结果造成误差，这种误差是随着测量距离的变化而变化的。其中，大气折射率引起的误差与测量的天气，地点，温度等有关。标准频率值的偏差则是由仪器自身原因引起的，例如电源电压的变化，仪器温度的变化等。
（二）与测量距离无关的误差：不管全站仪要测量的距离是多长，这一部分误差总是固有存在的，主要包括幅相误差，周期误差，仪器零点误差，测相误差等。
（三）光电信号的扰乱引入的误差是周期误差产生的主要原因。仪器发出光波进行测量时，由于混频，空间耦合以及棱镜返回的光信号在内部光学元件中发生漫反射等原因，在仪器接收部分形成一个扰乱信号，当一起进行相位差来计算测量距离吋，这个信号就干扰了相位比较，使参考信号和测距信号的比较产生误差。
（四）测相误差：影响相位比较的精度的因素还有相位漂移，信噪比等。
（五）幅相误差：由于光波信号强弱不同，光信号接收回来后幅度不同造成相移，引起了测量的误差。
（六）零点误差：全站仪内光学器件的零点和对点器不一致造成零点误差。
4 全站仪测距误差模型的建立
由上一章節的分析可知，本文把全站仪的误差来源分为与距离有关的比例误差和与距离无关的误差，本文称之为固定误差。比例误差主要由大气折射率，频率偏差造成。固定误差包括零点误差，幅相误差等。因此对全站仪测距误差进行检定时，本文确定测距误差的模型为：
式中：
—全站仪显示出的距离。
L —根据测距原理测出来的长度
K —与距离无关的固定误差，在全站仪检定中把它叫加常数。
R —与距离有关的比例误差的比例常数，叫做乘常数。
加常数K：由于仪器的老化和磨损等原因，仪器的固定误差也是不断在变的，所以一台全站仪在进行大型项目之前，必须对其进行检定。针对存在测距时与测量距离无关的固定误差，在对全站仪检定时，为使测量值逼近实际值，在所有测量值之后加一个固定的偏差。
乘常数R：检定时，在测量值上还要加上一个与距离有关的偏差，这个偏差与要测量的距离成正比。这个比例常数就是本文所要求出的。
5 结论
由于全站仪在不同的环境，地形下进行测量，包括仪器自身的原因等。在求解出加常数后，可以尝试单独的对加常数K进行不确定度的判定。在应用基线法检定加常数的过程中，影响加常数K不确定的因素很多。主要包括：棱镜，仪器的对中误差、大气折射率的变化地形的影响等。
在得出的加常数和乘常数的结果后，本文主要进行加常数和乘常数的显著性检验。这是因为，评定误差模型时，把由各种因素引起的误差分为与距离无关和与距离成正比的部分。在得出加常数和乘常数后，经鉴定，全站仪屏幕上输出的距离就是经过本文鉴定后的值。但是在测量过程中，由于仪器的老化和元件的物理磨损等原因。本文所取得的加常数和乘常数呈现变化性。因此，全站仪的检定时周期性的，如果所计算的加常数和乘常数过大，那么仪器就需要重新调整。经过长时间使用或仪器由于碰撞等原因，计算得到的误差模型整体上不一定呈直线分布，测量值远远偏离所拟合直线。这样在全站仪距离误差检定时，就不能完全按照
来进行。
参考文献：
[1] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京机械工业出版社，2008.
[2] 刘智敏.误差与数据处理[M].北京：原子能出版社，2012.
[3] 王勃慧.全站仪及测距全站仪使用方法浅谈[J].西部探矿工程，2008.
[4] 王中宇，刘智敏.测量误差与不确定度评定[M].北京：科学出版社，2006.
[5] 朱坚民，王中宇.测量结果标准不确定度的灰色评定方法[J].华中理工大学学报， 2009.
作者简介：
冀红，性别：女，出生年月：1968年11月20日，职称：工程师，工作单位：沈阳计量测试院，研究方向：测绘仪器、光学仪器、验光设备。
关键词：全站仪；误差源；测距；误差模型
1 概述
全站仪是一种在各种测绘领域被广泛应用的电子测量仪器。随着技术与需求的不断发展，电子全站仪的高精度化和高智能化会继续提高。可以预见，电子全站仪在世纪仍然是空间信息采集的主要仪器。测量仪器的技术水平代表了测绘生产力的高低。对测绘工作来说，生产质量由仪器的误差精度决定。为获得高精度的测量数据，保证工程质量，就必须对计量的仪器误差进行分析，对计量仪器进行检定和修正。
全站仪经过一段时间的使用，在使用过程中一些人为因素会对仪器内部部件造成不等程度的扰动，以至仪器在测量过程中出现非人为因素误差，仪器测量精度大大降低，超过了测量限差，此时没有办法通过仪器参数修改来改进，所以需到计量检定机构检定，然后再对仪器测量精度进行再评定。由于仪器不精确，造成工程上的后果非常严重。因此仪器准确度检定，对经济发展和科技进步有着重大的意义。
2 全站仪的工作原理
全站仪距离测量是通过电磁波来完成的。电磁波又称电磁辐射。变化的电磁场使相邻的区域也产生电磁场，从而使能量和动量以波的形式传递出去，传播速度为光速。全站仪测距的原理就是利用电磁波在两点之间直线传播，通过传播所用的时间，计算出两点间的距离。
全站仪的本振器发出一个恒定频率的信号，通过锁相环发送出去，遇到被测点放置的棱镜后反射回来。同时本振器发送信号给计数器。其中锁相环的作用是使主震频率与信号频率形成一个固定差。经反射后的电磁波先经过接收器，再放大后送入检相计数器，通过比较开始发送给计数器和反射后的信号比相，得到相位差，计算出距离。
3 全站仪的误差源分析
全站仪是光电，精密机械，计算机等各种技术高度槃成的仪器。能够产生误差的原因也是多种多样的。全站仪测量误差的主要来源包括与距离有关的误差来源、与测量距离无关的误差、光电信号的扰乱引入的误差、测相误差、幅相误差、零点误差等等。
（一）与距离有关的误差来源：全站仪通过电磁波进行测距，光波传输过程中，大气的折射，标准频率位的偏离等都会对测量的结果造成误差，这种误差是随着测量距离的变化而变化的。其中，大气折射率引起的误差与测量的天气，地点，温度等有关。标准频率值的偏差则是由仪器自身原因引起的，例如电源电压的变化，仪器温度的变化等。
（二）与测量距离无关的误差：不管全站仪要测量的距离是多长，这一部分误差总是固有存在的，主要包括幅相误差，周期误差，仪器零点误差，测相误差等。
（三）光电信号的扰乱引入的误差是周期误差产生的主要原因。仪器发出光波进行测量时，由于混频，空间耦合以及棱镜返回的光信号在内部光学元件中发生漫反射等原因，在仪器接收部分形成一个扰乱信号，当一起进行相位差来计算测量距离吋，这个信号就干扰了相位比较，使参考信号和测距信号的比较产生误差。
（四）测相误差：影响相位比较的精度的因素还有相位漂移，信噪比等。
（五）幅相误差：由于光波信号强弱不同，光信号接收回来后幅度不同造成相移，引起了测量的误差。
（六）零点误差：全站仪内光学器件的零点和对点器不一致造成零点误差。
4 全站仪测距误差模型的建立
由上一章節的分析可知，本文把全站仪的误差来源分为与距离有关的比例误差和与距离无关的误差，本文称之为固定误差。比例误差主要由大气折射率，频率偏差造成。固定误差包括零点误差，幅相误差等。因此对全站仪测距误差进行检定时，本文确定测距误差的模型为：
式中：
—全站仪显示出的距离。
L —根据测距原理测出来的长度
K —与距离无关的固定误差，在全站仪检定中把它叫加常数。
R —与距离有关的比例误差的比例常数，叫做乘常数。
加常数K：由于仪器的老化和磨损等原因，仪器的固定误差也是不断在变的，所以一台全站仪在进行大型项目之前，必须对其进行检定。针对存在测距时与测量距离无关的固定误差，在对全站仪检定时，为使测量值逼近实际值，在所有测量值之后加一个固定的偏差。
乘常数R：检定时，在测量值上还要加上一个与距离有关的偏差，这个偏差与要测量的距离成正比。这个比例常数就是本文所要求出的。
5 结论
由于全站仪在不同的环境，地形下进行测量，包括仪器自身的原因等。在求解出加常数后，可以尝试单独的对加常数K进行不确定度的判定。在应用基线法检定加常数的过程中，影响加常数K不确定的因素很多。主要包括：棱镜，仪器的对中误差、大气折射率的变化地形的影响等。
在得出的加常数和乘常数的结果后，本文主要进行加常数和乘常数的显著性检验。这是因为，评定误差模型时，把由各种因素引起的误差分为与距离无关和与距离成正比的部分。在得出加常数和乘常数后，经鉴定，全站仪屏幕上输出的距离就是经过本文鉴定后的值。但是在测量过程中，由于仪器的老化和元件的物理磨损等原因。本文所取得的加常数和乘常数呈现变化性。因此，全站仪的检定时周期性的，如果所计算的加常数和乘常数过大，那么仪器就需要重新调整。经过长时间使用或仪器由于碰撞等原因，计算得到的误差模型整体上不一定呈直线分布，测量值远远偏离所拟合直线。这样在全站仪距离误差检定时，就不能完全按照
来进行。
参考文献：
[1] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京机械工业出版社，2008.
[2] 刘智敏.误差与数据处理[M].北京：原子能出版社，2012.
[3] 王勃慧.全站仪及测距全站仪使用方法浅谈[J].西部探矿工程，2008.
[4] 王中宇，刘智敏.测量误差与不确定度评定[M].北京：科学出版社，2006.
[5] 朱坚民，王中宇.测量结果标准不确定度的灰色评定方法[J].华中理工大学学报， 2009.
作者简介：
冀红，性别：女，出生年月：1968年11月20日，职称：工程师，工作单位：沈阳计量测试院，研究方向：测绘仪器、光学仪器、验光设备。