经纬仪、水准仪、全站仪误差

经纬仪全站仪水准仪误差分析和校准Leica SUR John Shao一、误差分类1、仪器构造误差1）视准轴误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差。

2）横轴不水平误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差。

3）纵轴误差的影响(1) 纵轴误差的影响不仅随观测目标的垂直角的增大而增大，而且与横轴所处的方向有关；(2) 盘左盘右取平均不能消除该项误差。

4）照准部偏心差的影响在度盘对径方向上读取读数而取平均值的方法及盘左、盘右读数的平均值都可消除该项误差的影响。

5）其他仪器误差的影响 度盘刻划不均匀误差，竖盘指标差。

2、与观测者有关的误差1）仪器对中误差2）目标偏心误差3）照准误差4）读数误差3、与外界条件有关的误差1）温度的变化2）大风的影响3）大气折光4）大气透明度5）地面稳定性二、经纬仪误差分析：有六项主要误差，即：（1）安平水准器轴垂直于竖轴误差；（2）十字丝竖丝与铅垂线平行误差；（3）视准轴垂直于横轴误差；（4）横轴垂直于竖轴误差——i角误差；（5）竖盘指标差误差；（6）2C误差。

（7）光学对中器的检校（8）圆水准器的检校(次 要)前六项主要误差校正，是在不存在度盘偏心差前提下进行的、否则需先校正度盘偏心差。

（1）如何校正安平水准器轴垂直于仪器竖轴误差检验：初步整平仪器，转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋连线，转动这对脚螺旋使气泡严格居中；然后将照准部旋转180˚，如果气泡仍居中，则说明条件满足，如果气泡中点偏离水准管零点超过一格，则需要校正。

校正：先转动脚螺旋，使气泡返回偏移值的一半，再用校正针拨动水准管校正螺钉，使水准管气泡居中。

如此反复检校，直至水准管旋转至任何位置时水准管气泡偏移值都在一格以内。

（2）十字丝竖丝与铅垂线平行误差检验 ：用十字丝交点瞄准一清晰的点状目标P，转动望远镜微动螺旋，使竖丝上、下移动，如果P点始终不离开竖丝，则说明该条件满足，否则需要校正。

十字丝竖丝与铅垂线平行的检验校正：旋下十字丝环护罩，用小螺丝旋具松开十字丝外环的4个固定螺钉，转动十字丝环，使望远镜上、下微动时，P 点始终在竖丝上移动为止，最后旋紧十字丝外环固定螺钉。

（3）视准轴垂直于横轴的检验和校正检验：在平坦地面上，选择相距约100m的A、B两点，在AB连线中点O处安置经纬仪，如图下图所示，并在A点设置一瞄准标志，在B点横放一根刻有毫米分划的直尺，使直尺垂直于视线OB，A点的标志、B点横放的直尺应与仪器大致同高。

用盘左位置瞄准A点，制动照准部，然后纵转望远镜，在B点尺上读得B1；用盘右位置再瞄准A点，制动照准部，然后纵转望远镜，再在B点尺上读得B2。

如果B1与B2 两读数相同，说明条件满足。

否则，按下式计算c：如果J6 ： 2c >60" ； J2 ： 2c >30" 时，则需校正。

206265”视准轴误差的检验校正：校正时，在直尺上定出一点B3，使B2B3=B1B2/4，OB3便与横轴垂直。

打开望远镜目镜端护盖，用校正针先松十字丝上、下的十字丝校正螺钉，再拨动左右两个十字丝校正螺钉，一松一紧，左右移动十字丝分划板，直至十字丝交点对准B3。

此项检验与校正也需反复进行。

（4）i角误差校正现对i角误差校正作简要介绍。

定义：当仪器置平时，若横轴垂直于竖轴，则望远镜视准轴绕横轴旋转所划之圆切面为铅垂面，否则该圆切面与铅垂方向会产生一个夹角，称之i角误差。

规定水平轴在垂直度盘一端下倾，i角为正值，反之i角为负值。

主要原因：1）仪器左、右两端的支架不等高；2）水平轴两端轴径不相等后果：i角误差对测量成果有很大影响，比如在高上较大的地形测量、高层建筑和大型设备的安装测量，如仪器存在i角误差，便会带来较大的高程测量误差和导致高层楼房倾抖。

检测i角误差的方法：首先安平仪器，再用望远镜仰视高处一个固定点M（仰角以30°为宜）。

固定仪器，将望远镜旋至水平位置，同时在水平位置放一支垂直于仪器视准轴的横尺，这时在横尺上读数m1（如图1）。

再将望远镜倒镜旋转照准部180°，仍瞄准M点；将望远镜旋转至水平位置，在横尺上读数m2。

若m1＝m2，则横轴垂直于竖轴，反之需予校正。

校正i角误差的方法：校正时先算出望远镜视准轴在横尺上的正确位置m3，使m3＝（m1+m2）/2。

继而用水平方向微动螺旋将望远镜十字丝竖丝照准m3，再将望远镜旋转瞄准M点，这时十字丝竖丝与M点不再重合，就要利用仪器本身的校正机件进行校正。

仪器结构不同，校正方法也不同。

1）电子经纬仪、全站仪有自动消除误差功能的自动调节；2）光学经纬仪有横轴偏心环，可令偏心环左右偏移进行校正；3）仪器 （如北光经纬仪）没有校正机件，便要用垫高竖轴一边，也就是将竖轴倾斜一个角度进行校正。

垫高竖轴一般没有标准，且需对仪器拆装并反复多次，非常繁琐。

一个快捷简单的办法。

操作过程是：升降仪器的脚螺旋A或B，如图2将望远镜十字丝竖丝移到M点与m3点之中央，这时再用仪器水平微动螺旋将望远镜十字丝竖丝移到M点。

然后将望远镜旋转到横尺上读m1，再倒镜180°将望远镜旋转到横尺上读数m2，这时应m1＝m2，若不等，再重复以上操作。

直到相等为止。

最后观察长水准器偏离中心位置的格值，并按每偏一个格值即在偏离侧的竖轴方向垫高0.01mm，依次类推，便可对经纬仪的i角误差进行快速校正。

（5）竖盘指标差的检验与校正检验:整平经纬仪，盘左、盘右观测同一目标点P，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读记竖盘读数L和R，按下式计算竖盘指标差竖直角计算公式：指标差计算公式：当竖盘指标差对 J6 经纬仪： x>1′； J2 经纬仪： x>30" 时，要进行校正。

校正:仍以盘右瞄准原目标P，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖直度盘读数为（R－x），此时竖盘指标水准管气泡必然偏离，用校正针拨动竖盘指标水准管一端的校正螺钉，使气泡居中。

反复检查，直至指标差x不超过1′为止。

对于有竖盘指标自动归零补偿器的经纬仪，仍会有指标差存在。

检验计算方法同上，算得盘左或盘右经指标差改正的读数后，校正的方法如下：打开校正小窗口的盖板，有两个校正螺丝，等量相反转动（先松后紧）该两螺丝，可以使竖盘读数调整至经指标差改正后的读数。

（6）2C误差校正定义：经纬仪水平方向目标正倒镜的两次读数之差加减180°，称为2倍照准差，即2C 。

视准轴偏离了与水平轴正交的方向而产生视准轴误差c , 规定视准轴偏向垂直度盘一侧时，c为正值，反之c为负值。

原因：1）望远镜的十字丝分划板安置不正确；2）望远镜调焦镜运行时晃动；3）气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化。

后果：2c误差超限，导致测量成果输出错误。

检测2c误差的方法：照准目标，水平方向同一目标正倒镜的两次读数，如果超出工程允许范围，就需要校准。

校正2c误差的方法：1）望远镜的十字丝分划板安置不正确的，重新安装校准；2）望远镜调焦镜运行时晃动，轻动减少晃动；3）气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化的，在施工现场，使用前打开仪器箱待一段时间，在施工工程中，给仪器打伞，始终让仪器保持与环境一致的温度。

（7）光学对中器的检校1）检验：精密安置仪器后，将刻划中心在地面上投下一点，再旋转照准部，每隔120°投下一点，若三点不重合，则需校正。

2）校正：用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半。

（8）圆水准器的检校(次 要)1）检验：精平（水准管气泡居中）后，若圆水准气泡不居中，则需校正。

2）校正：用圆水准气泡校正螺丝使其居中。

三、水准仪水准仪分类：电子水准仪、自动安平水准仪、微倾式水准仪误差分析：（1）圆水准器轴平行于仪器的竖轴误差；（2）十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴误差；（3）水准管轴 应平行于视准轴误差 。

水准仪应满足上述各项条件，在水准测量之前，应对水准仪进行认真的检验与校正。

水准仪的i角误差定义：水准仪的视准轴在垂直方向与水准轴的夹角，换言之：水准仪的视准轴不水平，也就是横轴不垂直于竖轴——i 角误差；如何校正水准仪的i角误差？原因：仪器本身的结构与外业工作条件的变化所致，仪器中的十字丝是固定在上下的V形槽中，下面的V形槽由弹簧支撑着，上面是一个压紧调节螺丝。

由于因内部与外界环境条件的变化，如温度、湿度、震动的变化它会产生i角微小的变化，或者，由于其它内应力的变化而产生不同程度的变化所致。

仪器经过长途运输、仪器经过长期作业、仪器操作环境的不断变化、均可能使水准仪的i角发生变化，所以，经常性地、自觉地、定期地检查与检校水准仪的i 角以确保水准仪测量精度。

检测i角误差的方法：1）将水准仪置平在二支水准标尺的中间，仪器距标尺约30米或40米，前后大约等距离，读取标尺上的读数得到二点的高差值。

2)搬迁仪器至二支标尺的一内侧或外侧均可，此时，仪器至标尺的距离分别为近距离的标尺只是几米，而远距离的标尺已是几十米。

同样，测量这二点的高差值，如果二次测得的高差相等，说明仪器i角为零。

高差不等就说明仪器存在着i角的误差。

如：仪器在中间，读取A尺的读数a1＝0962， B尺的读数b1＝1062仪器在一侧，读取A尺的读数a2＝0835， B尺的读数b2＝0933h1＝－1062＋0962＝－0100h2＝－0933＋0835＝－0098h＝－0098＋0100＝＋2 mm按小角公式计算i角；i＝Δ·ρ／s = 2 mm × 206265” / 60000mm = 41 / 6 ” = 7”i角的测定也可以按照将水准仪可以放置在二支水准标尺二外侧的方法测定仪器的i角。

道理是一样的，正确的a4值是；a4 = a1’- a2’+ a3’ ，仪器处在不同的位置请注意加减符号。

允许误差:水准仪i角允许误差的概念应该说有三方面的涵义，也是三种情况下的不同要求：1.出厂时工厂调校的允许误差；2.用户调校时的允许误差；3.测量等级或规定所要求的允许误差。

徕卡NA2i角的允许误差：出厂调校为：±8”，用户调校为：±20”.但是，根据我国国家水准测量规范和工程测量规范的要求，用于一、二等水准测量的水准仪，仪器的i角不应超过 15”，用于三、四等水准测量的仪器，仪器的i 角不应超过 20”。

所以，在用徕卡水准仪NA2加GPM3测微分划板进行一、二等水准测量时，仪器的i角必须调校至15”以内，在进行三等以下水准测量时，仪器的i角应在20” 以内。

校正i角误差的方法：改正水准仪i角的方法就是转动V形槽上面螺丝钉的位置，旋进或旋出。

四、全站仪全站仪是由测距装置和测角装置两大部分组成的，也就是说是经纬仪和水准仪的集合，所以全站仪的误差检校与经纬仪和水准仪是一样的，这里就简单的提一下。