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摘要：全站仪测距时，“无论照准任何位置的棱镜，测出的结果总是为一个定值”产生的原因以及处理。文章就全站仪测距中的一些问题进行以下分析。
关键词：全站仪；测距；问题
在地震勘探测量中，全站仪和GPS作为最常用的测量仪器，共同发挥着重要作用。尤其在山区勘探测量中，由于高山的阻挡，使得GPS接收机信号接收困难，而全站仪无需对天通视，且操作方便，观侧数据直接，所以全站仪仍然是首选的测量仪器。本文主要分析全站仪测量常见的几个问题分析。
1加常数改正
所谓加常数就是采用电磁波测距测得的距离与实际距离之间的常差。加常数由棱镜常数和仪器常数两部分组成，其大小与所测距离的远近无关。
1.1棱镜常数
在利用全站仪进行与距离有关的所有测量工作中，反射镜是必不可少的合作目标。构成反射镜的光学部分是一个直角光学玻璃锥体，其特殊的结构保证了光线不论从哪个方向射人镜面，棱镜必将人射光线反射回发射方向。由于玻璃的折射率大于空气的折射率，所以光在玻璃中的传播速度比空气中慢，光在反射镜中传播所用的超量时间会使所测距离增大某一数值，通常我们称作棱镜常数。棱镜常数的大小与棱镜直角玻璃锥体的尺寸、玻璃类型、棱镜锥顶到棱镜装配支架竖轴的距离有关。棱镜常数通常是在厂家所附的说明书或棱镜上标出，供测距时使用。
1.2仪器常数
仪器常数是仪器竖轴中心线到仪器内部距离起算参考面的距离。在经过长途运输和长期使用后，仪器常数可能会发生一定的变化。
1.3加常数改正
关于加常数改正，在有关的测量规范中，仅对一级导线及以上等级平面控制测量的测距才提出改正要求。但是，不同类型的全站仪，其配套棱镜的常数存在较大差异，如瑞士徕卡公司生产的TC -1800型全站仪，与之配套使用的圆棱镜常数为零，而日本索佳公司的SET CII型全站仪所用的APO1S+ADO1组合棱镜，其常数为一30mm。后者测距时如不进行改正，将直接影响测距精度。由于全站仪具备加常数的自动改正功能，所以建议在实际应用中，本着以下原则来处理加常数改正问题：
（1）全站仪测距时，宜采用与之配套的棱镜类型，加常数直接采用仪器检定证书测定的数值，并在测距前预置在仪器中，使仪器对所测距离进行自动改正。
（2）全站仪进行精密测距或使用非配套棱镜时，应重新测定加常数，并将测定的新值预置在仪器中进行自动改正。
（3）由于加常数在没有新值输人之前始终保留着上次预置的数值，操作人员作业前要做好仪器中加常数预置数值检查及新值的预置工作，并注意避免作业过程中误修改。
2气象改正
气象改正是指在大气折射率与测距仪给定的基准气象条件下，折射率不等而进行的距离改正。由于每台测距仪都是在特定的基准气象条件下的折射率来确定频率和波长的，而实际作业时的气象条件与基准气象条件都会有差异，温度、气压的变化会引起大气折射率的变化，从而导致所测距离的变化。为此，就要根据外业工作时的气象条件，对所测距离进行改正。
不同类型的全站仪，选择的基准气象条件不尽相同，如 SETC系列全站仪，其基准气象条件为：t=150Cp=1013mBar；捷创力600系列全站仪的基准气象条件为：t=200C，p=1013mBar。在基准气象条件下，仪器的气象改正值为零，外业测量的气象条件与基准气象条件的差异越大，则气象改正值越大。全站仪都具有自动气象改正功能，如捷创力600系列全站仪的微处理系统采用的气象改正公式为：
Ppm=275-79.55
式中：ppm—parts per million，可理解为1km距离改正的毫米数；
P—以mBar为单位的气压；
T—以摄氏为单位的温度。
下表是在一个标准大气压下，捷创力600系列仪器从一15℃一+30℃的部分整度数
所对应的气象改正值。
温度℃ -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
ppm -37.3 -31.4 -25.7 -20.7 -14.9 -9.7 -4.8 0 4.6 9.1
从表中可以看出，当外界气象条件偏离基准气象条件较大时，气象改正值是很显著的。所以建议在实际应用中，本着以下原则来处理气象改正问题：
（1）对于普通的距离测量，当作业的气象条件与仪器的基准气象条件差异不大时，不进行气象改正，将ppm值直接设定为零或输人仪器的基准气压和温度。当存在较大差异时，如炎热或寒冷天气及高海拔地区作业，建议输入测区的概略气温和气压并进行自动气象改正，以减小气象条件变化而引起的测距误差。
（2）对于精密测距，应根据有关规范的规定，用经过检定的气压计、温度计，按要求的方法测定每条测线的气压和温度，并分别进行气象改正。
（3）全站仪的操作菜单中，对有关计量单位的设置一般给了几个可选择项，如温度的单位有摄氏（Celsius）、华氏（Fahr），气压的单位有毫巴（mBar）、毫米汞柱（mmHg）、英寸汞柱（inHg）等。作业人员需注意输人的数据与计量单位设置相互匹配，避免出现错误改正。
3地球曲率和大气折射引起误差的改正
加常数改正和气象改正是在斜距上进行的改正，改正后的斜距需归算为水平距离。根据测得的天顶距，水平距离通常按（2）式计算：D=SxsinZ
式中：S—斜距；
Z—天顶距。
用（2）式算得的D为测站和镜站平均高程面上的近似距离，因为它没有考虑地球曲率和大气折光的影响，使测得的天顶距含有误差。
在全站仪测距作业中，我们经常发现，仪器自动显示的平距与用斜距及天顶距按（2）手工计算所得的平距并不完全一致，其原因是由于全站仪显示的平距自动进行了球气差改正。施加球气差改正时，测站高程面上的平距采用（3）式计算：
D=SxsinZ- （3）
式中：R—地球半径；
K—大气折光系数。
需要指出的是，全站仪进行球气差自动改正的公式中，地球的半径R和折光系数K一般是仪器设定的数值，如捷创力600系列全站仪设定R=6372km，K=0.142。由于不同地区的R和K值是变化的，它跟测区的地理位置和作业环境等密切相关，仪器自动进行的球气差改正仍是一个近似值，还可能存在较大的残余误差，所以在距离测量精度要求较高的作业中，都是采用往返测取平均值的办法，来削弱球气差的影响。至于全站仪自动施加球气差改正后
显示的平距，与手工采用（2）计算结果的差异，当各自取往、返测平均值后，结果基本是一致的。
4结束语
为了提高全站仪的侧距精度，在实际侧距时应该做到：一是将工作地当时的大气压和温度侧定好后输人到仪器中，目的是消除仪器乘常数产生的误差；二是选择相同常数的棱镜（指棱镜常数相同，或在儀器中设置成和梭镜常数相同的常数），目的是为了消除仪器加常数产生的误差；三是测量前应将仪器精确整平并进行指标差检校后使用。
关键词：全站仪；测距；问题
在地震勘探测量中，全站仪和GPS作为最常用的测量仪器，共同发挥着重要作用。尤其在山区勘探测量中，由于高山的阻挡，使得GPS接收机信号接收困难，而全站仪无需对天通视，且操作方便，观侧数据直接，所以全站仪仍然是首选的测量仪器。本文主要分析全站仪测量常见的几个问题分析。
1加常数改正
所谓加常数就是采用电磁波测距测得的距离与实际距离之间的常差。加常数由棱镜常数和仪器常数两部分组成，其大小与所测距离的远近无关。
1.1棱镜常数
在利用全站仪进行与距离有关的所有测量工作中，反射镜是必不可少的合作目标。构成反射镜的光学部分是一个直角光学玻璃锥体，其特殊的结构保证了光线不论从哪个方向射人镜面，棱镜必将人射光线反射回发射方向。由于玻璃的折射率大于空气的折射率，所以光在玻璃中的传播速度比空气中慢，光在反射镜中传播所用的超量时间会使所测距离增大某一数值，通常我们称作棱镜常数。棱镜常数的大小与棱镜直角玻璃锥体的尺寸、玻璃类型、棱镜锥顶到棱镜装配支架竖轴的距离有关。棱镜常数通常是在厂家所附的说明书或棱镜上标出，供测距时使用。
1.2仪器常数
仪器常数是仪器竖轴中心线到仪器内部距离起算参考面的距离。在经过长途运输和长期使用后，仪器常数可能会发生一定的变化。
1.3加常数改正
关于加常数改正，在有关的测量规范中，仅对一级导线及以上等级平面控制测量的测距才提出改正要求。但是，不同类型的全站仪，其配套棱镜的常数存在较大差异，如瑞士徕卡公司生产的TC -1800型全站仪，与之配套使用的圆棱镜常数为零，而日本索佳公司的SET CII型全站仪所用的APO1S+ADO1组合棱镜，其常数为一30mm。后者测距时如不进行改正，将直接影响测距精度。由于全站仪具备加常数的自动改正功能，所以建议在实际应用中，本着以下原则来处理加常数改正问题：
（1）全站仪测距时，宜采用与之配套的棱镜类型，加常数直接采用仪器检定证书测定的数值，并在测距前预置在仪器中，使仪器对所测距离进行自动改正。
（2）全站仪进行精密测距或使用非配套棱镜时，应重新测定加常数，并将测定的新值预置在仪器中进行自动改正。
（3）由于加常数在没有新值输人之前始终保留着上次预置的数值，操作人员作业前要做好仪器中加常数预置数值检查及新值的预置工作，并注意避免作业过程中误修改。
2气象改正
气象改正是指在大气折射率与测距仪给定的基准气象条件下，折射率不等而进行的距离改正。由于每台测距仪都是在特定的基准气象条件下的折射率来确定频率和波长的，而实际作业时的气象条件与基准气象条件都会有差异，温度、气压的变化会引起大气折射率的变化，从而导致所测距离的变化。为此，就要根据外业工作时的气象条件，对所测距离进行改正。
不同类型的全站仪，选择的基准气象条件不尽相同，如 SETC系列全站仪，其基准气象条件为：t=150Cp=1013mBar；捷创力600系列全站仪的基准气象条件为：t=200C，p=1013mBar。在基准气象条件下，仪器的气象改正值为零，外业测量的气象条件与基准气象条件的差异越大，则气象改正值越大。全站仪都具有自动气象改正功能，如捷创力600系列全站仪的微处理系统采用的气象改正公式为：
Ppm=275-79.55
式中：ppm—parts per million，可理解为1km距离改正的毫米数；
P—以mBar为单位的气压；
T—以摄氏为单位的温度。
下表是在一个标准大气压下，捷创力600系列仪器从一15℃一+30℃的部分整度数
所对应的气象改正值。
温度℃ -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
ppm -37.3 -31.4 -25.7 -20.7 -14.9 -9.7 -4.8 0 4.6 9.1
从表中可以看出，当外界气象条件偏离基准气象条件较大时，气象改正值是很显著的。所以建议在实际应用中，本着以下原则来处理气象改正问题：
（1）对于普通的距离测量，当作业的气象条件与仪器的基准气象条件差异不大时，不进行气象改正，将ppm值直接设定为零或输人仪器的基准气压和温度。当存在较大差异时，如炎热或寒冷天气及高海拔地区作业，建议输入测区的概略气温和气压并进行自动气象改正，以减小气象条件变化而引起的测距误差。
（2）对于精密测距，应根据有关规范的规定，用经过检定的气压计、温度计，按要求的方法测定每条测线的气压和温度，并分别进行气象改正。
（3）全站仪的操作菜单中，对有关计量单位的设置一般给了几个可选择项，如温度的单位有摄氏（Celsius）、华氏（Fahr），气压的单位有毫巴（mBar）、毫米汞柱（mmHg）、英寸汞柱（inHg）等。作业人员需注意输人的数据与计量单位设置相互匹配，避免出现错误改正。
3地球曲率和大气折射引起误差的改正
加常数改正和气象改正是在斜距上进行的改正，改正后的斜距需归算为水平距离。根据测得的天顶距，水平距离通常按（2）式计算：D=SxsinZ
式中：S—斜距；
Z—天顶距。
用（2）式算得的D为测站和镜站平均高程面上的近似距离，因为它没有考虑地球曲率和大气折光的影响，使测得的天顶距含有误差。
在全站仪测距作业中，我们经常发现，仪器自动显示的平距与用斜距及天顶距按（2）手工计算所得的平距并不完全一致，其原因是由于全站仪显示的平距自动进行了球气差改正。施加球气差改正时，测站高程面上的平距采用（3）式计算：
D=SxsinZ- （3）
式中：R—地球半径；
K—大气折光系数。
需要指出的是，全站仪进行球气差自动改正的公式中，地球的半径R和折光系数K一般是仪器设定的数值，如捷创力600系列全站仪设定R=6372km，K=0.142。由于不同地区的R和K值是变化的，它跟测区的地理位置和作业环境等密切相关，仪器自动进行的球气差改正仍是一个近似值，还可能存在较大的残余误差，所以在距离测量精度要求较高的作业中，都是采用往返测取平均值的办法，来削弱球气差的影响。至于全站仪自动施加球气差改正后
显示的平距，与手工采用（2）计算结果的差异，当各自取往、返测平均值后，结果基本是一致的。
4结束语
为了提高全站仪的侧距精度，在实际侧距时应该做到：一是将工作地当时的大气压和温度侧定好后输人到仪器中，目的是消除仪器乘常数产生的误差；二是选择相同常数的棱镜（指棱镜常数相同，或在儀器中设置成和梭镜常数相同的常数），目的是为了消除仪器加常数产生的误差；三是测量前应将仪器精确整平并进行指标差检校后使用。