视准轴误差影响因素

如概述图所示，设OA为正确的视准轴，ABDC组成的面为水平面，垂直角α为0时，实际视准轴应为OC，则有∠AOC=C，当视准轴旋转时才会形成一个OO′为轴线、ON为母线、锥角为（180°-2C）的圆锥，其锥底面为CND，而圆AMB则为以O为圆心大小、与CND一样的圆。当垂角为α时，N点在水平面上投影为P，则MP⊥CO′、∠NOP=α、∠MON=C、∠AOP=△C。

则有：ON*cos∠NOP*sin∠HOP=HP=MN=ON*sin∠MON

即：cosα*sin△C=sinC

又：△C，C均很小，sin△C≈△C，sinC≈C

得：cosα△C=C，即△C=C/ cosα

即当视准轴与水平轴不正交的误差为C，仪器照准某目标的高度角为α时，视准轴误差对水平方向观测值的影响值△C=C/ cosα，由上式可以看出，△C的大小不仅与视准差C的大小有关，还与观测目标的垂直角α有关。

当仪器处于I（盘左）位置，有误差的视准轴居于正确视准轴之右侧，则I面照准目标的水平方向观测值经改正后为：L1=L-△C，式中L1为改正后的I面位置水平方向值，L为I面水平方向观测值。与此类似，R1=R △C，其中R、R1分别为Ⅱ（盘右）照准目标二水平方向观测值和改正后的值。取I和Ⅱ面观测值中数，有水平方向观测值：

1/2（L1 R1±180°）=1/2(L-△C R △C±180°)=1/2（L R 180°）

由上式可以看出，以I面、Ⅱ面观测值之中数作为目标水平方向观测值时，视准轴误差是可以消除其影响的，但这是在水平轴，垂直度盘等安装完好的情况下的结果。在其它部件安装不是标准的情况下，视准轴误差仍会带来影响，因此要竭力消除此误差。

同时，我们还可以得到2△C=L-R±180°，当α=0时，C=△C，则有2C=L-R±180°，由上式可以看出，对某一水平目标观测，通过I面观测值减去Ⅱ面观测值的方法可以测出仪器的二倍视准差2C。

1.将仪器望远镜与目镜之间的护盖逆时针拧开；

2.将仪器固定于校正台上并精密整平；

3.先将仪器正镜（盘左）照准平行光管无穷远目标，记录下水平度盘读数HC，将仪器倒镜（盘右）照准平行光管无穷远目标，记录水平度盘读数HR，并根据C=1/2[（HC-HR）±180°]计算C值。

4.在倒镜位置旋转水平微动手轮，使水平度盘的读数显示变化C/2，此时通过仪器望远镜看平行光管中无穷远目标，会发现有微量的偏移，即C/2。

5.用校正针调整水平方向的两个调整螺钉，使望远镜分划极发生微量的移动并与平行光管无穷远目标重合。

6.重新进行C的检查程序，如C值仍超出规定值，则重复以上校正步骤。

特别要注意的是，用校正针调整时，每次调整量不能很大，且水平方向上的两个调整螺钉的松紧程度是相当的，否则时间一长，分划板很容易发生移动，从而引起C值的变化，因此，隔一定时间也需进行照准轴误差C的校正。

1.将仪器固定在校正台上并精密整平；

2.将仪器开机并正镜（盘左）照准平行光管无穷远目标，水平度盘读数为HC；

3.将仪器倒镜（盘右）照准平行光管无穷远目标，水平度盘读数HR；

4.计算C=1/2[（HC-HR）±180°]；

5.如果C>9"，则需进行校正，否则无需校正。

视准轴误差研究背景

视准轴与水平轴不正交，视准轴偏离正确方向一个角度c，所产生的误差称为视准轴误差，如图1所示。规定视准轴偏向垂直度盘一侧时c为正，反之为负。视准轴误差产生的原因主要是由于望远镜十字丝分划板安置不正确，使望远镜的十字丝中心偏离了正确的位置，引起视准轴位置发生变化，此外，望远镜调焦透镜运行时晃动、外界温度变化，也会造成视准轴不与水平轴正交，从而产生视准轴误差。当横轴水平，若视准轴与横轴不正交，望远镜绕横轴旋转的旋转面是一个圆锥面。用该仪器照准同一铅垂面内不同高度的目标时，将有不同的水平度盘读数，这样，则会对测量水平角测量带来误差。经纬仪视准轴与横轴的正交性检验主要有三种方法，即读数法、四分之一法和高低点法，下面分别讨论这几种方法的检验原理及其区别。

视准轴误差经纬仪视准轴误差检验的几种方法

（1）读数法检验

检验时，选择与仪器大致相同高度的目标，整平仪器后，使望远镜大致水平；首先在盘左位置瞄准一目标，读得水平度盘读数M₁，如图2所示，由于C值的存在，在盘左位置将使读数M₁多读了一个C值；然后倒转望远镜，以盘右位置瞄准原目标，读得水平度盘读数M₂，由于C值的存在，在盘右位置将使读数M₂少读了一个C值。通过下面公式（1），可计算出视准轴误差C，如果C值超过规范的要求，则应予以校正。

此方法要求照准目标高度与仪器高度大致相等，如果仪器同目标不等高，经纬仪视线处于倾斜状态时，按（1）式求出的C值，既包含视准轴与横轴不正交对水平角产生的误差（视准轴误差），也包含横轴不水平对水平角的影响（横轴误差）。此外这种方法由于在度盘上读数，必然会受到度盘偏心误差的影响，所以这种方法不适合单指标读数的经纬仪（如北光或苏光生产的J6经纬仪）视准轴误差的检验。

（2）四分之一法检验

在平坦地区选择相距约60 m的A、B两点，在中点O安置经纬仪，A点设一标志，在B点横置一根刻有毫米分划的直尺，尺子与OB垂直，且A点标志、B尺和仪器的横轴大致同高。检验方法如下：

①先用盘左位置瞄准A点，固定照准部；

②纵转望远镜，望远镜视准轴绕HH1旋转，则在B尺上照准处为B₁点；

③用盘右位置瞄准A点，固定照准部；

④纵转望远镜，望远镜视准轴绕HH1旋转，则在B尺上照准处为B₂点；

⑤在B尺上读出B₁、B₂两点的距离，记为N；

⑥计算C值：C=1/2*ARCTAN（N/2D）因为此种检验方法不在度盘上读数，所以不受度盘偏心的影响，能够适合于单指标经纬仪的检校，例如北光或苏光生产的J6经纬仪。

（3）高低点法检验

测定时，在距仪器5m以外的地方设置高、低两个目标，两点应大致在同一铅垂线上，用仪器观测两点的垂直角的绝对值应不小于3°，其绝对值应大致相等，其差不得超过30"（设置目标时可用仪器指挥）。

①观测高低两点的水平角6个测回，每测回均匀变换水平度盘和测微器位置。变化按高、低点方向分别比较，对J07、J1型仪器不得超过6"，对J2型仪器不得超过10"；各测回角度值互差J07、J1型仪器应小于3"，J2型仪器应小于8"。

②观测高、低点的垂直角α高和α低，用中丝法测3个测回。垂直角和指标差互差均不超过10"。

③计算水平轴倾斜误差：令C为视准轴误差，i为横轴误差，依据视准轴误差和横轴误差对水平角观测的影响规律。

此外这种方法也是在度盘上读数，由于受到度盘偏心误差的影响，所以这种方法同样不适合单指标读数的经纬仪（如北光或苏光生产的J6经纬仪）视准轴误差的检验，但此种方法可以在测定视准轴误差的同时，测定出横轴误差的影响，这是前两种方法所不具备的。

视准轴误差研究结论

当所观测方向的垂直角相等或相差很小，外界因素的影响又较稳定时，同一测回所得各方向的2c应相等或互差很小，但实际往往并不相等。2c变动的主要原因是照准和读数等偶然误差的影响。因此，计算2c并规定其变化范围可以作为判断观测质量的标准之一。国家规范规定，对于J1型仪器，一测回中各方向2c互差不得超过9"；对于J2型仪器，不得超过13"。 2100433B

第一篇 课间实习

第一章 地形测量课同实验

实验一 水准仪的认识及使用

实验二 四等水准测量

实验三 水准仪的检验与校正

实验四 经纬仪的认识及使用

实验五 水平角观测(测回法)

实验六 水平角观测(方向观测法)

实验七 竖角观测

实验八 经纬仪的检验与校正

实验九 全站仪的认识

实验十 全站仪的使用

实验十一 测距加常数的测量

第二章 控制测量课间实验

实验一 全站仪视准轴误差与水平轴倾斜误差的测定

实验二 水平方向观测

实验三 六段解析法测定全站仪的加常数

实验四 全站仪测距

实验五 水准仪准误差的检验与校正

实验六 精密水准测量

实验七 数字水准仪的认识及使用

第三章 工程测量学课网实验

实验一 全站仪极坐标法点位放样

实验二 全站仪角度前方交会法点位放样

实验三 圆曲线主点测设

实验四 偏角法圆曲线详细测设

实验五 线状工程GPSRTK中线中桩放样

实验六 线状工程纵、横断面测量

实验七 一井定向测设

实验八 测量机器人仪器认识

第四章 摄影测量课同实习

实验一 模拟、解析阶段航测仪器参观

实验二 1818型立体坐标量测仪量测像点坐标

实验三 VirtuoZoNT全数字摄影测量工作站

实验四 航带控制点及加密点内业计划与量测

第五章 GPS课同实验

实验一 GPS认识及使用

实验二 GPS-RTK测量

实验三 GPS野外静态数据采集

实验四 GPS基线解算及网平差

实验五 TG01．62操作流程指南

第六章 遥感软件操作实验

实验一 影像预处理

实验二 图像辐射增强实验

实验三 图像分类实验

第七章 数字测图课问实验

实验一 水准仪的认识及使用

第八章 地籍测量课同实验

实验一 城镇土地权属调查

实验二 房屋面积调查

实验三 界址点测量

第九章 误差理论与测量平差基础课同实习

实验一 平差易的认识

实验二 向导式平差的应用

实验三 观测数据的录人

实验四 三角高程平差

第二篇野外实习

第十章 地形测量综合实习

第十一章 控制测量综合实习

第十二章 GPS综合实习

第十三章 摄影测量与遥感教学实习

第十四章 测绘工程软件使用

第一节 CASS绘图软件

第二节 南方GPS数据处理软件

第三篇毕业设计

第十五章 测绘工程专业毕业实习、毕业设计(论文)大纲

附：中国地质大学(武汉)本科毕业论文(设计)工作规范(试行)

参考文献2100433B

数字水准仪是由光学机械部分和电子设备组成,其误差除由以上两项单独所产生的而外,还包括二者组合产生的误差。其中光学机械部分产生的误差已被大家所熟知。主要包括a、圆水准器误差;b、调焦透镜运行误差;c、竖轴倾斜引起的视准轴误差;d、自动补偿器的补偿误差。以下主要讨论电子设备和二者组合所产生的误差 。

1线阵探测器(CCD)的物理特性引起的误差

1.1光线的强弱引起条码标尺影像对比度的误差影响

数字水准仪是根据条码影像在探测器上的位置和比例进行测量的,CCD的物理特性决定其在光线过强或过弱、条码标尺表面光照不均匀、观测瞬间强光闪烁、外界热闪烁等情况下,都会大大降低标尺成像的对比度,也会造成局部失真,这将造成测量误差,甚至无法读数。

1.2人工光线的影响

徕卡NA系列数字水准仪的探测器是利用红外光部分(CCD阵列对红外光最敏感)接收和检测条码影像的。因此,在人工光线下进行测量时,如红外光成份较弱时,会造成测量误差,甚至无法读数。而在这方面,蔡司DINI系列数字水准仪是采用可见光接收和检测条码影像,所以不受此影响。

2信号分析和处理的误差

2.1信号分析方法的误差

徕卡NA系列数字水准仪采用相关法进行测量,根据经验,仪器内存储的参考信号(伪随机码)与测量信号(伪随机码)的相关(对齐)精度约为码元宽度(或码的波长)的1%。条码标尺的码元宽度为2.025mm,因此相关精度约为0.02mm。

2.2最大相关系数计算的误差

数字水准仪相关时,在精度相关搜索区域内,测量信号与参考信号带全八位数被相关,因为两信号的振幅不同,最大相关系数是在高度和距离坐标系内逐点计算:最大相关位置的精度取决于格网的尺寸,相关的内插计算,忽略丢失条码造成的影响。

2.3测量信号处理(图像处理)的误差

数字水准仪的测量信号处理是获得高精度水准测量的关键环节,条码影像在CCD阵列上的成象的质量以及处理技术的优劣,在很大程度上决定着测量的精度。引起图像误差的主要误差影响包括:(1)因CCD阵列的物理特性引起的误差;(2)标尺被遮挡引起条码信息丢失的误差;(3)调焦的准确引起的图像的分辨力误差;(4)标尺倾斜引起的图像变形误差;(5)外界条件变化引起的影像误差;(6)测量信号形成时电子设备的误差等。

获得稳定、清晰、对比适中、完整的条码影像是测量信号生成和处理的前提,是测量的关键。一般来说,图像的处理是由水准仪内置的软件完成的。其误差依赖于软件的算法和技术的先进性。

3电视准轴(i角)的误差

电视准轴(i角)的误差对水准测量的影响理论上与光学水准仪i角误差相同,但电视准轴(i角)在数字水准仪中又缺少象光学视准轴(i角)那样的绝对标定水平视线的性质。然而电视准轴(i角)对水准测量的精度的影响是肯定的,而且它随外界条件的变化而变化。尽管可以用前后视距等长加以减弱,数字水准仪也可由机内设置的程序自动改正,然而外条件随时在变化,随时测定i角而加以改正不仅影响作业效率,而且改正数也不是可以线性模拟的。

4外界条件变化引起的误差

数字水准仪与条码标尺组成的测量系统是处在时刻变化的外界条件下工作的。外界条件的变化将引起仪器各部件产生误差。这种影响常常表现为各部件及其组合的综合影响,外界因素影响产生的误差主要有:(1)视准轴(i角)变化的影响;(2)大气垂直折光的影响;(3)仪器和标尺垂直位移的影响;(4)地面震动的影响;(5)地面电磁场的影响等。

5数字水准仪所克服的常规水准仪的误差

(1)没有读数错误,没有人为读数误差;(2)多条码(可认为是多分划)测量,削弱标尺分划误差;(3)自动多次测量,削弱外界条件变化的影响;(4)实现内外业一体化,实现自动记录、检核、处理和存储。

以上仅能从概念上对数字水准仪误差加以论述,由于数字水准仪的许多技术是保密的,尚难给予量的估算,只能通过大量的实验数据加以分析。