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全站儀校準規程

一、目的

規范全站儀校準工作，確保全站儀測量數據的準確性、可靠性，滿足工程測量、地形測繪等領域對測量精度的要求，使全站儀測量結果符合相關標準和實際作業需求 。

二、適用范圍

適用于各類光學、電子全站儀的校準，包括但不限于測角精度為1″、2″、5″等級，測距精度為(1+1ppm×D)mm、(2+2ppm×D)mm等不同精度規格的全站儀，涵蓋新購置、使用中及維修后的全站儀 。

三、引用標準

1. JJG 100-2003：《全站型電子速測儀檢定規程》，規定了全站儀的計量性能要求、通用技術要求、計量器具控制等內容，為校準工作提供技術依據和操作規范。

2. GB/T 17159-2013：《工程測量用電子全站儀》，明確了全站儀的術語和定義、產品分類、技術要求、試驗方法、檢驗規則以及標志、包裝、運輸和貯存等方面的要求 。

四、術語和定義

1. 全站儀：一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，可同時進行角度（水平角、垂直角）測量和距離（斜距、平距、高差）測量，并能通過內部程序計算出測量點的三維坐標 。

2. 測角中誤差：衡量全站儀測角精度的指標，指在相同觀測條件下，對某一角度進行多次觀測，其觀測值的中誤差 。

3. 測距中誤差：反映全站儀測距精度的參數，指在相同觀測條件下，對某一距離進行多次測量，其測量值的中誤差 。

4. 加常數：全站儀測距系統的固定誤差，與所測距離長短無關 。

5. 乘常數：與所測距離成比例的誤差系數，單位為ppm（百萬分之一） 。

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五、計量特性

1. 測角精度：全站儀的測角中誤差不應超過其標稱精度，如標稱精度為2″的全站儀，測角中誤差應不大于2″ 。

2. 測距精度：測距中誤差應符合公式 m_D = \pm (A + B×D)，其中 m_D 為測距中誤差，A 為固定誤差（單位：mm），B 為比例誤差系數（單位：ppm），D 為測距長度（單位：km） 。例如，某全站儀測距精度為(2+2ppm×D)mm，則當測距長度 D = 1km 時，測距中誤差 m_D = \pm (2 + 2×1)mm = \pm 4mm 。

3. 加常數和乘常數：加常數的誤差范圍應在規定的允許誤差內，一般為±(3 - 5)mm；乘常數的誤差應不超過其標稱值的±(1 - 2)ppm 。

六、校準條件

1. 環境條件

• 溫度：(20±5)℃ ，溫度變化率每小時不超過1℃ 。溫度過高或過低以及溫度的劇烈變化會影響全站儀內部光學元件的折射率、機械部件的尺寸和電子元件的性能，從而導致測量誤差 。

• 相對濕度：35% - 75% 。濕度超出范圍可能引起儀器內部結露，導致光學元件霉變、電路短路等問題，影響儀器正常工作 。

• 大氣壓力：(86 - 106)kPa 。大氣壓力的變化會影響空氣的密度，進而影響光在空氣中的傳播速度，對測距精度產生影響 。

• 場地：校準場地應平坦、堅實，周圍無明顯振動源和電磁干擾源 。場地應具備足夠的空間，滿足全站儀測距和測角的校準需求，一般要求測距校準場地長度不小于全站儀最大測程的1/2 。

2. 校準設備

• 標準基線場：由若干個已知精確距離的控制點組成，距離精度優于被校全站儀測距精度的1/3 。用于校準全站儀的測距功能，通過與全站儀測量的距離值進行比對，確定全站儀的測距誤差 。

• 多齒分度臺：分度精度優于被校全站儀測角精度的1/3 ，如被校全站儀測角精度為2″，多齒分度臺分度精度應優于0.67″ 。用于校準全站儀的測角功能，通過測量多齒分度臺的角度值，與全站儀測量的角度值進行比較，計算全站儀的測角誤差 。

• 標準反射棱鏡：反射效率高、穩定性好，其常數已知且精度滿足校準要求 。在測距校準時作為反射目標，與全站儀配合使用 。

• 水準儀：精度不低于DS3級，用于校準場地和全站儀安裝基座的水平度調整，確保全站儀處于水平狀態，減少因儀器傾斜導致的測量誤差 。

• 溫度計、氣壓計：精度滿足校準環境參數測量要求，用于測量校準環境的溫度和大氣壓力，以便對全站儀測量數據進行氣象改正 。

七、校準前準備

1. 外觀檢查

• 查看全站儀外殼是否有破損、變形，顯示屏有無損壞、顯示異常，按鍵是否能正常操作，電池倉是否清潔、無腐蝕 。

• 檢查望遠鏡物鏡、目鏡是否有灰塵、油污、劃傷，調焦是否順暢，十字絲是否清晰 。

• 確認儀器的腳螺旋、水平制動和微動螺旋、垂直制動和微動螺旋等操作部件是否靈活、有效，有無松動、卡滯現象 。

• 檢查儀器的通信接口是否完好，連接線纜是否破損、老化，插頭插座是否接觸良好 。

2. 功能檢查

• 接通電源，開啟全站儀，檢查儀器是否能正常啟動，各功能菜單是否可正常調用 。

• 進行簡單的自測試功能，如電池電量檢測、儀器內部參數檢查等，查看是否有錯誤提示信息 。

• 測試全站儀的角度測量功能，轉動望遠鏡，觀察水平角和垂直角的顯示值是否連續、準確變化 。

• 測試測距功能，在短距離內（如5 - 10m）對已知距離目標進行測距，檢查測量結果是否合理，測距時間是否正常 。

3. 儀器安置：將全站儀安置在穩固的三腳架上，使用水準儀調整三腳架腿高度，使全站儀基座大致水平 。通過腳螺旋精確調整全站儀的水平度，使水準氣泡居中，確保儀器處于水平狀態 。在儀器安置過程中，應避免儀器受到碰撞和振動 。

4. 參數設置：根據校準環境的溫度、大氣壓力等參數，在全站儀中設置相應的氣象改正參數 。同時，設置全站儀的測量模式為標準測量模式，如角度測量為水平角/垂直角測量模式，測距為斜距測量模式 。

八、校準項目與校準方法

（一）水平角測量誤差校準

1. 連接與設置：將全站儀安置在多齒分度臺中心位置，精確對中、整平 。在全站儀中設置水平角測量的初始值為0°00′00″ 。

2. 測量操作：轉動多齒分度臺，依次設置角度為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°，每個角度位置用全站儀正鏡（盤左）測量3次，記錄每次測量的水平角值；然后倒鏡（盤右）重復上述操作，再次記錄各角度位置的測量值 。

3. 計算誤差：分別計算正鏡和倒鏡測量時各角度位置的平均值，然后計算正倒鏡平均值的差值，即兩倍照準差（2C） 。公式為：2C = \text{正鏡平均值} - \text{倒鏡平均值} \pm 180° 。計算各角度位置的測角誤差，測角誤差為各角度位置測量平均值與多齒分度臺實際角度值的差值 。

4. 結果判定：各角度位置的測角誤差和兩倍照準差（2C）應不超過全站儀標稱的測角精度 。若超出精度范圍，需對全站儀的橫軸、豎軸等部件進行檢查和調整，然后重新進行校準 。

（二）垂直角測量誤差校準

1. 儀器安置與準備：全站儀安置在穩固的三腳架上，精確對中、整平 。在全站儀中設置垂直角測量的初始值為0°00′00″ 。選擇一個垂直方向的目標，如遠處建筑物的墻角或專用的垂直校準目標 。

2. 測量過程：用全站儀正鏡（盤左）瞄準目標，測量垂直角，記錄測量值；然后倒鏡（盤右）再次瞄準同一目標，測量垂直角并記錄 。重復上述操作，共進行6次測量 。

3. 誤差計算：分別計算正鏡和倒鏡測量的垂直角平均值，計算正倒鏡平均值的差值，即指標差 x 。公式為：x = \frac{1}{2}(\text{正鏡平均值} - \text{倒鏡平均值} \pm 180°) 。計算各次測量的垂直角誤差，垂直角誤差為各次測量值與理論垂直角值（目標垂直角已知或可通過測量其他相關參數計算得出）的差值 。

4. 判斷標準：各次測量的垂直角誤差和指標差應不超過全站儀標稱的測角精度 。若超出精度范圍，需檢查全站儀的豎盤指標補償器是否正常工作，對補償器參數進行校準或調整全站儀的豎軸垂直度等 。

（三）測距誤差校準

1. 場地布置與連接：在標準基線場上，將全站儀安置在一端的控制點上，精確對中、整平 。在另一端的控制點上安置標準反射棱鏡，確保棱鏡中心與控制點重合 。

2. 測量操作：在全站儀中設置測距參數，如氣象改正參數、棱鏡常數等 。對標準基線場上的已知距離進行測量，從短距離到長距離依次測量，一般選取不少于5個不同距離的點，每個點測量3次，記錄每次測量的斜距值 。測量過程中，應確保全站儀和棱鏡的對中精度，避免儀器和棱鏡發生位移 。

3. 數據處理：根據全站儀測量的斜距值，結合測量時的氣象條件和全站儀設置的參數，計算出平距值 。將計算得到的平距值與標準基線場的已知平距值進行比較，計算測距誤差 。測距誤差公式為：\Delta D = D_x - D_n，其中 \Delta D 為測距誤差，D_x 為全站儀測量計算得到的平距值，D_n 為標準基線場已知平距值 。

4. 校準判斷：計算得到的測距誤差應符合全站儀的測距精度要求，即滿足公式 m_D = \pm (A + B×D) 規定的誤差范圍 。若測距誤差超出范圍，需檢查全站儀的測距系統，如發射和接收光路是否正常、測距頻率是否準確等，對全站儀的加常數和乘常數進行校準 。

（四）加常數和乘常數校準

1. 準備工作：在標準基線場上，選擇至少3個不同距離的已知控制點，距離間隔應適當，如0.5km、1km、1.5km 。將全站儀安置在合適位置，精確對中、整平 。

2. 測量操作：分別對3個控制點進行測距，每個控制點測量多次（一般為6 - 10次），記錄每次測量的斜距值 。同時記錄測量時的氣象條件 。

3. 數據計算：根據測量的斜距值和已知的控制點平距值，考慮氣象改正因素，通過最小二乘法擬合計算出全站儀的加常數 K 和乘常數 R 。計算過程較為復雜，一般借助專業的校準軟件或計算工具進行 。

4. 結果判定：計算得到的加常數和乘常數應在全站儀規定的允許誤差范圍內 。若超出范圍，需對全站儀的測距系統進行調整或重新校準 。校準后，再次進行測距誤差校準，確保測距精度符合要求 。

九、校準結果處理

1. 校準記錄：校準過程中，詳細記錄校準日期、校準人員、全站儀型號、編號、校準設備信息、各校準項目的測量數據、計算結果等 。校準記錄應準確、清晰、完整，不得隨意涂改 。校準記錄格式可參考表1：

|校準項目|測量次數|測量值|平均值|誤差|是否合格|

|---|---|---|---|---|---|

|水平角測量（0°）|正鏡1|[具體角度值]| | | |

|水平角測量（0°）|正鏡2|[具體角度值]| | | |

|...|...|...|...|...|...|

|垂直角測量（第1次）|正鏡|[具體角度值]| | | |

|垂直角測量（第1次）|倒鏡|[具體角度值]| | | |

|...|...|...|...|...|...|

|測距測量（第1點）|第1次|[斜距值]| | | |

|測距測量（第1點）|第2次|[斜距值]| | | |

|...|...|...|...|...|...|

|加常數校準|[計算過程及結果]| | | | |

|乘常數校準|[計算過程及結果]| | | | |

2. 校準證書：校準合格的全站儀，出具校準證書 。校準證書內容包括全站儀基本信息（名稱、型號、編號、制造廠等）、校準依據、校準環境條件、校準設備、校準項目及結果、校準日期、校準人員簽名、校準單位印章等 。校準結果應明確給出各校準項目的測量值、誤差值以及是否符合計量特性要求的結論 。校準證書格式可參考相關計量校準證書標準模板 。

3. 校準報告：校準不合格的全站儀，出具校準報告 。報告中應詳細說明不合格項目及測量結果，分析不合格原因，如儀器光學部件損壞、電子元件故障、機械部件松動等，并提出相應的處理建議，如維修、更換部件、重新校準等 。校準報告格式可根據實際情況制定，應包含全站儀基本信息、校準情況概述、不合格項目及分析、處理建議等內容 。

十、復校時間間隔

1. 常規情況：全站儀的復校時間間隔一般為1年 。在正常使用情況下，每年進行一次校準，可有效保證全站儀的測量精度和可靠性 。

2. 特殊情況

• 使用頻率：若全站儀使用非常頻繁，如每天用于多個測量項目，或在大型工程建設中連續作業，可適當縮短復校時間間隔，建議為6個月 。頻繁使用會使儀器的機械部件磨損加快，電子元件老化，影響測量精度，需要更頻繁地校準 。

• 使用環境：全站儀處于惡劣環境中，如高溫、高濕、強磁場、多塵等環境，應縮短復校時間間隔，一般為3 - 6個月 。惡劣環境會對儀器的光學性能、電子性能和機械性能產生不良影響，增加測量誤差的風險 。

• 設備狀況：全站儀經過維修或更換關鍵部件（如測距頭、測角編碼器、主板等）后，應立即進行校準 。后續的復校時間間隔可根據設備維修后的穩定性和使用情況重新評估確定 。