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全站仪校准规程

一、目的

规范全站仪校准工作，确保全站仪测量数据的准确性、可靠性，满足工程测量、地形测绘等领域对测量精度的要求，使全站仪测量结果符合相关标准和实际作业需求 。

二、适用范围

适用于各类光学、电子全站仪的校准，包括但不限于测角精度为1″、2″、5″等级，测距精度为(1+1ppm×D)mm、(2+2ppm×D)mm等不同精度规格的全站仪，涵盖新购置、使用中及维修后的全站仪 。

三、引用标准

1. JJG 100-2003：《全站型电子速测仪检定规程》，规定了全站仪的计量性能要求、通用技术要求、计量器具控制等内容，为校准工作提供技术依据和操作规范。

2. GB/T 17159-2013：《工程测量用电子全站仪》，明确了全站仪的术语和定义、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等方面的要求 。

四、术语和定义

1. 全站仪：一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，可同时进行角度（水平角、垂直角）测量和距离（斜距、平距、高差）测量，并能通过内部程序计算出测量点的三维坐标 。

2. 测角中误差：衡量全站仪测角精度的指标，指在相同观测条件下，对某一角度进行多次观测，其观测值的中误差 。

3. 测距中误差：反映全站仪测距精度的参数，指在相同观测条件下，对某一距离进行多次测量，其测量值的中误差 。

4. 加常数：全站仪测距系统的固定误差，与所测距离长短无关 。

5. 乘常数：与所测距离成比例的误差系数，单位为ppm（百万分之一） 。

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五、计量特性

1. 测角精度：全站仪的测角中误差不应超过其标称精度，如标称精度为2″的全站仪，测角中误差应不大于2″ 。

2. 测距精度：测距中误差应符合公式 m_D = \pm (A + B×D)，其中 m_D 为测距中误差，A 为固定误差（单位：mm），B 为比例误差系数（单位：ppm），D 为测距长度（单位：km） 。例如，某全站仪测距精度为(2+2ppm×D)mm，则当测距长度 D = 1km 时，测距中误差 m_D = \pm (2 + 2×1)mm = \pm 4mm 。

3. 加常数和乘常数：加常数的误差范围应在规定的允许误差内，一般为±(3 - 5)mm；乘常数的误差应不超过其标称值的±(1 - 2)ppm 。

六、校准条件

1. 环境条件

• 温度：(20±5)℃ ，温度变化率每小时不超过1℃ 。温度过高或过低以及温度的剧烈变化会影响全站仪内部光学元件的折射率、机械部件的尺寸和电子元件的性能，从而导致测量误差 。

• 相对湿度：35% - 75% 。湿度超出范围可能引起仪器内部结露，导致光学元件霉变、电路短路等问题，影响仪器正常工作 。

• 大气压力：(86 - 106)kPa 。大气压力的变化会影响空气的密度，进而影响光在空气中的传播速度，对测距精度产生影响 。

• 场地：校准场地应平坦、坚实，周围无明显振动源和电磁干扰源 。场地应具备足够的空间，满足全站仪测距和测角的校准需求，一般要求测距校准场地长度不小于全站仪最大测程的1/2 。

2. 校准设备

• 标准基线场：由若干个已知精确距离的控制点组成，距离精度优于被校全站仪测距精度的1/3 。用于校准全站仪的测距功能，通过与全站仪测量的距离值进行比对，确定全站仪的测距误差 。

• 多齿分度台：分度精度优于被校全站仪测角精度的1/3 ，如被校全站仪测角精度为2″，多齿分度台分度精度应优于0.67″ 。用于校准全站仪的测角功能，通过测量多齿分度台的角度值，与全站仪测量的角度值进行比较，计算全站仪的测角误差 。

• 标准反射棱镜：反射效率高、稳定性好，其常数已知且精度满足校准要求 。在测距校准时作为反射目标，与全站仪配合使用 。

• 水准仪：精度不低于DS3级，用于校准场地和全站仪安装基座的水平度调整，确保全站仪处于水平状态，减少因仪器倾斜导致的测量误差 。

• 温度计、气压计：精度满足校准环境参数测量要求，用于测量校准环境的温度和大气压力，以便对全站仪测量数据进行气象改正 。

七、校准前准备

1. 外观检查

• 查看全站仪外壳是否有破损、变形，显示屏有无损坏、显示异常，按键是否能正常操作，电池仓是否清洁、无腐蚀 。

• 检查望远镜物镜、目镜是否有灰尘、油污、划伤，调焦是否顺畅，十字丝是否清晰 。

• 确认仪器的脚螺旋、水平制动和微动螺旋、垂直制动和微动螺旋等操作部件是否灵活、有效，有无松动、卡滞现象 。

• 检查仪器的通信接口是否完好，连接线缆是否破损、老化，插头插座是否接触良好 。

2. 功能检查

• 接通电源，开启全站仪，检查仪器是否能正常启动，各功能菜单是否可正常调用 。

• 进行简单的自测试功能，如电池电量检测、仪器内部参数检查等，查看是否有错误提示信息 。

• 测试全站仪的角度测量功能，转动望远镜，观察水平角和垂直角的显示值是否连续、准确变化 。

• 测试测距功能，在短距离内（如5 - 10m）对已知距离目标进行测距，检查测量结果是否合理，测距时间是否正常 。

3. 仪器安置：将全站仪安置在稳固的三脚架上，使用水准仪调整三脚架腿高度，使全站仪基座大致水平 。通过脚螺旋精确调整全站仪的水平度，使水准气泡居中，确保仪器处于水平状态 。在仪器安置过程中，应避免仪器受到碰撞和振动 。

4. 参数设置：根据校准环境的温度、大气压力等参数，在全站仪中设置相应的气象改正参数 。同时，设置全站仪的测量模式为标准测量模式，如角度测量为水平角/垂直角测量模式，测距为斜距测量模式 。

八、校准项目与校准方法

（一）水平角测量误差校准

1. 连接与设置：将全站仪安置在多齿分度台中心位置，精确对中、整平 。在全站仪中设置水平角测量的初始值为0°00′00″ 。

2. 测量操作：转动多齿分度台，依次设置角度为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°，每个角度位置用全站仪正镜（盘左）测量3次，记录每次测量的水平角值；然后倒镜（盘右）重复上述操作，再次记录各角度位置的测量值 。

3. 计算误差：分别计算正镜和倒镜测量时各角度位置的平均值，然后计算正倒镜平均值的差值，即两倍照准差（2C） 。公式为：2C = \text - \text \pm 180° 。计算各角度位置的测角误差，测角误差为各角度位置测量平均值与多齿分度台实际角度值的差值 。

4. 结果判定：各角度位置的测角误差和两倍照准差（2C）应不超过全站仪标称的测角精度 。若超出精度范围，需对全站仪的横轴、竖轴等部件进行检查和调整，然后重新进行校准 。

（二）垂直角测量误差校准

1. 仪器安置与准备：全站仪安置在稳固的三脚架上，精确对中、整平 。在全站仪中设置垂直角测量的初始值为0°00′00″ 。选择一个垂直方向的目标，如远处建筑物的墙角或专用的垂直校准目标 。

2. 测量过程：用全站仪正镜（盘左）瞄准目标，测量垂直角，记录测量值；然后倒镜（盘右）再次瞄准同一目标，测量垂直角并记录 。重复上述操作，共进行6次测量 。

3. 误差计算：分别计算正镜和倒镜测量的垂直角平均值，计算正倒镜平均值的差值，即指标差 x 。公式为：x = \frac(\text - \text \pm 180°) 。计算各次测量的垂直角误差，垂直角误差为各次测量值与理论垂直角值（目标垂直角已知或可通过测量其他相关参数计算得出）的差值 。

4. 判断标准：各次测量的垂直角误差和指标差应不超过全站仪标称的测角精度 。若超出精度范围，需检查全站仪的竖盘指标补偿器是否正常工作，对补偿器参数进行校准或调整全站仪的竖轴垂直度等 。

（三）测距误差校准

1. 场地布置与连接：在标准基线场上，将全站仪安置在一端的控制点上，精确对中、整平 。在另一端的控制点上安置标准反射棱镜，确保棱镜中心与控制点重合 。

2. 测量操作：在全站仪中设置测距参数，如气象改正参数、棱镜常数等 。对标准基线场上的已知距离进行测量，从短距离到长距离依次测量，一般选取不少于5个不同距离的点，每个点测量3次，记录每次测量的斜距值 。测量过程中，应确保全站仪和棱镜的对中精度，避免仪器和棱镜发生位移 。

3. 数据处理：根据全站仪测量的斜距值，结合测量时的气象条件和全站仪设置的参数，计算出平距值 。将计算得到的平距值与标准基线场的已知平距值进行比较，计算测距误差 。测距误差公式为：\Delta D = D_x - D_n，其中 \Delta D 为测距误差，D_x 为全站仪测量计算得到的平距值，D_n 为标准基线场已知平距值 。

4. 校准判断：计算得到的测距误差应符合全站仪的测距精度要求，即满足公式 m_D = \pm (A + B×D) 规定的误差范围 。若测距误差超出范围，需检查全站仪的测距系统，如发射和接收光路是否正常、测距频率是否准确等，对全站仪的加常数和乘常数进行校准 。

（四）加常数和乘常数校准

1. 准备工作：在标准基线场上，选择至少3个不同距离的已知控制点，距离间隔应适当，如0.5km、1km、1.5km 。将全站仪安置在合适位置，精确对中、整平 。

2. 测量操作：分别对3个控制点进行测距，每个控制点测量多次（一般为6 - 10次），记录每次测量的斜距值 。同时记录测量时的气象条件 。

3. 数据计算：根据测量的斜距值和已知的控制点平距值，考虑气象改正因素，通过最小二乘法拟合计算出全站仪的加常数 K 和乘常数 R 。计算过程较为复杂，一般借助专业的校准软件或计算工具进行 。

4. 结果判定：计算得到的加常数和乘常数应在全站仪规定的允许误差范围内 。若超出范围，需对全站仪的测距系统进行调整或重新校准 。校准后，再次进行测距误差校准，确保测距精度符合要求 。

九、校准结果处理

1. 校准记录：校准过程中，详细记录校准日期、校准人员、全站仪型号、编号、校准设备信息、各校准项目的测量数据、计算结果等 。校准记录应准确、清晰、完整，不得随意涂改 。校准记录格式可参考表1：

|校准项目|测量次数|测量值|平均值|误差|是否合格|

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

|水平角测量（0°）|正镜1|[具体角度值]| | | |

|水平角测量（0°）|正镜2|[具体角度值]| | | |

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

|垂直角测量（第1次）|正镜|[具体角度值]| | | |

|垂直角测量（第1次）|倒镜|[具体角度值]| | | |

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

|测距测量（第1点）|第1次|[斜距值]| | | |

|测距测量（第1点）|第2次|[斜距值]| | | |

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

|加常数校准|[计算过程及结果]| | | | |

|乘常数校准|[计算过程及结果]| | | | |

2. 校准证书：校准合格的全站仪，出具校准证书 。校准证书内容包括全站仪基本信息（名称、型号、编号、制造厂等）、校准依据、校准环境条件、校准设备、校准项目及结果、校准日期、校准人员签名、校准单位印章等 。校准结果应明确给出各校准项目的测量值、误差值以及是否符合计量特性要求的结论 。校准证书格式可参考相关计量校准证书标准模板 。

3. 校准报告：校准不合格的全站仪，出具校准报告 。报告中应详细说明不合格项目及测量结果，分析不合格原因，如仪器光学部件损坏、电子元件故障、机械部件松动等，并提出相应的处理建议，如维修、更换部件、重新校准等 。校准报告格式可根据实际情况制定，应包含全站仪基本信息、校准情况概述、不合格项目及分析、处理建议等内容 。

十、复校时间间隔

1. 常规情况：全站仪的复校时间间隔一般为1年 。在正常使用情况下，每年进行一次校准，可有效保证全站仪的测量精度和可靠性 。

2. 特殊情况

• 使用频率：若全站仪使用非常频繁，如每天用于多个测量项目，或在大型工程建设中连续作业，可适当缩短复校时间间隔，建议为6个月 。频繁使用会使仪器的机械部件磨损加快，电子元件老化，影响测量精度，需要更频繁地校准 。

• 使用环境：全站仪处于恶劣环境中，如高温、高湿、强磁场、多尘等环境，应缩短复校时间间隔，一般为3 - 6个月 。恶劣环境会对仪器的光学性能、电子性能和机械性能产生不良影响，增加测量误差的风险 。

• 设备状况：全站仪经过维修或更换关键部件（如测距头、测角编码器、主板等）后，应立即进行校准 。后续的复校时间间隔可根据设备维修后的稳定性和使用情况重新评估确定 。