测距基线场强制归心装置的设计与安装

蒋彦，黄智

(1.南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001;2.中国地震局第二监测中心，陕西西安710054)

0 引言

对于计量检定机构而言，在对全站仪、测距仪进行计量检定、校准时，测距基线场地的稳定性和仪器的对中准确度是非常重要的，采取强制归心装置可以有效提高仪器的对中准确度从而提高测距准确性。

1 强制归心装置的工作原理

对全站仪、测距仪进行室外测距准确度计量检定、校准时，用标石中心表示测点位置，测量结果是以标石中心为基准的，基于此，应保证仪器中心、照准目标中心与标石中心位于同一直线上［1］。检定过程中，在常规的三脚架上架设仪器，利用光学对中器或垂球对中，难以保证点位对中误差达到±(1 ～2)mm 甚至更高的要求。为此，采用在观测墩上设置强制归心装置的方法检定，不需要三脚架，直接把仪器基座旋紧在归心盘平面上，仪器整平后，归心盘中心即为控制点的点位中心，可以消除对中误差对测量结果的影响［2］。

2 强制归心装置结构设计及各部件作用

强制归心装置均采用不锈钢材料制作，结构全部采用锥形轴(轴套)结构，利用锥形接触面来控制对中精度，具有结构简单、加工容易、装拆方便等优点，在国内外短基线、超短基线上经常采用。具体由以下几个部分构成:

1)强制归心装置部件

强制归心装置部件是整个强制归心装置的核心，如图1(a)。其上部由一个带有螺纹的锥形套筒构成，在套筒下端有一个螺纹孔结构，用来锁死连接部件，螺孔与上表面垂直;套筒下端焊接一个不锈钢材质的连接杆并带有枝杈结构，在埋进水泥墩时可以起到加强结构强度的作用。安装强制归心标志时要保证归心标志中心位于墩面圆心(±5 mm)及墩顶面的水平，用8'圆气泡控制水平(偏离中心≤1 mm)，在水泥墩凝固前要有人在现场监控并随时调整。该装置匹配有一个不锈钢材质的密封盖，在基线场不使用时，可以用密封盖将强制归心部件封闭起来，避免风吹日晒或者人为破坏。

2)强制归心装置连接部件

强制归心连接部件起到一个承上启下的作用，如图1(b)，它的下端通过一个锥度轴与埋在水泥墩内的强制归心锥形套筒连接，并通过螺纹紧固;它的上端通过一个锥度轴与铜质锥形套筒连接，并在锥度轴上刻有十字丝，可以进行基线丈量。

3)铜质锥形套筒部件

如图1(c)，铜质锥形套筒部件用来连接全站仪、测距仪或棱镜基座，作用相当于连接螺旋，用于连接仪器基座。其螺口内径应与相应仪器基座的连接螺丝直径相配，螺距相等。

3 基线场地的建设

光电测距标准基线场地的选定应满足GB 16789-1997《比长基线测量规范》中规定的5 点要求。在满足规定的环境条件下，选定比长基线长度为1104 m，基线场地由8 个基线观测墩组成，其平面设计如图2。

图1 强制归心装置各部件示意图

图2 基线场地平面设计图

考虑到测距标准基线场地的稳定性、适用性和长期性，基线场地8 个观测墩土建基坑规格为:深5 m×长2 m×宽2 m，观测墩样式如图3，埋石规格应符合GB 16789-1997《比长基线测量规范》的要求。

图3 观测墩样式图

4 强制归心装置的安装与测试

强制归心装置的安装重点是要保证整条基线的直线性，根据阿贝误差原理，在长度测量中，应将标准长度量安放在被测长度量的延长线上，这样可以减小方向偏斜对测量结果的影响。因此，对建设的测距标准基线场地，采用高精度全站仪LEICA TCA2003 对强制归心装置进行安装，具体包括以下几个步骤:

1)将全站仪架设在图2 中的1 号点上，观测整个场地的通视情况，然后瞄准8 号点观测墩，通过仪器调焦，大致确定各个观测点是否在一条直线上。

2)确定各个水泥观测墩在一条直线上后，可以安装强制归心装置。先埋设5 号点的强制归心装置，并注意尽量埋设在水泥墩的中心位置，这样对于安装其它点位的强制归心装置可以留有更大的调整余地。

3)待5 号点的水泥完全凝固以后，将全站仪直接安置在5 号点上，并将全站仪水平角置零，然后埋设1号点，埋设的同时要注意强制归心装置的高度。埋设结束后，不要改变仪器的水平微动，根据5 号点和1 号点定一条直线，在这条直线方位上直接埋设2 号点、3 号点和4 号点，期间要注意全站仪水平角处于置零位置，并且要连续观察，保证强制归心装置安装的直线性。

4)在1 号点至5 号点安装好了以后，在不改变仪器水平角位置的情况下，直接将全站仪倒镜，并同样采取上述办法，埋设6 号点至8 号点。

5)在强制归心装置安装完成后，要注意对水泥的养护，检查装置安装的垂直性，并且进行调整。

基线场地完全建设安装完成以后，再经过一个多月的稳定时间，就可以对基线场地进行初步的测试。经过实际测试，强制归心装置的垂直度不超过1'，强制归心装置安置的重复性不超过0.1 mm，整条测距基线的直线度不超过1'，满足JJG 703-2003《光电测距仪检定规程》、JJG 100-2003《全站型电子速测仪检定规程》和GB 16789-1997《比长基线测量规范》的要求。

5 结语

在测距基线场地建设过程中，采用强制归心装置具有很大的优越性。本文根据实际情况，结合多年仪器检定的经验，提供了一种较为科学的强制归心装置设计和安装方法，该装置使用方便、制作工艺简单、可就近加工。通过对某地建设的1.1 km 基线场地进行实际测试，测量成果正确可靠，满足国家相关规程、规范所规定的精度要求。装置的设计和安装方法可广泛应用于精密工程测量和基线场地建设中。

［1］高井祥，张书毕，王国新.测量归心改正模型的完善［J］.中国矿业大学学报，1997，26(1):31-34.

［2］臧德彦.精密工程测量中强制归心装置的制作［J］.测绘通报，2006(10):46-48.