全站仪在立式金属罐容量光学三角测量法上的应用分析

王自涯

（广东省湛江市质量计量监督检测所，广东 湛江524000）

针对立式罐容量测量法而言，从基础层面来分析，其主要囊括光电外测距法、光学三角测量法、围尺法、光电内测距法及光学基准线法等。而在围尺法架构当中的仲裁法而言，其与工作法一样，均需要进行脚手架的搭建，并以此来开展各项高空围尺作业；而对于光学基准线法来讲，所所采用的磁性小车/测量机器人（自动控制或者是人工拉动），容易发生高空坠落的情况，另外，小车通过盘梯、加强圈的能力比较差；针对光电测距法来讲，其所采用的三维激光扫描仪或者是全站仪，选用的测距原理主要有脉冲式、相位式等，诸如反射面、入射角度会对其测量精度造成影响，尤其是非垂直入射时，会有比较大的测距误差。本文探讨了一种将全站仪当作测量设备而构建的立式罐容量光学三角测量法，现对此探讨如下。

1 主要设备分析

（1）全站仪。一共有2 台。其角度分辨力≥0.5''，而在具体的距离测量的分辨力上，同样优于0.1mm；还需要指出的是，如果能配合棱镜使用，那么测距所对应的扩展不确定度优于1mm。对于全站仪而言，需要进行定期校准，或者是在油罐测量前进行校准，而对于一直相配套的测距仪来讲，需要与所用棱镜进行同步性检测；而对于其激光束发生器所传送的光束来讲，需要一致于望远镜的光轴；另外，还需说明的是，针对所用棱镜而言，可根据现实需要，在三脚架与全站仪位置处加以固定。（2）视距尺。通常情况下，视距尺的长度应大于或等于2m，并且在进行制作时，最好选已经知道膨胀率的材料。在视距尺的两端刻线之间的距离，需要实施标定，二其距离标定所对应的扩展不确定度，需要维持在0.05mm 范围内。在实际使用过程中，可把视距尺在三脚架上固定，使其与全站仪位置相同。

2 全站仪的基本假设

依据制造商的说明书，对各台全站仪进行细致假设。（1）假设并固定仪器。在测过程中，如果发生测站移动的情况，那么需要在测站附近，设置配重，或者是其它重物，以此稳定全站仪的周围的罐底；另外，还需要结合现实情况，在三脚架支腿上，安装专门的磁性支座上，预防支腿于底板上滑动。而在外测过程中，把三脚架腿插至土当中。（2）对仪器底板进行调平。调整全站仪的底板，使之处于水平状态，确保全站仪的旋转轴处于垂直状态。（3）把全站仪移动至现场，静置1 消失，方便标定程序在将要开始前，温度升高至所需温度。

3 对两测站之间的距离进行测量

3.1 测站间距＜25m 时

（1）假设视距尺架。首先，依据制造上所提供的说明书与程序，把视距尺安装在指定的三脚架上。其次，对视距尺上的机构进行相应调节，保持其水平固定状态，且与瞄准轴相垂直。最后，完成假设之后，将视距尺锁紧，对其垂直、水平情况进行校验。（2）测量两测站之间的水平距离。首先，对位于视距尺上的2 个标记进行测量，使之与全站仪之间的夹角呈2θ。其次，采用如下公式，计算出两个测站之间的水平距离D：D=B/2×tanθ；在此公式当中，θ 所代表的是全站仪T 于2 参考标记所构成角度的50%；B 所代表的是位于视距尺上两端刻线之间的距离。再次，对全站仪进行转动，且重新指向全站仪，从中将角度2θ 测量出来，且将计算D 计算出来，然后将平均值求出。2 个距离的平均值D 所对应的标准偏差，需要小于准允偏差的50%，不然，需要对整个程序进行重新调整。最后，当将全部光学测量均完成后，需要对距离D 进行重新测量。而在进行光学测量操作前以及操作后，需要先将平均距离的差值给计算出来，并且偏差应小于标准偏差。不然需要对程序进行重新标定，直至标定开始与结束时各组测量数据的均值D 的差值在准许范畴内。

3.2 测站间距＞25m 时

首先，将棱镜假设在第2 个三脚架上；其次，对位于中间位置的全站仪进行转动，然后停留在原先位置，从中将距离测量出来；然后将其平均值D 计算出来，并准确记录；需要说明的是，2 个距离的平均值D 的差值需要控制在标准偏差准许范围内，不然的话，需要对整个程序进行重新调整。最后，当全部的光学测量工作均完成后，需要对距离D 进行重新测量。在光学测量前、后，所得出的平均距离差，需要控制在允许范围内。不然需要对此标定程序进行重新测定，直至偏差处于允差范围内。

4 油罐中的罐壁光学测量程序

（1）在罐中构建2 个测站；（2）把2 个测站的位置设定在同一个水平面上，而且二者之间的距离需要控制在1/4。对全站仪进行调整，并且将测站T 与L 之间的距离D 给测量出来；（3）自1 台仪器所对应的垂直分划线，对另1 台垂直分划线进行瞄准，把光学基准轴的L、T 分别设置在2 台仪器的水平面上；（4）关闭激光，防止激光照射；（5）对全站仪T 进行调整，然后对望远镜进行设置，使之无穷远，最后用光源为目镜进行照明；（6）自全站仪L 的望远镜，对全站仪T 的目镜进行查看，并进行适当调焦，直到能够清晰观察到十字线；用激光全站仪L 内置的调节装置，对2 个垂直分划线进行调节，使之重合；（7）对2 个水平度盘读数进行读取，当作水平基准角度，将2 个全站仪的相对位置给记录下来；（8）将激光束开启。此光束能够根据现实需要，在油罐罐壁上，提供许多测量点；此外，利用1 台全站仪对此些点进行逐一观测与读取，并且将2 台仪器上水平度盘的具体读数准确记录下来。还需要说明的是，测量点无需设在基准角度附近；（9）利用全站仪将某一水平高度内的全部测点的水平角α、β给测量出来，使位于油罐罐壁上圆周已经给定的各组点，都位于同一水平高度内，然后向下一水平高度进行移动。此外，还需强调的是，测点数与圈板块数间的差值，不能为整数，防止出现系统误差情况；（10）当完成全部测点的测量工作之后，在对T与L 之间的水平距离D 进行测量；（11）将全站仪激光关闭，对光轴T、L 进行检查。刚开始的水平基准角度与最终的水平基准角度的差值，需要满足相关标准。不然，需要重复标定冲虚，直到误差消失，或满足相关要求。

5 处理测量数据

（1）转换测量坐标。针对测点P 来讲，相比于直角坐标轴系（以T 为中心）的坐标，即为（x，y），借助如下公式加以明确：y=xtanα，y=（x-D）tanBβ；在此公式当中，α、β 所表示的是罐壁上测点P 与全站仪测站1、2 之间的连线与x 轴所形成的水平夹角；D 所代表的是全站仪测站之间的距离；（2）将各测点坐标计算出来，借助上述公式来进行计算；（3）对各个高度位置处的半径值进行拟合计算。用最小二乘法，将各圈板上不同高度处的半径值给计算出来。

6 结论

综上，立式金属罐实际就是对液体石油等液体进行收发交接、贸易结算的计量器具，采用全站仪测定立式金属罐容量的方法，已经得到广泛认可，尤其是具备自动驱动功能等，因而为此技术在多领域中的应用，奠定了坚实基础。本文以标准法围尺为基础，对立式罐基圆进行测量，将全站仪当作测量仪器，将2 个全站仪测站之间的水平距离测量出来。此技术的应用，较好的解决了立式金属罐容量测量中所存在的问题，尤其是光学三角测量法的配合，使得其结果更为精确与全面。