全站仪棱镜常数测定及设定
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全站仪棱镜常数的测定及设定
[摘要] 采用全站仪测得的距离与实际距离之间的常差,即为加常数。
根据加常数产生的原理, 我们测定棱镜常数的方法有基线法、分段法两种。
测定棱镜常数之后，我们只需在全站仪中设定相应的数值即可。
但通常使用的对中杆，棱镜可以从正面和反面两个方向安装，安装位置不同，棱镜常数也不相同。
[关键词] 棱镜常数；全站仪；棱镜；测定及设定
随着第二次全国土地调查工作的开展，农村土地调查、基本农田调查等工作告一段落，各地城镇地籍调查和农村地籍调查工作已相继开展。
在地籍测量工作中，界址点的精度要求非常高，稍有不慎，界址点精度就会超限。
引起界址点精度超限的原因有很多，但最易被忽视的原因之一是全站仪棱镜常数的设置错误。
下面就棱镜常数及其相关测定设定方法进行探讨。
棱镜常数的定义
谈到棱镜常数首先要了解一下棱镜，棱镜是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面体。
当光束通过棱镜时，棱镜可以改变光束的方向等。
棱镜按其性质和用途可分为若干种。
在地籍测量中使用的棱镜通常为三棱镜。
由于光在棱镜中的折射率大于在空气中的折射率，所以它在棱镜中的传播速度比在空气中慢，同时在棱镜中传播所用的超量时间会使测量距离增大某一个值，通常我们称这增大的数值为棱镜常数。
在光电测距时，影响精度的因素不仅有棱镜常数还有另外一个
因素，就是仪器常数。
由于仪器常数和棱镜常数的存在，使仪器测得的距离与现实距离之间有一个常数差,此常数称为仪器的加常数。
棱镜常数只是加常数的一个组成部分。
仪器生产厂家在生产全站仪时，都先要检定出仪器的加常数，然后将加常数预置到仪器内，这样，仪器最终测出的距离即是地面两点间的实际距离值。
在仪器使用中，由于仪器光、电系统的变化等，加常数不是一个永恒不变的值，而会随着时间的推移发生变化，因此仪器还有加常数剩余值，通常简称为加常数。
多数全站仪可以直接更改棱镜常数值来消除加常数的影响。
通常棱镜框上会标出棱镜常数。
因为仪器预置了加常数，棱镜框上标出的棱镜常数不是光学上的棱镜常数，而是对中杆中心和棱镜安装螺旋末端之间的关系。
也就是说棱镜常数的数值=对中杆中心和棱镜安装螺旋末端的距离。
-30和0是最常遇到的两种数值。
这个数值根据棱镜和棱镜框的不同组合有很多种: 0, 30，-30等较多。
使用新仪器以及与其配套的棱镜杆时，可以按照说明书上的棱镜常数来设置。
当你使用旧仪器或使用与其仪器不配套的棱镜杆时，就需要我们来测定棱镜常数。
二、棱镜常数的测定
测定棱镜常数的方法有：基线法、分段法。
1、基线法
首先要找两个已知点a、b（a、b为事先测定好坐标的两个已知
点），反算出a、b两点之间的距离s。
如图a，将全站仪架设在a 点，棱镜支设在b点，将棱镜高h′设置与全站仪高度h相同，测出a、b两点之间的平距d和竖直角α。
因为h=h′,所以s=s′。
假设棱镜常数为r,则r= scosα-d。
图a
2、分段法
全站仪的测距棱镜常数的确定其方法有”六段法”和“三站法”两种，“六段法”较为复杂，现简要介绍“三站法”：
选择一块较为平坦的场地，利用仪器确定位于同一条直线上的三点a、b、c，并使其间距控制在100米左右。
如图b。
将全站仪先架设于a点，测出ac两点之间的平距a′。
再将全站仪架设于b 点，分别测出ba与bc之间的平距b′与c′。
假设ac、ba与bc之间的真实距离分别为a、b、c，则a=b+c。
假设棱镜常数为r ,则a=a′+r，b=b′+r,c=c′+r。
将a=a′+r，b=b′+r,c=c′+r代入a=b+c
得：a′+r=（b′+r）+（ c′+r）
故棱镜常数r= a′-（b′+ c′）
图b
三、棱镜常数的设定
测定出棱镜常数之后，我们只需在全站仪中设定相应的数值即可。
但通常对中杆可以从正面和反面两个方向安装棱镜，安装位置
不同，棱镜常数也不相同，虽然棱镜杆上标出了正反两个方向的棱镜常数，但我们在碎部测量时容易混淆而改错棱镜常数或忘记修改棱镜常数。
以小棱镜为例，棱镜在棱镜杆上有两种安装方法，一是正面安装，棱镜常数为0，如图c；二是反面安装，棱镜常数是-30，如图d。
图c 图d
在碎部测量时棱镜杆的中心是无法靠在建筑物上的。
如果正向安装棱镜，测出的坐标和真实坐标之间存在差值，即棱镜杆中心到建筑物的距离。
为了消除这个差值，我们需反向安装棱镜，再将棱镜末端靠在建筑物上测量。
当反向安装棱镜时有人就分不清棱镜常数应该设置为多少，常常将棱镜常数改为-30。
在定向时，反向安装棱镜，棱镜常数设置为-30是正确的。
但在测量建筑物时，棱镜末端靠在建筑物上，棱镜常数再设为-30就不正确了。
如图c、图d 所示，当棱镜常数设置为0时，实际上是测量的棱镜末端的坐标；当棱镜常数设置为-30时，实际上是测量的棱镜镜面中心的坐标。
因此，在碎部测量时，反向安装棱镜用棱镜末端靠在建筑物上时，棱镜常数仍应设置为0。
四、结束语
棱镜加常数产生是多方面的，主要原因之一是全站仪和棱镜反光镜的对中点与仪器发光面和棱镜反光面之间的不一致。
在实际测量中棱镜和仪器的不配套，又忽略的棱镜加常数的修改，会引起测
距的误差从而导致整个测量成果的准确性。
因此，为了更好保证测量数据的高精度，除了熟悉全站仪及配套设备内部构造原理，做到熟练准确使用仪器，每次使用前检查包括棱镜常数在内的各项系统设置参数，还要定期对加常数进行测定。
参考文献
[1] 武汉大学测量学编写组. 测量学[m] . 北京:测绘出
版社,2002
[2]詹长根. 地籍测量学[m] . 武汉:武汉大学出版社,2002
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。
