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在采用全站儀進行控制網(wǎng)測量或三角高程測量時，需要進行全站儀對目標(biāo)棱鏡的角度和距離觀測。在精密控制網(wǎng)測量中，水平角對平面測量的影響較大; 在精密三角高程測量中，垂直角對高差測量的影響最大; 因此，在全站儀觀測時需要盡量提高測角精度，減少各環(huán)節(jié)對測角精度的影響。

在精密測量中，目標(biāo)棱鏡一般采用圓棱鏡，全站儀瞄準(zhǔn)棱鏡的方式有兩種，一種是自動照準(zhǔn);一種是人工瞄準(zhǔn)。以 Leica 高精度全站儀 TS30 為例，配合圓棱鏡測量其量程可以達到 3500 m，自動照準(zhǔn)的作用范圍為 1000 m（理想測量狀況下），對于超過 1000 m 的遠距離測量時，只能采用人工瞄準(zhǔn)的方式進行角度測量。

在采用人工瞄準(zhǔn)棱鏡的時候，對于不帶覘板的棱鏡，其瞄準(zhǔn)特征常選用棱鏡本體的圓形外框或者為棱鏡本體的反射角點，對于帶覘板的棱鏡，其瞄準(zhǔn)特征常選用覘板上刻畫的對稱圖案。當(dāng)棱鏡或覘板與全站儀入射視線不垂直時，全站儀瞄準(zhǔn)特征的不同選擇對測距誤差影響很小，但是會造成較大的水平角和垂直角的測量誤差。本文對棱鏡的不同瞄準(zhǔn)特征選擇所導(dǎo)致的全站儀測角誤差分別進行了分析，從理論上給出全站儀人工瞄準(zhǔn)棱鏡的最佳方式，減少了全站儀精密觀測中的測角誤差來源，以期在實際工作中起到指導(dǎo)作用。

一、 棱鏡介紹

圓棱鏡由兩部分組成，包括棱鏡反射體和棱鏡旋轉(zhuǎn)架; 棱鏡反射體繞棱鏡旋轉(zhuǎn)架俯仰轉(zhuǎn)動，此轉(zhuǎn)動軸為棱鏡的橫軸; 棱鏡旋轉(zhuǎn)架插在基桿上繞基桿水平轉(zhuǎn)動，此轉(zhuǎn)動軸為棱鏡的豎軸; 橫軸與豎軸的交點即構(gòu)成了棱鏡的中心。

以 Leica 圓棱鏡為例，最常用的為精密棱鏡 GPH1P 和普通棱鏡 GPR121，如圖 1 所示。精密棱鏡 GPH1P 中心定位精度為0．3 mm，普通棱鏡 GPR121 中心定位精度為 1 mm。由于棱鏡中心定位精度高，在精密工程測量中，常采用精密棱鏡 GPH1P; 另外，由于普通棱鏡 GPR121裝載有覘板，在人眼瞄準(zhǔn)測量時，對角度測量更加有利。

棱鏡反射體由圓形外框和玻璃反射芯組成，玻璃反射芯為正四面體，電磁波從前反射表面入射后，經(jīng)過 3 個相互垂直的反射面反射，再由前反射面原路返回，包括如圖 2 所示，其中，d 為反射角點到反射前表面的距離，e 為棱鏡中心到反射前表面的距離。由于棱鏡的中心為棱鏡的橫軸與豎軸的交點，因此，需要將全站儀對棱鏡原始測距值換算至全站儀到棱鏡中心的距離。

由于電磁波在玻璃中的傳播速度比在空氣中慢，設(shè)棱鏡玻璃反射芯的折射率為 n，那么電磁波在玻璃反射芯中的傳播速度為 v = c/n，電磁波在玻璃反射芯中傳播的時間 t = 2d /v = 2nd /c，那么，電磁波在玻璃反射體中真實傳播的距離為 ct /2 = nd。將棱鏡的加常數(shù)定義為 KR = e－n·d，全站儀原始的測距值加上棱鏡加常數(shù)后，即可得到全站儀中心到棱鏡中心的距離值。對于 Leica 圓棱鏡，按照上式計算：

KR = －34．4 mm( e 大約為 20 mm，d 大約為 36 mm，n≈1．5) 。為了方便實際使用，Leica 將圓棱鏡加常數(shù)改為 0 mm。因此，在使用不同品牌棱鏡或者全站儀時，需要對棱鏡加常數(shù)理解對待。