附錄全站儀及其使用§1全站儀概述全站儀(totalstation)是由電子測(cè)角、光電測(cè)距、微型機(jī)及其軟件組合而成的智能型光電測(cè)量?jī)x器，其結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。世界上第一臺(tái)商品化的全站儀是1968年西德OPTON公司生產(chǎn)的RegElda14。全站儀的基本功能是測(cè)量水平角、豎直角和斜距，借助于機(jī)內(nèi)固化的軟件，可以組成多種測(cè)量功能，如可以計(jì)算并顯示平距、高差以及鏡站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)行偏心測(cè)量、懸高測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、面積計(jì)算等。全站儀具有如下特點(diǎn)：(1)三同軸望遠(yuǎn)鏡在全站儀的望遠(yuǎn)鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測(cè)距的紅外光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸的，其光路如圖所示。因此，測(cè)量時(shí)使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，就能同時(shí)測(cè)定水平角、垂直角和斜距?！?NTS-355全站儀的基本操作圖所示是南方測(cè)繪儀器公司生產(chǎn)的NTS-355中文界面全站儀，它帶有數(shù)字/字母鍵盤，其主要技術(shù)參數(shù)為：一測(cè)回方向觀測(cè)中誤差為±5″，豎盤指標(biāo)自動(dòng)歸零補(bǔ)償采用液體電子傳感補(bǔ)償器，補(bǔ)償范圍為±3′；在良好大氣條件下的最大測(cè)量距離為2.6km(使用三塊棱鏡)，距離測(cè)量誤差為2mm+2ppm；帶有內(nèi)存的程序模塊可以儲(chǔ)存3440個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)；儀器采用6V鎳氫可充電電池供電，一個(gè)充滿電的電池可供連續(xù)測(cè)量8~10個(gè)小時(shí)。1)P1頁(yè)菜單P1頁(yè)菜單有“置零”、“鎖定”、“置盤”三個(gè)選項(xiàng)。①“置零”選項(xiàng)將當(dāng)前視線方向的水平度盤讀數(shù)設(shè)置為0。②“鎖定”選項(xiàng)將當(dāng)前水平度盤讀數(shù)鎖定，該選項(xiàng)用于將某個(gè)照準(zhǔn)方向的水平度盤讀數(shù)配置為指定的角度值。③“置盤”選項(xiàng)將當(dāng)前視線方向的水平度盤讀數(shù)設(shè)置為輸入值。2)P2頁(yè)菜單①“傾斜”選項(xiàng)當(dāng)儀器豎軸發(fā)生微小的傾斜時(shí)，打開傾斜補(bǔ)償器可以自動(dòng)改正垂直角。一般將望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸的水平投影方向定義為X軸，儀器橫軸方向定義為Y軸，NTS-355內(nèi)的傾斜補(bǔ)償器只能測(cè)量出儀器豎軸在X軸方向的傾斜角度，因此，只能計(jì)算并顯示垂直角觀測(cè)的改正值并自動(dòng)對(duì)垂直角觀測(cè)值進(jìn)行改正。②“V%”選項(xiàng)使豎盤讀數(shù)在以角度制顯示或以斜率百分比(也稱坡度)顯示間切換。3)P3頁(yè)菜單①“H-蜂鳴”選項(xiàng)開關(guān)蜂鳴聲。當(dāng)水平度盤讀數(shù)分別為0°、90°、180°、270°、1°時(shí)發(fā)出蜂鳴聲。②“R/L”選項(xiàng)使水平盤讀數(shù)在右旋和左旋水平角之間切換。右旋等價(jià)于水平度盤為順時(shí)針注記，左旋等價(jià)于水平度盤為逆時(shí)針注記。③“豎角”選項(xiàng)使豎盤讀數(shù)在天頂距(豎盤0位于天頂方向)和高度角(豎盤0位于水平方向)之間切換。用戶可以在圖所示的通訊軟件NTS320.exe中輸入編碼值，輸入時(shí)，每行一個(gè)編碼，格式是“編碼號(hào),賦值”。圖中“5,HangDi”表示旱地，“50,WeiQiang”表示圍墻。NTS320.exe軟件由南方測(cè)繪儀器公司免費(fèi)提供，它放置在隨書光盤“南方公司全站儀與計(jì)算機(jī)通訊軟件”文件夾下，建議讀者在Windows資源管理器將其拖放到Windows桌面上，然后在桌面上雙擊它，就可以啟動(dòng)。如果當(dāng)前測(cè)量工作不是為了數(shù)字成圖，則不需要為編碼賦值。日本拓普康公司的GTS-600系列全站儀徠卡公司的TPS1100系列全站儀它具有如下特點(diǎn)：

1)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)與自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別。在自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別模式下，只需要粗略照準(zhǔn)棱鏡，儀器內(nèi)置的CCD相機(jī)立即對(duì)返回信號(hào)加以分析，并通過伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)照準(zhǔn)部與望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)照準(zhǔn)棱鏡中心進(jìn)行測(cè)量，并自動(dòng)進(jìn)行正、倒鏡觀測(cè)。該觀測(cè)模式對(duì)于需要進(jìn)行多次重復(fù)觀測(cè)的點(diǎn)非常有用，如可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型水壩變形點(diǎn)進(jìn)行無(wú)人值守的連續(xù)觀測(cè)。2)自動(dòng)跟蹤。在自動(dòng)跟蹤模式下，儀器能自動(dòng)鎖定目標(biāo)棱鏡并對(duì)移動(dòng)的360°棱鏡進(jìn)行自動(dòng)跟蹤測(cè)量，儀器內(nèi)設(shè)的智能化軟件利用CCD相機(jī)對(duì)返回信號(hào)進(jìn)行分析處理，排除外界其它反射物體成像的干擾，可以保證在鎖定目標(biāo)暫時(shí)失鎖時(shí)，也能立即恢復(fù)跟蹤。3)鏡站遙控測(cè)量。鏡站可以通過操作RCS1100控制器遙控測(cè)站的全站儀進(jìn)行放樣測(cè)量，放樣數(shù)據(jù)及測(cè)得的鏡站當(dāng)前坐標(biāo)直接顯示在RCS1100控制器中，這使得一個(gè)人進(jìn)行測(cè)量成為可能。4)無(wú)反射棱鏡測(cè)量。儀器內(nèi)置有紅外光和可見激光兩種測(cè)距信號(hào)，當(dāng)使用激光信號(hào)測(cè)距時(shí)，可以不用反射棱鏡，直接照準(zhǔn)目標(biāo)測(cè)距。無(wú)棱鏡測(cè)距的范圍為1.5m~80m，加長(zhǎng)測(cè)程的儀器可以達(dá)到200m，測(cè)距精度3mm+2ppm。該功能對(duì)測(cè)量天花板、壁角、塔樓、隧道斷面等有用。5)支持用戶自編應(yīng)用程序。儀器提供了GeoBASIC語(yǔ)言，它與標(biāo)準(zhǔn)BASIC語(yǔ)言相似，提供了數(shù)學(xué)計(jì)算、字符串管理和文件操作等功能。在使用GeoBASIC語(yǔ)言編程時(shí)，通過大量調(diào)用儀器提供的子程序，可以很容易編寫出滿足特定需要的應(yīng)用程序。將編寫出的應(yīng)用程序裝入儀器中后，應(yīng)用程序?qū)⒊蔀閮x器菜單中的一部分?！?大比例尺數(shù)字測(cè)圖一、大比例尺數(shù)字地形圖生產(chǎn)方法概述大比例尺數(shù)字地形圖(largescaledigitaltopographicalmap)是城市的基本地圖，它可以為與空間位置有關(guān)的城市各類GIS系統(tǒng)提供基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，以便這些信息系統(tǒng)對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析和管理，使更多行業(yè)的用戶共享地圖數(shù)據(jù)資源。由于一個(gè)城市或地區(qū)大比例尺數(shù)字地圖的建設(shè)和維護(hù)需要很大的投入和較長(zhǎng)的時(shí)間才能完成，因此大比例尺地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持充分考慮城市現(xiàn)有地圖資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的原則有計(jì)劃、有步驟、因地制宜地實(shí)施。通常將傳統(tǒng)的白紙測(cè)圖方法獲得的地圖稱為圖解地圖(graphictopographicalmap)，大比例尺數(shù)字化地形圖的生產(chǎn)方法主要有圖解地圖的數(shù)字化和數(shù)字測(cè)圖兩種。(1)圖解地圖的數(shù)字化可以采用手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種方法進(jìn)行圖解地圖的數(shù)字化。圖解地圖數(shù)字化的方法建立大比例尺數(shù)字地圖只是為了充分利用城市原有圖解地圖資源、盡快滿足城市和工程建設(shè)對(duì)數(shù)字化地圖產(chǎn)品需求的一種應(yīng)急措施。這樣建立的數(shù)字化地圖的精度不會(huì)高于作為工作底圖的圖解地圖的精度。1)手扶跟蹤數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化需要的生產(chǎn)設(shè)備為數(shù)字化儀(digitizer)、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化測(cè)圖軟件。數(shù)字化儀由操作平板、定位標(biāo)和接口裝置構(gòu)成，如圖所示。操作平板用來(lái)放置并固定工作底圖，定位標(biāo)用來(lái)操作數(shù)字化測(cè)圖軟件和從工作底圖上采集地形特征點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，接口裝置一般為標(biāo)準(zhǔn)的RS232C串行接口，它的作用是與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)。工作前必須將數(shù)字化儀與計(jì)算機(jī)的一個(gè)串行接口連接并在數(shù)字化測(cè)圖軟件中配置好數(shù)字化儀。數(shù)字化使用的工作底圖必須是聚脂薄膜原圖，將工作底圖固定在數(shù)字化儀操作平板上，數(shù)據(jù)采集的方式是操作員應(yīng)用數(shù)字化儀的定位標(biāo)在工作底圖上逐點(diǎn)采集地圖上地物或地貌的特征點(diǎn)，將工作底圖上的圖形、符號(hào)、位置轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并輸入數(shù)字化測(cè)圖軟件定義的相應(yīng)代碼，生成數(shù)字化采集的數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過人機(jī)交互編輯，形成數(shù)字地圖。2)掃描數(shù)字化掃描數(shù)字化需要的生產(chǎn)設(shè)備為掃描儀、計(jì)算機(jī)、專用矢量化軟件或數(shù)字化測(cè)圖軟件。因工程大幅面掃描儀的價(jià)格較高，所以若單位無(wú)掃描儀時(shí)，也可將工作底圖集中拿到專業(yè)公司掃描生成柵格圖像文件(一般為TIFF、PCX、BMP格式)，價(jià)格為20元/張左右，這樣掃描數(shù)字化就只需要計(jì)算機(jī)、矢量化軟件或數(shù)字化測(cè)圖軟件就可以進(jìn)行。將需要數(shù)字化的地圖圖像格式文件引入矢量化軟件，然后對(duì)引入的圖像進(jìn)行定位和糾正。數(shù)據(jù)采集的方式是操作員使用鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上跟蹤地圖位圖上的地物或地貌的特征點(diǎn)，將工作底圖上的圖形、符號(hào)、位置轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并輸入矢量化軟件或數(shù)字化測(cè)圖軟件定義的相應(yīng)代碼，生成數(shù)字化采集的數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過人機(jī)交互編輯，形成數(shù)字地圖。與手扶跟蹤數(shù)字化方法比較，掃描數(shù)字化具有成本低、速度快、效率高的特點(diǎn)。(2)地面數(shù)字測(cè)圖在沒有合適的大比例尺地圖的地區(qū)，當(dāng)設(shè)備條件許可時(shí)，可以直接采用地面數(shù)字測(cè)圖方法，該方法也稱為內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖方法。內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖方法需要的生產(chǎn)設(shè)備為全站儀(或測(cè)距經(jīng)緯儀)、電子手簿(或掌上電腦和筆記本電腦)、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化測(cè)圖軟件。根據(jù)所使用設(shè)備的不同，內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖方法有兩種實(shí)現(xiàn)形式。1)草圖法：在野外利用全站儀或電子手簿采集并記錄外業(yè)數(shù)據(jù)或坐標(biāo)，同時(shí)手工勾繪現(xiàn)場(chǎng)地物屬性關(guān)系草圖，返回室內(nèi)后，下載記錄數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)內(nèi)，將外業(yè)觀測(cè)的碎部點(diǎn)坐標(biāo)讀入數(shù)字化測(cè)圖系統(tǒng)直接展點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)繪制的地物屬性關(guān)系草圖在顯示屏幕上連線成圖，經(jīng)編輯和注記后成圖。2)電子平板法：在野外用安裝了數(shù)字化測(cè)圖軟件的筆記本電腦或掌上電腦直接與全站儀相連，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)，電腦實(shí)時(shí)展繪所測(cè)點(diǎn)位，作業(yè)員根據(jù)實(shí)地情況，現(xiàn)場(chǎng)直接連線、編輯和加注記成圖。與傳統(tǒng)的白紙測(cè)圖方法比較，內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖方法創(chuàng)建的大比例尺數(shù)字地圖具有如下特點(diǎn)：1)白紙測(cè)圖方法是采用視距法測(cè)距，測(cè)距相對(duì)誤差只有約1/300，而數(shù)字測(cè)圖方法是采用EDM測(cè)距，測(cè)距相對(duì)誤差小于1/40000，幾百米的距離測(cè)量誤差均在1cm左右。在通視良好、定向邊較長(zhǎng)的情況下，地形點(diǎn)到測(cè)站的距離可以比常規(guī)測(cè)圖法長(zhǎng)。2)白紙測(cè)圖方法是將控制點(diǎn)和碎部點(diǎn)坐標(biāo)手工展繪在聚脂薄膜上，受人眼最小分辨距離為圖上0.1mm的限制，存在展點(diǎn)誤差。數(shù)字測(cè)圖方法是采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)展點(diǎn)，沒有展點(diǎn)誤差。3)白紙測(cè)圖方法先完成圖根加密，按坐標(biāo)將控制點(diǎn)展繪在聚脂薄膜上，然后進(jìn)行地形測(cè)圖。數(shù)字測(cè)圖方法可以使圖根點(diǎn)加密和地形測(cè)圖同時(shí)進(jìn)行，例如采用自由設(shè)站方法，用全站儀的邊角后方交會(huì)功能觀測(cè)2個(gè)或2個(gè)以上的已知點(diǎn)，就可以精確測(cè)定出測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。4)白紙測(cè)圖方法是以一幅地形圖為單元組織施測(cè)，這容易給圖幅邊緣測(cè)圖帶來(lái)困難，數(shù)字測(cè)圖方法不受圖幅的限制。作業(yè)小組的任務(wù)可以按照河流、道路和自然分界來(lái)劃分，方便地形測(cè)圖的施測(cè)，也減少了常規(guī)測(cè)圖的接邊問題。5)數(shù)字地形圖便于修測(cè)。由于數(shù)字地圖的碎部點(diǎn)精度較高且分布均勻，重要地物點(diǎn)相對(duì)于臨近控制點(diǎn)的點(diǎn)位誤差小于5cm，所以當(dāng)數(shù)字地圖需要修測(cè)而圖內(nèi)大部分控制點(diǎn)已遭破壞時(shí)，可以自由設(shè)站，使用全站儀的邊角后方交會(huì)功能觀測(cè)圖內(nèi)已知的重要地物點(diǎn)就可以快速獲得測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過上述介紹可知，采用內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖方法創(chuàng)建的大比例尺數(shù)字地圖與采用圖解地圖法獲得的數(shù)字地圖是有差別的，但前者的設(shè)備投入經(jīng)費(fèi)及測(cè)圖成本明顯高于后者。因此，《測(cè)繪工程產(chǎn)品價(jià)格》的規(guī)定，對(duì)于困難類別為最高的Ⅲ類測(cè)區(qū)，測(cè)繪1:500圖解地形圖的取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是179387.50元/km2，而測(cè)繪1:500數(shù)字地形圖的取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是309445.12元/km2，后者比前者高出1.725倍。二、內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測(cè)圖的關(guān)鍵是要選擇一種成熟的、技術(shù)先進(jìn)的數(shù)字測(cè)圖軟件。目前，市場(chǎng)上比較成熟的最新版本的大比例尺數(shù)字化測(cè)圖軟件主要下列3種：(1)廣州南方測(cè)繪儀器公司(South)公司開發(fā)的CASS5.1；(2)北京威遠(yuǎn)圖儀器公司(WelTop)開發(fā)的SV300；(3)廣州開思測(cè)繪軟件公司(SCS)開發(fā)的SCSGIS2000。這些數(shù)字化測(cè)圖軟件一般都應(yīng)用了數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)并具有GIS前端數(shù)據(jù)采集功能，其生成的數(shù)字地圖可以多種格式文件輸出并可以供某些GIS軟件讀取。它們都是在AutoCAD平臺(tái)上開發(fā)的，其優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用AutoCAD強(qiáng)大的圖形編輯功能。雖然上述數(shù)字化測(cè)圖軟件都是在AutoCAD平臺(tái)上開發(fā)的，但它們的圖形數(shù)據(jù)和地形編碼一般互不兼容，一個(gè)城市的各測(cè)繪生產(chǎn)單位必須根據(jù)本市的實(shí)際和需求選擇其中一種數(shù)字化測(cè)圖軟件來(lái)統(tǒng)一本市的數(shù)字化測(cè)圖工作，而不宜引進(jìn)多種數(shù)字化測(cè)圖軟件，本書只介紹CAS