第6章

全站儀測量電子經(jīng)緯儀和光電測距儀的迅速崛起，實現(xiàn)了經(jīng)緯儀角度測量的電子化和自動化，測角測距一體化。微處理器管理數(shù)據(jù)，自動存儲、計算和傳輸數(shù)據(jù)。20世紀80年代起，微電子和微處理技術(shù)迅猛發(fā)展，推動測量儀器飛躍發(fā)展。電子經(jīng)緯儀和光電測距儀的迅速崛起全站儀的功能在一個測站上同時完成測角、測距及測量結(jié)果自動顯示、計算和存儲，與外圍設(shè)備交換信息。全站儀的特點實現(xiàn)測量和處理過程的電子一體化，通常稱為全站型電子速測儀或簡稱全站儀。全站儀的組成全站型電子速測儀由電子測角、電子測距、電子計算和數(shù)據(jù)存儲等單元組成的三維坐標測量系統(tǒng)。全站型電子速測儀的組成與功能內(nèi)

容分類和等級測量功能0201基本構(gòu)造03檢驗與校正04儀器操作和使用0501基本構(gòu)造目前我國使用較多的有瑞士產(chǎn)、日本產(chǎn)、國產(chǎn)的全站儀。盡管各種全站儀構(gòu)造有所差異，但主要可分為主機和輔助設(shè)備。全站儀種類繁多，在構(gòu)造和功能上有所差異。主機數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括電子測角系統(tǒng)、電子測距系統(tǒng)和自動補償裝置等。微處理器微處理器是全站儀的核心，由中央處理器、隨機儲存器和只讀存儲器等構(gòu)成，控制各分系統(tǒng)工作，進行邏輯運算、數(shù)據(jù)處理等。全站儀功能全站儀通過這兩大器件的有機結(jié)合，可以真正體現(xiàn)“全站”功能，既能自動完成數(shù)據(jù)采集，又能自動處理數(shù)據(jù)。全站儀要完成預(yù)定的測量工作，需借助必要的輔助設(shè)備。輔助設(shè)備輔助設(shè)備常用輔助設(shè)備包括：三腳架、反射棱鏡或反射片、垂球管式羅盤、溫度計和氣壓表、打印機連接電纜、數(shù)據(jù)通信電纜、陽光濾色鏡以及電池及充電器等。反射棱鏡或反射片立于測點，拱望遠鏡照準。在工程測量中，根據(jù)測程的不同，選擇三棱鏡、九棱鏡等。垂球在無風天氣下，垂球可用于對中，使用方法同經(jīng)緯儀。三腳架測站上架設(shè)儀器，與經(jīng)緯儀操作相同。輔助設(shè)備供望遠鏡照準磁北方向，使用時，將其插入儀器提柄上的管式羅盤插口即可，松開指針的制動螺旋，旋轉(zhuǎn)全站儀的照準部，使羅盤指針平分指標線，此時望遠鏡指向即為磁北方向。管式羅盤溫度計和氣壓表提供工作現(xiàn)場的溫度和氣壓，用于儀器參數(shù)設(shè)置和校正。溫度計和氣壓表用于連接儀器和打印機，可直接打印輸出儀器內(nèi)數(shù)據(jù)，以便進行數(shù)據(jù)處理和記錄。打印機連接電纜輔助設(shè)備23數(shù)據(jù)通信電纜用于連接儀器和計算機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和交換，以便進行數(shù)據(jù)處理和分析。數(shù)據(jù)通信電纜陽光濾色鏡用于防止陽光對觀測者視力的傷害和儀器的損壞，可安裝在望遠鏡的物鏡上。陽光濾色鏡電池及充電器為儀器提供電源，確保全站儀在野外等無電源環(huán)境下正常工作。電池及充電器輔助設(shè)備02分類和等級20世紀80年代末、90年代初，人們將電子測角系統(tǒng)和電子測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置在一起，構(gòu)成全站儀。全站儀的分類方式很多，這里僅介紹常見的分類方法：外觀結(jié)構(gòu)；測程；測距方式。全站儀的分類全站儀的發(fā)展儀器分類方法儀器分類外觀結(jié)構(gòu)分類積木型（組合型）：早期全站儀整體型：現(xiàn)代的全站儀測距方式分類脈沖式：以激光作光源相位式：以紅外光作光源脈沖—相位式：上述兩種的結(jié)合測程分類短程（測程在3km以內(nèi)）、中程（測程為3~15km）、遠程（測程15~100km）和超遠程（測程＞100km）四類。電子經(jīng)緯儀和測距儀可以分開使用，照準部與測距軸不共軸，作業(yè)時測距儀安裝在電子經(jīng)緯儀上，相互之間用電纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，作業(yè)結(jié)束后卸下分別裝箱。靈活組合高精度：這種儀器可根據(jù)作業(yè)精度要求，用戶可以選擇不同測角、測距設(shè)備進行組合，靈活性較好。組合式測距儀隨著光電測距儀進一步輕巧化，現(xiàn)代全站儀大多將測距、測角和記錄單元在光學(xué)、機械等方面設(shè)計成了不可分割的整體。同軸結(jié)構(gòu)利測距：測距儀的發(fā)射軸、接收軸和望遠鏡的視準軸為同軸結(jié)構(gòu)，對保證較大垂直角條件下的距離測量精度非常有利。整體式測距儀最新發(fā)展隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及用戶的不同要求，出現(xiàn)了帶內(nèi)存、防水型、防爆型、電腦型、馬達驅(qū)動型各種類型全站儀，越來越智能化，新開發(fā)的集成GPS衛(wèi)星定位技術(shù)已面世?，F(xiàn)狀各儀器廠商可生產(chǎn)出各種型號全站儀，品種越來越多，精度越來越高。常見全站儀日本索佳，拓普康，尼康，徠卡，天寶，南方，科力達全站儀的發(fā)展測距和測角精度的匹配遵循“等影響”原則。精度等級設(shè)計按照《全站型電子速測儀檢定規(guī)程》（JJG1002003），全站儀精確度等級分為四個等級，涵蓋I至Ⅳ級。精度等級01020304全站儀作為一種光電測距與電子測角和微處理器綜合的外業(yè)測量儀器，主要的精度指標為測角中誤差mβ和測距中誤差mD。全站儀精度I級II級儀器為精密型，用于高等級控制測量及變形觀測等；Ⅲ、Ⅳ級儀器用于道路和建筑場地的施工測量，電子平板數(shù)據(jù)采集、地籍和房產(chǎn)測量等。等級劃分儀器等級03測量功能全站儀的功能全站儀是一種集測角、測距、補償、數(shù)據(jù)處理于一體的測量儀器，可自動存儲和計算數(shù)據(jù)。電子經(jīng)緯儀通過光電傳感器和角度編碼器等組件，實現(xiàn)快速、準確的測角功能。電子測距儀則通過發(fā)射和接收光信號或無線電波信號，根據(jù)測量信號的時間差或相位差。電子補償器通過陀螺儀或加速度計等傳感器，自動檢測和補償儀器的垂直度和水平度誤差。電子計算機對采集到的數(shù)據(jù)進行自動處理，包括坐標變換、距離計算、誤差修正等。電子經(jīng)緯儀測角電子補償器數(shù)據(jù)處理電子測距儀測距全站儀的測量原理全站儀數(shù)據(jù)存儲所有程序都固化在儀器的存儲器中,不能添加或改寫,只能使用全站儀提供的功能,無法擴充。內(nèi)存式電腦型電腦型全站儀內(nèi)置操作系統(tǒng),所有程序均運行其上,可根據(jù)實際需要添加相應(yīng)程序來擴充其功能,使操作者進一步成為全站儀功能開發(fā)的設(shè)計者,更好地為工程建設(shè)服務(wù)。按數(shù)據(jù)存儲方式分為內(nèi)存型和電腦型

基本測量功能基本測量功能包括電子測距和電子測角(水平角

、豎直角),顯示的數(shù)據(jù)為觀測數(shù)據(jù)程序測量功能程序測量功能包括水平距離和高差的切換顯示

、三維坐標測量

、對邊測量

、放樣測量

、后方交會測量等,顯示的數(shù)據(jù)為觀測數(shù)據(jù)經(jīng)處理后的計算數(shù)據(jù)。全站儀操作說明書全站儀型號繁多，操作使用存在差異，要全面了解、掌握一種型號的全站儀，就需要詳細閱讀其使用說明書?；緶y量功能和程序測量功能

水平角顯示方式選擇水平角顯示有左角HL（逆時針角）和右角HR（順時針角）兩種形式，進行測量前，應(yīng)首先確定顯示方式。設(shè)置水平度盤讀數(shù)水平方向置零是測定兩條直線間的夾角，先將其中任一點水平度盤讀數(shù)也可設(shè)置成其他數(shù)值。方位角設(shè)置當在已知點上設(shè)站，照準另一已知點時，則方向坐標方位角是已知的，此時可設(shè)置水平度盤的讀數(shù)為已知的坐標方位角值。水平角測量全站儀測水平角時，選好水平角顯示方式，精確照準后視點并置零，再旋轉(zhuǎn)望遠鏡精確照準前視點，此時顯示屏幕上的讀數(shù)便是要測的水平角值。豎直角測量在角度測量模式下，照準目標，記錄顯示屏幕上V所對應(yīng)的角度值，即豎盤讀數(shù)，然后按照豎直角計算方法計算豎直角。角度測量距離測量準備參數(shù)設(shè)置

返回信號檢測需輸入棱鏡常數(shù)和大氣改正值，也可輸入溫度和氣壓值,全站儀會自動計算并改正測距誤差，距離乘常數(shù)一般設(shè)為零，可根據(jù)需要設(shè)置。當精確瞄準棱鏡后,檢查返回信號的強度

。在基本模式或角度測量模式的情況下進行距離切換。如返回信號無音響,則表明信號弱,先檢查棱鏡是否瞄準,如果已精確瞄準,應(yīng)考慮增加棱鏡數(shù)

。這對長距離測量尤為重要。距離測量前需準備與全站儀配套的反光鏡，并設(shè)置棱鏡常數(shù)、大氣改正等參數(shù)，確保儀器與棱鏡精確對中整平。距離測量準備工作距離測量模式選擇開始測距全站儀距離測量有精測、速測（或稱粗測）和跟蹤測等模式可供選擇，應(yīng)根據(jù)測距的要求通過鍵盤預(yù)先設(shè)定。精確照準棱鏡中心，按距離測量鍵，開始距離測量，此時有關(guān)測量信息(距離類型、棱鏡常數(shù)改正、氣象常數(shù)改正和測距模式等)將閃爍顯示在屏幕上。距離測量開始在輸入測站點坐標、儀器高、目標高和后視坐標方位角（后視點坐標），可以測定目標點的三維坐標。坐標測量原理坐標測量概述坐標測量坐標測量步驟安置儀器在測點上，電池電量充足，按觀測條件設(shè)置好儀器參數(shù)。完成水平和豎直度盤初始化，設(shè)置測距模式，檢驗返回信號。準備工作儀器高是指儀器的橫軸中心（一般儀器上設(shè)有標志）至測站點的垂直高度。一般用2m鋼卷尺量出。輸入儀器高棱鏡中心至測站點的垂直高度。輸入棱鏡高坐標測量步驟將測站點、后視點坐標通過操作鍵盤依次輸入。輸入測站點、后視點數(shù)據(jù)輸入當時的大氣溫度和氣壓。設(shè)置氣象參數(shù)照準后視點，輸入測站點和后視點坐標后，通過鍵盤確定，水平度盤顯示角度即為方位角。也可直接輸入后視方位角。設(shè)置后視方位角精確照準位于待測點的棱鏡中心，按坐標測量鍵。坐標測量已知角度、距離、高差或點位坐標，實地測設(shè)出來?？煞譃闃O坐標放樣和坐標高程放樣。極坐標放樣步驟放樣概述放樣按坐標測量程序操作方式進行測站和后視設(shè)置；鍵盤輸入放樣點坐標N、E、Z1；參照水平角和距離放樣步驟定出平面位置；測量高程，上下移動棱鏡至差值為零，確定高程。坐標高程放樣步驟儀器安置于測站點，照準后視方向，水平度盤置零。選擇放樣模式，輸入距離和水平角。進行水平角放樣：轉(zhuǎn)動照準部，直至角度差值為零，固定照準部。距離放樣，在視線方向上安置并移動棱鏡，直至距離差值為零。高程傳遞全站儀通過測量不超過5個已知點來自動計算所設(shè)測站點高程，功能用于快速準確地傳遞高程信息，無需額外的高程控制點。對邊測量對邊測量模式可計算兩個目標點間的平距、斜距和高差，以及坡度和方位角，不受地形限制，無需通視，適用于橫斷面測量。自由設(shè)站全站儀自由設(shè)站法通過測量多個已知點自動計算臨時設(shè)站點的坐標、高程和定向方位角，解決控制點不通視問題，提高實際工作效率。其他測量功能懸高測量用于測量不可接觸點的點位坐標和高程。通過測量基準點，然后照準懸高點，可得到不可接觸點（也稱懸高點）的坐標和高程。懸高測量可測量由直線和弧線段定義的閉合多邊形面積，弧線段可由三個點或兩點加半徑確定；支持數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入和手工輸入坐標。面積測量導(dǎo)線測量是利用方向和距離的測量數(shù)據(jù)來計算測站坐標，當導(dǎo)線閉合后，可以立即顯示導(dǎo)線閉合差作為導(dǎo)線測量的野外檢核。導(dǎo)線測量其他測量功能道路放樣道路放樣是道路測量關(guān)鍵，全站儀道路放樣軟件可存儲已知數(shù)據(jù)并靈活調(diào)用，支持中邊樁放樣和橫斷面測量，提高作業(yè)效率。導(dǎo)線平差導(dǎo)線數(shù)據(jù)可按單導(dǎo)線形式進行平差，采用等權(quán)分配法計算，如果誤差未超限，平差后的坐標將自動記錄到儀器內(nèi)存。其他測量功能04檢驗與校正全站儀必須進行計量檢定，以確保量度的統(tǒng)一性、標準性和合格性。檢定周期最多不能超過一年，對全站儀的檢定分為三個方面。計量檢定數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)檢測電子測角系統(tǒng)檢測全站儀的計量檢定測距性能檢測檢查內(nèi)存中的文件狀態(tài)，檢查存儲數(shù)據(jù)的個數(shù)和剩余空間查閱記錄的數(shù)據(jù)，對文件進行編輯、輸入和刪除功能的檢查數(shù)據(jù)通訊接口、數(shù)據(jù)通信專用電纜的檢查數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)檢測電子測角系統(tǒng)檢測項目光學(xué)對中器和水準管的檢校，照準部旋轉(zhuǎn)時儀器基座方位穩(wěn)定性檢查，測距軸與視準軸重合性檢查，儀器軸系誤差檢定，傾斜補償器檢定。儀器軸系誤差檢定儀器軸系誤差包括視準軸誤差c、橫軸誤差i和豎盤指標差x，這些誤差的檢定對于確保測量結(jié)果的準確性至關(guān)重要。傾斜補償器檢定傾斜補償器的補償范圍與補償準確度的檢定，一測回水平方向指標差的測定和一測回豎直角標準偏差測定。電子測角系統(tǒng)檢測外觀與功能，三軸關(guān)系，調(diào)制光相位均勻性、周期誤差、測尺頻率，以及加、乘常數(shù)標準差和測距綜合標準差。主要項目必要時，可以在較長的基線上進行測距的外符合檢查，以進一步驗證測距結(jié)果的準確性。外符合檢查發(fā)射、接收、照準三軸關(guān)系的正確性。三軸關(guān)系檢測光電測距性能檢測周期誤差由于周期誤差數(shù)值不大，一般測量成果改正中不考慮其影響。加常數(shù)和乘常數(shù)加常數(shù)、乘常數(shù)檢測方法與光電測距儀的加、乘常數(shù)檢測方法一致。三軸平行性檢測測距儀的發(fā)射、接收光軸與望遠鏡的視準軸三者平行時，全站儀能得到最大強度的反射光波信號。在使用過程中，由于碰撞、振動或溫度變化等原因，可能導(dǎo)致三軸不平行，使儀器得到的反射信號強度大大減弱，甚至會接收不到信號，影響測距工作的進行。全站儀常進行的項目進行三軸平行性檢測時，將單塊棱鏡安置在距儀器至少100米處，先使望遠鏡的十字絲照準標記，記下電流計指針擺動的位置或顯示窗中顯示的反射信號強度。三軸平行性檢測的方法通過轉(zhuǎn)動經(jīng)緯儀的微動螺旋，使望遠鏡左右及上下移動，觀察電流計指針的擺動或反射信號強度的變化。若指針向大位置擺動或信號強度增加，說明三軸不平行。判斷三軸是否平行三軸平行性檢測校正針轉(zhuǎn)動校正螺旋對于組合式全站儀，可用校正針轉(zhuǎn)動照準頭上的校正螺旋，即可改變光束方向。先用望遠鏡中的十字絲照準反射鏡的標，輕輕轉(zhuǎn)動校正螺旋，直至得到最大強度的反射信號為止。整體式全站儀的三軸同軸校正較為復(fù)雜，一般情況下只進行檢驗不校正。偏差大的情況下，應(yīng)該交由專業(yè)的維修人員進行校正。轉(zhuǎn)動校正螺旋至最大信號整體式全站儀不校正專業(yè)維修者校正三軸不平行校正方法05儀器操作和使用儀器安置儀器安置的重要性整平氣泡偏離的影響對中方法電子氣泡整平的優(yōu)勢儀器安置是測量工作中不可忽視的環(huán)節(jié)，包括對中與整平，確保儀器位置準確，提高測量精度。儀器安置包括對中與整平，有光學(xué)對中器，一些還有激光對中器，使用十分方便。儀器內(nèi)置有雙軸補償器，整平后水準管氣泡略有偏離，對觀測并無影響。相較于傳統(tǒng)方法，電子氣泡整平更加便捷和精確，提高了整平效率和準確性。開機后，儀器自動進行自檢，確保各項功能正常，通過后顯示主菜單。開機與自檢開機和設(shè)置根據(jù)需要設(shè)置各種觀測量單位與小數(shù)位數(shù)，包括距離單位、角度單位及氣象單位等。單位與小數(shù)位數(shù)設(shè)置存儲指標差與照準差，以便后續(xù)測量數(shù)據(jù)校正和參考。指標差與照準差存儲測距儀常數(shù)設(shè)置包括加常數(shù)、乘常數(shù)以及棱鏡常數(shù)設(shè)置，確保測距數(shù)據(jù)準確。開機和設(shè)置信息建立與存儲根據(jù)實際測量作業(yè)的要求，建立相應(yīng)的電子記錄文件，包括建立標題信息、測站標題信息、觀測信息等。氣壓與溫度設(shè)置儀器安置后，在氣壓或溫度輸入模式下輸入當時的溫度和氣壓。坐標輸入方式支持直接輸入坐標或從存儲卡中調(diào)用數(shù)據(jù)文件，方便快捷。水平角置零或輸入通過相關(guān)鍵可對全站儀的水平角進行置零或輸入一個已知值。觀測信息內(nèi)容附注、點號、反射鏡高、水平角、豎直角、平距、高差等。020301開機和設(shè)置在標準測量狀態(tài)下，角度測量模式、斜距測量模式、平距測量模式、坐標測量模式可互相切換。測量模式切換全站儀精確照準目標后，通過不同測量模式之間的切換，可得到所需的觀測值。所需觀測值測量模式切換使用注意事項使用全站儀前，應(yīng)全面閱讀儀器使用說明書，了解儀器的各種功能和操作方法。使用前全面了解著重