第6章全站仪测量技术

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1、第六章全站仪测量技术全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。本章主要讲述全站仪的测量原理和技术，并指出全站仪在使用过程的注意事项。通过本章的学习学生应能够：理解全站仪的构造与测量原理；正确操作和使用全站仪；学会全站仪的基本测量方法和主要模块测量技术。第一节 概 述早期的全站仪是将电子经纬仪与光电测距仪组装在一起，称为积木式全站仪,积木式全站仪可以拆分成电子经纬仪和测距仪两个独立的部分。后来改进成将光电测距

2、仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪，并且配置了微处理机（CPU）、储存单元和输入输出设备（I/O），从而使全站仪能根据外业观测数据（角度、距离）实时计算并显示出所需要的测量成果：平距、高差或点的三维坐标等。通过输入输出设备可以与计算机交互通讯，一方面可以将测量数据直接传输至计算机，进行计算、编辑和绘图；另一方面，测量作业所需要的已知数据也可以从计算机输入全站仪。一、全站仪的结构原理全站仪的结构原理如图6-1所示。图中上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过

3、I/O接口接入总线与微处理机联系起来。图 6-1微处理机（CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。二、典型全站仪简介目前，国内外许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪，图6-2所示是瑞士徕卡公司生产的TPS1100系列全站仪，它具有如下特点：图 6-21马达驱动与自动目标识

4、别。在自动目标识别模式下，只需要粗略照准棱镜，仪器内置的CCD相机立即对返回信号加以分析，并通过伺服马达驱动照准部与望远镜旋转，自动照准棱镜中心进行测量，并自动进行正、倒镜观测。该观测模式对于需要进行多次重复观测的点非常有用，如可以实现对大型水坝变形点进行无人值守的连续观测。2自动跟踪。在自动跟踪模式下，仪器能自动锁定目标棱镜并对移动的360°棱镜进行自动跟踪测量，仪器内设的智能化软件利用CCD相机对返回信号进行分析处理，排除外界其它反射物体成像的干扰，可以保证在锁定目标暂时失锁时，也能立即恢复跟踪。3镜站遥控测量。镜站可以通过操作RCS1100控制器遥控测站的全站仪进行放样测量，放

5、样数据及测得的镜站当前坐标直接显示在RCS1100控制器中，这使得一个人进行测量成为可能。4无反射棱镜测量。仪器内置有红外光和可见激光两种测距信号，当使用激光信号测距时，可以不用反射棱镜，直接照准目标测距。无棱镜测距的范围为1.5m80m，加长测程的仪器可以达到200m，测距精度3mm+2ppm。该功能对测量天花板、壁角、塔楼、隧道断面等有用。5支持用户自编应用程序。仪器提供了GeoBASIC语言，它与标准BASIC语言相似，提供了数学计算、字符串管理和文件操作等功能。在使用GeoBASIC语言编程时，通过大量调用仪器提供的子程序，可以很容易编写出满足特定需要的应用程序。将编写出的应用程序装入

6、仪器中后，应用程序将成为仪器菜单中的一部分。图6-3为日本拓普康公司的GTS-600系列全站仪，它具有如下的特点：图 6-31仪器的ROM中固化有MS-DOS3.22操作系统，用户可以修改仪器自带的应用程序，也可以开发适合特殊需要的应用程序，系统提供给用户存储应用程序的空间达2MB。2仪器用于存储测量数据的内存为320KB，可以存储约5000个点的坐标数据，如果不够，可以使用闪存卡。仪器使用16MB或32MB两种PCMCIA(personal computer memory card internation association)闪存卡，数据采集完成后，可以从仪器中取出闪存卡，并将其插入卡适

7、配器中，再将插入了闪存卡的卡适配器装入计算机的PCMCIA卡槽中(笔记本电脑一般都带有PCMCIA卡槽)，即可将闪存卡中的数据读入计算机。 3仪器除带有一个RS-232C串行接口外，还带有一个12针的并行接口，将Centronics标准(12针)的打印机连接到并行接口，操作仪器可以直接打印测量成果。4自动调焦。观测员只需要使望远镜大致照准棱镜，按下仪器上的“AF”键，仪器就会立刻对目标棱镜进行自动调焦。5防水。仪器按照IEC529标准制造，具有超强的防水性能，当水龙头的水从任何方向喷射仪器的外壳时，均不会对仪器的性能产生影响。6可选配的定线点指示器。定线点指示器可以同时发射两束光，其中一束为恒

8、定激光，用于指向；另一束为闪烁光，用于帮助司镜员正确识别定线方向。7屏幕显示采用全中文菜单界面，便于中国用户操作与使用。 图6-4为中国南方公司生产的NTS系列全站仪，它具有如下的特点：图 6-41NTS的技术指标为： 角度测量：显示1（5）。 距离测量：精度：±（5mm+5ppm.D）；测程，1.5-2.5Km；测量时间，正常测距6S，连续测距3S，跟踪测距1S。 2南方NTS全站仪键盘操作键功能见图6-5所示。图 6-53南方NTS全站仪基本应用操作1）仪器安置。注意：（1）仪器对中整平后应纵转望远镜的初始化操作，此时屏幕显示两行角度值。（2）应用中未关机，电池不得卸下。（3）仪

9、器不平时屏幕将显示不平情况。 2） 测量准备。（1） 角度测量：HR HL的设定；方向值零；度盘配置。（2）距离测量：反射器常数 气象改正的设定。（3）加常数 乘常数的设定。 3）角度测量。从显示窗获得瞄准目标后的方向值，或按REC键。 4）距离测量。（1)测距方式选择。按MODE键一次。（2)连续测距。瞄准反射器后，显示窗有“*”标志，按MEAS键，每3秒测距。中断按MODE键。（3)单次测距。瞄准反射器后，显示窗有“*”标志，连续按MEAS键二次， 6秒测距。连续按MODE键二次，回角度测量。（4)跟踪测距。瞄准反射器后，显示窗有“*”标志，按TRK键，每1秒测距。中断按MODE键。 4

10、NTS设有数据存储器。仪器可采用外接数据存储器（或称电子手簿）。仪器机内设数据存储器，可存1000组测量数据。 图6-6是全站仪的配套棱镜示意图。图6-6第二节 全站仪的测量原理全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和斜距，借助于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计算并显示平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。全站仪具有的显著特点是三同轴望远镜，即：在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图6-7所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距图 6-7一、测角原理光

11、学经纬仪是通过光学元件，利用几何光学的放大和折射来进行水平和竖直刻度盘读数的。而全站仪则利用电子经纬仪的光电转换原理和微处理机，自动对度盘进行读数并显示出来（具体测量原理和方法详见第三章第六节），使观测时操作简单、避免产生读数误差。二、测距原理1光电测距仪的测程与测距精度光电测距仪的测程是指一次所测得的最远距离，一般认为：（1）短程测距仪测程在5km以内；（2）中程测距仪测程在530km；（3）远程测距仪测程在30km以上。光电测距仪的测距精度是该仪器重要的技术指标之一，其表达式为： md=±(a+b ppm D) （61）式中：md测距中误差，mm；a 固定误差，mm；b 比例误差