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全站仪简介 测绘工程系 Date1测量学第四章 l全站型电子速测仪是由电子测角 、电子测距、电子计算和数据存 储等单元组成的三维坐标测量系 统，能自动显示测量结果，能与 外围设备交换信息的多功能测量 仪器。由于仪器较完善地实现了 测量和处理过程的电子一体化， 通常称之为全站型电子速测仪（ Electronic Total Station）或简称全 站仪。 第部分 全站仪简介 Date2测量学第四章 一、全站仪的组成 显 示 器键 盘 只读存储器 随机存储器 输入/输出 I/O单元 微处 理器 水平角测量单元 垂直角测量单元 距离测量单元 自动补偿单元 光电测量系统 微处理器及软件 w 全站仪实际上是一种将光电测距仪和电子经纬仪合为一体的仪器， 是由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。 l）采集数据设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、还有自动补 偿设备等。 2）微处理器：微处理器是全站仪的核心装置,主要由中央处理器,随机 储存器和只读存储器等构成,测量时,微处理器根据键盘或程序的指令 控制各分系统的测量工作,进行必要的逻辑和数值运算以及数字存储、 处理、管理、传输、显示等。 Date3测量学第四章 3）输入输出设备：是与外部设备连接的装置（接口），使 全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。 其中又把外围设备与微处理机统称为过程控制机。只有 上面几部分有机结合，才能真正地体现“全站”功能，即既要 自动完成数据采集，又要自动处理数据和控制整个测量过程 。 Date4测量学第四章 二 全站仪的精度等级及主要技术指标 全站仪及电子经纬仪的精度等级划四级，并 使其分别靠向我国已有的经纬仪系列 DJ1 DJ15，详见表1-1。 Date5测量学第四章 全站仪的精度等级是由两部分确定，即测角 标准偏差和测距标准偏差。当两项指标达到表1 中所列的范围内时，该仪器的精度等级即可确定 。每台全站仪出厂时均有一个标称精度值，该值 是根据西德DIN18723标准进行评定的。通过我 国的实际试验，现实测值小于标称值，为标称值 的一半左右，这也说明我们如此划分全站仪的精 度等级是完全可以满足我们的现行标准的。 Date6测量学第四章 技术指标:主要体现在:望远镜（如放大率 等）、测角部（精度、测量时间等）、测距 部（精度、测量时间、测距范围等）、电源 系统（工作时间等）、软件与数据传输（内 置程序多少、数据内存多少等）、其他（显 示器、灵敏度、重量等），其中最主要的是 其测角和测距精度。 如索佳某一型号的技术参数(126页) Date7测量学第四章 三 全站仪分类 分类标准很多，如： 1）按照精度： 2）按照产地：如日本的宾得、索佳、拓普 康、尼康，美国的天宝 、瑞士的徕卡等系 列，我国南方公司的（1996年生产了第一 台全站NTS2O2）。 Date8测量学第四章 3）按照电子测角系统和电子测距系统的结合方式：积木 式和整体式。 积木式（Modular），也称组合式，它是指电子经纬仪 和测距仪可以分离开使用，照准部与测距轴不共轴。作业 时，测距仪安装在电子经纬仪上，相互之间用电缆实现数 据通讯，作业结束后卸下分别装箱。这种仪器可根据作业 精度要求，用户可以选择不同测角、测距设备进行组合， 灵活性较好。 整体式（integrated），也称集成式，它是将电子经 纬仪和测距仪融为一体，共用一个光学望远镜，使用起来 更方便。 4）按照特有功能：带内存、防水型、防爆型、电脑型、 带马达的（测量机器人）。 Date9测量学第四章 四 全站仪的应用介绍 全站仪应用非常广泛，如在变形观测中的应 用、在测设公路中线上的应用、在大面积室内装 修工程中的应用、在贯通测量中的应用、在水准 法测量高程的应用、在测量道路横断面的应用、 在数字测图的应用、在坐标法进行线路详细测设 中的应用、在坐标测量和放样中的应用、自由设 站的应用、程序测量功能在工程测量中的应用等 。 Date10测量学第四章 构造 Date11测量学第四章 Date12测量学第四章 Date13测量学第四章 Date14测量学第四章 数据通讯 Date15测量学第四章 通讯参数 Date16测量学第四章 棱镜、基座、反光镜 Date17测量学第四章 五 全站仪的特点 1仪器操作简单，高效。全站仪具有现代测量工作所需的所有 功能 2快速安置：简单地整平和对中后，开机后便可工作。仪器具 有专门的动态角扫描系统，因此无需初始化。关机后，仍会保留 水平和垂直度盘的方向值。电子“气泡”有图示显示并能使仪器始 终保持精密置平。 3适应性强：全站仪是为适应恶劣环境操作所制造的仪器。它 们经受过全面的测试以便适应各种作业条件，例如，雨天、潮湿 、冲撞、尘土和高温等，因此，它们能在最苛刻的环境下完成作 业任务。 Date18测量学第四章 4全站仪设有双向倾斜补偿器,可以自动对水平 和竖直方向进行修正,以消除竖轴倾斜误差的影响 。还可进行地球曲率改正、折光误差以及温度、气 压改正。 6具有双向通讯功能，可将测量数据传输给电子手簿或外部计算机 ,也可接受电子手簿和外部计算机的指令和数据。 5控制面板具有人机对话功能。控制面板由键盘和主,副显 示窗组成。除照准以外的各种测量功能和参数均可通过键盘来 实现,仪器的两侧均有控制面板,操作十分方便。 数据存储与通讯 操作面板 电子电子补偿器 Date19测量学第四章 六 全站仪与经纬仪相比 全站仪与经纬仪相比具有以下优点: 1.度盘的电子化读数不但提高了效率，还大大降低了 误读的机率； 2.测量结果自动记录在“电子手簿”中,减少了读数的错 误和记录的粗差,提高了功效； 3.利用全站仪中的微处理器,通过传感器可以自动的改 正仪器轴系误差,提高测量精度; 4.距离改正,高差计算和坐标计算在仪器上自动完成,减 少了内业计算工作量; 5.角度测量中自动扫描整个度盘,并求出平均值作为结 果,消除了度盘的刻 划误差和偏心差。 Date20测量学第四章 Topcon (日) Trimble (德蔡司) 苏一光 RTS702 南方NTS-202/205全站仪 七、常见全站仪 徕卡 TC402 Date21测量学第四章 宾得R-300X全站仪 索佳030R系列全站仪 尼康全站仪DTM-300 光谱FOCUS 11 科力达 KTS-322 博飞 BTS-6082C 大地DTM612A 常见全站仪 Date22测量学第四章 （一） GTS-330 GTS_330N教学演示模拟器 GTS330N全站仪用户手册1.pdf 全站仪测回法测角.wmv Date23测量学第四章 （二） SET210、510 索佳SET210_510_610全站仪说明书.pdf （三）徕卡TPS1200 徕卡TPS1200自动搜索演示.mpg Date24测量学第四章 八、新技术和发展趋势 1.目标的自动识别与照准 自动目标识别并驱动轴系照准目 标，把测量员从全站仪测量工作中 最为繁重的人工照准目标中解脱出 来，使测量员可以远离测站。 广角 CCD 用于搜寻棱镜 (17, 35M像素) 聚焦视准 CCD 用于棱镜测量 (47”, 35M像素) Date25测量学第四章 2.全站仪的无合作目标测距 激光指示器可根据不同的需求打开/关闭 Date26测量学第四章 3.全站仪的自动控制 （1）计算机在线控制GeoCOM 方式 （2）机载软件控制GeoBASIC 方式 （3） Modem控制镜站方式 测 量 4.全站仪GPS陀螺仪 Date27测量学第四章 三同轴望远镜 Date28测量学第四章 电子补偿器 l竖轴倾斜量视准轴方向CC和横轴方向HH，双轴。 l电子补偿器单轴补偿(CC)，双轴补偿(CC，HH)。 l类型摆式，液体。 l液体补偿器的补偿范围一般为3 4 。 l双轴倾斜量被传输到仪器微处理器， l自动改正水平方向与垂直方向观测值。 Date29测量学第四章 操作面板 Date30测量学第四章 数据存储与通讯 l内存可存储至少3000个点的测量数据与坐标数据， l有些配有CF卡或SD卡来增加存储容量。 l一个RS232C串行通讯接口， l使用专用数据线与计算机的COM口连接， l使用数据通讯软件实现全站仪与PC机的双向数据传输 Date31测量学第四章 第部分 全站仪原理 光电测距 电子测角 全站仪基本功能 全站仪拓展功能 Date32测量学第四章 一 光电测距 电磁波测距(electro-magnetic distance measuring,简称EDM) 是用电磁波( 光波或微波)作为载波,传输测距信号,以测量两点间距离的一种方法。 EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低等优点。 AB两点距离： D c0t / 2/n c 2997924581.2米/秒,电磁波信号在真空中的传播速度； t 测量2D所需的时间；n=f(,t,p) 1,大气折射率。 基本原理： Date33测量学第四章 (一) 电磁波测距技术发展 1948年，瑞典AGA(阿嘎)公司(现更名为Geotronics(捷创力)公司)研制 成功了世界上第一台电磁波测距仪。 它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当 笨重且功耗大。 为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计 算都比较复杂。 1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光 器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。 与白炽灯比较，激光器的优点是发散角小、大气穿透力强、传输的距离 远、不受白天太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。 1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。 该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测 程达60km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量23kg。 我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光测距仪， 1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖 激光器作发光元件，白天测程为20km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重 量16.3kg。 Date34测量学第四章 随着半导体技术的发展，从60年代末70年代初起，采用砷化镓发光 二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。 红外测距仪有体积小,重量轻,功耗小,测距快,自动化程度高等优点。 由于红外光的发散角比激光大,所以红外测距仪的测程一般小于15km。 现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起， 形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无 线传输方向飞速发展。 (二) 测距仪分类 （一） 按光源分类（按其所采用的载波） 1. 微波测距仪(microwave EDM instrument)：用微波段的无线电波作为载 波； 2. 激光测距仪(laser EDM instrument)：采用固体激光器、气体激光器或半 导体激光器发出的方向性强、亮度高、相干性好的激光作光源； 3. 红外测距仪(infrared EDM instrument)：采用砷化镓发光二极管发出不可 见的红外光作光源，0.850.93m. 激光测距仪、红外测距仪又统称为光电测距仪。 微波和激光测距仪多属于长程测距，一般用于大地测量；红外测距仪属于 中、短程测距仪(测程为15km以下)，工程测量等。 Date35测量学第四章 (二) 按测程分类 1.短程光电测距仪：测程小于3公里，用于工程测量。 2.中程光电测距仪：测程为315公里，通常用于一般等级控制测量。 3.远程光电测距仪：测程大于15公里，通常用于国家三角网及特级导线. (三） 按测距精度分类 测距精度按1公里测距中误差(即mD=A+BD,当D=1km时),划分为3级: 级：mD 5mm； 级：5mm1.5格）,须重新整平,重新观测。 l 选择好零方向，应考虑通视良好、距离适中、成像清晰、竖角较小 的目标 l 各测回在起始方向的盘左位置要配置度盘 R=180/m(i1)10(i1)600/m(i1/2) m为测回总数，i为测回序数 l 旋进 Date72测量学第四章 四、竖直角观测方法 l 竖直角观测与水平角一样,都是依据度盘上两个方向读数 之差来实现,但其中一个方向读数不变。 l 竖直角观测只需 照准目标,读取竖直 度盘读数,即可根据 相应公式计算出竖 直角。 l 两方向中必有一个是水平线方向,视线水平时其竖盘读数是一固定值( 如90或270)。 Date73测量学第四章 (1)竖直角计算公式的确定方法 竖直角的计算公式，因竖盘注记方式的不同而异,首先看一下视线水平 时的竖盘读数， 然后望远镜上仰看竖盘读数变化： 左=90L 右=R270 l读数增大时,竖直角=瞄准目 标时读数视线水平时读数; l读数减小时,竖直角=视线水 平时读数瞄准目标时读数; 若盘左属第(1)种情况, 则盘右必属第(2)情况；反 之亦然。 Date74测量学第四章 l 在测站上安置仪器，对中，整平。 l 盘左位置： 1)瞄准目标，用望远镜十字丝中丝（横丝）的单丝精确切 准目标； 2)读取竖直度盘读数，并记入记录表格。 (2)观测和计算 l盘右位置：纵转望远镜，以盘右位置用十字丝中丝的单丝精确切准目标 同一位置，其它操作与盘左相同。 盘左、盘右构成一测回竖直角观测。 Date75测量学第四章 左=90L；右=R270； 若左、右之差在容许 范围之内( DJ2为30;DJ6为60 ) 一测回角值 ：=（左右）/ 2，计算结果添入表中。 l 上下半测回角值较差不超过规定限值时 (DJ2-30;DJ6-60), 取 平均值作为一测回的竖直角值; l 测回间的竖直角较差小于限差时取均值作为最后 结果。 l 竖直角计算（顺时针注记为例） Date76测量学第四章 (3)竖盘指标差 l 竖盘指标差：竖盘指标水准管 居中（或自动归零装置打开）且望 远镜视线水平时，竖盘读数与理论 读数的差值 x。 l 盘左、盘右取均值可消除指标差 l 在多测回竖直角测量中,常用指标差来检验竖直角观测的质量: l观测同一目标的不同测回中(或同测站的不同目标时), 各指标差较差不 应超过一定限值, 如在一般竖直角测量中,指标差较差应小于10。 l竖盘读数的正确值: L正=（Lx）； R正= Rx 正确的竖直角： =90（Lx）=左+x =（Rx）270=右x l一测回竖直角： l指标差的计算公式： Date77测量学第四章 五 经纬仪的检验与校正 五条主要轴线：水准管轴（LL）、竖轴（VV）、视准轴（CC）、 横轴（HH）、 十字丝竖丝。 l 上述各项校正，一般都需反复进行几次，直至在允许范围之内。其中视准轴 的检校是主要一项； l 校正时，应遵循先松后紧的原则； l 一般地，若前一项未校正会影响到下一项的检验时,校正次序不宜颠倒； l 同是校正一个部位的两项,宜将重要的置于后面;Date78测量学第四章 一、LLVV的检校 l旋转照准部180，检查 水准管气泡是否居中，若 气泡仍居中，则LLVV； 否则，说明两者不垂直， 需校正。 播放经纬仪的水准管校 正短片 1.检验 l粗平经纬仪:使水准管平行 于任意两个脚螺旋，调节脚 螺旋使水准管气泡居中。 Date79测量学第四章 1检验 l 整平仪器，使竖丝清晰地照准远处点状目标,使其与竖丝上端相切； l 旋转望远镜微动螺旋，将目标点向竖丝下端移动，若目标点与竖丝 的位置不变，说明竖丝与横轴垂直；若明显偏离，则需校正。 二、“”HH的检校 Date80测量学第四章 三、CCHH的检校方法一 1.检验 l选一平坦场地，安置仪器于A、B中点O，在B点与AB方向垂直地横放一 刻有毫米分划的直尺M，并使目标A、直尺M与仪器同高。 l整平仪器,先以盘左位置照准远处目标A,保持照准部不动,纵转望远镜, 于M尺上读得B； l 以盘右位置仍照准目标A，同法在M尺上读取读数B； l 若B = B ，则CCHH；若B B ， 则需校正。 Date81测量学第四章 1检验 l 距墙面约2050米处安置仪器，整平后，盘左瞄准墙面高处目标点P （仰角30）； l 固定照准部，纵转望远镜，使视线水平在墙上定出P1点，并标记； l 盘右位置同法在墙上作点P2。 l 如果P1与P2重合，则HHVV，否则，横轴不水平。 四、HHVV的检校 Date82测量学第四章 三、全站仪基本功能 在野外测量中，必须具备采集水平角、竖直角和倾斜距离三种 基本数据的基本功能; 角度测量斜距测量 V ： 901020 HR：1203040 PSM 0.0 SD： PPM 0.0 (m) F.R 测量 模式 角度 平距 坐标 P1 记录 放样 均值 m/ft P2 平距测量 V ： 901020 HR：1203040 PSM 0.0 HD： PPM 0.0 VD: (m) F.R 测量 模式 角度 斜距 坐标 P1 记录 放样 均值 m/ft P2 坐标测量 N ： E ： PSM 0.0 Z ： PPM 0.0 (m) F.R 测量 模式 角度 斜距 平距 P1 记录 高程 均值 m/ft 设置 P2 V ： 875545 HR：1203040 斜距 平距 坐标 置零 锁定 P1 记录 置盘 R/L V% 倾斜 P2 还需要计算坐标、方位角、高差、高程等数据，这些数据由三种 基本数据经仪器内部的微处理器的处理得到。 Date83测量学第四章 不同型号的全站仪，其具体操作方法 会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的 基本操作与使用方法。全站仪的常用功能 包括：1.角度测量；2.距离测量；3.坐标测 量；4.放样（点放样、距离放样等），程 序测量功能包括对边测量、悬高测量、面 积测量、偏心测量、后方交会等）。本章 着重介绍常用功能，程序测量功能简单说 明。 Date84测量学第四章 1. 角度测量（angle observation） （1）功能：可进行水平角、竖直角的测量 。 （2）测量原理：测回法、方向观测法。 Date85测量学第四章 （3）方法：与经纬仪相同，若要测出水平角 AOB ， 则： 按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一 个目标A。 设置A方向的水平度盘读数为00000。 照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方 向间的水平夹角。 Date86测量学第四章 2. 距离测量（ distance measurement ） （1）功能：可测量平距 H 、高差 V 和斜距 S （ 全站仪镜点至棱镜镜点间高差及斜距）。 （2）测量原理： 式中cc0n，c0为真空中的光速值，其值 为299792458ms, n为大气折射率，它与测距 仪所用光源的波长，测线上的气温t, 气压P和湿 度e有关。 Date87测量学第四章 （3）方法： 根据光电测距原理可知，大气折射率与测距仪所用光 源的波长，测线上的气温t, 气压P和湿度e有关，所以在 测距以及包含测距时的测坐标和放样前均需设置大气改 正数(ppm），另外还需设置棱镜常数（PSM）。 设置测距模式：全站仪的测距模式有精测模式、跟 踪模式、粗测模式三种。 精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5S，最 小显示单位1mm； 跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距， 最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S； 粗测模式，测量时间约0.7S，最小显示单位1cm或 1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（ MODE）键选择不同的测距模式。 设置棱镜类型：有棱镜与无棱镜之分。 Date88测量学第四章 设置棱镜常数：测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对 所测距离进行改正。一般： PRISM=0 （原配棱镜），-30mm （国 产棱镜）； 设置大气改正值或气温、气压值：光在大气中的传播速度会随大 气的温度和气压而变化，15和760mmHg是仪器设置的一个标准值 ，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪 会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结 果进行改正； 量仪器高、棱镜高并输入全站仪； 距离测量：照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距 完成时显示斜距、平距、高差。 应注意：有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高 ，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。 Date89测量学第四章 3. 坐标测量（ coordinate measurement ） （1）功能：可测量目标点的三维坐标（ X ， Y ， H ）或（E、N、Z）。 （2）测量原理： Date90测量学第四章 Date91测量学第四章 （3）方法： 设定测站点的三维坐标（E、N、Z）。 设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘 读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站 仪会自动计算后视方向的方位角 ，并设定后视 方向的水平度盘读数为其方位角。 设置棱镜常数计及反射镜类型。 设置大气改正值或气温、气压值。 量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测 距并计算显示测点的三维坐标。 Date92测量学第四章 4. 点位放样 (Layout) （1）功能：根据设计的待放样点 P 的坐标，在实地 标出 P 点的平面位置及填挖高度。 （2）放样原理：基本测设工作中的原理。 Date93测量学第四章 （3）方法： 在大致位置立棱镜，测出当前位置的坐 标。 将当前坐标与待放样点的坐标相比较， 得距离差值dD和角度差dHAR或纵向差值 X和横向差值Y。 根据显示的 dD 、dHR 或X 、Y ，逐 渐调整找到放样点的位置。 Date94测量学第四章 四、全站仪拓展功能（ programs ） （1）数据采集 (data collecting) ; （2）对边测量(MLM)、悬高测量(REM)、 面积测量(AREA)、后方交会 (RESECTION) 等; （3）数据存储管理。包括数据的传输、数 据文件的操作（改名、删除、查阅）。 Date95测量学第四章 操平、坐标测量 Date96测量学第四章 对边测量、悬高测量 Date97测量学第四章 导线测量、放样 Date98测量学第四章 坐标放样、后方交会 Date99测量学第四章 6、偏心测量 1 Date100测量学第四章 （1） 距离偏心 （2) 角度偏心 （3) 双距偏心 在点附近的前(C1)、后 (C2)、左(C3)或右(C4)点 立棱镜，对其观测，输 入棱镜点与点的平距d， 获得C点的坐标或OC 的距离和角度。 在以测站O为圆心， 距离r为半径的圆弧上 ，任意点C立棱镜， 先观测C点，再照准C 点，可得到C点的坐标 或OC点的距离和角 度。 设C点与偏心点A，B 位于同一空间直线上， 分别观测立在A，B点的 棱镜，输入CB的斜距 ，得C点的坐标或OC 的距离和角度。 Date101测量学第四章 四 全站仪使用的注意事项与维护 1. 全站仪保管的注意事项 （1）仪器的保管由专人负责，每天现场使用完毕带回 办公室；不得放在现场工具箱内。 （2）仪器箱内应保持干燥，要防潮防水并及时更换干 燥剂。仪器须放置专门架上或固定位置。 （3）仪器长期不用时，应一月左右定期通风防霉并通 电驱潮，以保持仪器良好的工作状态。 （4）仪器放置要整齐，不得倒置。 2. 使用时应注意事项 （1）开工前应检查仪器箱背带及提手是否牢固。 Date102测量学第四章 （2）开箱后提取仪器前，要看准仪器在箱内放置的方式和位 置，装卸仪器时，必须握住提手，将仪器从仪器箱取出或装入 仪器箱时，请握住仪器提手和底座，不可握住显示单元的下部 。切不可拿仪器的镜筒，否则会影响内部固定部件，从而降低 仪器的精度。应握住仪器的基座部分，或双手握住望远镜支架 的下部。仪器用毕，先盖上物镜罩，并擦去表面的灰尘。装箱 时各部位要放置妥帖，合上箱盖时应无障碍。 （3）在太阳光照射下观测仪器，应给仪器打伞，并带上遮 阳罩，以免影响观测精度。在杂乱环境下测量，仪器要有专人 守护。当仪器架设在光滑的表面时，要用细绳（或细铅丝）将 三脚架三个脚联起来，以防滑倒。 （4）当架设仪器在三脚架上时，尽可能用木制三脚架