《全站仪原理与应用》PPT课件

全站仪原理与应用,安徽水利水电职业技术学院建筑工程系主讲：朱林联系电话全站仪的定义,全站仪是由电子经纬仪、光电测距仪、电子补偿器和微型机及软件组合而成的智能型测量仪器。,一.全站仪的测角原理,电子测角的度盘主要有编码度盘、光栅度盘、动态度盘三种形式。因此，电子测角也就有编码测角、光栅测角和动态测角三种形式。,1.编码度盘利用编码度盘进行测角是电子经纬仪中采用最早、较为普遍的电子测角方法。这种测角方法称为绝对式测角方法。2.光栅度盘另一种广泛使用的测角方法是用光栅度盘。由于这种方法比较容易实现，所以被广泛采用。这种测角方法也称为增量式测角方法。3.动态度盘为了提高测角精度，必须通过适当的角度测微技术来提高测角分辨率。其主要技术是在测角时仪器的度盘分别绕竖轴和横轴恒速旋转，因此称为动态式测角方法。动态测角的精度可达0.5。,二全站仪的测距原理,随着各种光源的相继问世，以激光、红外光和其它光源为载波的光电测距仪和以微波为载波的微波测距仪，通称为电磁波测距仪，简称测距仪（EDM）。以微波和激光为载波的测距仪多属于长程测距，测程可达到60km，一般用于大地测量，而以红外光为载波的测距仪属于中、短程测距仪，测程一般为15km，用于小地区控制测量、地形测量、地籍测量和工程测量。,1.光电测距仪的基本原理,如图1所示，光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返传播一次所需要的时间t2D，依式（1）来计算待测距离D。,图1光电测距原理图,式中，c为光在真空中的传播速度即c=299792458m/s1.2m/s。但测量工作都是在大气中进行的，这就要求我们在光电测距作业中，必须实时测定现场的大气温度和气压，并对所测距离施加气象改正。根据测量光波在待测距离D上往、返一次传播时间t2D方法的不同，光电测距仪可分为脉冲式和相位式两种。,2.脉冲式光电测距仪,脉冲式光电测距仪是将发射的光波调制成一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离，如图2所示。在尖脉冲光波离开测距仪发射镜的瞬间，触发打开电子门，此时，时钟脉冲进入电子门填充，计数器开始计数。在仪器接收镜接收到由棱镜反射回来的尖脉冲光波的瞬间，关闭电子门，计数器停止计数。设时钟脉冲的振荡频率为f0，周期为T0=1/f0，计数器计得的时钟脉冲个数为q，则,图2脉冲测距原理图,3.相位式光电测距仪,相位式光电测距仪是将发射光波调制成正弦波的形式，通过测量连续的调制信号在待测距离上往返传播的相位变化来间接测定传播时间，从而求得被测距离,三全站仪的补偿器原理,全站仪补偿器是测量仪器由光学型转向光电型后出现的一种全新的误差改正器件，用传统的光学经纬仪的思路来理解全站仪是不对的，只有对补偿器的基本原理有了一定的认识，才能在实践中更好地使用全站仪，以便提高测量精度和减少劳动强度。,1.补偿器的目的和作用,在测量工作中，有许多方面的因素影响着测量的精度，其中仪器的三轴误差是诸多误差源中最重要的因素。为了减少测量误差，人们经常采用盘左、盘右观测求平均值的方法，但这个过程比较麻烦，需要多花费一些时间，且容易导致操作上的错误。在许多应用工程中，测量精度的要求相对较低，如在一般建筑施工测量中，单镜位观测就够满足精度要求。因此，补偿器的目的就是为了减少仪器的三轴误差对观测数据的影响。补偿器的作用就是通过检测仪器垂直轴倾斜在x轴和y轴上的分量信息，自动地对测量值进行改正，从而提高采集数据的精度。,2.补偿器的工作原理,补偿器是全站仪的一个重要部分。按工作原理可划分为摆式补偿器和液体补偿器；按补偿范围可划分为单轴补偿器、双轴补偿器和三轴补偿器。,（1）单轴补偿器在电子经纬仪上一般采用单轴补偿，它只能自动改正由于竖轴倾斜误差对竖直度盘读数的影响。（2）双轴补偿器双轴补偿器是当仪器竖轴倾斜时，它只能自动改正由于竖轴倾斜误差对竖直度盘和水平度盘读数的影响。目前，绝大部分具有双轴补偿的仪器均采用液体补偿器。（3）三轴补偿器三轴补偿器不仅能自动补偿竖轴倾斜误差引起的竖直度盘和水平度盘的读数误差，而且还能补偿由于横轴倾斜误差和视准轴误差引起的水平度盘读数的影响。,3.在使用全站仪补偿器的补偿功能时应注意,（1）在使用全站仪时，当水平方向制动螺旋制动，垂直方向转动望远镜时，水平度盘读数会不断地变化，这正是全站仪自动补偿改正的结果。单轴补偿只能对垂直度盘读数进行改正，没有改正水平度盘读数的功能。即照准部水平方向固定，上下转动望远镜时水平角度读数不会变化。（2）双轴补偿只能改正由于垂直轴倾斜误差对垂直度盘和水平度盘读数的影响。当照准部水平方向固定，上下转动望远镜时水平角度读数会发生变化。（3）全站仪补偿器的补偿功能提供了3种选择模式，即【双轴】、【单轴】、【关】。选择【单轴】即只对垂直度盘读数进行；选择【双轴】即对水平和垂直度盘读均进行补偿；选择【关】即补偿功能不起作用。,（4）当测站点有振动或风力较大及要求精度不高时，应关闭仪器的补偿功能。这样既可以节电又可以避免误补偿。（5）全站仪的补偿范围一般为3，整平度超过此范围时补偿器不起作用。当天顶距或天底距接近2范围内，电子补偿器也不起作用。（6）放样一条水平直线时，应采用旋转照准部180的方法测设，而不能简单地纵转望远镜；如放样一条铅直线时，应使用水平微动螺旋，使其水平角度显示的读数完全一致方可。,四全站仪在测量工程中的应用,全站仪与传统的测量仪器相比，具有操作方便、功能强、精度高、速度快等特点。其应用范围已不仅局限于测绘工程、建筑工程、水利工程、交通与道路工程、地籍与房地产测量，而且在大型工业生产设备与构件安装和调试、大桥、水坝的变形观测、地质灾害监测及体育竞技等领域中都得到了广泛应用。全站仪的应用可归纳为以下几个方面。,1.控制测量,在控制测量中，使用全站仪的基本测量功能全站仪导线，特别适用于带状地形和隐蔽地区，如线路控制测量和城市控制测量；布设导线网和边角网十分灵活，观测方便，精度高；特别是与GPS全球定位系统配合，布网形式更灵活，观测更方便，精度更可靠。但需按相应的等级测量要求进行观测和计算，不能使用坐标测量功能。平面和高程控制可同时进行，用全站仪三角高程测量完全可以代替四等水准测量。,2.地形测量,在地形测量过程中，使用全站仪的程序测量功能进行三维坐标测量、侧方测量、后方交会等，不但操作简单，而且速度快、精度高；并可将控制测量和碎部点测量同时进行；通过传输设备可将全站仪与计算机、绘图仪相连形成内外业一体化的测绘系统，从而大大提高地形图测绘的质量和效率。,3.工程放样,使用全站仪放样测量功能可将设计好的建（构）筑物，道路、管线等设施的位置，按图纸要求快速、准确地测设到施工现场的实地，作为施工的依据；特别是一些造型复杂、要求高、规模大的建（构）筑物等。,4.变形监测,在建（构）筑物的变形观测、地质灾害的动态监测中，使用全站仪的坐标测量功能对变形部位的三维坐标进行实时监测，可以及时掌握变形规律，保障结构安全。,五注意,全站仪的程序测量功能均为单镜位观测数据或计算数据。在地形测量和一般工程测量、施工放样测量中精度已足够；但在等级测量中仍需要按规范要求观测、检核、记录、平差计算等。在观测数据方面，全站仪的观测数据为水平角度、天顶距（竖直角度）、倾斜距离，其他测量方式实际上都是由这三个原始观测数据通过内置程序间接计算并显示出来的。应特别注意的是，所有观测数据和计算数据都只是半个测回的数据，因此在等级测量中不能用内存功能，记录水平角、天顶距（竖直角）、倾斜距离。,在度盘配置方面，全站仪由于是采用电子度盘，测量时无需进行度盘配置。在正、倒镜观测方面，虽然全站仪具有自动补偿改正功能，但在不同的观测条件下，预置参数可能会发生变化导致改正数出现错误，另外仪器自动改正后的残余误差也会给观测结果带来影响，所以在等级测量中仍需要正、倒镜观测，同样需要做记录、检核。在RH、LH观测设置方面，应特别注意，正常情况应采用RH模式，否则观测的水平角度会出现错误，导致测定与测设的数据正好相反。,在全站仪的放样功能方面，度盘读数中已经对仪器的三轴误差影响进行了自动改正，因此在放样时需要特别注意。如放样一条水平直线，应旋转180，不能象经纬仪哪样纵转望远镜；在放样一条铅垂线时，应使用水平微动螺旋使水平角度完全一致；在坐标放样时，应对后视点测量进而坐标确认并进行检核。,在多组进行碎部测量时，全站仪的坐标显示应一致，否则数据无法对接上。在等级测量中不应使用存储器记录，仍需人工记录。当视线正对着太阳光时应加望远镜遮光罩，否则会灼伤眼睛和无法测距。以上问题，在测量过程中只要观测者认真、仔细观察仪器的工作状态和数据显示内容，完全可以及时发现和避免错误发生。只有掌握全站仪的工作原理、熟悉操作步骤、明确测量功能、合理设置仪器参数、正确选择测量模式，才能真正充分发挥全站仪在测量工作中的优势。,在放样，后方交会和侧方观测中可以设置格网因子。下面的公式显示了怎样计算用于距离的格网因子。计算公式高程因子=R/（R+ELEV）R：表示地球平均半径ELEV：平均海平面上的高程比例因子比例因子：在测站上的比例因子格网因子格网因子=高程因子比例因子,全站仪测量中测出来的距离是一条直线上的距离，由于地球是一个球体，其表面是弧形，所以我们实际的距离应该为一段弧长，可以理解为全站仪测出来的两点间的距离是实地上这两点间的这段弧