全站仪的原理和应用专业实用

1、.wd.wd.wd.全站仪的工作原理及应用2006年4月目录第一章 全站仪简介3第二章 全站仪的工作原理4第三章 全站仪在测量中的应用12第四章 全站仪的概念解释及相关公式34第五章 全站仪的相关参数设置49第六章 全站仪的维护与保养51第七章 完毕语53第一章 全站仪简介1.全站仪的 根本概念全站仪的全称为全站型电子速测仪(Electronic Total Station),它由电子测角,电子测距,电子计算和数据存储等系统组成的三维坐标测量系统.其测量结果能够自动显示,存储.并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器.她本身就是一个带有特殊功能的计算机控制系统.从理论上讲它可以替代各种常规测量仪

2、器,如:水准仪,经纬仪,测距仪等.并且实现了观测数据的纪录和自动计算.全站仪的出现以及计算机技术的飞速开展,为实现测绘工作的无纸化,自动化,信息化,数字化,网络化提供了技术和物质上的保障。2.全站仪的分类从上世纪八十年代末到九十年代初,人们根据电子测角系统和电子测距系统的开展不平衡,将全站仪分为两类,即积木式和整体式.九十年代以来, 根本上都开展为整体式全站仪,随着计算机技术的不断开展与应用和各行业的特殊需求再加之其他工业先进技术的大量应用,出现了工程型,防水型,防爆型,电脑型等等的全站仪,使得全站仪这种常规测量仪器越来越满足各项测绘工作的需求。3全站仪开展历程和趋势20世纪50年代，光学与电

3、子学相结合，产生了一个新的科学领域光电子学。光电测距技术是光电子学应用到测量领域而产生的一种新的技术，它的应用带来了测量方式的巨大变革。进入90年代以来，随着电子技术和计算机技术飞速开展，全站仪的硬件得到了极大的改良。全站仪由简单的测量功能开展成为带存贮卡、数字化键以及能与计算机直接通讯等多项功能。全站仪测量技术作为现代测绘技术之一，在测量工程中的各个领域应用越来越广泛，作为现代数字测绘的实理手段之，它使得测量外业工作的速度有了极大的提高，并从 根本上改变了传统的测量方式。全站仪的开展过程： 第一代：85-94年生产的全站仪能进展边角测量，能测斜距平距高差，具有 根本的距离放样、悬高、对边、三

4、维坐标测量、三维放样测量等功能。 第二代：94-98年生产的全站仪最显著的特征是能存储坐标，存储方式有磁卡和内存二种。内存成为主流。第三代：1998-至今，全站仪特征是数字化、大屏幕、大容量内存，具有DOS操作系统，具有丰富的测量程序，用户可自编程序写入仪器。第四代：全站仪开场内置WindowsCE操作系统。全站仪显示面板的变化 第一代：英文数字两行显示 第二代：英文数字四行显示 第二代：中文数字四行显示 第三代：图形菜单八行显示 第四代：WIN操作系统显示 全站仪自1985年至今，经历了四代的开展，其精度指标从测角、测距精度2，5+3ppm开展到今天最高0.5，1+1ppm，几乎没有大的什么

5、变化，变化的是各项应用功能。全站仪从简单的边角测量开展到具有公路放样，现场成图，三维坐标放样等的高级功能，显示面板从两行到大屏幕的WIN操作界面，内存从最初的几千点到10万组数据存储。从没有CPU到可以与计算机相媲美的32位CPU，可以说全站仪的开展是现代科技开展的一个缩影。展望未来，全站仪会向以下两方面开展： 一方面向“傻瓜型开展，不需要过多的人或不需要精通测量的人就可以操作仪器完成各项工作。 另一方面向专业化开展，仪器操作者可以根据自己的工作内容和性质利用全站仪的各项 根本功能对其进展编程定制。第二章 全站仪的工作原理目前市场上出现的全站仪种类繁多，仪器内置的程序和测量软件各不一样，在这一

6、章里,我们仅从电子测角,电子测距,电子计算,数据存储等四个方面探讨一下全站仪工作的 根本原理。一:电子测角对于测角技术来说,20世纪40年代才出现光学玻璃度盘,用光学转像系统把度盘对径位置的刻划重合在同一平面上,这成为光学经纬仪测角的根基,到了60年代,随着光电技术的开展,和70年代电子测角技术的深入研究以及电子测微技术的改良使得电子测角的精度大大提高,已经能完全满足各种不同类型测量的需要.现在较为流行并且技术对比成功的电子测角方式有两种:编码度盘测角方式和光栅度盘测角方式。A:光栅度盘测角的原理和方法这种测角的方法技术较为简单对比易实现,目前被世界上各个生产厂家广泛采用,光栅度盘由两块对径玻

7、璃度盘组成,其中之一叫主光栅,另一个叫副光栅(又称指示光栅),我们在主光栅上刻划上16200条辐射状的明暗相间的等距条纹,如图1所示,辐射中心通常与圆度盘的圆心重合,另外,在指示光栅上的一端我们四个小窗口,如图2所示,在其中也刻划上明暗相间的条纹,但该条纹与主光栅的条纹有一微小夹角,当两块光栅相互转动时,指示光栅小窗口上刻划的条纹会与主光栅上刻划的条纹之间相互重叠,在相互重叠的区域可观察到一系列与光栅条纹方向几乎垂直的明暗相间的条纹,(我们将这种条纹称为莫尔干预条纹,)当两度盘相互转动时也就会出现莫尔条纹的移动,我们在度盘的一侧安置一个发光二极管,用它来照射指示光栅上的小窗口,这时那些明暗相间

8、的条纹经照射后会发生光电转换,继而会发出有规律的正弦信号,我们在度盘的另一侧安置一承受二极管来承受这些信号,并通过整形电路转换成矩形信号,该信号的变化的周期数可由仪器上安装的计数器获得,然后对缺乏整周期的的信号先用脉冲填充,然后对填充的脉冲再进展计数后由计数器转化为二进制信号,并通过总线系统被输入到存储器,并由数字显示单元以十进制在显示屏上显示出来。图1图2 B:编码度盘测角原理和方法从光学经纬仪到电子经纬仪,人们首先考虑到是将光学经纬仪的度盘分划值转化成一定的编码,再将编码通过一定读数系统自动转换成相应的角值,因此,利用编码度盘进展测角是采用最早,也是较为普遍的电子测角方法,大家都知道,因为

9、二进制可以表示任何状态都可以由计算机来识别,所以,我们以二进制为根基,将光学度盘分为假设干区域,每个区域用一二进制码来表示(将度盘刻划成透光和不透光两种状态分别看做是二进制代码的逻辑1”和0”)这样,当照准方向确定以后,方向的投影落在度盘的某一区域上,即该方向与某一二进制码相对应,通过发光二极管和承受二极管,将度盘上的二进制码转成电信号,再通过膜数转换,可得到一可读角度值。 C:角度的电子测微技术无论是编码度盘还是光栅度盘,直接测定角值的精度是很低的,这是由于受到度盘直径,度盘刻划技术和光电读数系统的尺寸所限制.因此我们运用电子技术对交变的电信号进展内插(既电子测微技术),从而提高计数脉冲的频

10、率,到达细分的效果,提高电子测角的精度。二：电子测距全站仪测距的 根本原理是利用仪器发出的电磁拨在同一密度均匀的媒质中直线传播的特性来测出两点之间的直线距离。根据不同的测时方法可以把电子测距分为脉冲法测距,相位法测距,干预法测距。A:脉冲法测距脉冲法测距就是直接测定脉冲信号在被测距离是往返传播所需的时间，利用公式S=VT/2来计算距离.其 根本原理图如下:时钟脉冲电 子 门记数显示触发器脉冲发射脉冲承受反射器材 射器图 3其测时方法:当测距仪向反射器(即我们通常所说的反射棱镜)发射一个脉冲信号时,还给触发器发射一个脉冲,经过触发器去翻开电子门,电子门一翻开,计时用的时标脉冲就通过电子门进入计数

11、器,当发向反射器的脉冲信号被反射器反射回测距仪,经测距仪承受后,也送入触发器,通过触发器去关闭电子门,电子门关闭后,时标脉冲就不能通过电子门,那末计数器记录下的时标脉冲个数m,将对应与测距脉冲信号在被测距离D上往返传播所需的时间t.根据时标脉冲的个数可以计算出时间,从而获得距离.例如:某台脉冲测距仪的脉冲频率为fp=1GHz,电磁波速是的,(v=300000000m/s),用该仪器测量一段距离,记数器显示通过电子门的脉冲个数为3000个,那么该段距离为100米。 B:相位法测距相位法测距是目前应用最广泛的一种测距方法,其技术对比简单,目前,国产的全站仪全使利用红外线或激光作为载波,采用相位法测

12、距这种方法进展测距,因此在这里对相位法测距进展详细的论述.1.相位法测距的原理相位法测距又称为间接法测距,它不直接测定电磁波在传播距离上的往返时间,而是测定由仪器发出的连续正弦电磁信号在被测距离上往返传播而产生的相位变化(即相位差),根据相位差来求得距离.我们知道距离公式是S=VT,(在这里T值只能取一半,因为T为往返时间,所以下面推导的测距公式为S=VT/2)现在光速V是的,因此无论是相位法还是脉冲法问题的关键在于若何获得传播的时间T,首先,我们来看下面图4:在图中,设全站仪发出的电磁波的频率为f,波长为,电磁波往返传播的时间为T,光强变化一个周期的相位移为2，此列波的相位移为(它包括N个整

13、周期相位移和缺乏一个整周期的相位移)，现在,我们正弦电磁波相位公式的来推导测距仪利用测相法的测距原理并详细讲述一下这种测距仪的 根本组成局部。2NNN0图 4从上图可以看出 =2ft即:相位移是一周期的相位移与频率和传播时间的乘积. 那么: t=/2f(1)根据距离公式 S=vt/2可 得 S=V/2f(2)又因为速度 v=f(3)即:速度为波长与传播频率之积.将(3)代入(2)中 S=f/4f=/4(4)又因在一列波中,相位移N个整周期(N2)与缺乏一个整周期(N2)相位移之和.即:=N2+2 =(N+N)2(5)将(5)代入(4)中 S=(NN)2/4=(N+N)/2 (6)在公式(6)中

14、,我们可以看出,一台全站仪测程的大小与该仪器发射出的电磁波的频率有关,因此,我们可以把/2看做一把光测尺,即我们所说的“光尺,从目前的技术而言,仅一把光尺是不够的,这里有两个问题1N值问题目前仪器所测出的相位差实际上只是电磁波在被测距离上往返传播所产生的相位差的尾数,即=2N+中局部,原因是测距信号是周期函数,目前无法直接记出2的整数倍N值.就如同人们用一把尺子丈量一段距离记不住这段距离中包含的整尺数,只知道最后那一段缺乏一整尺的尾数,如果是这样当所测距离长短不一时,N值肯定不同,即N值将呈多值性。2精度问题目前我们所知的测相器的精度一般是一定的,而测相精度直接影响测距精度,但当一台仪器选定一

15、个测距频率时,其测程和精度是相矛盾的,假设要测出较长距离,就要相应降低测距精度。反之,要提高测距精度,就要降低测程。以下列图5列出不同测尺及不同的测距精度。1处理问题的方法为了解决这两个问题,保证仪器既有较大的测程,又有一定的测距精度,我们让一台仪器不仅只输出一个测距频率,而是输出一组测距频率(两个以上),一个为短波(即短测尺),用于保证测距精度,一个为长波(即长测尺),用于扩大仪器测程.在实际工作中,两把测尺配合使用,其读数和计算工作,由仪器内部的逻辑电路自动完成,测量结果直接显示出来。2.系统组成测距系统一般由五个局部组成:发射局部,反射局部,承受局部,测相局部,计算局部。(如图7所示)A

16、.发射局部:由晶体震荡器,发射光路,红外发光二机管组成,由晶体震荡器产生频率稳定的信号(这是保证测距精度的一个重要条件),由发光二机管发射,因为砷化鎵二机管发出的光有一定的发散性,所以最后要由发射光路形成平行光出射。B：反射局部：这局部较为简单,它由一个角反射棱镜组成。该棱镜能保证出射光线与入射光线平行.反射棱镜是把一个正方体截去一个角得到一个四面体,再把四面体的四个角磨光就成为反射镜(如图6所示).这种反射镜利用了全反射原理,而且具有平行反射的特性,当任一方向的入射光从四面体的第四面入射时,出射光将平行与入射光.这对测量员操作时很有利,测量员只需粗略地照准反射镜,就可以收到回光信号,而且,反

17、射镜也无需与入射光垂直。图6C:承受局部.这局部由光电承受二机管,承受光路和信号放大电路组成.其关键局部是光电承受二机管,光电二极管是一个光敏器件,能把光信号转变为电信号。D:测相局部.它由本机振荡器,基准混频器,测相器组成.这局部的作用是将外部光路接收到的电信号与内部光路(下面再介绍内部光路的概念)接收到的电信号进展对比,得出两者的相位差值。 E:计算局部.单片计算机局部根据测相局部测得的相位差计算出电信号从仪器到反射局部所经过的时间,从而计算出从仪器到反射器之间的距离。晶体振荡器发射二极管发射光路本机振荡器接收二极管承受光路基准混频测距混频测相电路MPUCPU图7C:内光路及内光路值的概念

18、.(1)内光路由上面介绍我们知道,在测距系统中晶体振荡器提供具有恒定波型的电磁波,经发射二极管将电信号转化为光信号,晶体振荡器与发射二极管之间由光纤连结,因此,经过光纤传播后,两者发出波的波行必然有一定差距,所以,这就产生一个发射零点问题,即电磁波的初始点从何处开由始的问题.为了解决这个问题我们设计了一个内光路,我们即不用晶体振荡器作为发射零点,也不用发射二极管作为发射零点.而是在发射光路后面加一个分光棱镜,一局部作为测距信号发出,经反射后回到承受二极管,另一局部经分光棱镜分光后直接进入承受二极管,因为这两束光是由一束光分出的所以不存在相位差的问题这就消除或减弱了同一束光在传播中产生的相位差问

19、题(即我们所说的零点漂移问题),在图7中由发射二极管到承受二极管的联接箭头所示的光路就是我们所说的内光路。(2)内光路值我们知道即使同一路光分出的两列光经过不同的传播途径和传播时间也肯定会产生一定的相位差,此外,在生产仪器时,由于生产技术和装配工人的装配技术的差距每台仪器的物理发射零点也肯定不一样,为了消除这两方面对测距精度的影响,当一台仪器走下生产线后我们要对这台仪器在标准状态下进展比长,比长得出差值称为着台仪器的内光路值.对一台仪器而言其内光路值是一定的在使用和调整维修保养时不要更改其内光路值。 C:干预法测距 干预法测距不需要测时,它是通过光学比对(或光学倍乘)的方法来测距的.在传播介质

20、(现在一般指空气)中两束相互干预的光 i1 = A1sint i2 = A2sin(t+)在空气中相遇将产生干预现象,叠加后产生合成光 i = Asin(t+)如果当相位差取从02之间的各不同值时,合成光的强弱将按正弦规律变化,产生明暗相间的条纹,两个相邻最亮点之间,或者两个相邻最暗点之间对应着相位差的2变化.利用相邻两条干预条纹之间距(条纹宽度)来测量被测距离.干预法测距的精度很高,可以到达E-7级,这种测距技术一般用于计量部门的长度检定及野外基线的测定等工作. 三：电子计算关于电子计算问题主要有两方面,一是角度和距离的测算,这一点在前面我们已经讲到了,它主要靠仪器内部的逻辑电路来计算和完成

21、.二是我们利用全站仪进展测量时角度,距离,坐标,高差之间的相互转换,这一点的理论在下一章中我们将涉及到,至于若何转化对于现在的电子计算机技术而言那是一件非常简单的事情,在这里我们就不在就这个问题进展讨论了。四:数据存储 一开场我们就讲到全站仪是一个带有特殊功能的计算机系统,所以存储功能对于全站仪来讲是一件非常简单的工作.和计算机一样它也是利用菜单和文件的形式对其内部的数据和各种程序进展管理的.在下面一章中我们将对其具体应用和表现形式进展讨论。第三章 全站仪在测量中的应用 前面我们对全站仪的工作原理和 根本组成做了简单介绍,下面结合我们测量工作的实际,并结合全站仪的 根本程序设计详细地对其在普通

22、测量中的应用进展说明.在讲述的过程中可能会遇到一些专业数语,对于这些数语在这儿我们只要求大家明白是什么意思即可,在后面再进展专门的讲解。我们都知道测量学是研究地球形状和大小以及测定地面点相对位置的科学.测量学的范围极广,就一般测量工作而言,其主要任务为:一是运用测量仪器和工具,测量地面点的有关数据,并用规定的符号将地表形态及其信息绘制成图;二是将图纸上已设计好的建筑物测设于地面上.前者简称为测图,后者简称为放样.另外,我们都知道普通测量工作的三要素是:距离,角度和高差.所以,在普通测量工作中测角和量距是我们外业中最重要的工作内容,对于一台全站仪来讲测角,量距是其最 根本的功能.无论什么型号的仪

23、器都会将这些 根本功能以菜单或文件的形式固定于仪器中,便于我们操作和使用.前面我们将了全站仪是以菜单的模式对其各项功能进展管理的,现在我们就利用这些菜单来完成我们的各项测量工作。A:标准测量模式. 1.概念解释 当我们翻开一台仪器的电源后,对于一台工程型的全站仪首先进入的测角界面(对于一台电脑型全站仪会看到这台仪器的主菜单,它的第一项就是普通测量界面,这里面就包含着测角和测距内容)并且通过面板上的另一按键就可以直接进入测距或坐标测量界面.换而言之,我们可以通过仪器操做面板上的一个或两个按键来控制和指挥电子经纬仪和测距仪来进展测距与量角的工作.这种工作模式较为简单,我们称之为标准测量模式。 2.

24、功能介绍此功能单一并且简单易学可以直接而轻松的解决控制测量中繁重的距离和角度问题,所以我们可以运用标准测量模式来完成控制测量中的所有外业内容,我们在外业时所做的工作只不是对数据进展适当地记录.可能有的人会提出这样的问题:全站仪不是有记录功能吗?为什么还要进展人工记录呢?这是因为:全站仪的记录功能主要应用于碎部测量和施工放样中点的信息的存储和记录,对于单项功能的记录虽然也可以做到,但是我们记录后在查找时会发现在仪器内存中查找这些数据过于麻烦,而且现在的全站仪还不能在野外作业时对所测到的数据进展平差而直接得到控制点的坐标,所以,用手工记录既直观又方便,回到室内,就可以用人工或通过软件来进展计算,平

25、差,得到我们所要的数据。由于目前GPS技术的普及和开展，利用GPS技术进展测量已经是非常普遍的事情了，而且，利用GPS进展导线测量无须我们人工平差只需在微机上利用软件进展即可，所以我们一般用GPS进展导线测量，对全站仪而言那么不做此项工作。下面，我们只将全站仪导线测量的过程进展描述，而不做具体讨论。3.导线测量(小区域的控制测量)(1)导线:就是用直线将所选的相邻控制点相互连接而成的折线.这些控制点称为导线点.连接导线的直线称为导线边,相邻两导线边所夹的水平角称为导线的转折角。(2)导线测量的任务.测定导线边的长度和转折角,根据起算数据,推算各边的坐标方位角,从而求得各导线点的坐标。 (3)全

26、站仪在控制测量中的操作过程。(一)架设仪器 在所选导线点上安置仪器和棱镜,并将其整平,对中,开机,并进展相应的设置后进入测角和量距的操作程序,实行导线测量.(二)步骤 A (1)在盘左位置,照准后视棱镜中心.(2)进入测量模式.(工程型全站仪与电脑型全站仪进入测量模式的方式不同,应根据不同的机型按照说明和规定程序进展操作.) (3)进展水平角观测,并将起始方向归零.(所谓起始方向是指测站点与后视点作为起始边,并将水平角置零.)(4)进展平距测量.(5)记录HR HD VD.B转动望远镜再照准后视棱镜。(1)在盘右位置,照准后视棱镜中心。(2)进入测量模式,按测量键。 (3)记录HR HD VD

27、。 C转动仪器照准部观测前视棱镜。 (1)在盘左位置照准前视棱镜。(2)进入测量模式。 (3)测量并记录HR HD VD。D 转动望远镜再照准前视棱镜(1)在盘右位置照准前视棱镜(2)进入测量模式(3)测量并记录HR HD VD.三 使用全站仪进展控制测量的一点经历 使用全站仪进展控制测量时，我们采用直返觇法进展观测，既可消除拆光影响，又可检验测量精度。同时将全站仪气象改正值设为用气压表和温度计实测气象条件值。 1仪器测量前必须严格校验盘读数指标差，特别是竖盘读数指标差的校验。一周进展一次校验，只要发现竖角盘左、盘右读数指标差偏差过大，就要校仪器。 2严格控制安置仪器的位置：不宜在路上的非原生

28、石板、石块、杂草丛生的地方、膨胀土及繁忙公路，大树下等位置建站。因为仪器安置在这些地方，人员走动、风及车辆引起的震动等因素都会造成竖角3秒左右的抖动。即使无这些外界因素，操作人员的心跳也会造成仪器读数2秒的跳动。使用中旦发现仪器竖角有两秒跳动，仪器三角架一定没安实。同时要求读数时：其余人员远离仪器，不得随意走动。 3，视线对地满足标准要求：?工程测量标准?要求视线对地不小于1.5m。以免出现视距误差达0.09-0.05m的误差。严禁视线上有障碍物。 4雨后天晴不宜观测。冬天山区雨后天晴的天气，雾气浓、空气扰动大，不宜进展测量操作，因地热辐射引起视线抖动等天气条件不宜进展测量。并且清晨日出时，当

29、测站与前视高差相差不大时，测站至前视方向不宜逆光，否那么望远镜里 根本找不到目标。5光学对中器使用本卷须知：全站仪和棱镜连接器都有光学对中器，很好使用。这里不按：调平对中再调平再对中的顺序。快速建站的诀窍：而是对中调平再对中再调平。 (1)将全站仪固定在大致平的脚架上。 (2)调整脚架粗略对中后，使用脚螺旋准确对中， (3)使用脚架居中圆气泡后，使用脚螺旋准确居中长气泡 (4)稍稍松开仪器与脚架的固定螺栓，使用双手轻微推动仪器基座准确对中， (5)反复精平和对中完成建站 6.视距测回数：标准要求视距测量时测四测回，每测回读数四次的平均度，再把三测回的数平均作为视距测量数。但在实践中，由于全站仪

30、测距精度较高，而测角因读数记录所须时间较少，只要只要视线上无干扰物，视距任意次读数都不会变，一个测回数足够，但测量标准要求两个测回在标准要求没修改之前一定要按照要求进展可能这个标准产生时全站仪在我国还没有大规模应用 7视距直觇和反觇读数对比可以发现错误和误差来源：如视线障碍、对地距离过小、读数错误、记录错误、对测站中心不准等问题。可以减少人为误差因素。 8利用竖盘读数指标差提高测量成果精度。反复对中后读数指标差仍不满足要求，就校竖角指标差。通过正反镜指标差的验证，查找误差原因，使得测量成果的人为失误因素降为零。提高测量成果准确率。 9仪高、棱镜高测量不易准确。按标准上要求：棱中心到基座用游标卡

31、尺量下后，作固定值记录，测量过程中用钢卷尺量基座以下局部，两者加起来作镜高。但实际操作时，量仪高(镜高)时，从测桩中心量到棱镜(仪器中心)，直线按曲线量，不准确。 10视线倾角不大于15问题：?三角高程测量标准?中要求视线倾角不大于15，我们在实际操作前认为不易到达这个标准。实际操作时；发现倾角多数在2左右；所以缺乏为虑。 11.测量结果要求现场计算，以检验测量成果。由于计算复杂，我们采用手提电脑；用电子表格编写测量记录薄现场进展计算。这样方便、快捷、不易出错，只是手提电脑在强光下不好用。12.用CAD几何作图计算各控制点坐标。平面控测量中控制点坐标计算是最繁琐的；用CAD几何作图法先作各边长

32、度和转角，再查询端点坐标。(三)本卷须知1.假设同时采取三角高程法进展高程控制,应量取仪器高和棱镜高。我们不建议使用全站仪进展高程的控制，具体原因在后面进展专门的论述。2.每站测量完毕后应现场计算出转折角和高差。3.当在一个测区进展等级控制测量时,应尽量选择制高点架设仪器和棱镜,在规的范围内布设最大边长,以提高等级控制点的控制效率.完成等级控制测量后,可用辐射法布设于根点或施工控制点。4.控制测量所用的仪器必须使测角精度在2秒级以上的全站仪,同时所用的棱镜必须是棱镜组(棱镜头与棱镜基座结合方式的)与三角架相结合,只用这样才能获得我们所需的精度和结果。5对仪器及使用的器材要按照测量要求和标准进展

33、严格地校正。B程序测量模式1.概念解释此种模式操作时较为复杂,它在全站仪中以菜单的形式存在,在设计全站仪程序时,设计者将操作流程直接固定于仪器内部.根据我们测量时所要解决的另外两大任务:施工放样和数据采集(测图),全站仪的程序测量模式是为此专门设计的.由于现在生产全站仪的厂家有很多,因此在仪器中进入程序的方式和操作程序流程不尽一样,在这里我们仅以目前国内最流行的几种仪器的操作流程并结合仪器的程序设计原理和测量原那么进展讲述。2.设计原理我们都知道无论是测图还是放样,所涉及到的中心内容是角度,距离与坐标之间的相互转换,也就是我们所说的坐标正算和坐标反算,这就是全站仪在程序测量模式中的理论根基。因

34、次，无论是进展碎部测量还是进展放样测量，都必须定向和设点两步才可完成。对于定向，全站仪是通过测站点的设置和后视点的设置来实现的，它的作用是根据计算所得的方位角作为坐标正算或坐标反算中需要的角度值，同样设点是为了得到一个响应的距离来参与计算。只不过碎部测量和放样测量的设点过程正好相反。这一点在下面的介绍中大家会理解的非常清楚。3.功能介绍在这一节里将涉及到全站仪操作的中心内容,需要进展认真地学习并要大量的实践.因此,我们将结合工作和仪器的实际情况用较多得篇幅介绍若何利用全站仪实现施工放样和数据采集.根据目前工作的实际情况和教学经历我们首先介绍施工放样,因为无论是在仪器操作方面还是在现场精度要求方

35、面,放样都远远复杂,精细于测图,当我们掌握了若何利用全站仪进展施工放样后,数据采集(测图)这一模式就非常好理解和操作了。施工放样概述1.概念定义:把图纸上设计好的建筑物的平面位置和高程,用一定的测量仪器和方法,测设到地面上去的工作称为施工放样。2.工作原那么:施工放样必须遵循“由整体到局部“先控制后细部的原那么.因此,在施工放样之前,先在建筑场地上建设平面和高程控制网.根据施工控制网,测设建筑物的主轴线,从此控制建筑物的整体位置.然后再根据主轴线测设各细部轴线的位置。 3.精度要求:施工放样的精度一般比测图的精度要高,特别是测设细部的精度要高于测设建筑物整体的精度.这是因为对于中小工程,测设主

36、轴线如有误差,仅使整个建筑物偏移一微小位置,但当主轴线确定之后,以此测时建筑物细部时,必须保证各细部之间的相对位置准确。4.工作实质:测设工作的实质,是确定建筑物的特征点之间存在的水平角度,水平距离和高程的关系.利用测量仪器把建筑物和构筑物的特征点测设于实地.所以,施工放样的内容就是测设水平角度,水平距离和高差。目前在实际工作中一般给我们的放样条件有两种： A；角度和距离放样，其 根本条件是给我们一些相对于一个或几个控制点的角度值和距离值，让我们利用仪器经纬仪转到相对与某个控制点即以下列图中测点与控制点的连线：参考方向角度值后先确定放样点相对与测站点的连线方向，然后根据给定的两点的距离用钢尺量

37、出此段距离即为该放样点的实际位置。简而言之就是根据相对于一个参考方向转过的角度和至测站点的距离测设出所需点位。如以下列图所示参考方向测点放样距离当前目标位置距离差放样点北方向 B：坐标放样 其 根本条件将所需控制点两个以上和所需放样点的坐标值标注与图纸上或相应的资料中供我们使用。我们利用仪器全站仪通过设定测站点和后视点匀为的控制点的关系，在给定了放样点的坐标后，仪器自动计算出放样的角度和距离值，即计算出放样点与测站点连线之间的距离以及此连线与测站点后视点连线的夹角。然后通过旋转仪一个角度差并利用测距仪测设出放样点的实际位置。如以下列图所示：NE后视点棱镜位置距离差值角度差值放样点5.本卷须知:

38、施工放样易受其他施工工种的干扰,以此放样时要与其他工种密切配合,要根据工程施工的进展情况,及时进展各种测设工作,提供施工依据.同时要注意保护测量标志,随时进展检查,防止受到施工的破坏,否那么发生过失将影响工程施工及工程质量。 6.所需器材 全站仪一台,仪器用三角架一付,单棱镜组(或叁棱镜组)一组,经纬仪角架一付(安置棱镜用)或对中杆三角架一付.单支对中杆一支。 根本操作流程1.检查仪器的精度在工作之前首先要检查仪器的各项指标和精度是否符合施工要求,其内容包括仪器的2C差,竖盘指标差,对点器的精度,测距精度等。2正确架设仪器在控制点上方架好三角架,然后从仪器箱中取出仪器并将其安全的置于角架上,利

39、用光学对中器或激光对中器进展对中,整平,开机使仪器进入正常工作状态。3进展相应的设置。全站仪是一种高精度的电子仪器,在野外作业时精度和工作状态会受到各种因素的影响,所以要对仪器进展各项设置,其内容包括:棱镜常数,温度,气压,格网因子.至于若何设置在后面我们将进展专门地讲述.此外,一定要注意检查所带电池的电量是否充足,并准备好备用电池。4.进入仪器菜单的放样程序对于电脑型全站仪和工程型全站仪进入放样程序的的流程是不一样的,对于电脑型的全站仪,是在程序模式中。而在工程型全站仪中是进入主菜单(MENU)后进入放样子菜单的.(对于这一点在后面我们将对照几种对比典型的仪器进展具体讲述)5.选择相应文件全

40、站仪对于其内部程序而言通过菜单进展管理.而对于点的信息是以文件的形式存在的.一般来说,我们利用全站仪进展工作时,在室内应将点的信息(主要是指点坐标)通过仪器键盘或利用软件直接将点的坐标从微机中传入仪器中,所以当进入放样程序后我们要选择适当的文件,而且这个文件中的点应将施工现场所涉及的点尽可能的包含在内,以便我们查找使用。对于电脑型的全站仪而言，由于仪器内存大，并且是大屏幕触摸操作，因此我们可以将整个施工图纸以电子版的形式输入仪器内，直接使用仪器进展图形放样，而无须输入或调取点的坐标，减少输入或调用时的时间，并可大大减低出错的时机。6.设置测站点(OCC PT)信息前面我们讲了,所谓测站点(OC

41、C.PT)就是架设仪器的点,这里所将地测站点信息不单单指测站点的坐标和高程(XYZ),它包含点的点号(PT#),编码(Pt.Code),仪器高(Ins Ht),在这里我们所讲的点号是指:如果测站点的坐标在我们所选择的文件中,那末这个点在文件中的编号就是我们所说的点号.我们输入点号后仪器会自动将该点的坐标从文件中提出以便我们下一步使用.至于编码是指我们对该点特性的具体描述,现在许多仪器都设有此项内容,但从目前使用全站仪的经历来看此项内容在实际操作中 根本没有出现的必要.我们量取仪器高的目的是为了计算高程用,至于若何利用全站仪进展高程测量在后面我们将进展专门地讲述.当设置好测站点信息后按照仪器的提

42、示进展确认(有的仪器要求我们直接进展回车,有的仪器要求我们进展记录)此,时仪器就会自动进入下一操作流程.这里需要特别强调的是:当我们直接从仪器中提出测站点的坐标(或我们在施工现场通过仪器的键盘直接将点的坐标输入仪器内部)后都要讲此数据与原始数据进展反复比照,直到我们确认输入的坐标与原始数据完全一样后才能进展确认并进入下一操作流程.对于现在的全站仪当我们输入测站点的信息并进展确认后仪器会自动回到放样菜单的首界面已此来提醒我们:输入测站点信息这一工作流程已经完毕,现在要进展下一步的操作.从这一点我们可以看出全站仪在设计时充分考虑到人们的工作习惯和思维方式:如果我要完成一项工作首先要制定最简练,最便

43、捷的工作步骤,在实际行动上就回按照这个方案一步一步的完成我们要完成的工作.在设计全站仪的操作流程时也是这样当我们完成一个操作步骤后仪器会自动进入下一步骤,如果当前步骤没有完成或操作错误仪器就一直停留在此步骤上而不进展下一步以此来提醒我们知道工作中出现了错误,并让我们知道错误出在哪儿,不致于到了工作的最后才知道错了,防止了人力,物力,财力,时间的损失。7.设置后视点(BKS PT)信息前面我们讲了不管是利用全站仪进展施工放样还是进展数据采集需要的前提条件是要有两个通视的控制点(或导线点),所以在这儿所说的后视点其实就是与测站点相通视的另一控制点(或导线点).从目前市场上出现的所有仪器来看,后视点

44、的设置主要有两项选择:后视点的坐标(N E)或方位角(HR).就目前我们所能得到的各种资料而言,关于点的信息都是以坐标的形式出现的.所以,对于后视点的设置和测站点的设置一样只需直接输入相应点的坐标或在文件中进展提取并加以确认即可.在这里有以下两点需要注意：(1)包含后视点坐标的文件可能与我们一开场进入放样菜单的文件或测站点所在文件是同一文件也可能不是同文件,当然如果是同一文件那就简单了,我们直接在此文件中查找我们所要点的坐标并确认即可.但如果不在同一文件,那我们只能重新查找包含有后视点的文件然后进入此文件找到我们所需要的坐标并进展确认(或我们直接输入点的坐标).所以,我们在进展放样之前尽量将在

45、施工现场所用到的点的坐标都编入一个文件以便于工作时查找。(2)在现在的仪器中对于后视点的坐标一般只显示N E对于Z坐标那么不做要求,也就是说,仪器对后视点的坐标会有所删节,所以我们当仪器的显示屏上出现后视点的坐标时,我们一定仔细检查并与原始资料反复对照,确认无误前方可进展确认。(3)有的仪器在我们对后视点的坐标进展确认后可能会出现“方位角度分秒并要求我们选择“是或“否。对于这一点我们直接选择“是即可。这里所说的方位角应该就是后视点的方位角,显示的目的是为了让我们进一步检查后视点坐标的输入是否正确同时也可以检查仪器的计算是否正常。7对后视点进展后视当我们对后视点的信息进展确认后,下一步工作就是要

46、对后视点进展准确后视(有的仪器称此操作为后视归零,虽然称呼不同但所包含的意义是一样的)所谓后视就是在仪器的正镜位置上用望远镜准确照准后视点上所架设的棱镜。这里需要说明的是，我们无论是进展碎部测量还是进展放样测量在开场时都要从正镜位置开场对仪器操作。(1)后视的作用与目的我们设置后视点并进展准确后视的目的和作用是为了让仪器确认测站点和后视点的相对位置关系,并且以这两点之间的连线作为起始边,为下一步计算放样点(未知点)的相对距离和相对角度提供根基.同时,通过后视还可以起到检查仪器精度和“后视点坐标输入的是否正确进展进一步确实认和检查的作用.当我们用仪器的望远镜对架设在后视点上的棱镜进展准确照准并根

47、据仪器的提示按“后视键后,由于这两个点的坐标已经输入仪器内是的,同时仪器自动测出两点之间的距离,根据三角函数公式就可很容易计算出后视点的“理论坐标,并将其显示与屏幕上,这时候我们将其与现实数据相对比,如果差距在允许范围之内就可将其记入后进展下一步工作,如果差距较大那就要找出原因并进展改正后在进展下一步工作。(2)若何进展准确后视在进展后视时一般应处于正镜位置.首先将望远镜照准远处目标并旋转目镜调焦螺旋使十字丝最清晰,然后松开制动螺旋,转动望远镜,用准星或粗描装置大约瞄准后视棱镜后拧紧水平制动螺旋,而后转动调焦手轮使后视棱镜清晰的成像于望远镜十字丝分划板上.此时,为了提高精度,我们要用望远镜准确

48、照准棱镜:A:如果在后视点上架设的是单棱镜组(指棱镜头安置在带有光学对中器的三角基座上的配置,我们将其安置在三角架上能最大程度的提高对中精度减少因对中误差而产生的精度偏差),假设天气情况良好并且能够从望远镜中清晰的看清棱镜,那我们就要通过调节竖直微动螺旋和水平微动螺旋使望远镜分划板上的十字丝中心与令镜中心重合.如果看不清棱镜无法使两个中心重合,那我们就从望远镜中仔细观察棱镜上的占牌,并且用十字丝的竖丝平分占牌上部和下部黑色的V字型箭头,同时用十字丝的横丝平分占牌左部和右部的黑色V字型箭头,这时候我们就可以说已经准确照准棱镜了。B:如果使用的叁棱镜组.我们知道当两点之间的距离对比远时(即仪器使用

49、单棱镜测程已经小于两点间的距离)或天气情况不好以至于我们在望远镜中看不清棱镜时应该使用叁棱镜组.现在的叁棱镜上都不安装觇牌,但都带有一根10CM左右的小花杆,在照准时,首先要转动水平微动螺旋使十字丝的竖丝平分插在棱镜框上方的小花杆,之后,转动竖直微动螺旋使十字丝的横丝处于棱镜框的水平中心线上(也就是说望远镜分划板上的十字丝的中心要与叁棱镜框的几何中心相重合。这样我们也可以说已经准确照准棱镜了。C:如果不管是使用单棱镜组还是使用叁棱镜组由于天气原因或是现场的扬尘我们看不清棱镜(排除仪器本身故障原因),我们在这时候可以用望远镜先粗略瞄准棱镜后,直接根据仪器提示按后视键,我们知道这时仪器的显示屏上会

50、显示经计算后的后视点的“理论坐标值,然后与原始资料相比照方果相差较大那就转动水平和竖直微动螺旋再次照准,再按后视键并比照两组数据的差距直到测出的数据到达我们的要求时也就到达了我们准确后视的目的。当我们利用望远镜对后视棱镜进展准确后视后,仪器会提示并要求我们操纵相应的键得到“后视点的“理论坐标值,不同的仪器可能会有不同的提示,如(照准 是 否) (后视) (后视归零)这时我们只要按说明书的要求进展操作就可以了。8.输入放样点(SS OBS)(未知点)信息当我们输入测站点和后视点的信息并且进展准确后视后,仪器就会自动进入放样菜单的下一子菜单:施工放样(或放样).我们首先需要做的工作是输入我们所要在

51、现场找的点(即我们所说的放样点)的信息:点号(PT #),点的坐标(N E Z),编码(Pt Code),高程以及棱镜高(Ref.Hr)(我们这儿所说的棱镜并不是上一步的后视点上所架设的棱镜的高度,而是我们在放样现场所使用的单支对中杆拉出的长度加上所配棱镜的高度,一般来将为了方便工作,我们可以根据现场的实际情况将棱镜杆抽出一个适当的高度并固定之,从而防止了因地形起伏而不断地加长或缩短对中杆的麻烦.另外,如果在现场进展高程的放样全站仪需要输入棱镜高,假设是对中杆的高度不断变化那相应的棱镜高也在变化,我们就要不断的更改仪器内所设置的数值,这样一来不但增加了工作内容而且会大大的增加出错误的可能,从而

52、直接影响工作效率.).和前两点一样,该点的坐标等信息可以在现场直接通过仪器键盘输入并确认之,也可以在内业时通过微机与仪器连接将我们所有的放样点信息进展输入.一般说来,如果工程量不大那么对于我们来说现场的控制点或导线点就不会多,因此在这种情况下对于测站点和后视点可以在架设好仪器后直接通过键盘输入,但是,无论一个工程量大小所需放样的点肯定很多如果边工作边输入点的信息不但费时费力,而且容易出现输入错误,所以我们一般要在内业时通过仪器键盘或微机将所有涉及到的放样点以文件的形式都输入仪器内部以便在施工现场直接调用以节约时间减少错误.在这里需要特别强调的是虽然点的信息是直接从仪器的内存文件中调出的但为了防

53、止我们输入时出现错误,当仪器的显示屏上出现坐标等内容时我们还是要与资料反复对照检查,确认无误前方可进入下一步(由操作仪器者根据仪器的提示指挥持棱镜杆者找点,定点)的操作。9.对放样点进展定点当我们做完上述所有工作并进展确认后,就到了放样工作的最关键最需要现场所有参与这项工作的人严密配合的阶段了,在阶段里我们将在施工现场通过仪器操纵者指挥持棱镜杆者根据仪器的提示进展移动最终找出我们所需要的点位。A:仪器的操作过程当我们对放样点的信息进展确认后,仪器的显示屏上回会显示出两个计算值: HR 度 分 秒(这个角度值是指放样点的水平角计算值.)HD (这个水平距离是指测站点到放样点的距离)同时在仪器(工

54、程型)的最下一列显示为:极差 坐标 -下点(电脑型)的一般显示: MODE MEAS(提醒我们选择测量模式)在这时我们一般是选择极差方式进展放样,所谓极差,在许多教材上又称为极坐标.它是通过测设出一个相对的水平角(测站点和后视点的连线与测站点和放样点连线之间的夹角,这个角度可以通过计算得到)和一段相对的距离(测站点与放样点之间的距离,我们有这两点的平面坐标,利用平面上两点间距离公式会很容易计算出它们之间的距离)的方式来确定一个点的位置.对于全站仪而言它也遵循这个原那么.所以我们在使用全站仪进展放样时一般都使用极差法,这种方法直观,简便,易学,而且在操作过程中不容易出错.因此当仪器显示到这个界面

55、时,操作仪器者直接选择极差键就可以了.当我们选择了极差法进展放样并选择相应的按键进展操作后,无论是工程型的全站仪还是电脑型的全站仪其显示屏上显示的核心内容就是: HR (实际测量的水平角.)dHR (对准放样点时仪器应转动的水平角=实际水平角-计算的水平角,当dHR=00000”时,即说明放样点的方向.) HD (实际测出的水平距离)dHD (对准放样点时尚差的水平距离=实测平距-计算平距.) dZ(对准放样点尚差的垂直距离=实测高程-计算高程.)当显示屏上出现以上几项内容时,我们就松开水平制动螺旋平稳地转动仪器,只至屏幕上显示dHR=00000”时,就旋紧水平制动螺旋,特别应指出的是从目前一

56、直到此点完全在地面上被我们用木桩,钢钉清晰的标示出之前不得对水平制动和水平微动螺旋进展任何形式地操作(但可以对竖直制动,微动螺旋进展操作).这是因为当dHR为零时我们所要找的放样点就在仪器望远镜分划板十字丝竖丝投影到地面的线段的延长线上,如果在这时候仪器再进展旋转,哪怕是移动一个微小距离都会使我们的工作产生重大失误,在这种情况下得到的点位会与实际点位有很大的差距.当dHR=0且已经锁紧水平制动时,仪器操作员就指挥持棱镜杆者站在仪器正前方,并从望远镜中始终观察棱镜杆,直到望远镜十字丝的竖丝与棱镜杆相重合时,按测距键得到dHD,我们知道这个dHD是棱镜所处的点与测站点之间的距离和测站点与放样点之间

57、距离之差,此差值可能为正也可能为负,从前面地介绍我们得知当数值为正时说明放样点的点位位于棱镜和测站点之间,应指挥持镜者向仪器方向移动,当数值为负时说明放样点的点位位于测站点与镜杆的延长线上,应指挥持镜杆者背向仪器方向移动,但需注意的是无论是向哪个方向移动当我们再次进展距离测量时一定要让棱镜杆与十字丝竖丝相重合,并且望远镜要按照前面我们所介绍的准确后视的要求准确照准棱镜,已取得最准确的距离差值.当我们准确照准棱镜并进展测距后如果显示dHR=0那么说明棱镜杆插在地面上的位置就是我们所要找的放样点的位置,这时候就可以在这个位置上砸上木桩以(这个过程称为粗略放样)便于我们在施工时利用此点.我们应该注意

58、这样一个问题:虽然找到了该点并且在上面用木桩进展标记,但由于人们在打桩时会产生倾斜而且木桩的上端也有一个外表积,也就是说以木桩示点位精度很低,有时 根本不能满足我们的要求.为了解决这个问题当打完桩后,要将棱镜置于桩上,用仪器再此准确照准并进展测量直至满足dHD=0这个条件后,将一钢钉钉于棱镜所处位置,此位置就是我们所要找的较为准确的点位.(这个过程称为准确放样)对于这一步一般会出现两种情况:1施工现场进展了平整,我们通过望远镜能够直接看到已打入地下的木桩,此时我们只需将棱镜倒置于木桩顶部,操作仪器者通过望远镜观察并指挥持镜者前后左右挪动棱镜直至准确照准棱镜,进展测距当满足dHD=0这一要求后通

59、知持镜者,持镜者用棱镜框顶端用于安置棱镜小花杆的尖头在木桩上做一标记,而后在此标记上订上一钢钉作为此放样点的标记。2如果施工现场没有进展平整,我们无法通过望远镜直接看到木桩,假设要得到准确的点就将对中杆三角架上的棱镜杆置于桩上再次进展测量,重复前面的几步，直至满足要求为止后,把棱镜杆在木桩顶部做的标记上钉上钢钉作为此放样点的标记.到现在为止我们 根本完成了对一个单点的放样工作.然后,我们根据仪器的提示对下一点进展放样。一般来说，为了防止出现错误和较大的误差，我们在操作中一定要牢记“边工作，边较核“的原那么，当我们放“出几个点后要用钢尺量一下某两个点之间的距离，并与图纸上此两点的坐标计算出的理论

60、距离相对比，当二者之间的差距在误差允许范围之内说明我们的各项操作是正确可信的，如果二者差距较大就要立即停顿工作，只到找出错误的原因并改正之后才可重新开场工作。B:对棱镜杆的要求现在利用全站仪进展施工放样来将棱镜杆+棱镜是必不可少的附属设备,它携带方便,操作简单,在精度要求不高的情况下我们在工作时只需携带一根单支对中杆,一个棱镜头,一台仪器,一付三角架就可满足要求.虽然它有这些优点,但在工作中我们要求精益求精,所以讲一下若何正确使用对中杆。(1)现在的对中杆一般是用铝合金制造的,非常轻便,所以要认真保护,不得磕碰,负重以防止其弯曲,影响抽拉及对中精度.当把棱镜头插在杆上的连接器后要将固定螺栓拧紧