全站仪原理及其应用T总结

全站仪原理及其应用黄石职业技术学院薛海兵xuehaibing@163.com高差角度距离传统方法→水准仪→经纬仪→钢尺→自动安平水准仪→电子水准仪→电子经纬仪→光电测距仪→全站仪测量的主要任务：测定和测设全站仪与经纬仪相比

机械经纬仪光学经纬仪全站仪4主要内容1、全站仪概述2、全站仪发展的几个方向3、全站仪应用工程介绍4、全站仪测距原理与操作5、全站仪测角原理与操作6、全站仪测坐标原理与操作7、全站仪外业相关操作8、全站仪导线测量内业平差计算5全站仪测量

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（ElectronicTotalStation）简称全站仪。全站仪的基本结构组合式全站仪：组合式结构的全站仪是由测距头、光学经纬仪及电子计算部分拼装组合而成。整体式全站仪:整体式结构的全站仪是在一个机器外壳内含有电子测距、测角、补偿、记录、计算、存储等部分，将发射、接收、瞄准光学系统设计成同轴，共用一个望远镜，角度和距离测量只需一次瞄准，测量结果能自动显示并能与外围设备双向通讯。

组合式全站仪

整体式全站仪

全站仪的基本组成及结构：全站仪的基本组成补偿部分测角部分测距部分CPUI/O接

口中央处理器输入输出电源显示屏键盘全站仪的精度及等级全站仪的精度全站仪是由光电测距、电子测角、电子补偿、微机数据处理为一体的综合型测量仪器，其主要精度指标是测距精度和测角精度。如SET500全站仪的标称精度为：测角精度=±5〞；测距精度=±（3+2ppmD）mm。全站仪的等级国家计量检定规程（JJG100－94）将全站仪准确度等级分划为四个等级。组成部分Carryinghandle手柄Sightingcollimator粗瞄镜Opticalplummettelescope光学对中器Operatingkey操作健Levelingscrew整平脚螺旋Objectivelens物镜Displayunit显示器Base基座Horizontalmotionclamp,Horizontaltangentscrew水平制动、微动螺旋Battery电池Verticalmotionclamp,Verticaltangentscrew竖直制动、微动螺旋Connector计算机连接插口Telescopefocusingknob调焦手轮Telescopeeyepiece目镜Platelevel管水准器Circlelevel圆水准器组成部分棱镜Singleprismsystem单棱镜组Miniprism微型棱镜Tripleprismsystem三棱镜组WoodTripod木脚架AluminumTripod铝脚架脚架CompressionLock拧式锁紧机构构QuickLock握式锁紧机构构TwistLock拧式锁紧机构构Graduation刻度QuickLock握式锁紧机机构CircleLevel圆水准器PrismPole对中杆Bipod支架棱镜杆Diagonaleyepiece弯管目镜Throughcompass管状指南针针Solarfilter太阳滤光镜镜Solarreticle太阳十字丝丝其它附件SuperiorBasicFunctionforMeasuringDistance&Angle强大的测距距、测角功功能IncreasedInternalMemoryforDataStorage大容量内存存Dual-AxisCompensator双轴补偿器器CompactandLightWeight小巧轻便WaterproofIPX6!!防水等级达达IPX6EasytoUse容易使用主要特点WaterproofIPX6!!IPX6Definedas"Waterprojectedinpowerfuljets"againstenclosurefromanydirectionshallhavenoharmfuleffects.从任何方向向用水龙头头喷射不会会造成影响响防水角度测量距离测量坐标测量测量仪器发发展的几个个方向1、长测程无无棱镜技术术2、高度集成成化技术3、WinCE可视化技术术4、与图像技技术相结合合5、全自动化化6、国产化无棱镜测距距离的起源源1997年，徕卡率率先推出了了无棱镜测测距全站仪仪，测程80米。1、长测程无无棱镜技术术2004年，拓普康康开创了无无棱镜测量量的新纪元元，1200米无棱镜测测距，2006年又研发了了2000米无棱镜测测程的技术术实测距离：1060.392m成都西藏饭饭店全中文数字字键脉冲全全站仪：GTS-3000LN测量对象：远处建筑物物2、高度集成成化技术随着网络GPS的发展，2005年，徕卡率率先提出了了高度集成成化的全站站仪，徕卡卡smartstation3、WINDOWS可视化技术术拓普康GTS-720天宝S6宾得W-800南方NTS-960PC机Windows操作系统的的小型化全中文图形化操作界面具有标准WinCE二次开发功能免费全面开开放二次开发指令WindowsCE操作平台应用软件：：隧道断面面测量软件件TOPTunnelGPT-7000机载软件在野外显示示超欠挖内置两台数数码相机：：广角数码码相机（Wide）、长焦数数码相机（（Finder）4、与图像技技术相结合合地形测绘放样拓普康领先先技术彩屏WinCE智能脉冲图图像全站仪仪GPT-7000i图像全站仪仪分别安置置在两个测测站上对准准目标进行行摄影，获获得一个立立体像对。。由于已知知方位元素素，可以对对此立体象象对进行立立体量测低精精度度测测量量模模式式：：使使用用GPT-7000i拍摄摄的的广广角角影影像像和和PI-3000进行行三三维维测测量量，，无无需需定定向向。。高精精度度测测量量模模式式：：使使用用数数码码相相机机拍拍摄摄的的影影像像和和PI-3000进行行三三维维测测量量。。GPT-7000i作为为测测量量工工具具进进行行野外外定定向向。。先进进的的三三维维影影像像量量测测软软件件快速进进行数数字三三维建建模TIN格网模模型纹理贴贴图后后的模模型PI-3000建模等高线线使用数数码相相机拍拍摄像控点点测量量4、与图图像技技术相相结合合5、全自自动化化新的时尚彩色面板GPT-9000AFC-200RC-3内置2.4GHz电台快速伺服马达高亮度WindowsCE彩色显示屏超远无棱镜测距2000m!超长有棱镜跟踪1000m!520MHz处理器内置2.4GHz电台WindowsMobile5.0PPC内置蓝牙支持W-LAN小巧,园形设计400m快速锁定范围拓普康康领先先技术术GPT9000系列测测量机机器人人拓普康康领先先技术术GPT9000系列测测量机机器人人一体化化设计计更小巧巧、轻轻便更快速速、更更远自动照照准棱棱镜自动跟跟踪棱棱镜拓普康康领先先技术术GPT9000系列测测量机机器人人全站仪仪的无无合作作目标标测距距有的时时候，，在目目标点点上要要摆反反射棱棱镜是是比较较麻烦烦的，，甚至至是不不可能能的，，此时时要测测距怎怎么办办呢？？现在有有同轴型型的全站站仪，，可以以无合作作目标标测距距，即所谓谓的““测站站”单单人测测量系系统。。39全站仪仪的自自动控控制远离测测站的的几种种测量量操作作方式式：（1）计算算机在在线控控制GeoCOM方式（2）机载载软件件控制制GeoBASIC方式40超站仪仪徕卡GLPS：：精确自自动定定位和和定向向的仪仪器。。全站仪仪（激激光测测距））陀螺仪仪GPS测量机机器人人的来来临！！度盘读读数自自动化化！目标照照准自自动化化！基座安安平自自动化化！仪器对对中自自动化化？仪高量量取自自动化化？LeicaViva徕卡GLPS：：精确自自动定定位和和定向向的仪仪器。。支持中中国北北斗卫卫星系系统可组合合成手手持GPS、超站站仪、、镜站站仪GPS+全站仪仪GTS-100N系列—拓普康康普及及型数数字全全站仪仪主要特特点：：1、主要要部件件完全全进口口2、绝对对编码码度盘盘3、长效效电池池4、大内内存，，24000点5、多种种应用用软件件6、国产产化TOPCON拓普康康/AP-LIAGTP8000GTS810全站仪仪的主主要品品牌LEICA徕卡TPS1100TCA2003TPS400全站仪仪的主主要品品牌SOKKIA索佳SET4120SET610SET4110R全站仪仪的主主要品品牌NIKON尼康http://www.ave.nikon.co.jp/survey-e/NPL821NPL350C100全站仪仪的主主要品品牌ZEISS蔡司ELTASELTACELTAR全站仪仪的主主要品品牌SOUTH南方NTS-960rNTS-372rNTS-352r全站仪仪的主主要品品牌全站仪仪用于于道路路工程程全站仪仪用于于道路路工程程测量学学第四四章全站仪仪在桥桥梁工工程中中应用用全站仪仪用于于电力力系统统测量量§4.4全站仪仪测量量系统统应用用举例例1、大坝坝及边坡坡监测测全站仪仪测量量系统统应用用举例例自动变变形监监测系系统—ADMS章全全站站仪测测量系系统的的开发发与应应用3自动变变形监监测系统自动变变形监监测系统—ADMS2、大桥桥变形形监测测3、地铁铁变形形监测测全站仪仪的测距距原理理电磁波波测距距是用电电磁波波（光光波或或微波波）作作为载载波传传输测测距信信号以以测量量两点点间距距离的的一种种方法法。根据载载波的的不同同可分分为：：1、光电电测距距（可可见光光、红红外光光、激激光））2、微波波测距距（无无线电电波、、微波波）测距仪仪分类类（一））按按光源源分类类（按其所所采用用的载载波）1.微波测测距仪仪(microwaveEDMinstrument)：用微微波段段无线线电波波作为为载波波;2.激光测测距仪仪(laserEDMinstrument)：采用用固体体激光光器、、气体体激光光器或或半导导体激激光器器发出出的方方向性性强、、亮度度高、、相干干性好好的激激光作作光源源；3.红外测测距仪仪(infraredEDMinstrument)：采用用砷化化镓发发光二二极管管发出出不可可见的的红外外光作作光源源，λ＝0.85～0.93μm.激光测测距仪仪、红红外测测距仪仪又统称称为光电测测距仪仪。微波和和激光光测距距仪多多属于于长程程测距距，一一般用用于大大地测测量；；红外外测距距仪属属于中中、短短程测测距仪仪(测程为为15km以下)，工程程测量量等。。2022/11/25测量学学第四四章58(二)按测程程分类类1.短程光光电测测距仪仪：测程小小于3公里，，用于于工程程测量量。2.中程光光电测测距仪仪：测程为为3～15公里，，通常常用于于一般般等级级控制制测量量。3.远程光光电测测距仪仪：测程程大于于15公里，，通常常用于于国家家三角角网及及特级级导线线.(三）按按测测距精精度分分类测距精精度按按1公里测测距中中误差差(即mD=A+BD,当D=1km时),划分为为3级:Ⅰ级：mD≤5mm；Ⅱ级：5mm<mD≤10mm；Ⅲ级：10mm<mD≤20mm。其中：A为固定误误差，以以mm为单位；；B为每公里里的比例例误差系系数，以以mm/km为单位；；D为测距边边长，以以km为单位。。1967年第13届国际计计量会议议定义:1秒是相应应于铯原原子基态态的两个个超精细细能量级级间的跃跃迁辐射射的9192631770个周期的的时间.1983年第17届国际计计量会议议定义:1米是光在在真空中中于1／299792458秒的时间间间隔内内所经路路径的长长度.AB两点距离离：D＝c·t/2式中c——电磁波信信号在大大气中的的传播速速度，其值约约为c≈3××108米/秒。t—测量2D所需的时时间。一、光电电测距原原理w测量距离离的精度度将主要要取决于于测量时间间的精度度w在电子测测距中测测量时间间一般采采用两种种方法(1)直接测定定时间：如电子脉冲冲法(美：最先先进仅达达到±0.3m的精度））(2)间接的测测定时间间：相位法(通过测量量电磁波波信号往往返传播播所产生生的相位位移来间间接的测测定时间间)。测定t方法有①①直接测测时：脉脉冲式测测距仪②间接测测时：相相位式测测距仪1、脉冲式式测距原原理计数显示电子门时标脉冲触发器脉冲发射脉冲接收反射器DBA特点：直接测时时一类测测距仪称称为脉冲冲式测距距仪，该该仪器因因其精度度较低，，通常只只用于精精度较低低的远距距离测量量、地形形测量和和炮瞄雷雷达测距距。2、相位式式相位式光光电测距距仪是将将发射光光强调制制成正弦波的的形式，，通过测测量正弦弦光波在在待测距距离上往、、返传播播的相位位移来解解算时间间。将返程的的正弦波波以棱镜镜站为中中心对称称展开后的的图形：：2、相位式式测距原原理公式式它是用一一种连续续波作为为“运输工具具”（称为载载波），，通过一一个调制制器使载载波的振振幅或频频率按照照调制波波的变化化做周期期性变化化。测距距时，通通过测量量调制波波在待测测距离上上往返传传播所产产生的相相位变化化，间接接地确定定传播时时间t，进而求求得待测测距离D。设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为调制信号一个周期相位变化为2π，则调制波的传播时间t为：设调制信信号为正正弦信号号，包包含2π的整倍数数N2π，和不足足2π的尾数部部分ψ，即：单位长，，“测尺尺”，““电子尺尺”相位式测测距仪是是用长度度为u的“测尺”去量测距距离，量量了N个整尺段段加上不不足一个个u的长度就就是所测测距离。。1）仪器常常数改正正（测距仪的的乘常数数R和加常数数K）加常数K=L––L´´（mm）乘常数R的单位是是mm/km对于观测测值为L´的距离，，其常数数改正值值为：三、距离离计算2）倾斜斜改正L——经过常数数改正和和气象改改正后的的斜距；；α——经纬仪测测定的测测线竖直直角。（1）设置——测距、坐坐标、放放样前。。1）棱镜常常数的设设置。棱镜常数数=0（原配棱棱镜），，=-30mm（国产南南方棱镜镜）2）大气改改正数（（乘常数数）设置置。输入测量量时的气气温、气气压。全站仪距距离测量量（1）功能：：可测量量平距、、高差和和斜距（（全站仪仪镜点至至棱镜镜镜点间高高差及斜斜距）（2）方法：：照照准棱镜镜点，按按测距。。全站仪(totalstation)反光棱镜(reflector)S=cΔt/2测角是由由仪器内内集成的的电子经纬纬仪完成的。。电子经纬纬仪的测测角与光光学经纬纬仪主要要不点：：电子经经纬仪采采用光电电扫描度度盘自动动计数、、自动数数据处理理、自动动显示及及储存、、输出数数据。电子经纬纬仪的测测角系统统主要有有三类：绝对式编编码度盘盘测角、增量式光光栅度盘盘测角以及动态式（（编码、、光栅度度盘）测测角。全站仪的的测角原原理电子度盘盘分类全站仪的测角原理静态度盘测角动态度盘测角编码度盘测角光栅度盘测角电子测角角原理条码度盘盘测角1、编码度度盘测角角原理纯二进制制码盘测测角出现现粗差的的主要原原因是相相邻两个个区域的的码道状状态同时时有几个个发生变变化。葛葛莱码使使整个码码盘的相相邻码道道只有一一个码道道发生变变化，所所以也称称为循环环码。编码度盘盘测角原原理主要特点点：工艺艺复杂、、制作成成本高。。徕卡静态态绝对读读盘扫描描系统——条码度盘盘测角条码是一一组按一一定编码码规则排排列的条条、空符符号，用用以表示示一定的的字符、、数字及及符号组组成的信信息。

电子度盘读数系统条码编码CCD传感器二极管棱镜2、光栅度度盘测角角原理光栅是用玻璃璃、树脂脂或含属属制成的的表面具具有密集集等宽、、等距线线条的光光学元件件。Wd莫尔干涉条纹主要特点点：制作作工艺相相对简单单。全站仪角角度测量量1．角度测测量（1）功能：：测水平角角竖直角（2）方法：：与经纬纬仪相同同。若要测出出水平角角∠AOB，则：aobAOB瞄准A点——置零——瞄准B点，记下下水平度度盘HR的大小。。aobAOB当精度要要求不高高时——只需半测测回：步骤同用用经纬仪仪操作aobAOB当精度要要求高时时——可用测回回法：坐标测量量（1）功能：：测出目标标点的(X,Y,H)（2）原理1)平面坐标标（X，Y）测量原原理全站仪测测坐标全站仪高高程测量量原理后视点测站点待测量点点P1)输入测站站X，Y，H，仪器高高i，P点棱镜高高t。2)瞄准准后后视视点点，，将将水水平平度度盘盘读读数数设设置置为为测测站站至至后后视视点点的的坐标标方方位位角角。3)瞄准准目目标标棱棱镜镜点点，，按按测测量量键键。。全站站仪仪测测坐坐标标方方法法未知知点点坐坐标标的的计计算算和和显显示示过过程程如如下下：：测站站点点坐坐标标：：(N0,E0,Z0)；棱镜镜高高：：R.HT；仪器器高高：：INS.HT；定向向点点方方位位角角：：α；定定向向点点和和目目标标点点的的水水平平夹夹角角：：β；坐标计算过程仪器器中中心心至至棱棱镜镜中中心心的的坐坐标标差差n,e,z由以以下下公公式式得得出出：：n=HD××cos(αα+ββ)e=HD××sin(αα+ββ)z=VD未知知点点坐坐标标N,E,Z由以以下下公公式式得得出出：：Ｎ＝＝ＮＮ００＋＋ｎｎＥ＝＝ＥＥ００＋＋ｅｅZ=Z0+z+INS.HT−−R.HT坐标测量外业示意图全站站仪仪的的安安置置与与使使用用1）垂垂球球法法（（对对中中误误差差一一般般可可小小于于3mm）垂球球尖尖对对准准测测站站点点标标志志中中心心。。1．对对中中：：（（垂球球法法、、光光学学对对中中法法）使仪仪器器中中心心位位于于测测站站点点的的铅铅垂垂线线上上。。（一一））安安置置（对中中与与整整平平）862）光光学学对对中中法法（（对对中中误误差差一一般般不不大大于于1mm）光光学学对对中中器器圆圆心心与与测测站站点点标标志志中中心心重重合合光学学对对点点器器对对中中步步骤骤：：先将将三三脚脚架架踩踩紧紧后后，，装装上上仪仪器器用用脚螺螺旋旋进进行行对对中中，，然然后后通通过过升升降降三脚脚架架使使圆圆水水准准器器气气泡泡居居中中，，这这时，，仪仪器器可可能能又又不不对对中中了了，，可可稍稍微松松动动中中心心螺螺旋旋，，在在架架头头上上平平移移仪器器，，使使仪仪器器对对中中。。87光学学对对中中器器：：为一一小小型型外外调调焦焦望望远远镜镜，，当当照照准准部部水水平平时时，，对对中中器器的的视视线线经经棱棱镜镜折折射射后后的的一一段段成成垂垂直直方方向向，，且且与与竖竖轴轴中中心心重重合合。。光学学对对中中器器的的使使用用:旋转转镜镜筒筒：：目镜镜调调焦焦，，看看清清对中中器器分分