土木工程测量（第3版）课件 6 全站仪测量

第6章

全站仪测量电子经纬仪和光电测距仪的迅速崛起，实现了经纬仪角度测量的电子化和自动化，测角测距一体化。微处理器管理数据，自动存储、计算和传输数据。20世纪80年代起，微电子和微处理技术迅猛发展，推动测量仪器飞跃发展。电子经纬仪和光电测距仪的迅速崛起全站仪的功能在一个测站上同时完成测角、测距及测量结果自动显示、计算和存储，与外围设备交换信息。全站仪的特点实现测量和处理过程的电子一体化，通常称为全站型电子速测仪或简称全站仪。全站仪的组成全站型电子速测仪由电子测角、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。全站型电子速测仪的组成与功能内

容分类和等级测量功能0201基本构造03检验与校正04仪器操作和使用0501基本构造目前我国使用较多的有瑞士产、日本产、国产的全站仪。尽管各种全站仪构造有所差异，但主要可分为主机和辅助设备。全站仪种类繁多，在构造和功能上有所差异。主机数据采集设备数据采集设备包括电子测角系统、电子测距系统和自动补偿装置等。微处理器微处理器是全站仪的核心，由中央处理器、随机储存器和只读存储器等构成，控制各分系统工作，进行逻辑运算、数据处理等。全站仪功能全站仪通过这两大器件的有机结合，可以真正体现“全站”功能，既能自动完成数据采集，又能自动处理数据。全站仪要完成预定的测量工作，需借助必要的辅助设备。辅助设备辅助设备常用辅助设备包括：三脚架、反射棱镜或反射片、垂球管式罗盘、温度计和气压表、打印机连接电缆、数据通信电缆、阳光滤色镜以及电池及充电器等。反射棱镜或反射片立于测点，拱望远镜照准。在工程测量中，根据测程的不同，选择三棱镜、九棱镜等。垂球在无风天气下，垂球可用于对中，使用方法同经纬仪。三脚架测站上架设仪器，与经纬仪操作相同。辅助设备供望远镜照准磁北方向，使用时，将其插入仪器提柄上的管式罗盘插口即可，松开指针的制动螺旋，旋转全站仪的照准部，使罗盘指针平分指标线，此时望远镜指向即为磁北方向。管式罗盘温度计和气压表提供工作现场的温度和气压，用于仪器参数设置和校正。温度计和气压表用于连接仪器和打印机，可直接打印输出仪器内数据，以便进行数据处理和记录。打印机连接电缆辅助设备23数据通信电缆用于连接仪器和计算机，实现数据通信和交换，以便进行数据处理和分析。数据通信电缆阳光滤色镜用于防止阳光对观测者视力的伤害和仪器的损坏，可安装在望远镜的物镜上。阳光滤色镜电池及充电器为仪器提供电源，确保全站仪在野外等无电源环境下正常工作。电池及充电器辅助设备02分类和等级20世纪80年代末、90年代初，人们将电子测角系统和电子测距系统结构配置在一起，构成全站仪。全站仪的分类方式很多，这里仅介绍常见的分类方法：外观结构；测程；测距方式。全站仪的分类全站仪的发展仪器分类方法仪器分类外观结构分类积木型（组合型）：早期全站仪整体型：现代的全站仪测距方式分类脉冲式：以激光作光源相位式：以红外光作光源脉冲—相位式：上述两种的结合测程分类短程（测程在3km以内）、中程（测程为3~15km）、远程（测程15~100km）和超远程（测程＞100km）四类。电子经纬仪和测距仪可以分开使用，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信，作业结束后卸下分别装箱。灵活组合高精度：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。组合式测距仪随着光电测距仪进一步轻巧化，现代全站仪大多将测距、测角和记录单元在光学、机械等方面设计成了不可分割的整体。同轴结构利测距：测距仪的发射轴、接收轴和望远镜的视准轴为同轴结构，对保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。整体式测距仪最新发展随着计算机技术的发展以及用户的不同要求，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型、马达驱动型各种类型全站仪，越来越智能化，新开发的集成GPS卫星定位技术已面世。现状各仪器厂商可生产出各种型号全站仪，品种越来越多，精度越来越高。常见全站仪日本索佳，拓普康，尼康，徕卡，天宝，南方，科力达全站仪的发展测距和测角精度的匹配遵循“等影响”原则。精度等级设计按照《全站型电子速测仪检定规程》（JJG1002003），全站仪精确度等级分为四个等级，涵盖I至Ⅳ级。精度等级01020304全站仪作为一种光电测距与电子测角和微处理器综合的外业测量仪器，主要的精度指标为测角中误差mβ和测距中误差mD。全站仪精度I级II级仪器为精密型，用于高等级控制测量及变形观测等；Ⅲ、Ⅳ级仪器用于道路和建筑场地的施工测量，电子平板数据采集、地籍和房产测量等。等级划分仪器等级03测量功能全站仪的功能全站仪是一种集测角、测距、补偿、数据处理于一体的测量仪器，可自动存储和计算数据。电子经纬仪通过光电传感器和角度编码器等组件，实现快速、准确的测角功能。电子测距仪则通过发射和接收光信号或无线电波信号，根据测量信号的时间差或相位差。电子补偿器通过陀螺仪或加速度计等传感器，自动检测和补偿仪器的垂直度和水平度误差。电子计算机对采集到的数据进行自动处理，包括坐标变换、距离计算、误差修正等。电子经纬仪测角电子补偿器数据处理电子测距仪测距全站仪的测量原理全站仪数据存储所有程序都固化在仪器的存储器中,不能添加或改写,只能使用全站仪提供的功能,无法扩充。内存式电脑型电脑型全站仪内置操作系统,所有程序均运行其上,可根据实际需要添加相应程序来扩充其功能,使操作者进一步成为全站仪功能开发的设计者,更好地为工程建设服务。按数据存储方式分为内存型和电脑型

基本测量功能基本测量功能包括电子测距和电子测角(水平角

、竖直角),显示的数据为观测数据程序测量功能程序测量功能包括水平距离和高差的切换显示

、三维坐标测量

、对边测量

、放样测量

、后方交会测量等,显示的数据为观测数据经处理后的计算数据。全站仪操作说明书全站仪型号繁多，操作使用存在差异，要全面了解、掌握一种型号的全站仪，就需要详细阅读其使用说明书。基本测量功能和程序测量功能

水平角显示方式选择水平角显示有左角HL（逆时针角）和右角HR（顺时针角）两种形式，进行测量前，应首先确定显示方式。设置水平度盘读数水平方向置零是测定两条直线间的夹角，先将其中任一点水平度盘读数也可设置成其他数值。方位角设置当在已知点上设站，照准另一已知点时，则方向坐标方位角是已知的，此时可设置水平度盘的读数为已知的坐标方位角值。水平角测量全站仪测水平角时，选好水平角显示方式，精确照准后视点并置零，再旋转望远镜精确照准前视点，此时显示屏幕上的读数便是要测的水平角值。竖直角测量在角度测量模式下，照准目标，记录显示屏幕上V所对应的角度值，即竖盘读数，然后按照竖直角计算方法计算竖直角。角度测量距离测量准备参数设置

返回信号检测需输入棱镜常数和大气改正值，也可输入温度和气压值,全站仪会自动计算并改正测距误差，距离乘常数一般设为零，可根据需要设置。当精确瞄准棱镜后,检查返回信号的强度

。在基本模式或角度测量模式的情况下进行距离切换。如返回信号无音响,则表明信号弱,先检查棱镜是否瞄准,如果已精确瞄准,应考虑增加棱镜数

。这对长距离测量尤为重要。距离测量前需准备与全站仪配套的反光镜，并设置棱镜常数、大气改正等参数，确保仪器与棱镜精确对中整平。距离测量准备工作距离测量模式选择开始测距全站仪距离测量有精测、速测（或称粗测）和跟踪测等模式可供选择，应根据测距的要求通过键盘预先设定。精确照准棱镜中心，按距离测量键，开始距离测量，此时有关测量信息(距离类型、棱镜常数改正、气象常数改正和测距模式等)将闪烁显示在屏幕上。距离测量开始在输入测站点坐标、仪器高、目标高和后视坐标方位角（后视点坐标），可以测定目标点的三维坐标。坐标测量原理坐标测量概述坐标测量坐标测量步骤安置仪器在测点上，电池电量充足，按观测条件设置好仪器参数。完成水平和竖直度盘初始化，设置测距模式，检验返回信号。准备工作仪器高是指仪器的横轴中心（一般仪器上设有标志）至测站点的垂直高度。一般用2m钢卷尺量出。输入仪器高棱镜中心至测站点的垂直高度。输入棱镜高坐标测量步骤将测站点、后视点坐标通过操作键盘依次输入。输入测站点、后视点数据输入当时的大气温度和气压。设置气象参数照准后视点，输入测站点和后视点坐标后，通过键盘确定，水平度盘显示角度即为方位角。也可直接输入后视方位角。设置后视方位角精确照准位于待测点的棱镜中心，按坐标测量键。坐标测量已知角度、距离、高差或点位坐标，实地测设出来。可分为极坐标放样和坐标高程放样。极坐标放样步骤放样概述放样按坐标测量程序操作方式进行测站和后视设置；键盘输入放样点坐标N、E、Z1；参照水平角和距离放样步骤定出平面位置；测量高程，上下移动棱镜至差值为零，确定高程。坐标高程放样步骤仪器安置于测站点，照准后视方向，水平度盘置零。选择放样模式，输入距离和水平角。进行水平角放样：转动照准部，直至角度差值为零，固定照准部。距离放样，在视线方向上安置并移动棱镜，直至距离差值为零。高程传递全站仪通过测量不超过5个已知点来自动计算所设测站点高程，功能用于快速准确地传递高程信息，无需额外的高程控制点。对边测量对边测量模式可计算两个目标点间的平距、斜距和高差，以及坡度和方位角，不受地形限制，无需通视，适用于横断面测量。自由设站全站仪自由设站法通过测量多个已知点自动计算临时设站点的坐标、高程和定向方位角，解决控制点不通视问题，提高实际工作效率。其他测量功能悬高测量用于测量不可接触点的点位坐标和高程。通过测量基准点，然后照准悬高点，可得到不可接触点（也称悬高点）的坐标和高程。悬高测量可测量由直线和弧线段定义的闭合多边形面积，弧线段可由三个点或两点加半径确定；支持数据文件导入和手工输入坐标。面积测量导线测量是利用方向和距离的测量数据来计算测站坐标，当导线闭合后，可以立即显示导线闭合差作为导线测量的野外检核。导线测量其他测量功能道路放样道路放样是道路测量关键，全站仪道路放样软件可存储已知数据并灵活调用，支持中边桩放样和横断面测量，提高作业效率。导线平差导线数据可按单导线形式进行平差，采用等权分配法计算，如果误差未超限，平差后的坐标将自动记录到仪器内存。其他测量功能04检验与校正全站仪必须进行计量检定，以确保量度的统一性、标准性和合格性。检定周期最多不能超过一年，对全站仪的检定分为三个方面。计量检定数据采集与通信系统检测电子测角系统检测全站仪的计量检定测距性能检测检查内存中的文件状态，检查存储数据的个数和剩余空间查阅记录的数据，对文件进行编辑、输入和删除功能的检查数据通讯接口、数据通信专用电缆的检查数据采集与通讯系统检测电子测角系统检测项目光学对中器和水准管的检校，照准部旋转时仪器基座方位稳定性检查，测距轴与视准轴重合性检查，仪器轴系误差检定，倾斜补偿器检定。仪器轴系误差检定仪器轴系误差包括视准轴误差c、横轴误差i和竖盘指标差x，这些误差的检定对于确保测量结果的准确性至关重要。倾斜补偿器检定倾斜补偿器的补偿范围与补偿准确度的检定，一测回水平方向指标差的测定和一测回竖直角标准偏差测定。电子测角系统检测外观与功能，三轴关系，调制光相位均匀性、周期误差、测尺频率，以及加、乘常数标准差和测距综合标准差。主要项目必要时，可以在较长的基线上进行测距的外符合检查，以进一步验证测距结果的准确性。外符合检查发射、接收、照准三轴关系的正确性。三轴关系检测光电测距性能检测周期误差由于周期误差数值不大，一般测量成果改正中不考虑其影响。加常数和乘常数加常数、乘常数检测方法与光电测距仪的加、乘常数检测方法一致。三轴平行性检测测距仪的发射、接收光轴与望远镜的视准轴三者平行时，全站仪能得到最大强度的反射光波信号。在使用过程中，由于碰撞、振动或温度变化等原因，可能导致三轴不平行，使仪器得到的反射信号强度大大减弱，甚至会接收不到信号，影响测距工作的进行。全站仪常进行的项目进行三轴平行性检测时，将单块棱镜安置在距仪器至少100米处，先使望远镜的十字丝照准标记，记下电流计指针摆动的位置或显示窗中显示的反射信号强度。三轴平行性检测的方法通过转动经纬仪的微动螺旋，使望远镜左右及上下移动，观察电流计指针的摆动或反射信号强度的变化。若指针向大位置摆动或信号强度增加，说明三轴不平行。判断三轴是否平行三轴平行性检测校正针转动校正螺旋对于组合式全站仪，可用校正针转动照准头上的校正螺旋，即可改变光束方向。先用望远镜中的十字丝照准反射镜的标，轻轻转动校正螺旋，直至得到最大强度的反射信号为止。整体式全站仪的三轴同轴校正较为复杂，一般情况下只进行检验不校正。偏差大的情况下，应该交由专业的维修人员进行校正。转动校正螺旋至最大信号整体式全站仪不校正专业维修者校正三轴不平行校正方法05仪器操作和使用仪器安置仪器安置的重要性整平气泡偏离的影响对中方法电子气泡整平的优势仪器安置是测量工作中不可忽视的环节，包括对中与整平，确保仪器位置准确，提高测量精度。仪器安置包括对中与整平，有光学对中器，一些还有激光对中器，使用十分方便。仪器内置有双轴补偿器，整平后水准管气泡略有偏离，对观测并无影响。相较于传统方法，电子气泡整平更加便捷和精确，提高了整平效率和准确性。开机后，仪器自动进行自检，确保各项功能正常，通过后显示主菜单。开机与自检开机和设置根据需要设置各种观测量单位与小数位数，包括距离单位、角度单位及气象单位等。单位与小数位数设置存储指标差与照准差，以便后续测量数据校正和参考。指标差与照准差存储测距仪常数设置包括加常数、乘常数以及棱镜常数设置，确保测距数据准确。开机和设置信息建立与存储根据实际测量作业的要求，建立相应的电子记录文件，包括建立标题信息、测站标题信息、观测信息等。气压与温度设置仪器安置后，在气压或温度输入模式下输入当时的温度和气压。坐标输入方式支持直接输入坐标或从存储卡中调用数据文件，方便快捷。水平角置零或输入通过相关键可对全站仪的水平角进行置零或输入一个已知值。观测信息内容附注、点号、反射镜高、水平角、竖直角、平距、高差等。020301开机和设置在标准测量状态下，角度测量模式、斜距测量模式、平距测量模式、坐标测量模式可互相切换。测量模式切换全站仪精确照准目标后，通过不同测量模式之间的切换，可得到所需的观测值。所需观测值测量模式切换使用注意事项使用全站仪前，应全面阅读仪器使用说明书，了解仪器的各种功能和操作方法。使用前全面了解着重