教学材料工 程 测 量-5

第一节概述

全站仪是目前各工程单位进行工程测量的主要仪器，它的应用使测量技术人员从繁重的测量工作中解脱出来。电子全站仪是由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组合而成的测量仪器，能够在一个测站上完成采集水平角、垂直角和倾斜距离三种基本数据的功能，并由这三种基本数据，通过仪器内部的中央处理单元(CPU），计算出平距、高差、高程及坐标等数据。由于只要一次安置仪器，便可以完成在该测站上所有的测量工作，故被称为全站型电子速测仪，简称“全站仪”。电子全站仪主要由测量部分、中央处理单元、输入、输出以及电源等部分组成，其结构原理如图5-1所示。返回第二节全站仪测量原理

一、测距原理目前使用的全站仪均采用相位法测距。如图5-2所示，设欲测定的A、B两点间距离为刀，在A点安置仪器，在B由仪器发射调制光，经过距离刀到达反射镜，再由反射镜返回到仪器接收系统，度为。的调制光在距离刀上往返传播的时间l，则距离刀即可按式(5-1)求得:下一页返回第二节全站仪测量原理

用光电测距时，是将发光管发出的高频波，通过调制器改变其振幅，而且使改变后的振幅的包络线呈正弦变化，且具有一定的频率。发光管直接发出的高频波称为载波，经过调制而形成的波称为调制波，调制波的波长为几。为便于说明，把光波在往返距离上的传播展开形成一条直线，如图5-3所示，显然，调制光返回到A点的相位比发射时延迟了甲。二、测角原理全站仪测读角系统是利用光电扫描度盘，自动显示于读数屏幕，使观测时操作更简单，且避免了人为读数误差。目前电子测角有三种度盘形式，即编码度盘、光栅度盘和格区式度盘，现分述如下:1.编码度盘的绝对法电子测角原理编码度盘属于绝对式度盘，即度盘的每一个位置均可读出绝对的数值。上一页下一页返回第二节全站仪测量原理

编码度盘通常是在玻璃圆盘上制成多道同心圆环，每一个同心圆环称为码道。度盘按码道数n等分成2、扇形区，度盘的角度分辨率为360°/2"。如图5一4所示是一个、码道的纯二进制的编码度盘，度盘分成16个扇形区。图中黑色部分表示透光区，白色部分表示不透光区。透光表示二进制代码“7;，不透光表示代码0;。通过各区间的生个码道的透光和不透光，即可由里向外读出1位二进制数来。由1码道、16个扇形区组成的二进制代码及所代表的方向值，见表5-1所列。利用这样一种度盘测量角度，关键在于识别瞄准的方向所在的区间。例如已知角度的起始方向在区间1，某一瞄准方向在区间8内，则中间所隔6个区间所对应的角度值即为该角值。上一页下一页返回第二节全站仪测量原理

图5一5所示的光电读数系统可译出码道的状态，以识别所在的区间。图5一5中8个二极管的位置不动，度盘上方的生个发光二极管加上电压就发光，当度盘转动停止后，处于度盘下方的光电二极管就接收来自上方的光信号，由于码道分为透光和不透光两种状态，接收二极管上有无光照就取决于各码道的状态，如果透光，光电二极管受到光照后阻值大大减小，使原来处于截止状态的晶体三极管导通，输出高电位，表示1;而不受光照的二极管阻值很大，晶体三极管仍处于截止状态，输出低电位，表示。这样，度盘的透光与不透光状态就变成电信号输出，通过对两组电信号的译码，就可得到两个度盘的位置，即为构成角度的两个方向值，两个方向值之间的差值就是该角值。

2.光栅度盘的增量法电子测角原理光栅度盘是在光学玻璃上全圆360。均匀而密集地刻划出许多径向刻线，构成等间隔的明暗条纹(光栅)，如图5-6所示。上一页下一页返回第二节全站仪测量原理3.格区式度盘动态测角原理格区式度盘是由光学玻璃制成的圆环，它可由微型的电机带动，并以一定的速度旋转，因此，称为动态测角。如图5-7所示，格区式度盘上刻有1024个分划，分划值为，每个分划由一对黑白条纹组成。其中，白条纹是透光的，黑条纹是不透光的。度盘上安装两对光栅，每对由一个固定光栅、一个可动光栅LS、组成。其中固定光栅LS安装在度盘外缘，其位置固定:活动光栅LS安装在度盘内缘，随照准部一起转动。同名光栅按对径位置安装，以消除照准部偏心差，图5-7中仅给出了其中的一对。上一页返回第三节全站仪的基本构造和使用方法

一、几种主要品牌全站仪的简介目前，全站仪在各种建设工程中基本得到普及，世界上许多著名测绘仪器厂商均生产各种型号的全站仪。例如:日本索佳(S()KKIA)、尼康(Nikon、托普康(T()PC()N)、宾得(PFN-"I'AX>:瑞士徕卡(I_eica)、德国蔡司(Geiss)、美国天宝("I'rimble)、我国南方N"I'S系列、苏光N"I'S系列、K"I'S系列等。由于各种型号的全站仪的规格和性能不尽相同，在操作使用上的差异则更大。因此，要全面了解、掌握一种型号的全站仪，就必须详细阅读其使用说明书。二、全站仪的外部结构如图5-8所示为南方NTS-300B/R型全站仪的外部结构。由图5-8可见，其结构与经纬仪相似，区别主要是全站仪上有一个可供进行各项操作的键盘。下面对全站仪的键盘功能进行介绍，其余部分可参考经纬仪，在此不作详细阐述。下一页返回第三节全站仪的基本构造和使用方法三、键盘功能与信息显示图5一9是NTS-300B/R电子全站仪的键盘。位于显示窗底部的回一回四个键、称为软软键是指可以改变功能的键，其功能以不同的设置而定。四、闪丁S-300B/R全站仪的几种常用测量模式1.水平角和垂直角观测首先需要确认处于角度测量模式，其具体操作过程与界面显示见表5-4。

2.距离测量在进行距离测量前通常需要确认大气改正的设置和棱镜常数的设置，再进行距离测量。当必须精确测量高程时必须先检查仪器的i角。上一页下一页返回第三节全站仪的基本构造和使用方法N"I'S-300B/R系列全站仪测距时有三种合作模式可选，第一种为棱镜，此模式测距和N"IS-3001系列全站仪相同。第二种为反射板，此模式测距时对准反射板。第三种为无合作，

(1)大气改正的设置。当设置大气改正时，通过测量温度和气压可求得改正值。(2)棱镜常数的设置。棱镜常数为一30，设置棱镜改正为一30，如使用其他常数的棱镜，则在使用之前应先设置一个相应的常数，使电源关闭，所设置的值也仍被保存在仪器中。(3)距离测量(连续测量)。确认处于测距模式下，其具体操作讨程与界面显示见表5-5.上一页下一页返回第三节全站仪的基本构造和使用方法3.坐标测量(1)坐标测量的步骤。通过输入仪器高和棱镜高后测量坐标时，可直接测定未知点的坐标:见表5-6.(2)测站点坐标的设置。设置仪器(测站点)相对于坐标原点的坐标，仪器可自动转换和显示未知点(棱镜点)在该坐标系中的坐标。电源关闭后，将保存测站点坐标。具体操作过程与界面显示见表5-704.坐标放样实施放样有两种方法可供选择:(1)通过点号调用内存中的坐标值。(2)直接键人坐标值。例:调用内存中的坐标值，见表5-8.上一页下一页返回第三节全站仪的基本构造和使用方法

五、全站仪的辅助设备全站仪要完成预定的测量工作，必须借助于必要的辅助设备。全站仪常用的辅助设备有: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。1.三脚架三脚架用于测站上架设仪器，其操作与经纬仪相同。2.反射棱镜或反射片反射棱镜或反射片(图5-10)用于测量时立于测点，供望远镜照准。在工程测量中，根据测程的不同，可选用三棱镜、九棱镜等。上一页返回第四节全站仪的模块测量方法一、坐标测量全站仪可进行三维坐标测量，在2输入测站点坐标、仪器高、目标高和后视方向坐标方位角(或后视点坐标)后，用其坐标测量功能可以测定目标点的三维坐标。如图5-11所示，0为测站点，n为后视点，1点为待定点(目标点)。由图5-11可以计算出待定点(目标点)l的三维坐标为:下一页返回第四节全站仪的模块测量方法二、放样测量放样测量用于实地上测设出所要求的点。在放样过程中，通过对照准点角度、距离或者坐标的测量，仪器将显示出预先输入的放样数据与实测值之差以指导放样进行。显示的差值由下式计算:

水平角差值一水平角实测值一水平角放样值斜距差值一斜距实测值一斜距放样值平距差值一平距实测值一平距放样值高差差值一高差实测值一高差放样值全站仪均有按角度和距离放样及按坐标放样的功能。下面作一简要介绍。上一页下一页返回第四节全站仪的模块测量方法1.按角度和距离放样测量(又称为极坐标放样测量)角度和距离放样是根据相对于某参考方向转过的角度和至测站点的距离测设出所需的点位，如图5-12所示。2.坐标放样测量如图5-12所示，O为测站点，坐标(No，Eo，Zo)为已知，2.)也已给定。上一页返回图5-1全站仪结构原理框图返回图5-2红外光电测距原理返回图5-3调制光波在被测往返距离上展开图返回表5-14码道、16个扇形区组成的二进制编码与相应角值关系返回表5-14码道、16个扇形区组成的二进制编码与相应角值关系返回图5-4编码度盘返回图5-5编码度盘码道光电识别系统返回图5-6光栅盘返回图5-7格区式度盘动态测角原理返回图5-8南方NTS-300B/R型全站仪的外部结构返回图5-9全站仪操作键盘返回表5-2全站仪按键主要功能返回表5-3测量内容对应的显示符号返回表5-4角度测量模式返回表5-5