全站儀應(yīng)用原理
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0 引言
電子全站儀是一種集光、機(jī)、電及精密機(jī)械加工等高精尖技術(shù)于一體的先進(jìn)測量儀器，用它可準(zhǔn)確、高效、方便地完成多種工程測量工作。它不僅精度高，而且速度快、操作簡便，還帶有豐富的內(nèi)置軟件，具有常規(guī)測量儀器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在測繪、測試、監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用日漸廣泛。
本文就拓普康全站儀來簡述一下全站儀在工程測量中的應(yīng)用。拓普康公司2002年最新推出的全中文化全站儀——GTS-330系列全站儀。其機(jī)身小、畫面大、全中文顯示，最適合一線作業(yè)的需求。它的特點(diǎn)是：①GTS-330W是世界首創(chuàng)采用藍(lán)牙無線通訊技術(shù)的全站儀，野外使用更方便，數(shù)字輸入更簡單。②優(yōu)越的距離和角度測量功能：測角精度：±2”/5”，絕對法測角，無需過零檢驗(yàn)；測距精度：±（2mm+2ppm*D）；測程：3km/一塊棱鏡；高速測距：精測1.2秒、粗測0.7秒、跟蹤0.4秒。③裝有雙軸補(bǔ)償器，可提供電子氣泡用于整平，并可自動改正由于整平誤差對水平角和豎直角觀測的影響。④裝有應(yīng)用測量程序，可做偏心測量、對邊測量、后方交會以及面積測算等項(xiàng)目。⑤特別耐用，防塵等級達(dá)IP66級。⑥結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕（主機(jī)含電池僅4.9KG），攜帶方便。⑦充足的內(nèi)存空間供數(shù)據(jù)存儲用，可存儲8000個觀測點(diǎn)16000個坐標(biāo)點(diǎn)。⑧裝備長效電池（BT-52QA），作業(yè)時間達(dá)10小時。⑨操作面板簡單，屏幕顯示全中文化，易學(xué)易用。
1 全站儀基本原理
全站儀是全站型電子測速儀的簡稱，又被稱為“電子全站儀”，是指由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和電子記錄器組成的，可實(shí)現(xiàn)自動測角，自動測距、自動計(jì)算和自動記錄的一種多功能高效率的地面測量儀器。電子全站儀進(jìn)行空間數(shù)據(jù)采集與更新，實(shí)現(xiàn)測繪的數(shù)字化。它的優(yōu)勢存在于數(shù)據(jù)處理的快速與準(zhǔn)確性。
全站儀自身帶有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以快速而準(zhǔn)確的對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出放樣點(diǎn)的方位角與該點(diǎn)到測距點(diǎn)的距離，全站型電子速測儀簡稱全站儀。它是一種可以同時進(jìn)行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測量儀器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作，故被稱為“全站儀”。
全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統(tǒng)，即水平角測量系統(tǒng)、豎直角測量系統(tǒng)，水平補(bǔ)償系統(tǒng)和測距系統(tǒng)。通過鍵盤可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過I/O接口接入總線與微處理機(jī)聯(lián)系起來。
微處理機(jī)（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器）、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動儀器進(jìn)行測量工作，執(zhí)行測量過程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲存等工作，保證整個光電測量工作有條不紊地進(jìn)行。輸入輸出設(shè)備是與外部設(shè)備連接的裝置（接口），輸入輸出設(shè)備使全站儀能與磁卡和微機(jī)等設(shè)備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。
2 全站儀的操作與使用
電子全站儀裝備有中央處理單元、存儲單元和輸入輸出單元等等，可以根據(jù)田野測量的水平角、豎直角、傾斜距離等數(shù)據(jù)，實(shí)時計(jì)算、顯示和輸出所需要的點(diǎn)與點(diǎn)之間的方位角、水平距離、高差或點(diǎn)的三維坐標(biāo)等測量成果。通過輸入輸出單元，能夠輸入測站點(diǎn)坐標(biāo)、起始方向的方位角等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并將測量結(jié)果直接輸出到電子計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算、編輯和自動成圖，同時可以根據(jù)需要自動生成等高線。測量的圖形既可以存儲在計(jì)算機(jī)中，也能夠根據(jù)需要以多種比例尺打印輸出，同時還能夠輸入到地理信息系統(tǒng)等軟件中作進(jìn)一步的加工、處理和應(yīng)用，生成數(shù)字地面模型.所以電子全站儀配合計(jì)算機(jī)測圖能夠提高測量和成圖的精度，實(shí)現(xiàn)測量的高度自動化。
2.1 水平角測量
2.1.1 按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準(zhǔn)第一個目標(biāo)A。
2.1.2 設(shè)置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00″。
2.1.3 照準(zhǔn)第二個目標(biāo)B，此時顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。
2.2 距離測量
2.2.1 設(shè)置棱鏡常數(shù) 測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進(jìn)行改正。
2.2.2 設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值 實(shí)測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結(jié)果進(jìn)行改正。
2.2.3 量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。
2.2.4 距離測量 照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，按測量鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。
應(yīng)注意有些型號的全站儀在距離測量時不能設(shè)定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。
2.3 坐標(biāo)測量
2.3.1 設(shè)定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2.3.2 設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時，全站儀回自動計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。
2.3.3 設(shè)置棱鏡常數(shù)。
2.3.4 設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。
2.3.5 量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。
2.3.6 照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測量鍵，全站儀開始測距并計(jì)算測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
3 全站儀在工程測量中應(yīng)用
全站儀在工程測量中的應(yīng)用，不僅提高了工作效率，而且還提高精度。應(yīng)用有很多種，例如：施工放樣、后方交會、導(dǎo)線測量、對邊測量、懸高測量等。本文簡單介紹施工放樣、后方交會。
3.1 施工放樣 在現(xiàn)代交通土木建設(shè)中隨著測量儀器的不斷發(fā)展和更新，從而使測量技術(shù)人員的工作強(qiáng)度越來越小而工作效率越來越高，就施工放樣這方面，由過去的經(jīng)緯儀交會法到運(yùn)用全站儀直接輸入坐標(biāo)放樣，工作效率的提高是不言而喻的，近幾年出現(xiàn)的自帶中樁邊樁計(jì)算軟件的一系列全站儀在放樣過程中只需輸入曲線要素就可以直接進(jìn)行放樣了，使測量工作基本實(shí)現(xiàn)了傻瓜化。拓普康GTS-330系列就具有此項(xiàng)功能，全站儀可以進(jìn)行三維x、y、z的放樣，通過已知點(diǎn)建站和后視點(diǎn)（或后視方位角）進(jìn)行坐標(biāo)的放樣。
操作程序：施工放樣模式——輸入站點(diǎn)坐標(biāo)——輸入后視點(diǎn) 坐標(biāo)—輸入放樣點(diǎn)坐標(biāo)——實(shí)施放樣。 放樣時應(yīng)注意：在一點(diǎn)放樣完畢后應(yīng)進(jìn)行放樣點(diǎn)坐標(biāo)測量工作，測出x、y、z與放樣點(diǎn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，應(yīng)做到步步校核。另外，在整個放樣結(jié)束后，需再測一次其他導(dǎo)線點(diǎn)的 x、y、z坐標(biāo)，比較所測數(shù)據(jù)，以保證儀器在放樣中沒有錯誤。
3.2 后方交會 一般可由二個以上已知點(diǎn)建站，輸入儀器高，依次輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)及高程，并用全站儀測出未知點(diǎn)與已知點(diǎn)的水平距離。當(dāng)已知點(diǎn)全部輸入后，全站儀會自動計(jì)算出建站點(diǎn)坐標(biāo)、高程以及自動保存計(jì)算結(jié)果。
測站點(diǎn)坐標(biāo)由多個已知點(diǎn)計(jì)算而得，要獲得坐標(biāo)，至少必須兩個水平角，一個距離或三個水平角，否則就會顯示“計(jì)算所需數(shù)據(jù)不足！需要2個角和1個距離或者3個角”。
全站儀在工程測量中的應(yīng)用不僅提高了工作效率，減少了外業(yè)計(jì)算、記錄和外業(yè)工作時間，而且提高了作業(yè)精度。提高了人們對全站儀的認(rèn)識，使全站儀更好的應(yīng)用于工程測量。
4 結(jié)語
電子全站儀是近年普遍使用的一種新型的測量儀器，它同時具備了光學(xué)經(jīng)緯儀和電子測距儀的功能，能夠方便、快捷地進(jìn)行高精度測距儀的測量工作。
而工程測量則是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)，帶有普遍性的工作。隨著技術(shù)的進(jìn)步、儀器工具的更新和改進(jìn)，促使工程測量工作越來越簡化，精度也越來越高。而合理科學(xué)的運(yùn)用全站儀進(jìn)行測量，仍需我們進(jìn)一步的積累經(jīng)驗(yàn)和繼續(xù)探討。
電子全站儀是一種集光、機(jī)、電及精密機(jī)械加工等高精尖技術(shù)于一體的先進(jìn)測量儀器，用它可準(zhǔn)確、高效、方便地完成多種工程測量工作。它不僅精度高，而且速度快、操作簡便，還帶有豐富的內(nèi)置軟件，具有常規(guī)測量儀器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在測繪、測試、監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用日漸廣泛。
本文就拓普康全站儀來簡述一下全站儀在工程測量中的應(yīng)用。拓普康公司2002年最新推出的全中文化全站儀——GTS-330系列全站儀。其機(jī)身小、畫面大、全中文顯示，最適合一線作業(yè)的需求。它的特點(diǎn)是：①GTS-330W是世界首創(chuàng)采用藍(lán)牙無線通訊技術(shù)的全站儀，野外使用更方便，數(shù)字輸入更簡單。②優(yōu)越的距離和角度測量功能：測角精度：±2”/5”，絕對法測角，無需過零檢驗(yàn)；測距精度：±（2mm+2ppm*D）；測程：3km/一塊棱鏡；高速測距：精測1.2秒、粗測0.7秒、跟蹤0.4秒。③裝有雙軸補(bǔ)償器，可提供電子氣泡用于整平，并可自動改正由于整平誤差對水平角和豎直角觀測的影響。④裝有應(yīng)用測量程序，可做偏心測量、對邊測量、后方交會以及面積測算等項(xiàng)目。⑤特別耐用，防塵等級達(dá)IP66級。⑥結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕（主機(jī)含電池僅4.9KG），攜帶方便。⑦充足的內(nèi)存空間供數(shù)據(jù)存儲用，可存儲8000個觀測點(diǎn)16000個坐標(biāo)點(diǎn)。⑧裝備長效電池（BT-52QA），作業(yè)時間達(dá)10小時。⑨操作面板簡單，屏幕顯示全中文化，易學(xué)易用。
1 全站儀基本原理
全站儀是全站型電子測速儀的簡稱，又被稱為“電子全站儀”，是指由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和電子記錄器組成的，可實(shí)現(xiàn)自動測角，自動測距、自動計(jì)算和自動記錄的一種多功能高效率的地面測量儀器。電子全站儀進(jìn)行空間數(shù)據(jù)采集與更新，實(shí)現(xiàn)測繪的數(shù)字化。它的優(yōu)勢存在于數(shù)據(jù)處理的快速與準(zhǔn)確性。
全站儀自身帶有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以快速而準(zhǔn)確的對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出放樣點(diǎn)的方位角與該點(diǎn)到測距點(diǎn)的距離，全站型電子速測儀簡稱全站儀。它是一種可以同時進(jìn)行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測量儀器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作，故被稱為“全站儀”。
全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統(tǒng)，即水平角測量系統(tǒng)、豎直角測量系統(tǒng)，水平補(bǔ)償系統(tǒng)和測距系統(tǒng)。通過鍵盤可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過I/O接口接入總線與微處理機(jī)聯(lián)系起來。
微處理機(jī)（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器）、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動儀器進(jìn)行測量工作，執(zhí)行測量過程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲存等工作，保證整個光電測量工作有條不紊地進(jìn)行。輸入輸出設(shè)備是與外部設(shè)備連接的裝置（接口），輸入輸出設(shè)備使全站儀能與磁卡和微機(jī)等設(shè)備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。
2 全站儀的操作與使用
電子全站儀裝備有中央處理單元、存儲單元和輸入輸出單元等等，可以根據(jù)田野測量的水平角、豎直角、傾斜距離等數(shù)據(jù)，實(shí)時計(jì)算、顯示和輸出所需要的點(diǎn)與點(diǎn)之間的方位角、水平距離、高差或點(diǎn)的三維坐標(biāo)等測量成果。通過輸入輸出單元，能夠輸入測站點(diǎn)坐標(biāo)、起始方向的方位角等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并將測量結(jié)果直接輸出到電子計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算、編輯和自動成圖，同時可以根據(jù)需要自動生成等高線。測量的圖形既可以存儲在計(jì)算機(jī)中，也能夠根據(jù)需要以多種比例尺打印輸出，同時還能夠輸入到地理信息系統(tǒng)等軟件中作進(jìn)一步的加工、處理和應(yīng)用，生成數(shù)字地面模型.所以電子全站儀配合計(jì)算機(jī)測圖能夠提高測量和成圖的精度，實(shí)現(xiàn)測量的高度自動化。
2.1 水平角測量
2.1.1 按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準(zhǔn)第一個目標(biāo)A。
2.1.2 設(shè)置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00″。
2.1.3 照準(zhǔn)第二個目標(biāo)B，此時顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。
2.2 距離測量
2.2.1 設(shè)置棱鏡常數(shù) 測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進(jìn)行改正。
2.2.2 設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值 實(shí)測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結(jié)果進(jìn)行改正。
2.2.3 量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。
2.2.4 距離測量 照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，按測量鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。
應(yīng)注意有些型號的全站儀在距離測量時不能設(shè)定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。
2.3 坐標(biāo)測量
2.3.1 設(shè)定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2.3.2 設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時，全站儀回自動計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。
2.3.3 設(shè)置棱鏡常數(shù)。
2.3.4 設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。
2.3.5 量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。
2.3.6 照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測量鍵，全站儀開始測距并計(jì)算測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
3 全站儀在工程測量中應(yīng)用
全站儀在工程測量中的應(yīng)用，不僅提高了工作效率，而且還提高精度。應(yīng)用有很多種，例如：施工放樣、后方交會、導(dǎo)線測量、對邊測量、懸高測量等。本文簡單介紹施工放樣、后方交會。
3.1 施工放樣 在現(xiàn)代交通土木建設(shè)中隨著測量儀器的不斷發(fā)展和更新，從而使測量技術(shù)人員的工作強(qiáng)度越來越小而工作效率越來越高，就施工放樣這方面，由過去的經(jīng)緯儀交會法到運(yùn)用全站儀直接輸入坐標(biāo)放樣，工作效率的提高是不言而喻的，近幾年出現(xiàn)的自帶中樁邊樁計(jì)算軟件的一系列全站儀在放樣過程中只需輸入曲線要素就可以直接進(jìn)行放樣了，使測量工作基本實(shí)現(xiàn)了傻瓜化。拓普康GTS-330系列就具有此項(xiàng)功能，全站儀可以進(jìn)行三維x、y、z的放樣，通過已知點(diǎn)建站和后視點(diǎn)（或后視方位角）進(jìn)行坐標(biāo)的放樣。
操作程序：施工放樣模式——輸入站點(diǎn)坐標(biāo)——輸入后視點(diǎn) 坐標(biāo)—輸入放樣點(diǎn)坐標(biāo)——實(shí)施放樣。 放樣時應(yīng)注意：在一點(diǎn)放樣完畢后應(yīng)進(jìn)行放樣點(diǎn)坐標(biāo)測量工作，測出x、y、z與放樣點(diǎn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，應(yīng)做到步步校核。另外，在整個放樣結(jié)束后，需再測一次其他導(dǎo)線點(diǎn)的 x、y、z坐標(biāo)，比較所測數(shù)據(jù)，以保證儀器在放樣中沒有錯誤。
3.2 后方交會 一般可由二個以上已知點(diǎn)建站，輸入儀器高，依次輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)及高程，并用全站儀測出未知點(diǎn)與已知點(diǎn)的水平距離。當(dāng)已知點(diǎn)全部輸入后，全站儀會自動計(jì)算出建站點(diǎn)坐標(biāo)、高程以及自動保存計(jì)算結(jié)果。
測站點(diǎn)坐標(biāo)由多個已知點(diǎn)計(jì)算而得，要獲得坐標(biāo)，至少必須兩個水平角，一個距離或三個水平角，否則就會顯示“計(jì)算所需數(shù)據(jù)不足！需要2個角和1個距離或者3個角”。
全站儀在工程測量中的應(yīng)用不僅提高了工作效率，減少了外業(yè)計(jì)算、記錄和外業(yè)工作時間，而且提高了作業(yè)精度。提高了人們對全站儀的認(rèn)識，使全站儀更好的應(yīng)用于工程測量。
4 結(jié)語
電子全站儀是近年普遍使用的一種新型的測量儀器，它同時具備了光學(xué)經(jīng)緯儀和電子測距儀的功能，能夠方便、快捷地進(jìn)行高精度測距儀的測量工作。
而工程測量則是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)，帶有普遍性的工作。隨著技術(shù)的進(jìn)步、儀器工具的更新和改進(jìn)，促使工程測量工作越來越簡化，精度也越來越高。而合理科學(xué)的運(yùn)用全站儀進(jìn)行測量，仍需我們進(jìn)一步的積累經(jīng)驗(yàn)和繼續(xù)探討。
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