第五章-全站仪测量

1第五章全站仪测量本章摘要：全站型电子速测仪简称全站仪，它由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。一台全站仪除能自动测距、测角外，还能快速完成一个测站所需完成的工作，包括平距、高差、高程、坐标以及放样等方面数据的计算。§5-1概述摘要内容：全站仪分为分体式和整体式两类。分体式全站仪的照准头和电子经纬仪不是一个整体，整体式全站仪是照准头与电子经纬仪的望远镜结合在一起，形成一个整体，使用起来更为方便。一、全站仪的结构原理组成：1.四大光电系统测距、测水平角、竖直角和水平补偿。2.键盘指令是测量过程的控制系统，测量人员通过按键便可调用内部指令指挥仪器的测量工作过程和进行数据处理。以上各系统通过I/0接口接入总线与数字计算机联系起来。3.微处理机是全站仪的核心部件，它如同计算机的中央处理机（CPU），主要由寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器等）、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程的检核和数据的传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊的完成。4.输入输出单元是与外部设备连接的装置（接口），数据存储器是测量的数据库。为便于测量人员设计软件系统，处理某种目的测量成果，在全站仪的数字计算机中还提供有程序存储器。二、全站仪的构造1.全站仪的望远镜全站仪基本上采用望远镜光轴（视准轴）和测距光轴完全同轴的光学系统，一次照准就能同时测出距离和角度。2.竖轴倾斜的自动补偿在一些较高精度的电子经纬仪和全站仪中安置了竖轴倾斜自动补偿器，以自动改正竖轴倾斜对水平方向和竖直角的影响。2（说明：（1）经纬仪照准部的整平可使竖轴铅直，但受气泡灵敏度和作业的限制，仪器的精确整平有一定困难。这种竖轴不铅直的误差称为竖轴误差。（2）竖轴误差对水平方向和竖直角的影响不能通过盘左、盘右读数取中数消除。（3）精确的竖轴补偿器，仪器整平到3′范围以内，其自动补偿精度可达0.1″。）3.数据记录与传输（1）通过电缆，将仪器的数据传输接口和外接的记录器连接起来，数据直接存储在外接的记录器中；（2）仪器同部有一个大容量的内存，用于记录数据；（3）采用插入数据记录卡。外接的记录器又称为电子手簿，实际生产中常利用掌上电脑作为电子手薄。全站仪和电子手簿的数据通信，通过专用电缆以及设定数据传送条件来实现。目前，全站仪已经成为世界上许多著名厂家生产的主要仪器，如美国天宝，瑞士徕卡，日本索佳、拓普康及尼康，中国北光、南方、苏光等。这些仪器构造原理基本相同，具体操作步骤不尽相同，使用时可详细阅读使用说明书。为了方便学习，本章以索佳仪器为例说明其结构特点和使用方法。三、SET仪器的结构特点不同的SET系列全站仪的外貌和结构各异，但其功能却大同小异。（说明：实例介绍日本索佳公司生产的SET2100型全站仪。SET2100型全站仪键盘，共有28个按键，即1个电源开关键、1个照明键、4个软键、10个操作键和12个字母键。电源开关键、照明键、操作键和字母键的功能都比较形象、直观，这里只重点说明软键。）1.软键功能的定义与分配（说明：仪器允许用户根据所进行的测量工作，对测量模式下的键功能进行分配。所定义的键位将被永久保存直至再次改变为止。内部存储器为用户提供两个寄存位置，即用户定义键位1和用户定义键位2。经寄存的用户定义键位可随时恢复。仪器这种由用户针对不同的测量工作，自由地定义键功能位置的特点，无疑将大大地方便用户，提高测量工作效率。）2.全站仪的模式与菜单结构（说明：对SET的操作是在测量模式、状态屏幕、记录模式、菜单模式、设置模式和存储模式下进行的。模式间可以通过[ESC][REC][MENU][MEM][CNFG][MEAS]进行转换。）四、自动全站仪与超站仪（一）自动全站仪1.定义是一种能自动识辨、照准和跟踪目标的一种全站仪，又称为测量机器人。32.基本原理仪器向目标发射激光束，经反射棱镜返回，并被仪器中的CCD相机接受，从而计算出反射光点中心位置，得到水平方向和天顶距的改正数，最后启动马达，驱动全站仪转向棱镜，自动精确照准目标。（说明：如徕卡公司生产的TCA2003全自动全站仪，该仪器测角精度为0.5秒，测距精度为1mm+1×10-6D(D为所测距离)。自动全站仪由伺服马达驱动照准部和望远镜的转动和定位，在望远镜中要有同轴自动目标识别装置，能自动照准棱镜进行测量。）（二）超站仪1.定义是全站仪（TPS）与GPS完美结合，它是集成GPS接收机的高性能全站仪。2.基本原理无需控制点、长导线和后方交会操作，只需安装超站仪，并使用GPS确定该点的准确位置，然后就可以使用全站仪进行测量、放样。仅仅通过简单的安装调试,就可以简单、快速地测量作业。将GPS和全站仪集成为自由超站仪系统，可以在植被、建筑物等覆盖的隐蔽地区一带作业，克服了GPS要求顶空必须通视的缺点。（说明：超站仪(SmartStation)是徕卡公司最新推出的地面测量仪器设备,它集成了现代全站仪、GPS等技术发展的多种最新成果,代表了地面测量仪器设备的最先进水平。SmartStation将全站仪与GPS实现了无缝集成,实现了无控制点测量的功能；同时在目标快速自动搜索,较长距离高精度无棱镜测距,测量数据的无线传输等方面采用了众多的新技术。）§5-2全站仪的使用摘要内容：主要介绍基本测量、高级测量。讲课重点：坐标测量与放样。讲课难点：后方交会测量；对边测量。讲授重点内容提要：一、测量前的准备在精密测量前应对仪器进行检定和校准。1.仪器的检定与校准（1）仪器加常数在100m长的一条直线上选择A、B、C三点，并分别架设脚架。首先将仪器安置于端点A的三脚架上，测得ACABSS,两段距离，然后再将仪器安置于中间点B的三脚架上，测得BCS,则其加常数c为BCABACSSSc4式中：ACABSS,及BCS均为经倾斜改正后的水平距离。（2）补偿器零点差的设置补偿器零点差的设置步骤如下：①在设置模块中，选取“2.InstrConst”后，按回车键进入仪器常数设置状态。②选取“1.Tilt”后，按回车键进入补偿器零点差设置状态。③用盘左位置，精确照准一参考点（距仪器50m以外）后，按YES键，记下盘左观测值，此时显示窗提示“TakeF2”(进行盘右观测)。④用盘右位置，精确照准同一参考点后，按YES键，记下盘右观测值，此时显示窗显示出补偿器零点的原值（Current）和新值（New）。若需保存新测定结果，则可按YES键，否则按ESC键。（3）轴系的误差设置在SET2110全站仪上，可以对竖直度盘指标差，视准轴误差及横轴误差进行设置，如图5-14所示。其操作步骤如下：①在同时按住±、/和F1三个键后，再按开机键ON，并持续约2s，使仪器能够调出维修程序。②用↓键和↑键（分别为上行和下行光标），选择“1.Cnfiguration”功能，并按回车键。然后再用↓键和↑键将光标移到“1.Voffset,ES,EL”功能，按回车键。③用盘左照准目标Ⅰ（显示窗显示F1）,按键OSET清除，并按回车键。④用盘右照准目标Ⅰ（显示窗显示F2）,并按回车键。⑤用盘左照准目标Ⅱ（显示窗显示F1）,按回车键；再用盘右照准目标Ⅱ（显示窗显示F2）,并按回车键。⑥显示窗显示竖盘指标差Voffset、视准轴误差ES及横轴误差EL的原值和新值。⑦按回车键将新值存入内存，按ESC键退出，并保留原值。SOKKIA公司为了防止ES和EL值过大，在程序中将其限差设置为20″，当新测定的值超出20″时，按回车键则不能存入新值。此时应将仪器送维修中心去调整横轴及视准轴位置。2.仪器的安置（1）用光学对中器安置仪器用光学对中器安置仪器的步骤与经纬仪安置过程相同。利用圆水准器和管水准器整平外。（2）利用补偿器整平仪器（SET2110全站仪）将望远镜置于与任意两个角螺旋平行的位置。①按SET键进入功能切换状态后，按O键，显示窗内以图形形式显示出圆水准器。中间的黑圈点表示圆水准器气泡，其内、外圆圈所对应的倾斜范围分别为3′和4′。②按DIGIT键，则仪器显示竖轴在x轴（视准轴方向）和y轴（横轴方向）上的倾斜分量。5③用平行脚螺旋A、B使x轴方向的倾斜分量为零，用另一脚螺旋C使y轴方向上的分量为零。3.仪器参数的设置（1）气象改正在测量中，将测设时的温度、气压输入到仪器中。（说明：也可将仪器的气象改正项置零，并测定测距时的温度T、气压P，按式（5-4）进行改正。即610003661.012904.096.278TPDD（5-4）式中，D为仪器所显示的距离；P为测距时的气压（100Pa）；T为测距时的温度（℃）。SET2110全站仪的参考条件为T=15℃,P=101325Pa。）(2)加常数使用不同的棱镜时，应在仪器内设置不同的棱镜常数。（说明：为了在距离显示值中消除加常数的影响，应在设置棱镜常数P值中考虑加常数的影响。A=P+C，式中，A为置入仪器的加常数值；P为棱镜加常数；C为仪器加常数。）(3)补偿器及轴系误差改正功能应处于“开”的状态（说明：补偿器检查：将全站仪竖直制动后，调整脚螺旋，若天顶距读数发生变化，则表明补偿器处于“开”的状态；若天顶距读数不发生变化，则表明补偿器处于“关”的状态。检查轴系误差改正功能：先将全站仪的水平制动螺旋制动后，纵转望远镜，若水平方向读数发生变化，则表明轴系误差改正功能处于“开”的状态；否则，表明轴系误差改正功能处于“关”的状态。）二.基本测量1.角度测量全站仪使用水平方向置零方法测定AOB角的步骤如下：①用水平制动钮和微动螺旋精确照准后视点；②在测量模式第2页菜单下按[OSET]将后视点方向设置成零，HAR处显示的00000；③精确照准前视点；④所显的（HAR）值，即为两点间的夹角。2.距离测量（1）测量前的检查（说明：一般包括：①电池电量已充足；②度盘指标已设置好；③仪器参数已按观测条件设置好；④气象改正数、棱镜常数改正数和测距模式已设置完毕；⑤已准确照准棱镜中心，返回信号强度适宜测量。）6（2）距离类型选择和距离测量①测量模式屏幕第1页菜单下按[◢SHV]选取所需距离类型。（说明：每按一次[◢SHV]将改变一次距离类型：[SDIST]表示斜距；[HDIST]表示平距；[VDIST]表示高差。）②按[SDIST]键，开始距离测量。③距离测量完成时仪器发出一短声响，并将测得为距离“S”、垂直角“ZA”和水平角“HAR”值显示。④在多次测距求取平均值测量时，所得距离值显示为S-1，S-2….。⑤进行重复测距时，按[STOP]停止测距和显示测距结果。⑥在多次测距求取平均值测量时，仪器在完成所指定测距次数后显示出距离的平均值“S-A”。（说明：SET可以同时对角度和距离进行测量，如需记录测量数据时，可按照“记录距离测量数据”的操作方法进行。）3.坐标测量（1）三维坐标测量原理如图5-19所示，B为测站点，A为后视点，已知A、B两点的坐标分别为（BN、BE、BZ）和（AN、AE、AZ），用全站仪测量测点1的坐标（1N、1E、1Z）。图5-19三维坐标测量原理1点的坐标可按下列公式计算出：liSZZSEESNNBBBsinsincoscoscos111式中：1N、1E、1Z为测点坐标；BN、BE、BZ为测站点坐标；S为测站点至测点斜距；7为测站点至测点方向的竖直角；为测站点至测点方向的坐标方位角；i为仪器高；l为目标高（棱镜高）。（说明：（1）由A、B两点的坐标计算出B~A边的坐标方位角；测设测站点至测点斜距、测站点至测点方向的水平角及竖直角；计算出B~1边的坐标方位角。（2）实际上，在将测站点和后视点坐标输入仪器后，瞄准后视点A，通过操作键盘，即将水平度盘读数设置为该方向的坐标方位角，此时水平度盘读数就与坐标方位角值相同；当用仪器瞄准1点，显示的水平度盘读数就是测站至1点的坐标方位角。（3）上述计算是由仪器机内软件计算的，通过操作键盘即可直接得到测点坐标。）（2）坐标测量前准备（说明：包括①仪器