全站仪的原理和应用.docx
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全站仪的原理和应用
内容：
了解全站仪的分类、等级、主要技术指标；掌握全站仪的基本操作，测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法；了解全站仪的对边测量、悬高测量、面积测量等方法。
重点：
全站仪的基本操作，测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法。
难点：
全站仪测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法。
教学方法：
采取演示法教学。
讲解拓普康全站仪使用，在课堂上每讲一项功能后，利用多媒体课室的优点，现场演示一次，并将操作过程通过投影仪投影到屏幕上，起到直观、形象的效果，使学生能迅速掌握全站仪的使用。
§7.1全站仪（totalstation）的功能介绍
随着科学技术的不断发展，由光电测距仪，电子经纬仪，微处理仪及数据记录装置融为一体的电子速测仪（简称全站仪）正日臻成熟，逐步普及。
这标志着测绘仪器的研究水平制造技术、科技含量、适用性程度等，都达到了一个新的阶段。
全站仪是指能自动地测量角度和距离，并能按一定程序和格式将测量数据传送给相应的数据采集器。
全站仪自动化程度高，功能多，精度好，通过配置适当的接口，可使野外采集的测量数据直接进入计算机进行数据处理或进入自动化绘图系统。
与传统的方法相比，省去了大量的中间人工操作环节，使劳动效率和经济效益明显提高，同时也避免了人工操作，记录等过程中差错率较高的缺陷。
全站仪的厂家很多，主要的厂家及相应生产的全站仪系列有：
瑞士徕卡公司生产的TC系列全站仪；日本TOPCN（拓普康）公司生产的GTS系列；索佳公司生产的SET系列；宾得公司生产的PCS系列；尼康公司生产的DMT系列及瑞典捷创力公司生产的GDM系列全站仪。
我国南方测绘仪器公司90年代生产的NTS系列全站仪填补了我国的空白，正以崭新的面貌走向国内国际市场。
全站仪的工作特点：
1、能同时测角、测距并自动记录测量数据；
2、设有各种野外应用程序，能在测量现场得到归算结果；
3、能实现数据流；
一、TOPCON全站仪构造简介
图1为宾得全站仪PTS-V2，图2为尼康C-100全站仪，图3为智能全站仪GTS-710，图4为蔡司EltaR系列工程全站仪，图5为徕卡TPS1100系列智能全站仪。
二、全站仪的功能介绍
1、角度测量（angleobservation）
（1）功能：
可进行水平角、竖直角的测量。
（2）方法：
与经纬仪相同，若要测出水平角∠AOB，则：
1）当精度要求不高时：
瞄准A点——置零（0SET）——瞄准B点，记下水平度盘HR的大小。
2）当精度要求高时：
——可用测回法（methodofobservationset）。
操作步骤同用经纬仪操作一样，只是配置度盘时，按“置盘”（HSET）。
2、距离测量（distancemeasurement）
PSM、PPM的设置——测距、测坐标、放样前。
1）棱镜常数（PSM）的设置。
一般：
PRISM=0（原配棱镜），-30mm（国产棱镜）
2）大气改正数（PPM）（乘常数）的设置。
输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或经计算后，输入PPM的值。
（1）功能：
可测量平距HD、高差VD和斜距SD（全站仪镜点至棱镜镜点间高差及斜距）
（2）方法：
照准棱镜点，按“测量”（MEAS）。
3、坐标测量（coordinatemeasurement）
（1）功能：
可测量目标点的三维坐标（X，Y，H）。
（2）测量原理
若输入：
方位角
，测站坐标（，
）；测得：
水平角
和平距
。
则有：
方位角：
坐标：
若输入：
测站S高程
，测得：
仪器高i，棱镜高v，平距
，竖直角，则有：
高程：
（3）方法：
输入测站S（X，Y，H），仪器高i，棱镜高v——瞄准后视点B，将水平度盘读数设置为
——瞄准目标棱镜点T，按“测量”，即可显示点T的三维坐标。
4、点位放样（Layout）
（1）功能：
根据设计的待放样点P的坐标，在实地标出P点的平面位置及填挖高度。
（2）放样原理
1）在大致位置立棱镜，测出当前位置的坐标。
2）将当前坐标与待放样点的坐标相比较，得距离差值dD和角度差dHR或纵向差值ΔX和横向差值ΔY。
3）根据显示的dD、dHR或ΔX、ΔY，逐渐找到放样点的位置。
5、程序测量（programs）
（1）数据采集（datacollecting）
（2）坐标放样（layout）
（3）对边测量（MLM）、悬高测量（REM）、面积测量（AREA）、后方交会（RESECTION）等。
（4）数据存储管理。
包括数据的传输、数据文件的操作（改名、删除、查阅）。
§7.2TOPCONGTS-312全站仪使用简介
一、仪器面板外观和功能说明
面板上按键功能如下：
——进入坐标测量模式键。
◢——进入距离测量模式键。
ANG——进入角度测量模式键。
MENU——进入主菜单测量模式键。
ESC——用于中断正在进行的操作，退回到上一级菜单。
POWER——电源开关键
◢◣——光标左右移动键
▲▼——光标上下移动、翻屏键
F1、F2、F3、F4——软功能键，其功能分别对应显示屏上相应位置显示的命令。
显示屏上显示符号的含义：
V——竖盘读数；HR——水平读盘读数（右向计数）；HL——水平读盘读数（左向计数）；
HD——水平距离；VD——仪器望远镜至棱镜间高差；SD——斜距；*——正在测距；
N——北坐标，x；E——东坐标，y；Z——天顶方向坐标，高程H。
二、全站仪几种测量模式介绍
1、角度测量模式
功能：
按ANG进入，可进行水平角、竖直角测量，倾斜改正开关设置。
第1页
F1OSET：
设置水平读数为：
0°00ˊ00"。
F2HOLD：
锁定水平读数。
F3HSET：
设置任意大小的水平读数。
F4P1↓：
进入第2页。
第2页
F1TILT：
设置倾斜改正开关。
F2REP：
复测法。
F3V%：
竖直角用百分数显示。
F4P2↓：
进入第3页。
第3页
F1H-BZ：
仪器每转动水平角90°时，是否要蜂鸣声。
F2R/L：
右向水平读数HR/左向水平读数HL切换，一般用HR。
F3CMPS：
天顶距V/竖直角CMPS的切换，一般取V。
F4P3↓：
进入第1页。
2、距离测量模式
功能：
按◢进入，可进行水平角、竖直角、斜距、平距、高差测量及PSM、PPM、距离单位等设置。
第1页
F1MEAS：
进行测量。
F2MODE：
设置测量模式，Fine/coarse/tragcking（精测/粗测/跟踪）。
F3S/A：
设置棱镜常数改正值（PSM）、大气改正值（PPM）。
F4P1↓：
进入第2页。
第2页
F1OFSET：
偏心测量方式。
F2SO：
距离放样测量方式。
F3m/f/i：
距离单位米/英尺/英寸的切换。
F4P2↓：
进入第1页。
3、坐标测量模式
功能：
按
进入，可进行坐标（N，E，H）、水平角、竖直角、斜距测量及PSM、PPM、距离单位等设置。
第1页
F1MEAS：
进行测量。
F2MODE：
设置测量模式，Fine/Coarse/Tracking。
F3S/A：
设置棱镜改正值（PSM），大气改正值（PPM）常数。
F4P1↓：
进入第2页。
第2页
F1R.HT：
输入棱镜高。
F2INS.HT：
输入仪器高。
F3OCC：
输入测站坐标。
F4P2↓：
进入第3页。
第3页
F1OFSET：
偏心测量方式。
F2———
F3m/f/i:
距离单位米/英尺/英寸切换。
F4P3↓：
进入第1页。
4、主菜单模式
功能：
按MENU进入，可进行数据采集、坐标放样、程序执行、内存管理（数据文件编辑、传输及查询）、参数设置等。
三、全站仪功能简介
测量前，要进行如下设置——按◢或
，进入距离测量或坐标测量模式，再按第1页的S/A（F3）。
1、棱镜常数PRISM的设置——进口棱镜多为0，国产棱镜多为-30mm。
（具体见说明书）
2、大气改正值PPM的设置——按“T-P”，分别在“TEMP.”和“PRES.”栏，输入测量时的气温、气压。
（或者按照说明书中的公式计算出PPM值后，按“PPM”直接输入）。
说明：
PRISM、PPM设置后，在没有新设置前，仪器将保存现有设置。
（一）角度测量
按ANG键，进入测角模式（开机后默认的模式），其水平角、竖直角的测量方法与经纬仪操作方法基本相同。
照准目标后，记录下仪器显示的水平度盘读数HR和竖直度盘读数V。
（二）距离测量
先按◢键，进入测距模式，瞄准棱镜后，按F1（MEAS），记录下仪器测站点至棱镜点间的平距HD、镜头与镜头间的斜距SD和镜头与镜头间的高差VD。
（三）坐标测量
1、按ANG键，进入测角模式，瞄准后视点A。
2、按HSET，输入测站O至后视点A的坐标方位角
。
如：
输入65.4839，即输入了。
3、按
键，进入坐标测量模式。
按P↓，进入第2页。
4、按OCC，分别在N、E、Z输入测站坐标（X0,Y0,H0）。
5、按P↓，进入第2页，在INS.HT栏，输入仪器高。
6、按P↓，进入第2页，在R.HT栏，输入B点处的棱镜高。
7、瞄准待测量点B，按MEAS，得B点的（XB,YB,HB）。
（四）零星点的坐标放样（不使用文件）
1、按MENU，进入主菜单测量模式。
2、按LAYOUT，进入放样程序，再按SKP，略过使用文件。
3、按OOC.PT（F1），再按NEZ，输入测站O点的坐标（X0,Y0,H0）；并在INS.HT一栏，输入仪器高。
4、按BACKSIGHT（F2），再按NE/AZ，输入后视点A的坐标（xA,yA）；若不知A点坐标而已知坐标方位角，则可再按AZ，在HR项输入的值。
瞄准A点，按YES。
5、按LAYOUT（F3），再按NEZ，输入待放样点B的坐标（xB,yB,HB）及测杆单棱镜的镜高后，按ANGLE（F1）。
使用水平制动和水平微动螺旋，使显示的dHR=0°00ˊ00"，即找到了OB方向，指挥持测杆单棱镜者移动位置，使棱镜位于OB方向上。
6、按DIST，进行测量，根据显示的dHD来指挥持棱镜者沿OB方向移动，若dHD为正，则向O点方向移动；反之若dHD为负，则向远处移动，直至dHD=0时，立棱镜点即为B点的平面位置。
7、其所显示的dZ值即为立棱镜点处的填挖高度，正为挖，负为填。
8、按NEXT——反复5、6两步，放样下一个点C。
§7.3全站仪使用的注意事项与维护
一、全站仪保管的注意事项
1、仪器的保管由专人负责，每天现场使用完毕带回办公室；不得放在现场工具箱内。
2、仪器箱内应保持干燥，要防潮防水并及时更换干燥剂。
仪器须放置专门架上或固定位置。
3、仪器长期不用时，应一月左右定期通风防霉并通电驱潮，以保持仪器良好的工作状态。
4、仪器放置要整齐，不得倒置。
二、使用时应注意事项
1、开工前应检查仪器箱背带及提手是否牢固。
2、开箱后提取仪器前，要看准仪器在箱内放置的方式和位置，装卸仪器时，必须握住提手，将仪器从仪器箱取出或装入仪器箱时，请握住仪器提手和底座，不可握住显示单元的下部。
切不可拿仪器的镜筒，否则会影响内部固定部件，从而降低仪器的精度。
应握住仪器的基座部分，或双手握住望远镜支架的下部。
仪器用毕，先盖上物镜罩，并擦去表面的灰尘。
装箱时各部位要放置妥帖，合上箱盖时应无障碍。
3、在太阳光照射下观测仪器，应给仪器打伞，并带上遮阳罩，以免影响观测精度。
在杂乱环境下测量，仪器要有专人守护。
当仪器架设在光滑的表面时，要用细绳（或细铅丝）将三脚架三个脚联起来，以防滑倒。
4、当架设仪器在三脚架上时，尽可能用木制三脚架，因为使用金属三脚架可能会产生振动，从而影响测量精度。
5、当测站之间距离较远，搬站时应将仪器卸下，装箱后背着走。
行走前要检查仪器箱是否锁好，检查安全带是否系好。
当测站之间距离较近，搬站时可将仪器连同三脚架一起靠在肩上，但仪器要尽量保持直立放置。
6、搬站之前，应检查仪器与脚架的连接是否牢固，搬运时，应把制动螺旋略微关住，使仪器在搬站过程中不致晃动。
7、仪器任何部分发生故障，不勉强使用，应立即检修，否则会加剧仪器的损坏程度。
8、元件应保持清洁，如沾染灰沙必须用毛刷或柔软的擦镜纸擦掉。
禁止用手指抚摸仪器的任何光学元件表面。
清洁仪器透镜表面时，请先用干净的毛刷扫去灰尘，再用干净的无线棉布沾酒精由透镜中心向外一圈圈的轻轻擦拭。
除去仪器箱上的灰尘时切不可作用任何稀释剂或汽油，而应用干净的布块沾中性洗涤剂擦洗。
9、湿环境中工作，作业结束，要用软布擦干仪器表面的水分及灰尘后装箱。
回到办公室后立即开箱取出仪器放于干燥处，彻底凉干后再装箱内。
10、冬天室内、室外温差较大时，仪器搬出室外或搬入室内，应隔一段时间后才能开箱。
三、电池的使用
全站仪的电池是全站仪最重要的部件之一，现在全站仪所配备的电池一般为Ni-MH（镍氢电池）和Ni-Cd（镍镉电池），电池的好坏、电量的多少决定了外业时间的长短。
1、建议在电源打开期间不要将电池取出，因为此时存储数据可能会丢失，因此在电源关闭后再装入或取出电池。
2、可充电池可以反复充电使用，但是如果在电池还存有剩余电量的状态下充电，则会缩短电池的工作时间，此时，电池的电压可通过刷新予以复原，从而改善作业时间，充足电的电池放电时间约需8小时。
3、不要连续进行充电或放电，否则会损坏电池和充电器，如有必要进行充电或放电，则应在停止充电约30分钟后再使用充电器。
不要在电池刚充电后就进行充电或放电，有时这样会造成电池损坏。
4、超过规定的充电时间会缩短电池的使用寿命，应尽量避免电池剩余容量显示级别与当前的测量模式有关，在角度测量的模式下，电池剩余容量够用，并不能够保证电池在距离测量模式下也能用，因为距离测量模式耗电高于角度测量模式，当从角度模式转换为距离模式时，由于电池容量不足，不时会中止测距。
总之，只有在日常的工作中，注意全站仪的使用和维护，注意全站仪电池的充放电，才能延长全站仪的使用寿命，使全站仪的功效发挥到最大
电子全站仪是一种集光、机、电及精密机械加工等高精尖技术于一体的先进测量仪器，用它可准确、高效、方便地完成多种工程测量工作。
它不仅精度高，而且速度快、操作简便，还带有丰富的内置软件，具有常规测量仪器无法比拟的优点，在测绘、测试、监测等领域应用日渐广泛。
本文就拓普康全站仪来简述一下全站仪在工程测量中的应用。
拓普康公司2002年最新推出的全中文化全站仪——GTS-330系列全站仪。
其机身小、画面大、全中文显示，最适合一线作业的需求。
它的特点是：
①GTS-330W是世界首创采用蓝牙无线通讯技术的全站仪，野外使用更方便，数字输入更简单。
②优越的距离和角度测量功能：
测角精度：
±2”/5”，绝对法测角，无需过零检验；测距精度：
±（2mm+2ppm*D）；测程：
3km/一块棱镜；高速测距：
精测1.2秒、粗测0.7秒、跟踪0.4秒。
③装有双轴补偿器，可提供电子气泡用于整平，并可自动改正由于整平误差对水平角和竖直角观测的影响。
④装有应用测量程序，可做偏心测量、对边测量、后方交会以及面积测算等项目。
⑤特别耐用，防尘等级达IP66级。
⑥结构紧凑，重量轻（主机含电池仅4.9KG），携带方便。
⑦充足的内存空间供数据存储用，可存储8000个观测点16000个坐标点。
⑧装备长效电池（BT-52QA），作业时间达10小时。
⑨操作面板简单，屏幕显示全中文化，易学易用。
1 全站仪基本原理全站仪是全站型电子测速仪的简称，又被称为“电子全站仪”，是指由电子经纬仪、光电测距仪和电子记录器组成的，可实现自动测角，自动测距、自动计算和自动记录的一种多功能高效率的地面测量仪器。
电子全站仪进行空间数据采集与更新，实现测绘的数字化。
它的优势存在于数据处理的快速与准确性。
全站仪自身带有数据处理系统，可以快速而准确的对空间数据进行处理，计算出放样点的方位角与该点到测距点的距离，全站型电子速测仪简称全站仪。
它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。
由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。
全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统，水平补偿系统和测距系统。
通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。
以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来。
微处理机（CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、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，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。
输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。
2全站仪的操作与使用电子全站仪装备有中央处理单元、存储单元和输入输出单元等等，可以根据田野测量的水平角、竖直角、倾斜距离等数据，实时计算、显示和输出所需要的点与点之间的方位角、水平距离、高差或点的三维坐标等测量成果。
通过输入输出单元，能够输入测站点坐标、起始方向的方位角等基础数据，并将测量结果直接输出到电子计算机中进行计算、编辑和自动成图，同时可以根据需要自动生成等高线。
测量的图形既可以存储在计算机中，也能够根据需要以多种比例尺打印输出，同时还能够输入到地理信息系统等软件中作进一步的加工、处理和应用，生成数字地面模型.所以电子全站仪配合计算机测图能够提高测量和成图的精度，实现测量的高度自动化。
2.1水平角测量2.1.1按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。
2.1.2设置A方向的水平度盘读数为0°00′00″。
2.1.3照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。
2.2距离测量2.2.1设置棱镜常数测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。
2.2.2设置大气改正值或气温、气压值实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。
2.2.3量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
2.2.4距离测量照准目标棱镜中心，按测量键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。
应注意有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。
2.3坐标测量2.3.1设定测站点的三维坐标。
2.3.2设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。
当设定后视点的坐标时，全站仪回自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。
2.3.3设置棱镜常数。
2.3.4设置大气改正值或气温、气压值。
2.3.5量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
2.3.6照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算测点的三维坐标。
3全站仪在工程测量中应用全站仪在工程测量中的应用，不仅提高了工作效率，而且还提高精度。
应用有很多种，例如：
施工放样、后方交会、导线测量、对边测量、悬高测量等。
本文简单介绍施工放样、后方交会。
3.1施工放样在现代交通土木建设中随着测量仪器的不断发展和更新，从而使测量技术人员的工作强度越来越小而工作效率越来越高，就施工放样这方面，由过去的经纬仪交会法到运用全站仪直接输入坐标放样，工作效率的提高是不言而喻的，近几年出现的自带中桩边桩计算软件的一系列全站仪在放样过程中只需输入曲线要素就可以直接进行放样了，使测量工作基本实现了傻瓜化。
拓普康GTS-330系列就具有此项功能，全站仪可以进行三维x、y、z的放样，通过已知点建站和后视点（或后视方位角）进行坐标的放样。
操作程序：
施工放样模式——输入站点坐标——输入后视点坐标—输入放样点坐标——实施放样。
放样时应注意：
在一点放样完毕后应进行放样点坐标测量工作，测出x、y、z与放样点原始数据进行比较，应做到步步校核。
另外，在整个放样结束后，需再测一次其他导线点的x、y、z坐标，比较所测数据，以保证仪器在放样中没有错误。
3.2后方交会一般可由二个以上已知点建站，输入仪器高，依次输入已知点坐标及高程，并用全站仪测出未知点与已知点的水平距离。
当已知点全部输入后，全站仪会自动计算出建站点坐标、高程以及自动保存计算结果。
测站点坐标由多个已知点计算而得，要获得坐标，至少必须两个水平角，一个距离或三个水平角，否则就会显示“计算所需数据不足！
需要2个角和1个距离或者3个角”。
全站仪在工程测量中的应用不仅提高了工作效率，减少了外业计算、记录和外业工作时间，而且提高了作业精度。
提高了人们对全站仪的认识，使全站仪更好的应用于工程测量。
4结语电子全站仪是近年普遍使用的一种新型的测量仪器，它同时具备了光学经纬仪和电子测距仪的功能，能够方便、快捷地进行高精度测距仪的测量工作。
而工程测量则是一项专业性很强，带有普遍性的工作。
随着技术的进步、仪器工具的更新和改进，促使工程测量工作越来越简化，精度也越来越高。
而合理科学的运用全站仪进行测量，仍需我们进一步的积累经验和继续探讨。
【原理】
全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。
电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。
全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统，电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。
根据测角精度可分为0。
5〃，1〃，2〃，3〃，5〃，10〃等几个等级
使用
一坐标测量
．角前测距法
A、对中、精平。
B、打开电源开关后，旋转望远镜。
C、（按Page键翻页，或按功能键对应键，按Esc返回）调出“坐标测量”或“坐标”菜单。
D、调出“测站设置”，按Enter（确定）键。
E、输入测站坐标后或查找出已存已知点坐标，按“确定”对应键。
F、调出“置方位角”，按Enter键。
G、按“定向”对应键后，按“坐标”对应键。
H、输入后视点坐标后或查找出已存已知点坐标，按“确定”对应键。
I、望远镜瞄准后视点上棱镜十字丝后，按“是”对应键。
J、按“确定”对应键。
K、望远镜瞄准前视点上棱镜十字丝交叉点。
L、按“测量
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