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1、2024/7/27测量学第四章1第四章第四章 全站仪全站仪土木工程学院：周丽萍2024/7/27测量学第四章2l全站型电子速测仪是由电子测角、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，能自动显示测量结果，能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于仪器较完善地实现了测量和处理过程的电子一体化，通常称之为全站型电子速测仪（ElectronicTotalStation）或简称全站仪。第第部分部分全站仪简介全站仪简介2024/7/27测量学第四章3一、全站仪的组成一、全站仪的组成显示器键盘只读存储器随机存储器输入/输出I/O单元微处理器水平角测量单元垂直角测量单元距离测量单元自动补偿单
2、元光电测量系统微处理器及软件w w全站仪实际上是一种将光电测距仪和电子经纬仪合为一体的仪器，是由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。 l）采集数据设备采集数据设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、还有自动补偿设备等。 2）微处理器微处理器：微处理器是全站仪的核心装置,主要由中央处理器,随机储存器和只读存储器等构成,测量时,微处理器根据键盘或程序的指令控制各分系统的测量工作,进行必要的逻辑和数值运算以及数字存储、处理、管理、传输、显示等。2024/7/27测量学第四章43）输输入入输输出出设设备备：是是与与外外部部设设备备连连接接的的装装置置（接接口口），使使全站仪能与磁卡和微机等设备交
3、互通讯、传输数据。全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。其其中中又又把把外外围围设设备备与与微微处处理理机机统统称称为为过过程程控控制制机机。只只有有上上面面几几部部分分有有机机结结合合，才才能能真真正正地地体体现现“全全站站”功功能能，即即既既要要自自动动完完成成数数据据采采集集，又又要要自自动动处处理理数数据据和和控控制制整整个个测测量量过过程。程。2024/7/27测量学第四章5二二 全站仪的精度等级及主要技术指标全站仪的精度等级及主要技术指标 全站仪及电子经纬仪的精度等级划四级，并使其分别靠向我国已有的经纬仪系列 DJ1DJ15，详见表1-1。 2024/7/27测量学第四章6
4、 全站仪的精度等级是由两部分确定，即测角标准偏差和测距标准偏差。当两项指标达到表1中所列的范围内时，该仪器的精度等级即可确定。每台全站仪出厂时均有一个标称精度值，该值是根据西德DIN18723标准进行评定的。通过我国的实际试验，现实测值小于标称值，为标称值的一半左右，这也说明我们如此划分全站仪的精度等级是完全可以满足我们的现行标准的。2024/7/27测量学第四章7三三 全站仪分类全站仪分类1）按照产地：日本的宾得、索佳、拓普康、尼康，美国的天宝 、瑞士的徕卡等系列，我国南方公司的（1996年生产了第一台全站NTS2O2）。 2024/7/27测量学第四章8 2）按照电子测角系统和电子测距系统
5、的结合方式：积木式和整体式。积木式（积木式（Modular），），也称组合式，它是指电子经纬仪和测距仪可以分离开使用，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讯，作业结束后卸下分别装箱。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。 整体式（整体式（integrated），），也称集成式，它是将电子经纬仪和测距仪融为一体，共用一个光学望远镜，使用起来更方便。3）按照特有功能：带内存、防水型、防爆型、电脑型、带马达的（测量机器人）。2024/7/27测量学第四章9四四 全站仪的应用介绍全站仪的应用介绍 全站仪应用非常广泛，
6、在变形观测中的应用、在测设公路中线上的应用、在大面积室内装修工程中的应用、在贯通测量中的应用、在水准法测量高程的应用、在测量道路横断面的应用、在数字测图的应用、在坐标法进行线路详细测设中的应用、在坐标测量和放样中的应用、自由设站的应用、程序测量功能在工程测量中的应用等。 2024/7/27测量学第四章10构造构造2024/7/27测量学第四章112024/7/27测量学第四章122024/7/27测量学第四章132024/7/27测量学第四章14数据通讯数据通讯2024/7/27测量学第四章15通讯参数通讯参数2024/7/27测量学第四章16棱镜、基座、反光镜棱镜、基座、反光镜2024/7/
7、27测量学第四章17五五 全站仪的特点全站仪的特点1仪器操作简单，高效。全站仪具有现代测量工作所需的所有功能2快速安置：简单地整平和对中后，开机后便可工作。仪器具有专门的动态角扫描系统，因此无需初始化。关机后，仍会保留水平和垂直度盘的方向值。电子“气泡”有图示显示并能使仪器始终保持精密置平。3适应性强：全站仪是为适应恶劣环境操作所制造的仪器。它们经受过全面的测试以便适应各种作业条件，例如，雨天、潮湿、冲撞、尘土和高温等，因此，它们能在最苛刻的环境下完成作业任务。2024/7/27测量学第四章184全站仪设有双向倾斜补偿器,可以自动对水平和竖直方向进行修正,以消除竖轴倾斜误差的影响。还可进行地球
8、曲率改正、折光误差以及温度、气压改正。6具有双向通讯功能，可将测量数据传输给电子手簿或外部计算机,也可接受电子手簿和外部计算机的指令和数据。5控制面板具有人机对话功能。控制面板由键盘和主,副显示窗组成。除照准以外的各种测量功能和参数均可通过键盘来实现,仪器的两侧均有控制面板,操作十分方便。数据存储与通讯数据存储与通讯操作面板操作面板电子电子电子电子补偿器补偿器2024/7/27测量学第四章19Topcon (日日)Trimble (德蔡司德蔡司)苏一光 RTS702 南方NTS-202/205全站仪 七、常见全站仪七、常见全站仪徕卡 TC4022024/7/27测量学第四章20宾得R-300X
9、全站仪 索佳030R系列全站仪 尼康全站仪DTM-300 光谱FOCUS 11 科力达 KTS-322 博飞 BTS-6082C 大地DTM612A 常见全站仪常见全站仪第二部分：南方第二部分：南方NTS-360Rm使用介绍使用介绍2024/7/27测量学第四章21一、控制面板介绍一、控制面板介绍ANG角度测量角度测量/BS删除删除DIST距离测量距离测量/IM切换数字字母切换数字字母CORD坐标测量坐标测量MENU菜单功能键菜单功能键CORD坐标测量坐标测量ESC返回健返回健ENT确认健确认健2024/7/27测量学第四章222024/7/27测量学第四章23二、角度、距离、坐标基本测量20
10、24/7/27测量学第四章241、角度测量、角度测量2024/7/27测量学第四章252024/7/27测量学第四章262、距离测量2024/7/27测量学第四章273、坐标测量2024/7/27测量学第四章282024/7/27测量学第四章292024/7/27测量学第四章302024/7/27测量学第四章312024/7/27测量学第四章323.1设置坐标参数设置坐标参数1、单击、单击“MENU”健，打开菜单健，打开菜单2、选中单击“数据采集”健建立文件夹2024/7/27测量学第四章332024/7/27测量学第四章343、按、按“1”健进入设置测站点坐标参数健进入设置测站点坐标参数20
11、24/7/27测量学第四章354、利用数字键盘进行测站设置，单击、利用数字键盘进行测站设置，单击“F4”记录记录2024/7/27测量学第四章365、单击、单击“2”健，设置后视点坐标健，设置后视点坐标2024/7/27测量学第四章376、利用数字键盘进行后视点坐标设置，单击、利用数字键盘进行后视点坐标设置，单击“ENT”记录记录2024/7/27测量学第四章387、瞄瞄准准后后视视点点棱棱镜镜测测量量进进行行后后视视点点坐坐标标检检查查，无无误误进进行行未未知点测量知点测量2024/7/27测量学第四章39八、新技术和发展趋势八、新技术和发展趋势1.目标的自动识别与照准目标的自动识别与照准
12、自动目标识别并驱动轴系照准目标，把测量员从全站仪测量工作中最为繁重的人工照准目标中解脱出来，使测量员可以远离测站。广角 CCD 用于搜寻棱镜 (17, 35M像素)聚焦视准 CCD 用于棱镜测量 (47”, 35M像素)2024/7/27测量学第四章402.全站仪的无合作目标测距全站仪的无合作目标测距激光指示器可根据不同的需求打开/关闭2024/7/27测量学第四章413.全站仪的自动控制全站仪的自动控制（1）计算机在线控制GeoCOM 方式（2）机载软件控制GeoBASIC 方式（3） Modem控制镜站方式4.全站仪全站仪GPS陀螺仪陀螺仪2024/7/27测量学第四章42三同轴望远镜三同
13、轴望远镜2024/7/27测量学第四章43电子补偿器电子补偿器l竖轴倾斜量视准轴方向CC和横轴方向HH，双轴。l电子补偿器单轴补偿(CC)，双轴补偿(CC，HH)。l类型摆式，液体。l液体补偿器的补偿范围一般为34。l双轴倾斜量被传输到仪器微处理器，l自动改正水平方向与垂直方向观测值。2024/7/27测量学第四章44操作面板操作面板2024/7/27测量学第四章45数据存储与通讯数据存储与通讯l内存可存储至少3000个点的测量数据与坐标数据，l有些配有CF卡或SD卡来增加存储容量。l一个RS232C串行通讯接口，l使用专用数据线与计算机的COM口连接，l使用数据通讯软件实现全站仪与PC机的双
14、向数据传输2024/7/27测量学第四章46第部分 全站仪原理光电测距电子测角全站仪基本功能全站仪拓展功能2024/7/27测量学第四章47一一 光电测距光电测距电磁波测距(electro-magneticdistancemeasuring,简称EDM)是用电磁波(光波或微波)作为载波,传输测距信号,以测量两点间距离的一种方法。EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低等优点。AB两点距离：两点距离： D c0t / 2/nc 2997924581.2米米/秒秒,电磁波信号在真空中的传播速度；电磁波信号在真空中的传播速度；t 测量测量2D所需的时间；所需的时间；n=f(,t,p) 1,大气折
15、射率。大气折射率。基本原理：基本原理：2024/7/27测量学第四章48(一一) 电磁波测距技术发展电磁波测距技术发展1948年，瑞典AGA(阿嘎)公司(现更名为Geotronics(捷创力)公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪。它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。 1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。与白炽灯比较，激光器的优点是发散角小、大气穿透力强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、基本上可以全天侯作业
16、。 1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测程达60km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量23kg。我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光测距仪，1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为20km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量16.3kg。2024/7/27测量学第四章49随着半导体技术的发展，从60年代末70年代初起，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。红外测距仪有体积小,
17、重量轻,功耗小,测距快,自动化程度高等优点。由于红外光的发散角比激光大,所以红外测距仪的测程一般小于15km。现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。(二二) 测距仪分类测距仪分类（一）（一） 按光源分类（按光源分类（按其所采用的载波）1.微波测距仪(microwaveEDMinstrument)：用微波段的无线电波作为载波；2.激光测距仪(laserEDMinstrument)：采用固体激光器、气体激光器或半导体激光器发出的方向性强、亮度高、相干性好的激光作光源；3.红外测距仪(infrar
18、edEDMinstrument)：采用砷化镓发光二极管发出不可见的红外光作光源，0.850.93m.激光测距仪、红外测距仪又统称为光电测距仪。微波和激光测距仪多属于长程测距，一般用于大地测量；红外测距仪属于中、短程测距仪(测程为15km以下)，工程测量等。2024/7/27测量学第四章50(二二) 按测程分类按测程分类1.短程光电测距仪：短程光电测距仪：测程小于3公里，用于工程测量。2.中程光电测距仪：中程光电测距仪：测程为315公里，通常用于一般等级控制测量。3.远程光电测距仪远程光电测距仪：测程大于15公里，通常用于国家三角网及特级导线.(三）三） 按测距精度分类按测距精度分类 测距精度按
19、1公里测距中误差(即mD=A+BD,当D=1km时),划分为3级:级：mD 5mm；级：5mmmD10mm；级：10mmmD20mm。其中：A为固定误差，以mm为单位； B为每公里的比例误差系数，以mm/km为单位； D为测距边长，以km为单位。1967年第年第13届国际计量会议定义届国际计量会议定义:1秒是相应于铯原子基态的两个超精细能量秒是相应于铯原子基态的两个超精细能量级间的跃迁辐射的级间的跃迁辐射的9192631770个周期的时间个周期的时间.1983年第年第17届国际计量会议定义届国际计量会议定义:1米是光在真空中于米是光在真空中于1299792458秒的时秒的时间间隔内所经路径的长
20、度间间隔内所经路径的长度.2024/7/27测量学第四章512024/7/27测量学第四章52瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪用5mw氦氖气体激光器白天测40km，夜间可测60km精度：5mm+1ppm2024/7/27测量学第四章53T2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪Wild生产的微波测距仪2024/7/27测量学第四章54WildDI3000WildDI3000脉冲测距仪脉冲测距仪2024/7/27测量学第四章55(三三)光光电测电测距的原理距的原理（1）脉冲式光电测距仪）脉冲式光电测距仪光电测距的精度主要取决于测量时间的精度。在电子测距中测量时间一般采用以下
21、两种方法： 直接测定时间：如电子脉冲法。 间接的测定时间：相位法(通过测量电磁波信号往返传播所产生的相位移来间接的测定时间)。2024/7/27测量学第四章56脉冲式光电测距仪2024/7/27测量学第四章57讨论l电子计数器只能记忆整数钟脉冲数。lq有1钟脉冲误差，距离测量误差mD=0.5CT0=0.5C/f0lf0=15MHz，C=299792458m，mD=19.986m。l如令mD=0.01m，f0=0.5C/mD=14989MHzl人类可做到的石英晶振频率为110-6级的l最高频率为300MHz，测距误差mD=0.5C/f0=0.5m。l徕卡脉冲测距仪DI3000解决方案l核心技术一
22、个特殊的充放电电容器，l放电时间T是充电时间t的数千倍。l用测距时间t2D对电容器充电，然后放电，l通过填充钟脉冲测量放电时间T2D，l设t2D=T2D/3000，等价将充电时间误差缩小3000倍。lf0=15MHz，mD=19.986m/3000=0.007mm。2024/7/27测量学第四章58图为测距仪发出经调制的按正弦波变化的调制信号的往返传播情况。v信号的周期为T，一个周期信号的相位变化为2，v信号往返所产生的相位移为:（2）相位法测距仪）相位法测距仪2024/7/27测量学第四章59式中式中 f调制信号的频率；调制信号的频率； t调制信号往返传播的时间；调制信号往返传播的时间； c
23、调制信号在大气中的传播速度；调制信号在大气中的传播速度； N 。令。令 u，上式可写成，上式可写成 ： ,为调制正弦波信号的波长；为调制正弦波信号的波长；Du（N N）（）（414）公式推导2024/7/27测量学第四章60Du（NN） 可以理解为用一把长度为“ u ”的“光尺”量距，N为整尺段数，N为不足一整尺段的尾数,相当于钢尺量距D=nl +q 。 取c=3 X 105km/s，可求出与测尺长度相应的测尺频率的关系，如下表所示： 仪器的测相系统存在测相误差,其值一般达103,可见它对测距精度的影响将随测尺长度的增长而增大。 仪器用于测量相位的装置（相位计）只能测量出 , ,即即尺段尾数N
24、(N = / 2 / 2 )，而不能测量整周数N。 要N=0，则必须选用较长的测尺长度，即较低的调制频率(或称测尺频率)。 为解决扩大测程与提高精度的矛盾，可以采用一组测尺配合测距，以短测尺(精测尺精测尺)保证精度，用长测尺(粗测尺粗测尺)保证测程，如同钟表上时、分、秒针互相配合来确定十二小时内的准确时间一样。2024/7/27测量学第四章61例例2024/7/27测量学第四章62v检验时机：对新购置的仪器或经过修理的测距仪，在使用前一般要进行全面检验。v检验的项目：很多，其中加常数、乘常数是仪器的两项主要系统误差。(四四)测距仪的检验测距仪的检验1.加常数加常数 K 及简易测定及简易测定 加
25、常数的成因：是由于仪器电子中心与其机械中心不重合而形成的。 简易测定：在地面上用木桩标出一直线ABC，桩顶用小钉表示点位。用测距仪分别测量出AB、BC、AC的长度，则AC+K=（AB+K）+（BC+K） K=AC（AB+BC） 这种方法简便，但只能用于粗略测定或检查加常数的变动情况。2.乘常数乘常数 R 的概念的概念乘常数产生：主要是由于测距频率偏移而产生的。乘常数，就是当频率偏离其标准值而引起一个计算改正数的乘系数，也称比例因子。3.加常数和乘常数的同时测定加常数和乘常数的同时测定 最常用的是六段基线全组合比较法，对观测数据采用一元回归拟合法处理。2024/7/27测量学第四章63（一）测距
26、成果化算简单项目：（一）测距成果化算简单项目：气象改正、加常数改正、乘常数改正、倾斜改正气象改正、加常数改正、乘常数改正、倾斜改正(五五) 测距成果计算测距成果计算1气象改正气象改正 气象改正：根据测距时的气象条件对测距成果进行改正 。 电磁波在大气中的传播速度c 随t、p等气象条件变化而变化；而仪器中只能按一个固定值计算测距值。因此应进行气象改正。 不同的仪器给出的气象改正公式也不尽相同，一般在其使用说明书中给出。如：日本产TOPCON测距仪给出的气象改正公式为： Ka（279.66）10-6（417）式中式中:p大气压力（大气压力（Pa）;t大气温度大气温度() 气象改正数Ka的计算公式中
27、,有的是按公里数(10-6)求出的,有的是按百米数(mm/百米)求出的。气压气压P的单位：的单位：我国我国:mb（毫巴）、（毫巴）、mmHg（毫米汞柱）（毫米汞柱）国际国际:Pa（帕）、（帕）、100Pa（百帕）、（百帕）、kPa（千帕）（千帕）1mb=0.75005mmHg=100Pa（百帕）；（百帕）；760mmHg1013.3472mp2024/7/27测量学第四章642加、乘常数改正加、乘常数改正 w w 加常数与距离的长短无关，即：加常数与距离的长短无关，即： 加常数改正值加常数改正值=加常数本身加常数本身 w w 乘常数一般以乘常数一般以mm/百米或百米或mm/公里公里表示，表示，
28、 乘常数改正值乘常数改正值=乘常数乘常数距离距离 3倾斜改正倾斜改正 l改正后斜距改正后斜距化算为测站所在水平面上的距离化算为测站所在水平面上的距离；倾斜改正公式倾斜改正公式： DScos （418）式中：S施加了气象改正、加、乘常数改正的斜距； 竖直角。 l考虑到地球曲率及大气折光的影响时考虑到地球曲率及大气折光的影响时,上式变为上式变为DScosS2sincos（419）式中：K为大气折光系数，一般取为0.13； R为地球半径。注意：上式所求为测站所在的水准面上的距离。注意：上式所求为测站所在的水准面上的距离。2024/7/27测量学第四章65例题例题 某台测距仪，测得AB两点的斜距157
29、8.567m，测量时的气压p121.323 kPa，t25C，竖直角153000；仪器加常数K2mm，乘常数R2.510-6，求AB的水平距离。 其气象改正公式为：Ka（281.8）10-6解：1气象改正D1Kas(281.8 )1.578 56762.3mm2加常数改正 D22mm3乘常数改正 D 32.51.5785673.9mm4改正后斜距 SSD1D 2D 31578.635 m5AB的水平距离DDScos1578.635cos1530001521.221m2024/7/27测量学第四章66(六六)测距仪使用注意事项测距仪使用注意事项l测距时严禁将测距头对准太阳和强光源，以免损坏接收镜
30、内的光敏二极管。在阳光下必须撑伞以遮阳光。l测距仪不要在高压线下附近设站，以免受强磁场影响。l测距仪在使用及保管过程中注意防震、防潮、防高温。 蓄电池应注意及时充电。红外测距仪是使用镍镉可充电电池作为供电电源，由于镍镉电池具有记忆效应，所以一定要确认电池的电量已经全部用完后才可以充电，否则电池的容量会逐渐减小而损坏电池；仪器不用时，电池要充电保存。2024/7/27测量学第四章67(七七)误差分析和精度分析误差分析和精度分析D （N ）K测距公式则可写成mD( ) D2 （4-23）转化为中误差形式：上式中:前一项与距离成正比，称比例误差比例误差；后两项与距离无关，称固固定误差定误差。(1)
31、测定真空光速c0的相对精度已达110-9，其影响可略而不计；(2) 折射率ng引起的误差决定于气象参数的精度。如果大气改正达到10-6的精度，则空气温度须测量到1，大气压力测量到300 Pa;(3) 调制频率f引起的误差，是由于安置频率的不准以及由于晶体老化而产生的频率漂移而产生的误差，对于短程测距仪一般可不予考虑；(4) 测相误差不仅与测相方式有关，还包括照准误差、幅相误差以及噪音引起的误差。1.误差分析误差分析2024/7/27测量学第四章68以上分析可以看出，测距仪的测距误差主要有三类： (1) 固定误差：与距离无关的误差； (2) 比例误差：与距离成比例的误差； (3) 周期误差: 按
32、距离成周期变化的误差。 此外测距误差还包括仪器和反光镜的对中误差。照准误差产生的原因是由于发光二极管所发射的光束相位不均匀性。幅相误差是由于接受信号的强弱不同而产生的。在测距时按规定的信号强度范围作业，就可基本消除幅相误差的影响。由于大气的抖动以及工作电路本身产生噪音也能引起测相误差。这种误差是随机性质的，符合高斯分布规律。为了消弱噪音的影响，必须增大信号强度，并采用多次检相取平均的办法（一般一次测相结果是几百至上万次检相的平均值）。(5) 加常数误差是由于加常数测定不准确而产生的剩余值。这项误差与检测精度有关。除上述误差外，还包括测距仪光电系统产生的干扰信号而引起的按距离成周期变化的周期误差
33、周期误差。由于周期误差相对较小，所以估计精度时不予考虑。 误差分析2024/7/27测量学第四章69电磁波测距的误差主要为两类，一类为固定误差；另一类为比例误差。周期误差由于很小，一般不予考虑。（1）标称精度）标称精度：指电磁波测距仪出厂时的仪器的精度限额，仪器的实际精度若不低于此值，该仪器即合格，它并不是该仪器的实际精度。标称精度为：mDAB 10-6（423）式中：A为固定误差，B为比例误差系数（mm/km）2精度评定精度评定（2）检定后的实际精度）检定后的实际精度：仪器经过检定后，成果经过各种常数改正，其精度要高于标称精度。 经检定后的实际精度为：(424) 式中 ： mD测距中误差；
34、mK加常数K的检测中误差； mR乘常数R的检测中误差； md和距离无关的测距中误差，(425)对某一距离重复观测md，若在已知距离基线上观测，(4-26)2024/7/27测量学第四章70二、二、 电子经纬仪、激光经纬仪电子经纬仪、激光经纬仪（一）电子经纬仪（一）电子经纬仪1 1电子测角原理简介电子测角原理简介 电子测角仍然采用度盘进行. 电子测角是从特殊格式的度盘上取得电信号，根据电信号再转换成角度，并且自动地以数字形式输出，显示在电子显示屏上，并记录在储存器中。电子测角度盘根据取得电信号的方式不同，可分为光栅度盘测角、编码度盘测角和电栅度盘测角等。2024/7/27测量学第四章712.3
35、全站仪测角原理全站仪的测角原理静态度盘测角动态度盘测角编码度盘测角光栅度盘测角2024/7/27测量学第四章72 一、编码度盘测角原理扇区型码盘条码型码盘2024/7/27测量学第四章73二、编码度盘与光栅度盘测角特点比较比较项目编码度盘光栅度盘测角方式绝对式增量式关机后角度信息保留不保留误差与躁声不积累积累制造工艺复杂简单2024/7/27测量学第四章74三、电子测角中的轴系补偿与改正新型液态双轴自动补偿系统补偿：（1） 垂直轴倾斜对垂直度盘读数的影响 （2） 垂直轴倾斜对水平度盘读数的影响2024/7/27测量学第四章75电子经纬仪图片电子经纬仪图片问世于20世纪60年代末，它为测量工作自
36、动化创造了有利条件，大大降低了测量外业的劳动强度，提高了观测精度，方便、快捷、精确。2024/7/27测量学第四章76l仅需对准目标，若仪器内置有驱动马达及CCD系统，还可自动搜寻目标。l水平度盘和竖直度盘读数同时显示，省却了估读过程；通过接口可直接将数据输入计算机，不需手工记入手簿。消除了读数、记录时的误差或人为错误。l采用双轴倾斜传感器来检测仪器倾斜状态，由仪器倾斜所造成的水平角和竖直角误差，可通过电子系统进行自动补偿。2.2.电子经纬仪的特点电子经纬仪的特点l角度计量单位（360六十进制、十进制，400格度，6 400密位）可自动换算。l带有输入键盘，且有若干功能键。如：水平度盘读数置零
37、或锁定、水平角左、右角转换、坡度显示等。l可单次测量（精度较高），也可动态跟踪目标连续测量（精度较低，用于施工放样），且可选择不同的最小角度单位。2024/7/27测量学第四章77（二）激光经纬仪（二）激光经纬仪n激光经纬仪主要用于准直测量激光经纬仪主要用于准直测量(alignment survey)(alignment survey)。n准直测量就是定出一条标准的直线，作为土建安装等施工放样的准直测量就是定出一条标准的直线，作为土建安装等施工放样的基准线。基准线。苏州一光仪器有限公司生产的苏州一光仪器有限公司生产的J2-JDBJ2-JDB激光经纬仪激光经纬仪2024/7/27测量学第四章78
38、lJ2-JDB激光经纬仪是在DJ2光学经纬仪上设置了一个半导体激光发射装置，将发射的激光导入望远镜的视准轴方向，从望远镜物镜端发射。l激光光束与望远镜视准轴保持同轴、同焦。J2-JDB激光经纬仪发射的激光在100米处的光斑直径为5mm，白天的有效射程为200m，仪器使用两节5号碱性电池供电，一对新电池可供使用一个工作日。l激光经纬仪除具有光学经纬仪的所有功能外，还可以提供一条可见的激光光束，可以广泛应用于高层建筑的轴线投测、隧道测量、大型管线的铺设、桥梁工程、大型船舶制造、飞机形架安装等领域。当用于倾斜角很大的测量作业时，可以安装上随机附件弯管目镜；为了使目标处的激光光斑更加清晰，以提高测量精
39、度，可以使用随机附件激光觇牌。2024/7/27测量学第四章79附附 水平角观测方法水平角观测方法l正镜 ：是指观测者正对望远镜目镜时，竖直度盘位于望远镜的左侧叫正镜，也称作盘左位置；l倒镜：是指观测者正对望远镜目镜时，竖直度盘位于望远镜的右侧叫倒镜，也称作盘右位置。l一测回中观测正、倒镜两个盘位观测。 理论上，正、倒镜瞄准同一目标时水平度盘读数相差180 ，正、倒镜观测可削弱仪器误差影响,还可检核测角精度。观测方法：观测方法：测回法测回法、方向观测法方向观测法2024/7/27测量学第四章80一、测一、测 回回 法法测回法适用于观测两个方向的单角。l一测回观测步骤一测回观测步骤： 1以盘左位
40、置瞄准目标A，读取度盘读数a左，顺时针转动照准部瞄准目标B，读取度盘读数b左。上半测回角值左= b左a左； 2以盘右位置瞄准目标B，读取度盘读数b右，逆时针转动照准部瞄准目标A，读取度盘读数a右。下半测回角值右= b右a右； 3. 左右1.5格）,须重新整平,重新观测。l 选择好零方向，应考虑通视良好、距离适中、成像清晰、竖角较小的目标l各测回在起始方向的盘左位置要配置度盘 R=180/m(i1)10(i1)600/m(i1/2)m为测回总数，i为测回序数l l旋进旋进2024/7/27测量学第四章87四、竖直角观测方法四、竖直角观测方法l l竖直角观测与水平角一样竖直角观测与水平角一样, ,
41、都是依据度盘上两个方向读数都是依据度盘上两个方向读数之差来实现之差来实现, ,但其中一个方向读数不变。但其中一个方向读数不变。l l竖直角观测只需竖直角观测只需照准目标照准目标, ,读取竖直读取竖直度盘读数度盘读数, ,即可根据即可根据相应公式计算出竖相应公式计算出竖直角直角 。l l两方向中必有一个是水平线方向两方向中必有一个是水平线方向, ,视线水平时其竖盘读数是一固定值视线水平时其竖盘读数是一固定值( (如如9090 或或270270 ) )。2024/7/27测量学第四章88(1)(1)竖直角计算公式的确定方法竖直角计算公式的确定方法竖直角的计算公式，因竖盘注记方式的不同而异,首先看一
42、下视线水平时的竖盘读数， 然后望远镜上仰看竖盘读数变化：左左=90L右右=R=R270 270 l读数增大时读数增大时, ,竖直角竖直角= =瞄准目瞄准目标时读数视线水平时读数标时读数视线水平时读数; ;l读数减小时读数减小时, ,竖直角竖直角= =视线水视线水平时读数瞄准目标时读数平时读数瞄准目标时读数; ; 若盘左属第若盘左属第(1)(1)种情况种情况, ,则盘右必属第则盘右必属第(2)(2)情况；反情况；反之亦然。之亦然。2024/7/27测量学第四章89l l 在测站上安置仪器，对中，整平。l l 盘左位置： 1)瞄准目标，用望远镜十字丝中丝（横丝）的单丝精确切准目标； 2)读取竖直度
43、盘读数，并记入记录表格。(2)(2)观测和计算观测和计算l l盘右位置：纵转望远镜，以盘右位置用十字丝中丝的单丝精确切准目标同一位置，其它操作与盘左相同。 盘左、盘右构成一测回竖直角观测。2024/7/27测量学第四章90 左左=90=90L L；右右=R=R270270； 若若左、左、右右之差在容许之差在容许 范围之内范围之内( DJ( DJ2 2为为3030 ;DJ;DJ6 6为为6060 ) ) 一测回角值一测回角值 ：=（左左右右）/ 2/ 2，计算结果添入表中。计算结果添入表中。l l上下半测回角值较差上下半测回角值较差不超过规定限值不超过规定限值时时 (DJ2-30(DJ2-30
44、;DJ6-60;DJ6-60 ), ), 取平均值作为一测回的竖直角值取平均值作为一测回的竖直角值; ;l l测回间的竖直角较差小于限差时取均值作为最后测回间的竖直角较差小于限差时取均值作为最后 结果结果。l l竖直角计算（顺时针注记为例）竖直角计算（顺时针注记为例）2024/7/27测量学第四章91(3)竖盘指标差竖盘指标差l l 竖盘指标差：竖盘指标水准管居中（或自动归零装置打开）且望远镜视线水平时，竖盘读数与理论读数的差值 x。l l盘左、盘右取均值可消除指标差盘左、盘右取均值可消除指标差l l在多测回竖直角测量中在多测回竖直角测量中, ,常用指标差来检验竖直角观测的质量常用指标差来检验
45、竖直角观测的质量: :l l观测同一目标的不同测回中观测同一目标的不同测回中( (或同测站的不同目标时或同测站的不同目标时), ), 各各指标差较差指标差较差不不应超过一定限值应超过一定限值, , 如如在一般竖直角测量中在一般竖直角测量中, ,指标差较差指标差较差应小于应小于1010 。l l竖盘读数的正确值: L正正=（Lx）；）；R正正=Rx正确的竖直角正确的竖直角： =90=90（L Lx x）= =左左+x+x = =（R Rx x）270270= =右右x xl l一测回竖直角：一测回竖直角：l l指标差的计算公式：指标差的计算公式：2024/7/27测量学第四章92五五 经纬仪的检
46、验与校正经纬仪的检验与校正五条主要轴线：五条主要轴线：水准管轴水准管轴（LLLL）、）、竖轴竖轴（VVVV）、视准轴视准轴（CCCC）、）、 横轴横轴（HHHH）、）、十字丝竖丝。十字丝竖丝。 l l上述各项校正，一般都需反复进行几次，直至在允许范围之内。其中视准轴上述各项校正，一般都需反复进行几次，直至在允许范围之内。其中视准轴的检校是主要一项；的检校是主要一项； l l校正时，应遵循先松后紧的原则；校正时，应遵循先松后紧的原则； l l一般地，若前一项未校正会影响到下一项的检验时一般地，若前一项未校正会影响到下一项的检验时,校正次序不宜颠倒；校正次序不宜颠倒； l l同是校正一个部位的两项
47、同是校正一个部位的两项,宜将重要的置于后面宜将重要的置于后面;2024/7/27测量学第四章93一、一、LLVV的检校的检校l旋转照准部180，检查水准管气泡是否居中，若气泡仍居中，则LLVV；否则，说明两者不垂直，需校正。播播放放经经纬纬仪仪的的水水准准管管校校正短片正短片1.1.检验检验l粗平经纬仪:使水准管平行于任意两个脚螺旋，调节脚螺旋使水准管气泡居中。2024/7/27测量学第四章941 1检验检验l 整平仪器，使竖丝清晰地照准远处点状目标,使其与竖丝上端相切；l 旋转望远镜微动螺旋，将目标点向竖丝下端移动，若目标点与竖丝的位置不变，说明竖丝与横轴垂直；若明显偏离，则需校正。二、二、
48、“”HHHH的检校的检校2024/7/27测量学第四章95三、三、CCCCHHHH的检校方法一的检校方法一 1.1.检验检验 l l选一平坦场地，安置仪器于A、B中点O，在B点与AB方向垂直地横放一刻有毫米分划的直尺M，并使目标A、直尺M与仪器同高。l l整平仪器,先以盘左位置照准远处目标A,保持照准部不动,纵转望远镜,于M尺上读得B；l l以盘右位置仍照准目标A，同法在M尺上读取读数B； l l若B = B ，则CCHH；若B B ，则需校正。2024/7/27测量学第四章96 1 1检验检验l l距墙面约2050米处安置仪器，整平后，盘左瞄准墙面高处目标点P（仰角30）；l l固定照准部，
49、纵转望远镜，使视线水平在墙上定出P1点，并标记；l l盘右位置同法在墙上作点P2。l l如果P1与P2重合，则HHVV，否则，横轴不水平。四、四、HHHHVVVV的检校的检校2024/7/27测量学第四章97三、全站仪基本功能三、全站仪基本功能 在野外测量中，必须具备采集水平角、竖直角和倾斜距离三种基本数据的基本功能;角度测量角度测量斜距测量斜距测量V ： 901020HR：1203040 PSM 0.0 SD： PPM 0.0 (m) F.R测量 模式 角度 平距 坐标 P1记录 放样 均值 m/ft P2平距测量平距测量V ： 901020HR：1203040 PSM 0.0 HD： PP
50、M 0.0VD: (m) F.R测量 模式 角度 斜距 坐标 P1记录 放样 均值 m/ft P2坐标测量坐标测量N ：E ： PSM 0.0 Z ： PPM 0.0 (m) F.R测量 模式 角度 斜距 平距 P1记录 高程 均值 m/ft 设置 P2V ： 875545HR：1203040斜距 平距 坐标 置零 锁定 P1 记录 置盘 R/L V% 倾斜 P2 还需要计算坐标、方位角、高差、高程等数据，这些数据由三种基本数据经仪器内部的微处理器的处理得到。2024/7/27测量学第四章98 不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法。全站仪的常用
51、功能包括：1.角度测量；2.距离测量；3.坐标测量；4.放样（点放样、距离放样等），程序测量功能包括对边测量、悬高测量、面积测量、偏心测量、后方交会等）。本章着重介绍常用功能，程序测量功能简单说明。2024/7/27测量学第四章991. 角度测量（角度测量（angle observation） （1）功能：可进行水平角、竖直角的测量。（2）测量原理：测回法、方向观测法。2024/7/27测量学第四章100（3）方法：与经纬仪相同，若要测出水平角 AOB ，则： 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。设置A方向的水平度盘读数为00000。照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读
52、数即为两方向间的水平夹角。 2024/7/27测量学第四章1012. 距离测量（距离测量（ distance measurement ） （1）功能：可测量平距 H 、高差 V 和斜距 S （全站仪镜点至棱镜镜点间高差及斜距）。（2）测量原理： 式中cc0n，c0为真空中的光速值，其值为299792458ms, n为大气折射率，它与测距仪所用光源的波长，测线上的气温t, 气压P和湿度e有关。 2024/7/27测量学第四章102（3）方法： 根据光电测距原理可知，大气折射率与测距仪所用光源的波长，测线上的气温t, 气压P和湿度e有关，所以在测距以及包含测距时的测坐标和放样前均需设置大气改正数(
53、ppm），另外还需设置棱镜常数（PSM）。 设置测距模式设置测距模式：全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。 精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5S，最小显示单位1mm； 跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S； 粗测模式，测量时间约0.7S，最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。 设置棱镜类型设置棱镜类型：有棱镜与无棱镜之分。2024/7/27测量学第四章103设置棱镜常数设置棱镜常数：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。一般： PRI
54、SM=0 （原配棱镜），-30mm （国产棱镜）；设置大气改正值或气温、气压值设置大气改正值或气温、气压值：光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。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；量仪器高、棱镜高并输入全站仪量仪器高、棱镜高并输入全站仪；距离测量距离测量：照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。应注意应注意：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。2024
55、/7/27测量学第四章104 3. 坐标测量（坐标测量（ coordinate measurement ） （1）功能：可测量目标点的三维坐标（ X ， Y ， H ）或（E、N、Z）。 （2）测量原理： 2024/7/27测量学第四章1052024/7/27测量学第四章106（3）方法： 设定测站点的三维坐标（E、N、Z）。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，全站仪会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。设置棱镜常数计及反射镜类型。设置大气改正值或气温、气压值。量仪器高、棱镜高并输入全站仪。照准目标棱镜，按坐标测量键，全
56、站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。 2024/7/27测量学第四章1074. 点位放样点位放样 (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：基本测设工作中的原理。 2024/7/27测量学第四章108（3）方法：在大致位置立棱镜，测出当前位置的坐标。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dHAR或纵向差值X和横向差值Y。 根据显示的 dD 、dHR 或X 、Y ，逐渐调整找到放样点的位置。 2024/7/27测量学第四章109四、全站仪拓展功能（四、全站仪拓展功能（ programs ） （1）数
57、据采集 (data collecting) ;（2）对边测量(MLM)、悬高测量(REM)、面积测量(AREA)、后方交会(RESECTION) 等;（3）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）。 2024/7/27测量学第四章110操平、坐标测量操平、坐标测量2024/7/27测量学第四章111对边测量、悬高测量对边测量、悬高测量2024/7/27测量学第四章112导线测量、放样导线测量、放样2024/7/27测量学第四章113坐标放样、后方交会坐标放样、后方交会2024/7/27测量学第四章1146、偏心测量、偏心测量12024/7/27测量学第四章115（1）
58、距离偏心距离偏心 （2) 2) 角度偏心角度偏心 （3) 3) 双距偏心双距偏心 在点附近的前(C1)、后(C2)、左(C3)或右(C4)点立棱镜，对其观测，输入棱镜点与点的平距d，获得C点的坐标或OC的距离和角度。 在以测站O为圆心，距离r为半径的圆弧上，任意点C立棱镜，先观测C点，再照准C点，可得到C点的坐标或OC点的距离和角度。 设C点与偏心点A，B位于同一空间直线上，分别观测立在A，B点的棱镜，输入CB的斜距，得C点的坐标或OC的距离和角度。2024/7/27测量学第四章116四四 全站仪使用的注意事项与维护全站仪使用的注意事项与维护1. 全站仪保管的注意事项全站仪保管的注意事项 （1
59、）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。 2. 使用时应注意事项使用时应注意事项（1）开工前应检查仪器箱背带及提手是否牢固。 2024/7/27测量学第四章117（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
60、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。 2024/7/27测量学第四章118 （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
61、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。 2024/7/27测量学第四章119（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
62、。 （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。2024/7/27测量学第四章1203. 电池的使用电池的使用 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
63、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。 2024/7/27测量学第四章121（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。
