全站仪测量技术分析及应用

【摘 要】全站仪是一种电子、机械及光学器械构成的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、斜距、平距、高差测量等功能于一体的测绘仪器，因其功能强大且使用方便，被广泛用于地面大型建筑和隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。在煤矿井下测量中使用经纬仪、水准仪进行相关数据的测量，不仅工作量大，且精度低。使用全站仪可以明显的提高测量精度，而且能减轻测量人员的劳动强度，提高工作效率。本文介绍了全站仪的几种专项测量功能及其基本原理， 探讨了全站仪在工程测量应用中应注意的事项。

【关键词】全站仪；测量功能；分析应用

测量工作是煤矿生产建设的一项重要的技术基础工作，良好的测量所得数据能很好的指导安全生产。煤矿井下测量以往主要是使用经纬仪测角，钢尺量边，随着科学技术的发展，测量仪器也越来越先进，全站仪已经被越来越广泛地应用到井下测量工作中。为了充分利用和开发全站仪的功能，提高测量效率，解决实际问题，本文将介绍全站仪的几种专项测量功能及其基本原理，并探讨其在工程测量中的实际应用和应注意的事项，以供测量工作人员参考。

1.全站仪专用测量功能

1.1对边测量（RDM）

对边测量是指间接地测定远处两测点间的水平距离和高差，也称为间接测量，是用来测量两个不可通视点之间的水平距离和高差对边测量，示意图如图1所示，A、B为地面上不能直接测距的两个未知点，在O点处安置全站仪，使仪器与A、B两点能够通视启动全站仪对边测量功能，分别照准A、B两点的反光棱镜，利用全站仪内置的对边测量程序直接间显示出A、B两点间的水平距离D、斜距S和高差。

其原理为：测定O点至A、B两点间的斜距S1、S2，竖直角α1、α2， 水平角β值， 则A、B两点间的水平距离D和高差分别为：

（1）

（2）

（3）

但需指出，按公式（2）计算出的高差即是全站仪上显示出来的高差，并不一定就是地面A、B两点之间的实际高差，实际高差h为：

（4）

式中：

V1和V2分别为A，B两点的目标高。显然， 当V1=V2时，式（4）即变为式（2）。因此，在实际工作中，应尽量使两目标高相等，以简化计算； 否则，应在全站仪显示出的高差中加入改正数（V1-V2） 。

对边测量的精度主要取决于测站点与目标点的远近，越近精度越高，且安置在过两端点垂线上精度较高。因此，在测量时测站点应安置在过两端点垂线上，且尽量靠近待测点。对边测量在施工放样中，可用来检测放样点或红线桩是否正确和满足精度要求。利用这一功能还可以简单测量道路中心桩和路边桩之间的距离和高差等。

1.2悬高测量（REM）

所谓悬高测量是指测定空中某点至特定某个面（一般为地平面） 的高度。悬高测量示意图见图2。图2中，将全站仪置于点A，仪器距目标距离一般以高度1～3倍为宜，反光棱镜应置于目标C点在地面的铅垂投影点B处，量取棱镜高V，起动全站仪悬高测量功能，输人棱镜高V，照准反光棱镜，俯仰望远镜，利用全站仪内置的悬高测量程序可实时显示出悬高值h。

其原理为： 测定仪器与镜站间的斜距S、竖直角α1、α2，则悬高h为：

h=V+Scosα1（tanα1-tanα2） （5）

值得注意的是，要想利用悬高测量功能测出目标点的正确高度， 必须将反射棱镜恰好安置在被测目标点在地面的铅垂投影点处，否则测出的结果将是不正确的。在实际工作中，要将反射棱镜恰好安置在被测目标的天底，仅靠目估是不容易实现的，尤其当目标点离地面较高时。为此，需先投点再进行悬高测量。

1.3坐标测量（CDM）

坐标测量的实质是根据已知点A的三维坐标（XA，YA，HA）， 定向点B的定向方位角（αAB），求待测点P的三维坐标（XP，YP，HP）。将全站仪安置于测站点A上， 选定坐标测量模式后，首先输入仪器高、目标高 以及测站点的三维坐标值（XA，YA，HA）， 然后照准另一已知点B设置定位方位角，接着再照准目标点P上的反射棱镜，按相应功能键，仪器就会按式（5）利用自身内存的计算程序自动计算并瞬时显示出目标点P 的三维坐标值（XP，YP，HP）。

式中：

S—斜距；a—垂直角；αAP—直线AP方位角。其中：αAP= αAB+β，β为AB和AP所夹的水平角。

利用全站仪三维坐标测量功能可以求算图根点的三维坐标，既快捷，又能满足工程精度要求，可提高生产效率。在实际工作中，为了防止操作中的错误，可照准另一已知点D，测定D点的三维坐标并加以比较，在限差之内即可进行未知点的测量。

1.4坐标放样测量（SCM）

坐标放样测量为坐标测量的理想操作。将全站仪置于测站点A上，选定坐标放样模式后，首先输入仪器高i、目标高ν以及测站点A 和放样点P的三维坐标（XA，YA，HA）和（XP，YP，HP），并照准另一已知点B，设置定向方位角αAB，然后将反射棱镜竖立在待放样点P的概略位置P′处；按相应功能键即可自动显示水平角偏差p、水平距离偏差D及高程偏差H。按照所显示的偏差值，移动反射棱镜，当仪器显示为零时，即为设计的位置。

基本原理：仪器首先测定棱镜所在位置P′点的三维坐标，然后按坐标反算公式，利用仪器自身的内存程序反算出设计的水平角和水平距离，最后与测量的水平角和水平距离比较，即可自动计算并显示出测量值与设计值之差R、D和H。

2.应用实例

建筑物放样测量示意图见图3，欲利用控制点A和B放样一建筑物，只需在控制点A上安置全站仪，后视控制点B，先设置定位方位角然后利用三维坐标放样功能即可方便快捷地放样建筑物的四个角点， 从而在实地标定出待建的建筑物各拐点。最后，利用对边测量功能立刻就可测定出建筑物的边长，与设计的已知边长比较，即可在不移动仪器的情况下完成检测工作。这与传统的放样和检测方法相比，不仅方便、快捷，而且因为只需安置一次仪器，所以放样精度也大大提高；同时，即便1、2、3、4点互不通视亦可顺利完成，这是传统方法无法做到的。

3.结 语

全站仪的优点在工程测量工作中已经得到了充分的体现，不仅能自动测距、测角，而且还能进行多种测量和实时计算，可根据现场需要实时求得必要的测量数据。尤其在提高测量精度和降低劳动强度方面的优势是传统的光学经纬仪无法做到的，但全站仪在某些功能上仍然需要进一步的完善和提高，比如井下使用的全站仪必须有点下对中点，且不宜做在手把上，可做在粗瞄器上。但在井下测量中全站仪代替经纬仪是必然的趋势。同时，在实际工作中，还要结合具体情况，灵活、综合地运用各种测量功能，才能获得高质量测量成果。

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