全站仪的简介和应用

1.1全站仪的概念

随着电子测距技术的出现，大大地推动了速测仪的发展。用电磁波测距仪代替光学视距经纬仪，使得测程更大，测量时间更短、精度更高。人们将距离由电磁波测距仪测定的速测仪笼统地称之为“电子速测仪”（Electronic　Tachymeter）。然而，随着电子测角技术的出现。这一“电子速测仪”的概念又相应地发生了变化，根据测角方法的不同分为半站型电子速测仪和全站型电子速测仪。半站型电子速测仪是指用光学方法测角的电子速测仪，也有称之为“测距经纬仪”。这种速测仪出现较早，并且进行了不断的改进，可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪，对斜距进行划算，最后得出平距、高差、方向角和坐标差，这些结果都可自动地传输到外部存储器中。由于电子测距仪、电子经纬仪及微处理器的产生与性能不断完善，在20世纪60年代末，出现了把电子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体，能自动记录、存储、具备某些固定计算程序、并能与设备交换信息的电子速测仪。因该仪器在一个测站点能快速进行电子测角、电子测距、电子计算和数据储存单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，所以成为“全站型电子速测仪”，通常称为“电子全站仪”或者简称“全站仪”（Total　Station）。

1.2全站仪的组成

全站仪是融光、机、电、磁、微电脑等技术于一体，汇集现代科技最新成果于一身，具有小型、便捷、高精度、多功能和电脑化等特点的新一代综合性勘察测绘仪器。它本身就是一个带有特殊功能的计算机控制系统，其微机处理装置由微处理器、存储器、输入部分和输出部分组成。由微处理器对获取的倾斜距离、水平角、竖直角、垂直轴倾斜误差、视准轴误差、垂直度盘指标差、棱镜常数、气温、气压等信息加以处理，从而获得各项改正后的观测数据和计算数据。在仪器的只读存储器中固化了测量程序，测量过程由程序完成。其发展至今才短短几年，已发生了划时代的飞跃。从总体上看，全站仪有下列两大部分组成：1、为采集数据而设置的专用设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统，还有自动补偿设备等；2、过程控制机：主要用于有序地实现上述每一专用设备的功能。过程控制机包括与测量数据相连接的设备及进行计算、产生指令的微处理机。只有上面两大部分有机结合，才能真正地体现“全站”功能，即既要自动完成数据采集，又要自动处理数据和控制整个测量过程。

1.3全站仪的使用

1.3.1全站仪的各种程序测量功能

1.放样测量：根据已有的控制点或地物点，按照工程设计要求，将建（构）筑物的特征点在实地标定出来。因此，首先要确定特征点与原有建筑物之间的角度、距离和高程关系，这些位置关系称为放样数据，然后利用测量仪器，根据放样数据将特征点测设到实地。放样的基本工作包括角度和距离（斜距、平距）、平面位置和高程放样等多种形式。当放样某点时调用存储在全站仪中的数据或者是手动输入，照准棱镜，通过内部已经编好的程序，自动得出与实际点的三维差值，移动棱镜找到放样点，从而达到放样的目的。

2.悬高测量，就是测定空中某点距地面的高度。首先把全站仪安置于适当位置，并选定悬高测量模式后，把反射棱镜设立在欲测高度的目标点C的天底B（即过目标点C的铅垂线与地面的交点）处，输入反射棱镜高v；然后照准反射棱镜进行测量；再转动望远镜照准目标点C，便能实时显示出目标点C至地面的高度H。

显示的目标点高度H，由全站仪自身内存的计算程序按下式计算而得。

（2.1）

式中，S为全站仪至反射棱镜的斜距，a1和a2分别为仪器至反射棱镜和目标点的竖直角。

1.3.2实现各种功能的简单操作

1.放样功能操作如下：（1）数据输入：将已知点和放样点的平面坐标、高程全部输入全站仪内存；（2）对中、整平；（3）设站：按[MENU]键，进入程序主界面。选择F1：应用程序。再选择F2放样，然后进行放样设置即为：F1：设置作业，F2：设置测站、F3：定向、然后F4：开始，按F4直接进入放样界面；（4）放样：在这里主要介绍极坐标放样法。在“点号：”后搜索放样点的点号，在“棱镜高：”后输入棱镜高。

观测者根据测量显示数据，指挥立镜者在望远镜视线方向移动，当移动到适当位置，将棱镜立直进行观测。如此反复，直至达到毫米级时即可满足精度要求。

2.全站仪悬高测量步骤

1、设站

（1）自由设站；（2）在已知点设站。

2、悬高测量

（1）调用悬高测量程序。在主界面中选择[菜单]，按F1：应用程序，翻页，选择F3：悬高测量，然后已知点的设站，其方法为：F1：设置作业，F2：设置测站、F3：定向、然后F4：开始，进行悬高测量。

（2）悬高测量。输入基点号和棱镜高，瞄准棱镜按测距，然后将望远镜上仰瞄准悬高点，则可测出目标点的高度和高程数据。

3.全站仪在面积测量中的步骤：

1、将已知点坐标输入全站仪内存中；2、设置测站（对中、整平）；3、选择菜单[MENU]，再选择应用程序，翻页，选择F2：面积测量；4、数据采集，进行测站、作业、定向的设置（步骤同悬高测量，此处略），然后进行面积测量；5、在待测区周边转折点立镜按F2：测距、F3：记录，依次测量各个转折点。

1.4全站仪的应用范围与特点

目前全站仪由于其良好的性能、简易的操作已被广泛应用于控制测量、地形测量、线路工程测量、建筑工程测量、变形观测、工业测量及近海定位、面积测量、悬高测量，而且在大型工业生产设备和构件的安装调试、船体设计与施工、大桥水坝的变形观测、地质灾害监测及体育竞技等领域都得到了广泛应用。面对多层次、多领域的需求，各种精度等级、各种功能类型的全站仪也纷纷面世。

全站仪的应用具有以下几个特点：

1、在地形测量过程中，可以将控制测量和地形测量同时进行，提高生产效率；2、施工放样中，可以快速将设计好的线路、建筑物等测设到地面上；3、在控制测量中，具有导线测量、前方交会、后方交会等程序功能，其高精度、高效率受到测量人员的欢迎；4、通过传输设备，可以将全站仪与计算机、绘图机相连，形成内外一体的测绘系统，大大提高测绘的质量和效率；5、无棱镜全站仪能够对一些棱镜无法到达的地方进行实时的观测；6、测量机器人和超站仪的出现实现了测量工程领域的自动化、智能化。

1.5小结

由于全站仪集测角、测距于一体可以一次性得到点位的三维坐标，使其在测量工程中成为越来越重要的测量仪器，及其明显的优势有了一个深刻的认识。但由于仪器本身的误差的存在，要注意对仪器的检校，采用合理的方法、设计优良的测量方案以减小仪器误差对测量成果的影响。