浅析全站仪的测量应用_光电论文发表

浅析全站仪的测量应用

解正明

摘要：全站型电子速测仪简称全站钗，它是一种可以同时进行角度(水平角、竖值角)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。本文根据多年的工作实践，对全站仪在测量中的使用进行了简要的总结分析。

关键词：全站仪；测量应用;

l全站仪的测量功能

全站仪是一个由测距仪、电子经纬仪、电子补偿器、微处理机组合的一个整体。测量功能可分为基本测量功能和程序测量功能。基本测量功能包括电子测距、电子测角(水平角、垂直角)；程序测量功能包括水平距离和高差的切换显示、三维坐标测量、对边测量、放样测量、偏心测量、后方交会测量、面积计算等。特别注意的是只要开机，电子测角系统即开始工作并实时显示观测数据；其它测量功能只是测距及数据处理。

(1)电子测距为仪器中心至棱镜中心的倾斜距离，因此仪器站和棱镜站均需要精确对中、整平。精确测距时需加仪器加常数及气象改正；仪器鉴定得到的加常数可同棱镜加常数一起设置输入到仪器中；气象改正需设置输入观测条件下的大气压及大气温度，仪器自动进行改正并显示改正后的距离。

(2)电子测角(水平角、垂直角)的实质是电子经纬仪，只要望远镜瞄准观测目标，仪器便显示水平方向值及天顶距。水平角度是水平方向值与0°方向值之差；垂直角是90°与天顶距之差。所以观测水平角时起始方向需设置为零(置零)；垂直角度可根据需要设置度盘格式，显示天顶距或垂直角。

(3)电子补偿器的目的就是为了减少仪器的三轴误差对观测数据的影响。补偿器的作用就是通过检测仪器垂直轴倾斜在x轴(视准轴方向)和Y轴(水平轴方向)上的分量信息，通过电子转换及数据处理自动地对观测数据进行改正，从而提高采集数据的精度。

(4)微处理机的实质是一台微型计算机，它是数据处理的中心。可通过机内预置程序对观测数据进行处理、计算后显示程序测量功能所需要的测量内容；同时可实现数据的存储及双向通讯。

2全站仪的观测数据

全站仪尽管厂家、型号繁多，其功能大同小异，但原始观测数据只有倾斜距离(斜距)；水平方向值、天顶距；电子补偿器检测的是仪器垂直轴倾斜在x轴(视准轴方向)和Y轴(水平轴方向)上的分量，并通过程序计算自动改正由于垂直轴倾斜对水平角度和竖直角度的影响。所以全站仪的观测数据为：水平角度、竖直角度、倾斜距离。其它测量方式实际上都是由这三个原始观测数据通过内置程序间接计算并显示出来的。特别注意的是所有观测数据和计算数据都只是半个测回的数据，因此在等级测量中不能用内存功能，记录水平角、天项距、倾斜距离这三个原始数据是十分必要的。

3全站仪的度盘配置

光学经纬仪在进行等级测量时，为了消除度盘的分划误差，各测回之间需要进行度盘配置。因为光学仪器度盘上的分划是固定的，每一角度值在度盘上的位置固定不变。而电子仪器由于采用的是电子度盘，每一度盘的位置可以设置为不同的角度值。如仪器照准某一后视方向设置为0°，顺时针转动30°，显示角度为30°；再次照准同一个后视方向设置为30°，再顺时针转动30°，则显示角度变为60°，而电子度盘的位置实际上并未改变。所以使用时应注意，只要仪器在不同的测站点对中、整平后，对应电子度盘的位置已经固定；即使后视角度设置不同，角度值并不固定的对应度盘上某个位置，测量时无需进行度盘配置。

4全站仪的正、倒镜观测

光学经纬仪采用正、倒镜的观测方法可以削除仪器的视准轴误差、水平轴倾斜误差、度盘指标差。全站仪虽然具有自动补偿改正功能，视准轴误差和度盘指标差也可通过仪器检验后的参数预置自动改正。但在不同的观测条件下，预置参数可能会发生变化导致改正数出现错误，另外仪器自动改正后的残余误差也会给观测结果带来影响。所以在等级测量中仍需要正、倒镜观测，同样需要作记录、检核。

5全站仪的左、右角观测

光学经纬仪的水平度盘刻度是顺时针编号，无论望远镜顺时针或逆时针转动，观测的角度均为右角。全站仪的右角观测(水平度盘刻度顺时针编号)是指仪器的水平度盘在望远镜顺时针转动时水平角度增加，逆时针转动时水平角度减少；左角观测则正好相反(水平度盘刻度顺时针编号)。电子度盘的刻度可根据需要设置左、右角观测(一般为右角)。这一点非常重要，在水平电子度盘设置时应特别注意，否则观测的水平角度会出现错误。如水平角实际为30°则显示为330°。特别是在平面坐标测量和施工放样测量中设置后视方位时，如果设置为左角就会出现测定点和测设点沿后视方位左右对称错位。如设置后视方位0°，顺时针转角90°时方位应为90°，而仪器显示的坐标是按方位270°计算的。

6全站仪的放样功能

全站仪显示的度盘读数中已经对仪器的三轴误差影响进行了自动改正，因此在放样时需要特别注意。例如：放样一条直线时，不能采取与传统光学经纬仪相同的方法(只纵向转动望远镜)，而应采取旋转照准部180°的方法测设；放样一条竖线时，应使用水平微动螺旋使水平角度显示的读数完全一致，而不能只简单地转动望远镜；因为望远镜的水平方向和垂直方向不同补偿改正数的大小也不同。使用距离和角度放样测量、坐标放样测量时，注意输入测站点坐标、后视点坐标后再对测站点坐标进行一次确认，并测量后视点坐标与已知后视点坐标进行检核。

7全站仪的补偿功能

仪器误差对测角精度的影响主要是由于仪器三轴之间关系的不正确造成的。光学经纬仪主要是通过对三轴之间关系的检验校正来减少仪器误差对测角精度的影响；而全站仪则主要是通过补偿改正实现的。最新的全站仪已实现了“三轴”补偿功能，在使用全站仪补偿器的补偿功能时应注意如下：

(1)在使用全站仪时，当照准部水平方向制动螺旋制动，垂直方向转动望远镜时，水平度盘的显示读数会不断变化，这正是全站仪自动补偿改正的结果。

(2)单轴补偿只能对垂直度盘读数进行改正，没有改正水平度盘读数的功能。当照准部水平方向固定，上下转动望远镜时水平角度读数不会变化。

(3)双轴补偿只能改正由于垂直轴倾斜误差对垂直度盘和水平度盘读数的影响。当照准部水平方向固定，上下转动望远镜时水平角度读数仍然会发生变化；当补偿器关闭后水平度盘读数也不会变化。

(4)三轴补偿的全站仪是在双轴补偿器的基础上，用机内计算软件来改正因横轴误差和视准轴误差对水平度盘读数的影响。即使当照准部水平方向固定，只要上下转动望远镜水平度盘的显示读数仍会有较大的变化，而且与垂直角的大小、正负有关。

(5)全站仪补偿器的补偿功能提供了3种选择模式，即[双轴]、[单轴]、[关]。选择[关]即补偿功能不起作用；选择[单轴]只对垂直度盘读数进行补偿；选择[双轴]是对水平和垂直度盘读数均进行补偿。

(6)当测站点有振动、风大、低精度观测时，应关闭仪器的补偿功能。这样既可以节电又可以避免误补偿。全站仪的补偿范围一般为±3′左右，整平度超过此范围、天顶距接近天顶和底2°范围内，电子补偿器的改正功能不起作用。

8全站仪的电子整平

全站仪的电子整平，当X、Y方向的倾斜均为零时，从理论上讲，当照准部水平方向固定上下转动望远镜时，水平度盘读数就不会发生变化；但有些仪器在进行上述操作后水平度盘读数仍会发生变化，这是因为全站仪补偿器有零点误差存在。所以在使用时应注意，对补偿器进行零点误差的检验和校正；电子气泡的居中必须以长水准气泡的检验校正为准，检验时先水准气泡然后电子气泡。

9全站仪的坐标显示

全站仪的坐标显示有两种设置方式，N、E、Z和E、N、Z。测量常用的坐标表示为X、Y、H与N、E、Z相同。如果设置错误就会造成测量结果的错误。如在一次测量带状地形图时，同时四个组作业，观测数据导入计算机后，发现一个组的数据与前后都对接不上，结果就是这个组的仪器坐标设置方式错误。

10全站仪的存储器

全站仪的存储器分为内部和外部两种。内部存贮器是全站仪整体的一个部分；而电子记录簿、存贮卡、便携机则是配套的外围设备。目前全站仪大多采用内部存储器对所采集的数据进行存储。如SET500全站仪的内存可存储多达4000个测点的观测数据，对于一天的外业测量数据已经足够。外业工作结束后应及时传输数据；在数据的初始化前应认真检查所存贮的数据是否已经到导出，确认无误后方可进行。使用数据存储虽然省去了记录的麻烦，避免了记录错误，但存储器不能进行各项限差的检核，因此等级测量中不应使用存储器记录，仍需人工记录、检核。

11全站仪的误操作

全站仪在操作过程中难免发生错误，无论在何种情况发生误操作错误均可回到基本测量模式，再进入相应的测量模式进行正确操作。角度测测量模式除外的其他测量模式均为测距，如果没有信号可回到基本模式，再准确瞄准棱镜进行相应的测量工作，否则检查棱镜是否正对仪器。当视线接近正对太阳光时应加望远镜遮光罩，否则将无法测距。

随着现代测绘技术的迅速发展，全站仪测量技术在工程中的应用越来越广泛。只要在测量过程中观测者认真、仔细观察测量过程仪器的工作状态和数据显示内容，完全可以及时发现和避免错误发生的。所以只有掌握全站仪的工作原理、熟悉操作步骤、明确测量功能、合理设置仪器参数、正确选择测量模式，才能真正充分发挥全站仪在测量工作中的优势。