17第十七讲

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全站仪和自动全站仪

一、全站仪

电子全站仪是一种可以 同时进行角度测量和距 离测量，由机械、光学、 电子元件组合而成的测 量仪器。由于只要一次 安置，仪器便可以完成 在该测站上所有的测量 工作，故被称为“全站 仪”

全站仪的发展经历了从组合式即光电测距仪与 光学经纬仪组合，或光电测距仪与电子经纬仪组 合，到整体式即将光电测距仪的光波发射接收系 统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式 全站仪等几个阶段。全站仪几乎可以用在所有的测量领域。电子全 站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处 理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。

同电子经纬仪、光学经纬仪相比，全站仪增加了许多特殊 部件，因此而使得全站仪具有比其它测角、测距仪器更多的 功能，使用也更方便。这些特殊部件构成了全站仪在结构方 面独树一帜的特点。 1.同轴望远镜 全站仪的望远镜实现了视准轴、测距光波的发射、接收光 轴同轴化。同轴化的基本原理是：在望远物镜与调焦透镜间 设置分光棱镜系统，通过该系统实现望远镜的多功能，即既 可瞄准目标，使之成像于十字丝分划板，进行角度测量。同 时其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发 射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后，经同一路径反射 回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；为测距 需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的 光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传也送给光电二 极管接收 ，进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光 的传播时间，计算实测距离。

同轴性使得望远镜一次瞄准即可实现同时测定水平角、垂 直角和斜距等全部基本测量要素的测定功能。加之全站仪强大、 便捷的数据处理功能，使全站仪使用极其方便。 2.双轴自动补偿 在仪器的检验校正中已介绍了双轴自动补偿原理，作业时 若全站仪纵轴倾斜，会引起角度观测的误差，盘左、盘右观测 值取中不能使之抵消。而全站仪特有的双轴(或单轴)倾斜自 动补偿系统，可对纵轴的倾斜进行监测，并在度盘读数中对因 纵轴倾斜造成的测角误差自动加以改正(某些全站仪纵轴最大 倾斜可允许至±6′)。,也可通过将由竖轴倾斜引起的角度 误差，由微处理器自动按竖轴倾斜改正计算式计算，并加入度 盘读数中加以改正，使度盘显示读数为正确值，即所谓纵轴倾 斜自动补偿。

3.键盘 键盘是全站仪在测量时输入操作指令或数据的硬件，全站 型仪器的健盘和显示屏均为双面式，便于正、倒镜作业时操作。4.存储器 全站

仪存储器的作用是将实时采集的测量数据存储起来， 再根据需要传送到其它设备如计算机等中，供进一步的处理或利 用，全站仪的存储器有内存储器和存储卡两种。 全站仪内存储器相当于计算机的内存(RAM),存储卡是一种外 存储媒体，又称PC卡，作用相当于计算机的磁盘。

5.通讯接口 全站仪可以通过BS—232C通讯接口和通讯电缆将内存中存 储的数据输入计算机，或将计算机中的数据和信息经通讯电缆传 输给全站仪，实现双向信息传输。

三、全站仪的使用

全站仪具有角度测量、距离(斜距、平距、高差)测量、三维 坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。内 置专用软件后，功能还可进一步拓展。 四、全站仪的数据通讯

全站仪的的数据通讯是指全站仪与电子计算机之间进行的双 向数据交换。全站仪与计算机之间的数据通讯的方式主要有两种， 一种是利用全站仪配置的PCMCIA卡(personal computer memory card internation association, 个人计算机存储卡国际协会， 简称PC卡，也称存储卡)进行数字通讯，特点是通用性强，各种 电子产品间均可互换使用；另一种是利用全站仪的通讯接口，通 过电缆进行数据传输。

几种常用的全站仪

二、自动全站仪

M自动照准型全站仪 带给全站仪全新标准 使用全站仪进行测量工作时， 最为耗时的步骤即为安置仪 器和精确照准棱镜中心，自 动照准型全站仪SET42DM将 大幅度提高工作效率 轻轻一按，自动照准：轻按 测量键，立即自动照准棱镜 中心 无须望远镜观测 光线暗淡，不再是障碍：可 以不受环境干扰，精确、快 速的自动照准棱镜中心 红绿光导向：大幅度提高放 样工作的效率 大容量内存：20000个点

双速调节手轮：手感舒适 轻松操作 竖轴、横轴、视准轴三轴 自动补偿：高精度测量的重 要保障 先进的测距部分设计：棱 镜和索佳系列反射片均可测 距 图形显示电子气泡：方便 整平 完备的数据接口：与PC双 向通讯，可直接驱动打印机

全数字字母键盘：配合8行 20列大屏幕清晰度显示器， 操作、阅读更方便，现场 实时显示信息量更加丰富 用户自定义按键功能：提 高外业工作效率 野外数据的存入：一按操 作键"AUTO"可使观测和记 录同时完成 实用的功能软件：对边测 量 后方交会 悬高测量 坐 标测量 水平角输入 方位 角设置 放样测量 偏心测量 面积 计算

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三角高程测量

当地形高低起伏较大而不便于实施水准测量时，可采 用三角高程测量的方法测定两点间的高差，从而推算各点 的高程。 1.三角高程测量原理 Mv Dtanα α B hAB HB A HA D 大地水准面

i

三角高程

测量是根据两点间的水平距离和垂直角， 计算两点间的高差。如图，已知A点的高程HA,欲 测定B的高程HB,可在A点上安置经纬仪，量取仪器 高i(即仪器水平轴至测点的高度),并在B点设置 观测标志(称为觇标)。用望远镜中丝瞄准觇标的 ： 顶部M点，测出垂直角α,量取觇标高 v(即觇标顶 部M至目标点的高度),再根据A、B两点间的水平 距离DAB,则A、B两点间的高差hAB为：

h AB D AB tan i vB点的高程HB为：

H B H A hAB H A D AB tan i v

二、三角高程测量的基本公式1、地球曲率与大气折光的影响 由于大地水准面是曲面，过测站点的曲面切线不 一定和水平视线平行。故测得的高差和实际高差不一 定相等。 空气密度随着所在位置的高程变化，越到高空， 密度越稀，光线通过由下而上密度均匀变化的的大气 层时，光线发生折射，形成凹向地面的曲线。引起三 角高程测量偏差。

如图，PC为水平视线， PE 是通过P点的水准 面。由于地球曲率的 影响，C、E高程不等。 P、E同高程。CE为地 球曲率对高差的影响：

S P CE 2R

2 0

如图，A点高程已知，测量A、B 之间的高差hAB,求B点的高程。 PC为水平视线。PM为视线未受大 气折光影响的方向线，实际照准 在N上。 视线的竖直角为 。 则MN为大气折光影响：

K 2 MN S0 2R其中，K为大气垂直折光系数， S0为AB两点间的实测的水平距离。 R为地球曲率半径。

i为仪器高，

v 为觇标高，则B v

点的高程可以表示为： H=HA+ i +EC+CM-MN-NB = HA+ i +P+CM - 其中

CM PC tan =S0 tan 三角高程测量的公式可写为：

hAB H B H A D tan i v f

2、对向观测计算高差为了消除或减弱地球曲率和大气折光的影响，三角高程 测量一般应进行对向观测，亦称直、反觇观测。三角高程 测量对向观测，所求得的高差较差不应大于0.4D(m),其 中D为水平距离，以km为单位。若符合要求，取两次高差的 平均值作为最终高差。

三角高程测量计算

所求点 起算点

B A直 286.36 +10 32′26″ +53.28 +1.52 -2.76 +52.04-0.06

觇法 平距D/m 垂直角α Dtanα/m 仪器高i/m 觇标高v/m 高差h/m对向观测的高差较差/m

反 286.36 -9 58′41″ -50.38 +1.48 -3.20 -52.10 0.11+50.07 105.72 157.79

高差较差容许值/m平均高差/m 起算点高程/m 所求点高程/m

三、三角高程测量主要误差来源及减弱措施由公式知，观测边长D、垂直角、仪高i和觇标高v的测量 误差及大气垂直折光系数K的测定误差均会给三角高程测量 成果带来误差。 1、边长误差 边长误差决定于距离丈量方法。用普通视距法测定距 离，精度只有1/300;用电磁波测距仪测距

,精度很高，边 长误差一般为几万分之一到几十万分之一。边长误差对三 角高程的影响与垂直角大小有关，垂直角愈大，其影响也 愈大。

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