第5章 全站仪使用

第五章全站仪及其使用

5.1 全站仪简介

全站仪是全站型电子速测仪的简称，它由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。全站仪通过测量斜距、竖直角、水平角，可进行平距、高差、高程及坐标值等的自动计算，并可进行距离、角度、坐标等的放样，通过内置的程序功能，还可以实现悬高测量、偏心测量和面积测量，甚至公路中线测量等。

5.1.1 全站仪的组成原理

全站仪的构造原理如图5-1所示。图中左半部分是四大光电测量系统，包括水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。前三部分相当于电子经纬仪，可以测量水平角、竖直角，并设置方位角等；测距系统相当于光电测距仪，可测量仪器与目标点之间的斜距，并自动计算平距和高差；测量部分的测量结果通过总线传递至数字处理机的微处理器进行数据处理，如图5-1的右半部分。微处理器由中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出设备（I/O）组成，是全站仪进行数据处理的核心部件。

为例，说明全站仪的基本结构与功能。

图5-2 拓普康GTS－311型全站仪

1.电池镜定杆；

2.仪器高量测标志；

3.水平微动螺旋；

4.水平制动螺旋；

5.脚螺旋；

6.基座底板；

7.三角基座固定旋钮；

8.圆水准器校正螺钉；

9.圆水准器10.操作键；

11.管水准器； 12.竖直微动螺旋；13.竖直制动螺旋；14.望远镜目镜；15.望远镜把手；

16.望远镜调焦螺旋；17.瞄准器；18.电池锁定螺钉；19.仪器高量测标志；20.光学对中器；

5.1.4 全站仪的类型

全站仪按其结构分为分体式和整体式两种。分体式全站仪由光电测距仪和电子经纬仪组合而成；整体式全站仪则将测距仪与电子经纬仪制成整体结构，使用更为方便。

全站仪按数据存储方式可分为内存型与电脑型两种。内存型全站仪所有程序固化在存储器中，不能添加或改写，也就是说只能使用全站仪提供的功能，无法扩充；电脑型全站仪则内置Microsoft DOS等操作系统,所有程序均运行于其上,可根据实际需要添加程序来扩充功能。

全站仪按其测角精度可分为1''级、2''级、5''级全站仪等。目前，我国市场上主要的全站仪产品有：瑞士莱卡(Leica）公司生产的wild TC系列全站仪；日本素佳（Sokkia）公司生产的SET系列全站仪、拓普康（Topcon）公司生产的GTS系列全站仪、尼康（Nikon）公司的DIM系列全站仪、宾得（Pentax）公司的PTS系列全站仪、我国南方测绘公司生产的NTS系列全站仪等。

5.2 全站仪的操作与使用

全站仪测量的基本原理和方法与经纬仪和光电测距仪基本上是一致的。因此，在使用全站仪进行测角和量距时，都要像光学经纬仪一样，进行仪器对中、整平、瞄准和读数等步骤。在学习全站仪的操作与使用时，首先应理解测量的基本原理。例如，在使用全站仪进行坐标测量时，只有掌握了导线测量和坐标计算等内容，才能理解为什么要先照准已知后视点，设置方位角，再照准前视目标点进行坐标测量。下面以拓普康的普及型全站仪GTS-311系列（如图5-2）为例，说明全站仪的基本操作与使用。

5.2.1 观测前的准备工作

（1）连接电源

5.2.2.1 操作步骤

全站仪角度观测操作步骤如下；

（1）进入测角模式，瞄准起始（后视）方向目标，将当前水平度盘读数设置为00000'''︒。 （2）瞄准前视方向目标，屏幕上显示的读数即为观测角值。

GTS-311全站仪测角时，其屏幕显示流程如图5-6所示。在测角模式下，瞄准起始方向，屏幕显示如图5-6（a ）；按下F1（对应OSET 功能）键，屏幕提示是否确认将水平度盘读数设置为00000'''︒，屏幕显示如图5-6（b ）；按下F3（对应YES 确认）键，水平度盘读数设置为00000'''︒，屏幕显示如图5-6（c ），其中“V ：020190'''︒”为起始方向的垂直角读数；瞄准前视目标方向，此时水平度盘读数HR 为

关。若需观测左角（即望远镜逆时针方向旋转时，水平度盘读数增加）时，可进入角度测量模式第3页，将测角方式改为左角，此时屏幕上的“HR ”将变为“HL ”； （2）若不将起始方向水平度盘读数设置为00000'''︒，则用前视方向读数减去起始方向读数仍可得水平角值；

（3）在瞄准目标时，水平方向和垂直方向均应照准觇板标志中心，而非棱镜头的中心位置。 （4） 若需将垂直角变换为天顶距或倾角的形式，可进入角度测量模式第3页，按操作命令“CMPS ”，进行竖直角方式的切换。

（5） 若需观测多个测回，可使用角度测量模式第2页的操作命令“REP ”，进行多测回观测，并自动求得平均角值。

5.2.3 距离测量

使用全站仪进行距离测量，首先要注意设置正确的大气改正数与棱镜常数，否则测量结果是不可靠的。

5.2.3.1 大气改正数的设置

由光电测距仪的原理可知，全站仪光电测距结果与调制光在大气中的传播速度有关,而光传播速度与大气温度及气压是相关的。因此，应根据观测时的温度与气压对观测结果进行改正，该改正值称为大气改正数。大气改正方法如下：

（1）使用公式计算并将大气改正数输入仪器

拓普康GTS-311系列全站仪的标准观测条件为15℃与1013 hPa （或760mmHg ）。可用下式计算大气改

正数：

a K =6

1015.273033.10666.279-⨯ ⎝

⎛⎪⎭⎫+-t p （5-1） 式中a K ——大气改正数（6

10-）； p ——环境大气压（mmHg ）；

t —一 环境温度（°C ）。

【例5-1】 在温度为20℃，大气压为844.55hPa （635mmHg ）时观测1000m 的距离，由上式可计算