全站仪在数字测图中的应用

浅谈全站仪在数字测图中的应用

【摘要】当今社会，随着计算机技术，空间技术，和现代通信技术的发展，传统的测绘技术体系正在世界范围内发生一场深刻的革命。而这些变革与测绘仪器的发展密切相关。而在众多的测绘仪器中全站仪成为令人瞩目的焦点。全站仪是一种光机电算一体化的高新技术测量仪，测距部分有发射，接收与瞄准组成共轴系统，测角部分由电子测角系统完成，是一种具有高精度，高效率，各种测量功能的外业数据采集设备，其大大减轻外业人员的劳动强度。本文分析了全站仪的测量原理，介绍了其在测绘中的应用，并对在城市数字测图中的误差进行研究。

【关键词】全站仪；测量原理；城市数字测图；误差

1.全站仪的测量原理

电子测距技术。

电子测距的基本原理是利用电磁波在空气中传播的速度为已知这一特性，测定电磁波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值。但是，这种直接测距的方法实现起来非常困难，当我们要求较高的测量精度时，对测量时间的要求很高，这在实践过程中是非常困难的。因此，我们在实际的测距过程中可以根据此原理采取改进的方法进行测距。在实际过程中主要用脉冲法：

测距使用的光源为激光器，它发射一束极窄的光脉冲射向目标，同时输出一电脉冲信号，打开电子门让标准频率发生器产生的时标脉冲通过并对其进行计数。光脉冲被目标反射后回到发射器，同样

产生一电脉冲，关闭电子门终止时标脉冲通过。徕卡di3000即是采用了脉冲法的测距原理，经过技术革新，脉冲法测距的精度得到了极大地提高。实践表明，其测量精度并不低于相位法测距的精度。基本测距原理如图（一）所示：

电子测角技术。

电子测角，即角度测量的数字化，也就是自动数字显示角度测量结果，其实质是用一套角码转换系统来代替传统的光学读数系统。目前，这套转换系统有两类：一类是采用编码度盘的所谓“绝对法”测角，一类是采用光栅度盘的所谓“增量法”测角。

光栅度盘测角原理。

光栅就是具有刻制成许多宽度和间隔都相等的直线条纹的光学

器件，即它是由许多等间隔的透光的缝隙和不透光的刻划线所组成。光通过光栅时会产生光的衍射效应。用于透射衍射的光栅称为透射光栅，用于反射光衍射的光栅称为反射光栅。光栅有两个基本参数，一是毫米长度范围内的条纹数，称为条纹密度；二是相临条纹之间的距离，称为间距。根据测量对象不同，有长度测量用的光栅，刻在一直尺上，称为直线光栅。另一种是用于角度测量的光栅，是在度盘径向按等角距离刻制的辐射状的径向光栅。如有两片参数相同的光栅重叠在一起，并使他们的栅缝间有较小的夹角，那么，在光照明下就会出现与光栅栅缝相垂直的明暗相间的条纹——莫

尔条纹。

随着分析光栅对于度盘光栅的角移，便产生了莫尔干涉条纹在径

向的移动，这种移动使得在某固定点上接受到的莫尔条纹的光强呈现正弦形的变化。若在该点上设置光电探测器进行光电转换。则会输出正弦电信号。正弦信号一周即为一个莫尔条纹宽m。这相应于分析光栅和度盘光栅间相对移动一个栅距d.将正弦电信号经过放大，整形并由微分电路变成脉冲信号，则一脉冲就与一定的角度值相当。计算脉冲个数便得到角度。由此看出，光栅度盘的测角是在相对运动中读出角度的变化量，因此这种测角方法属于“增量法”的测角。

编码度盘测角原理。编码度盘类似于普通光学度盘的玻璃码盘，在此平面上分着若干宽度相同的同心圆环，而每一圆环又被刻制成若干等长的透光和不透光区，这种圆环称为编码度盘的“码道”。每条码道代表一个二进制的数位，有里到外，位数由高到低。在码道数目一定的条件下，整个编码盘可以分成数目一定，面积相等的扇形区，称为编码盘码区。处于同一码区内的各码道的透光区与不透光区的排列，构成编码盘的一个编码，这一码区所显示的角度范围，称为编码度盘的角度分辨率。为了读取各码区的编码数，需要编码度盘的码道一测设置光源。而在对应的码盘另一侧设置光电探测器。每一检测器对应一个光源。码盘上的发光二极管和码盘下的光敏二极管组成测角的读定标志。把码盘的透光和不透光，由光电二极管转换成电信号。以透光表示“1”，不透光表示“o”。这样码盘上每一格就对应一个二进制数，经过译码即成十进制数，从而能显示一个度盘上读出的方位或角度数值。因此，编码度盘的测角方

式为绝对法测角。

2.全站仪与rtk在城市测量中的应用

为能够满足城市测量的需求，以及在短时间内完成作业任务，使用rtk+全站仪可以满足这些需求，并且能够保持更好的精度。城市中高等级控制点距离远、不通视，普通等级点城市中破坏大、测量过程中通视不方便（车、人容易阻挡视线）。完全利用全站仪耗时间、耗人力，无法快速测量。利用rtk+全站仪的方法可以很好的解决这些问题。在测区范围内利用rtk布设控制点、在rtk不容易到达或局限性较大的地方可在附近布设控制点在利用全站仪进行测量，这样可以快速完成各种测量任务切精度也可保证。在西北民族大学的测量任务中，由于测区地形复杂、控制点离测区较远、恢复点附近高层建筑物多。使用了该方法进行楼点位恢复作业。在通过rtk测量中在受干扰较大的点位上，采取在其附近布设控制点然后利用全站仪进行了点位恢复，在开阔区域附近直接利用rtk进行了点位的恢复。然后又直接利用全站仪布导线在放点的方法进行了作业。在完成测量任务后对少数点利用静态gps接受机进行了长大60分钟的复测，结果表明利用rtk+全站仪的方法所放点位精度优于全站仪布导线放点位的精度。

3.全站仪在测图点位中误差分析测角误差分析

检验合格的全站仪水平角观测的误差来源主要有：

仪器本身的误差（系统误差）。这种误差一般可采用适当的观测方法来消除或减低其影响，但在全站仪测图中对角度的观测都是半

测回，因此，这里还是要考虑其对测角精度的影响。

在今后的若干年内，仪器的开发和使用将主要表现在软件技术中。在来全站仪的发展可能将有以下突破。（1）仪器采集数据的能力将加强。（2）仪器的自我诊断和改正能力将进一步完善，观测数据的精度将进一步提高。（3）仪器的实时处理数据的能力将提高，内置应用程序将增多。（4）系统集成将受到开发者和使用者的关注。（5）仪器间的数据直接交换和共享将成为现实，内业工作将更多的在观测的同时予以完成。

【参考文献】

[1]徐忠阳.全站仪原理与应用.解放军出版社，2003.

[2]张远智.全站仪的发展现状及未来.测绘仪器研究文集，2002.

[3]黄首彪.基于全站仪的地形图测绘方法探讨.浙江水利水电专科学校学报，2008.