全站仪

4-5 全站仪及其使用

（一）全站仪的基本结构

全站型电子速测仪简称全站仪，由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组合而成。全站仪包含水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统四大光电系统。

全站仪全部功能如下：

（1）测角部分相当于电子经纬仪，可以测定水平角、竖直角和进行角度设置。 （2）测距部分相当于光电测距仪，测定测站点与目标点的斜距，并通过数据处理解算平距和高差。

（3）数据处理系统可以接收指令，分配各种观测作业，进行数据运算，并提供数据存储功能。

（4）输入、输出设备包括键盘、显示屏和数据线接口，使全站仪和微机等设备交互通讯数据，形成内外一体的测绘系统。 (二)全站仪的主要测量功能

全站仪作为光电技术的最新产物，可以完成角度测量、距离测量、坐标测量、放样测量、对边测量、交会测量、面积测量、悬高测量等十多项测量工作，这里仅介绍与工程建筑有关的主要功能。

1.水平角测量

全站仪测角系统是利用光电扫描度盘，自动显示读数，使观测时操作简单，避免产生人为读数误差。水平角观测基本操作过程如下：

（1）选择水平角显示方式

按角度测量键使全站仪处于角度测量模式。一般全站仪具有左角（逆时针角）和右角（顺时针角）两种模式可以选择，按照我们的习惯与经纬仪保持一致，通常选择右角观测模式。

（2）起始方向水平度盘读数设置

测定两条直线间的水平夹角，选择其中一个方向为起始方向。照准起始方向，设置当前

的水平度盘读数为"

'00000 ，即水平方向置零。

也可以将起始方向水平度盘读数设置成已知角度，完成水平度盘定向。 （3）水平角测量

照准起始方向，设置完水平度盘读数后，顺时针转动望远镜，照准前视方向，此时显示的水平度盘读数为两方向之间的水平夹角。如观测一测回角度值其操作过程与经纬仪测水平角观测相同。

竖直角观测只需照准目标点，屏幕显示第一行“V ”即为竖直读盘读数。竖直角观测值显示方式可以在竖直角与天顶距之间切换。

2.距离测量

全站仪进行距离测量时，考虑大气折光和地球曲率对距离的影响，首先要设置正确的大气改正数，选择棱镜类型后设置棱镜常数，长距离测量时还应进行返回信号检测。距离观测基本操作过程如下：

（1）设置棱镜常数

全站仪在距离测量时发射的光线，在反射棱镜中经折射后沿原入射方向反射回全站仪。光在反射棱镜的玻璃中传播速度比在空气中慢，而其在反射棱镜中传播所用的时间会使所测距离偏大某一数值，这个数值称之为棱镜常数。测距前将棱镜常数输入仪器中，仪器会对所测距离进行改正。目前多数全站仪已经在仪器内部修正这一问题，若使用原厂棱镜，棱镜常数一般为零。

（2）设置大气改正值或气温、气压值

测距红外光在大气中的传播速度会随大气折射率的不同而变化，而大气折射率与大气的温度和气压有着密切的关系。温度15℃和大气压强为760mmHg 是仪器设置的一个标准状态，此时大气改正值为0ppm 。测量过程中，可以输入温度和气压值，全站仪自动计算大气改正值（也可以直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。

（3）测距模式的选择

全站仪测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测（速测）模式三种。精测模式是常用的测距模式，测量时间约为2.5s ，最小显示单位为1mm ；跟踪模式用于移动目标或放样时连续测距，最小显示单位一般为1cm ；粗测模式测量时间约为0.7s ，最小显示单位为1cm 或则1mm 。在距离测量或坐标测量时，可以按测距模式键选择不同的测距模式。

（4）距离测量

照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成后显示斜距、平距、高差。输入准确的仪器高和棱镜高，可以得到测站点与待测点之间的高差。有些型号的全站仪在距离测量时不能设置仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。

3.坐标测量

全站仪可以直接测算点的三维坐标，如图4-5-1所示，O 为测站点，A 为后视点，1位待定点。已知A 的坐标为（A A A Z E N ,,），O 的坐标为（O O O Z E N ,,），求待测点1的坐标（111,,Z E N ）。

图4-5-1 坐标测量计算原理图

根据坐标反算其坐标方位角O

A O

A OA N N E E --=arctan α，为后视OA 边坐标方位角。由此

可得待测点1的坐标（111,,Z E N ）为:

αcos sin 1⋅⋅+=z s N N O (4-5-1) αsin sin 1⋅⋅+=z s E E O (4-5-2) v i z s Z Z O -+⋅+=cos 1 (4-5-3)

式中：111,,Z E N ——为待测点坐标

O O O Z E N ,,——为测站点坐标

s ——为测站点至待测点的斜距 z ——为天顶距

α——为测站点至待测点方向的坐标方位角

i ——为仪器高

v——为棱镜高

需说明的是，全站仪上常用（N，E，Z）表示点的三维坐标，其中N对应X，E对应Y，Z对应H。坐标测量基本操作过程如下：

（1）设置棱镜常数、大气改正或气温、气压值。

（2）设定测站点数据。测量前需将测站点坐标、仪器高通过键盘进行输入。仪器高是指仪器的横轴中心至测站点的垂直高度，可以用钢卷尺量出。

（3）设定后视点定向元素。照准后视点，输入后视点的坐标或后视边坐标方位角。当输入后视点的坐标时，全站仪自动计算后视方向坐标方位角，水平度盘读数显示该坐标方位角值。

（4）输入棱镜高。棱镜高是指棱镜中心至地面点的垂直高度。

（5）待测点坐标测量。精确照准前视目标棱镜中心，按坐标测量键，全站仪开始测量，屏幕上显示待测点的三维坐标。

4.全站仪放样

全站仪可以用角度、距离放样，也可以用坐标放样。在放样过程中，通过对放样点的角度、距离或坐标的测量，仪器将显示预先设计好的放样值与实测值之差，以指导准确放样。

（1）角度和距离放样

角度和距离放样是根据相对于某参考方向转过的角度和放样的距离测设所需点位。其操作步骤为：

①全站仪安置于测站点，精确照准后视点的参考方向。

②选择放样模式为角度和距离放样，依次输入放样距离和放样角度。

③水平角放样。转动全站仪的照准部使dHA变为0°00′00″，固定照准部，此时仪器视线方向即角度放样的方向。

dHA表示水平角差值：水平角差值=水平角实测值-水平角放样值

④距离放样。沿视线方向安置棱镜，使棱镜的中心正对仪器，选取距离放样测量模式，根据仪器显示的距离差值dHD，引导棱镜在仪器视线方向前后移动，直到dHD显示值为零，此时棱镜所在的位置就是待放样点的点位。

dHD表示平距差值：平距实测值-平距放样值

（2）坐标放样

在已知放样点坐标的情况下可以选择坐标放样。坐标放样之前输入测站点、后视点和放样点的坐标，仪器便会自动计算放样点的角度和距离，利用角度和距离放样功能便可测设放样点的位置。也可以进行坐标放样，移动棱镜使三维坐标显示值为零，此时棱镜处既为放样点位置。其操作步骤为：

①～④步操作与坐标测量程序的前4步操作相同。

⑤输入放样点坐标。

⑥参照角度和距离放样的步骤，将放样点的平面位置定出。

⑦高程放样，将棱镜置于放样点上，在坐标放样模式下测量该点坐标，根据其与已知高程的差值，上下移动棱镜，直至差值显示为零，放样点点位确定。

(三)全站仪的操作与使用

1.测量前的准备工作

全站仪的种类很多，不同型号的全站仪其具体操作方法会有较大差异，但在测量之前一般应完成以下的准备工作。

（1）安装电池

在测量前首先检查内部电池充电情况，如果电池电量不足，要及时充电。测量时将电池