全站仪三角高程测量精度分析

辽宁工程技术大学继续教育学院毕业论文（设计）

题目：全站仪三角高程测量精度分析

层次

专业测绘工程

函授站点霍林河函授站

班级2011 级

姓名

指导教师

2012 年 10月 18 日

全站仪三角高程测量精度分析

内容摘要全站仪三角高程测量具有效率高，实施灵活等优点。全站仪三角高程测量可以代替水准测量进行高程控制，主要有对向观测法和中间观测法。在这两种方法中，前者将大气折光系数作

为常数考虑，认为各个方向的折光系数相同，这与实际的情况有出入。而中间观测法则将大气折光

系数作为变量处理，并加以改正。经研究并通过实践验证，在观测结果进行修正的条件下，全站仪

三角高程测量完全能达到三、四等水准测量的精度要求，同时可借助Excel 强大的数据处理能力，使观测数据的处理更为方便快捷[1] 。文章根据三角高程测量原理及误差传播定律，对全站仪三角高

程测量在测量中的应用及精度进行了探讨。对三角高程测量的不同方法进行了对比、分析总结。通

过试验，对全站仪水准法三角高程测量进行了精度分析。

关键词全站仪；三角高程测量；精度分析

目录

第一章全站仪 (1)

1.1全站仪的介绍 (1)

1.1.1全站仪的工作原理 (1)

1.1.2全站仪的发展和简史 (1)

1.1.3全站仪的分类 (1)

1.1.4全站仪的结构 (2)

1.1.5全站仪的主要特点 (3)

1.1.6全站仪操作注意事项 (4)

1.2 全站仪的主要功能 (5)

1.2.1水平角测量 (5)

1.2.2距离测量 (5)

1.2.3坐标测量 (5)

1.2.4全站仪的数据通讯 (5)

1.3全站仪的检验 (6)

1.3.1全站仪整平以及气泡校正 (6)

1.3.2垂直度盘安装过程中的误差分析及其校正 (6)

1.3.3检验 (7)

第二章全站仪三角高程测量的原理 (8)

2.1三角高程测量定义 (8)

2.2三角高程测量基本原理 (8)

2.3全站仪三角高程测量的技术指标 (8)

第三章全站仪三角高程测量方法 (10)

3.1三角高程测量的传统方法 (10)

3.2单向精密三角高程测量方法 (11)

3.4全站仪水准法三角高程测量 (13)

3.5对向观测法 (13)

3.6中间观测法 (15)

第四章全站仪三角高程测量精度分析 (17)

4.1全站仪三角高程测量精度分析 (17)

4.1.1大气对光电测距精度的影响 (17)

4.1.2削减大气对测距精度影响的途径 (18)

4.1.3光电测距的最佳观测时间 (18)

4.1.4根据大气模型进行修正 (18)

4.2不同观测方法误差的共同点 (18)

4.3提高全站仪三角高程测量精度的措施 (19)

第五章全站仪三角高程测量的应用实例 (20)

5.1工程概况 (20)

5.2准备工作 (20)

5.3现场测量及注意事项 (21)

5.4内业整理计算分析 (21)

5.4.1求 K 值 (21)

5.5技术小结 (22)

5.5.1对三角高程的误差、精度进行分析 (22)

5.5.2做好测量前准备工作 (22)

5.5.3工程总结 (22)

第六章结语 (23)

第一章全站仪

1.1 全站仪的介绍

全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称

之为全站仪。

1.1.1 全站仪的工作原理

全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪

将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测

角操作简单化，且可避免读数误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，

以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。

1.1.2 全站仪的发展和简史

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。

随着电子测距技术的出现，大大地推动了速测仪的发展。用电磁波测距仪代替光学

视距经纬仪，使得测程更大、测量时间更短、精度更高。人们将距离由电磁波测距仪测

定的速测仪笼统地称之为“电子速测仪” （Electronic Tachymeter ）。

全站型电子速测仪则是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的

三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。

由于全站型电子速测仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以人们也通常称之为全站型电子速测仪或简称全站仪。

1.1.3 全站仪的分类

全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系

统及动态（光栅盘）测角系统等三种。

全站仪按其外观结构可分为两类：

（1）积木型（ Modular ，又称组合型）

早期的全站仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录器各是

一个整体，可以分离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，形成完整的全站仪。

（2）整体性（ Integral）

随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单元在光

学、机械等方面设计成一个不可分割的整体，其中测距仪的发射轴、接收轴和望远镜视

准轴为同轴结构。

全站仪按测量功能分类，可分成四类：

（1）经典型全站仪（ Classical total station）

经典型全站仪也称为常规全站仪，它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记

录等基本功能，有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。

（2）机动型全站仪（ Motorized total station）

在经典全站仪的基础上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转。在计算机的在线控制下，机动型系列全站仪可按计算机给定的方向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。

（3）无合作目标性全站仪（Reflector less total station）

无合作目标型全站仪是指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。因此，对不便安置反射棱镜的目标进行测量，无合作目标型全站仪具有明显优势。

（4）智能型全站仪（ Robotic total station）

在机动化全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能，因此在自动化

的进程中，全站仪进一步克服了需要人工照准目标的重大缺陷，实现了全站仪的智能化。

1.1.4 全站仪的结构

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。

（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