全站型电子速测仪简称全站仪,它是一种可以同时进行角度(水平角、竖直角)测量、距离(斜距、平距、高差)测量和数据处理,由机械、光学、电子元 件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置,仪器便可以完成测站上所有的测量 工作,故被称为"全站仪"。 全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统,即水 平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入 操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过I/O 接口接入总线与微处理机联系 起来。
微处理机(CPU)是全站仪的核心部件,主要有寄存器系列(缓冲寄存器、 数据寄存器、指令寄存器)、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据 键盘指令启动仪器进行测量工作,执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显 示、储存等工作,保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外 部设备连接的装置(接口),输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互 通讯、传输数据。
目前,世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。（徕卡全站仪）
(一)、概况
电磁波测距按测程来分,有短程(<3km)、中程(3-15km)和远程(>15km) 之分。按测距精度来分,有Ⅰ级(5mm)、Ⅱ级(5mm-10mm)和Ⅲ级(>10mm)。按载 波来分,采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪;采用光波作为裁波的 称为光电测距仪。光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源(普通光源已 淘汰),采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪。由于红外测距仪是以砷化 稼(GaAs)发光二极管所发的荧光作为载波源,发出的红外线的强度能随注入电信 号的强度而变化,因此它兼有载波源和调制器的双重功能。GaAs 发光二极管体 积小,亮度高,功耗小,寿命长,且能连续发光,所以红外测距仪获得了更为迅 速的发展。本节讨论的就是红外光电测距仪。
(二)、测距原理
欲测定A、B 两点间的距离 D,安置仪器于 A 点,安置反射镜于 B 点。仪器 发射的光束由A 至B,经反射镜反射后又返回到仪器。设光速c 为已知,如果光 束在待测距离D 上往返传播的时间 。已知,则距离D 可由下式求出
式中c=c。//n,c。为真空中的光速值,其值为299792458m//s, n 为大气 折射率,它与测距仪所用光源的波长,测线上的气温t, 气压P 和湿度e 有关。
测定距离的精度,主要取决于测定时间 的精度,例如要求保证±lcm 的测 距精度,时间测定要求准确到6.7×10-lls,这是难以做到的。因此,大多采 用间接测定法来测定 。
间接测定 的方法有下列两种:
1.脉冲式测距 由测距仪的发射系统发出光脉冲,经被测目标反射后,再由测距仪的接收系统接收,测出这一光脉冲往返所需时间间隔( )的钟脉冲的个数以求得距离 D。 由于计数器的频率一殷为300MHz(300×106Hz),测距精度为O.5m,精度较低。
2.相位式测距
由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波,测出该调制光波在测线上往 返传播所产生的相依移,以测定距离D。红外光电测距仪一般都采用相位测距法。 在砷化镕(GaAs)发光二极管上加了频率为 f 的交变电压(即注入交变电流) 后,它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化,这种光称为调制光。测距仪 在A 点发出的调制光在待测距离上传播,经反射镜反射后被接收器所接收,然后 用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较,由显示器显出调制光在待测距离 往、返传播所引起的相位移φ 。
(三)、全站仪的操作与使用
不同型号的全站仪,其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪 的基本操作与使用方法。
1.全站仪的基本操作与使用方法
1)水平角测量
(1)按角度测量键,使全站仪处于角度测量模式,照准第一个目标A。
(2)设置A 方向的水平度盘读数为0°0000。
(3)照准第二个目标 B,此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹 角。
2)距离测量
(1)设置棱镜常数 测距前须将棱镜常数输入仪器中,仪器会自动对所测距离进行改正。
(2)设置大气改正值或气温、气压值 光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化,15和760mmHg 是仪器设 置的一个标准值,此时的大气改正为 0ppm。实测时,可输入温度和气压值,全 站仪会自动计算大气改正值(也可直接输入大气改正值),并对测距结果进行改 正。
(3)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
(4)距离测量 照准目标棱镜中心,按测距键,距离测量开始,测距完成时显示斜距、平距、 高差。 全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常 用的测距模式,测量时间约2.5S,最小显示单位1mm;跟踪模式,常用于跟踪移 动目标或放样时连续测距,最小显示一般为1cm,每次测距时间约0.3S;粗测模 式,测量时间约0.7S,最小显示单位1cm 或1mm。在距离测量或坐标测量时,可 按测距模式(MODE)键选择不同的测距模式。 应注意,有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高,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
(1)设定测站点的三维坐标。
(2)设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设 定后视点的坐标时,全站仪会自动计算后视方向的方位角,并设定后视方向的水 平度盘读数为其方位角。
(3)设置棱镜常数。
(4)设置大气改正值或气温、气压值。
(5)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
(6)照准目标棱镜,按坐标测量键,全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐 标。
(四)、全站仪的功能
1、全站仪的放样功能
全站仪显示的度盘读数中已经对仪器的三轴误差影响进行了自动改正,因此 在放样时需要特别注意。例如:放样一条直线时,不能采取与传统光学经纬仪相 同的方法(只纵向转动望远镜),而应采取旋转照准部180°的方法测设;放 样一条竖线时,应使用水平微动螺旋使水平角度显示的读数完全一致,而不能只 简单地转动望远镜;因为望远镜的水平方向和垂直方向不同补偿改正数的大小也 不同。使用距离和角度放样测量、坐标放样测量时,注意输入测站点坐标、后视点坐标后再对测站点坐标进行一次确认,并测量后视点坐标与已知后视点坐标 进行检核。
2、全站仪的补偿功能
仪器误差对测角精度的影响主要是由于仪器三轴之间关系的不正确造成的。 光学经纬仪主要是通过对三轴之间关系的检验校正来减少仪器误差对测角精度 的影响;而全站仪则主要是通过补偿改正实现的。最新的全站仪已实现了"三轴" 补偿功能,在使用全站仪补偿器的补偿功能时应注意如下:
(1)在使用全站仪时,当照准部水平方向制动螺旋制动,垂直方向转动望远镜 时,水平度盘的显示读数会不断变化,这正是全站仪自动补偿改正的结果。
(2)单轴补偿只能对垂直度盘读数进行改正,没有改正水平度盘读数的功能。 当照准部水平方向固定,上下转动望远镜时水平角度读数不变化。
(3) 双轴补偿只能改正由于垂直轴倾斜误差对垂直度盘和水平度盘读数的影 响。当照准部水平方向固定,上下转动望远镜时水平角度读数也不会变化。
(4) 三轴补偿的全站仪是在双轴补偿的基础上,用机内计算软件来改正因横轴 误差和视准轴误差对水平度盘读数的影响。即使当照准部水平方向固定,只要上 下转动望远镜水平度的显示读数仍会有较大的变化,而且与垂直角的大小、正负 有关。
(五)、全站仪小知识
1、全站仪的电子整平
全站仪的电子整平,当X、Y方向的倾斜均为零时,从理论上讲,当照准部 水平方向固定,上下转动望远镜时,水平度盘读数就不会发生变化;但有些仪器 在进行上述操作后水平度盘读数仍会发生变化,这是因为全站仪补偿器有零点误 差的检验和校正;电子气泡的居中必须以长水准气泡的检验校正为准,检验时先 水准气泡然后电子气泡。
2、全站仪的坐标显示
全站仪的坐标显示有两种设置方式,N、E、Z和E、N、Z。测量常用的坐标表示为X、Y、H 与N、E、Z 相同。如果设置错误就会造成测量结果的错误。 如在一次测量带状地形图时,同时四个组作业,观测数据导入计算机后,发现一个组的数据与前后都对接不上,结果就是这个组的仪器坐标设置方式错误。
3、全站仪的存储器 全站仪的存储器分为内部和外部两种。内部存贮器是全站仪整体的一个部 分;而电子记录簿、存贮卡、便携机则是配套的外围设备。目前全站仪大多采用 内部存储器对所采集的数据进行存储。如SET500全站仪的内存可存储多达 4000个测点的观测数据,对于一天的外业测量数据已经足够。外业工作结束 后应及时传输数据;在数据的初始化前应认真检查所有的数据是否已经导出,确 认无误后方可进行。使用数据存贮虽然省去了记录的麻烦,避免了记录错误,但存储器不能进行各项限差的检核,因此等级测量中不应使用存储器记录,仍需人工记录、检核。
(六)、全站仪使用的注意事项
1、全站仪的误操作
全站仪在操作过程中难免发生错误,无论在何种情况发生误操作错误均可回过头来到基本测量模式,再进入相应的测量模式进行正确操作。角度测量模式除 外的其他测量模式均为测距,如果没有信号可回到基本模式,再准确瞄准棱镜进 行相应的测量工作,否则检查棱镜是否正对仪器。当视线接近正对太阳光时应加 望远镜遮光罩,否则将无法测距。
2、全站仪的电池
目前全站仪的电池大多是可充电的锂离子电池,使用中应注意以下几点。
(1)电池一定要在仪器对中整平前装好,以免因振动影响仪器的对中整平;关 机后再取出,以免丢失数据;
(2)电源应在对中整平后打开、搬动仪器前应关闭。因为全站仪的自动补偿在倾斜状态耗电量特别大;
(3) 距离测量的耗电量远远大于角度测量,测量过程中尽量减少测距次数。特 别在程序测量功能下,显示测量数据后应立即停止,否则测距一直在进行;
(4)电池容量不足应及时停止测量工作;长期不用应每月充电一次;
(5)仪器长期不用应至少三个月通电检查一次,防止电子元器件受潮。 以上问题,在测量过程中只要观测者认真,仔细观察仪器的工作状态和数据显示 内容,完全可以及时发现和避免错误发生的。所以只有掌握全站仪的工作原理、 熟悉操作步骤、明确测量功能、合理设置仪器参数、正确选择测量模式,才能真 正充分发挥全站仪在测量工作中的优势。（徕卡全站仪）
