全站仪原理及其应用培训课件优质PPT.ppt

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如SET500全站仪的标称精度为：

测角精度=5；

测距精度=（3+2ppmD）mm。

全站仪的等级国家计量检定规程（JJG10094）将全站仪准确度等级分划为四个等级。

2023/4/29,全站仪,19,全站仪主要功能,1、测距与测角功能2、坐标测量与坐标放样功能3、对边测量4、悬高测量5、面积测量6、数据双向传输功能,2023/4/29,全站仪,20,全站仪的主要功能,1、对边测量如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距（HD）、斜距（S）、高差（V）和坡度（%）。

对边测量可以连续进行。

V,2023/4/29,全站仪,21,全站仪的主要功能,2、悬高测量如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度H,2023/4/29,全站仪,22,全站仪的主要功能,3、后方交会测量如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。

2023/4/29,全站仪,23,4、三维坐标测量如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定P的三维坐标。

A,P,B,全站仪的主要功能,2023/4/29,全站仪,24,全站仪的主要功能,5、放样测量将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。

有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。

2023/4/29,全站仪,25,全站仪的主要功能,6、偏心测量如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。

不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。

2023/4/29,全站仪,26,全站仪用于道路工程,2023/4/29,全站仪,27,全站仪用于道路工程,2023/4/29,全站仪,28,全站仪在桥梁工程中应用,2023/4/29,全站仪,29,全站仪用于电力系统测量,2023/4/29,全站仪,30,全站仪的无合作目标测距,有的时候，在目标点上要摆反射棱镜是比较麻烦的，甚至是不可能的，此时要测距怎么办呢？

现在有同轴型的全站仪，可以无合作目标测距，即所谓的“测站”单人测量系统。

2023/4/29,全站仪,31,全站仪的自动控制,远离测站的几种测量操作方式：

（1）计算机在线控制GeoCOM方式

（2）机载软件控制GeoBASIC方式,2023/4/29,全站仪,32,超站仪,徕卡GLPS：

精确自动定位和定向的仪器。

全站仪（激光测距）陀螺仪GPS,2023/4/29,全站仪,33,测量机器人的来临！

度盘读数自动化！

目标照准自动化！

基座安平自动化！

仪器对中自动化？

仪高量取自动化？

2光电测距和电子测角原理,2023/4/29,全站仪,35,测距仪分类,

（一）按光源分类（按其所采用的载波）,1.微波测距仪（microwaveEDMinstrument）：

用微波段无线电波作为载波;

2.激光测距仪（laserEDMinstrument）：

采用固体激光器、气体激光器或半导体激光器发出的方向性强、亮度高、相干性好的激光作光源；

3.红外测距仪（infraredEDMinstrument）：

采用砷化镓发光二极管发出不可见的红外光作光源，0.850.93m.激光测距仪、红外测距仪又统称为光电测距仪。

微波和激光测距仪多属于长程测距，一般用于大地测量；

红外测距仪属于中、短程测距仪（测程为15km以下），工程测量等。

2023/4/29,全站仪,36,

（二）按测程分类,1.短程光电测距仪：

测程小于3公里，用于工程测量。

2.中程光电测距仪：

测程为315公里，通常用于一般等级控制测量。

3.远程光电测距仪：

测程大于15公里，通常用于国家三角网及特级导线.,（三）按测距精度分类,测距精度按1公里测距中误差（即mD=A+BD,当D=1km时）,划分为3级:

级：

mD5mm；

5mmmD10mm；

10mmmD20mm。

其中：

A为固定误差，以mm为单位；

B为每公里的比例误差系数，以mm/km为单位；

D为测距边长，以km为单位。

1967年第13届国际计量会议定义:

1秒是相应于铯原子基态的两个超精细能量级间的跃迁辐射的9192631770个周期的时间.1983年第17届国际计量会议定义:

1米是光在真空中于1299792458秒的时间间隔内所经路径的长度.,2023/4/29,全站仪,37,AB两点距离：

Dct/2式中c电磁波信号在大气中的传播速度，其值约为c3108米/秒。

t测量2D所需的时间。

一、光电测距原理,2023/4/29,全站仪,38,测量距离的精度将主要取决于测量时间的精度,在电子测距中测量时间一般采用两种方法

（1）直接测定时间：

如电子脉冲法（美：

最先进仅达到0.3m的精度）

（2）间接的测定时间：

相位法（通过测量电磁波信号往返传播所产生的相位移来间接的测定时间）。

2023/4/29,全站仪,39,1、脉冲式,脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离。

脉冲测距原理图,：

脉冲的振荡频率,q：

计数器计得的时钟脉冲个数,计数器只能记忆整数个时钟脉冲，不足一周期的时间被丢掉了。

测距精度较低，一般在“米”级，最好的达“分米”级。

2023/4/29,全站仪,40,2、相位式,相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的相位移来解算时间。

将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：

2023/4/29,全站仪,41,由于,，所以,则：

式中，,取,，则不同的调制频率对应的,测尺长见下表：

调制频率,测尺长,10m,20m,100m,1km,2km,调制频率越大，测尺长度越短。

2023/4/29,全站仪,42,可以理解为用一把长度为“u”的“光测尺”量距，N为整尺段数，N为不足一整尺段的尾数,相当于钢尺量距D=nl+q。

但仪器用于测量相位的装置（称相位计）只能测量出,即尺段尾数N（N=/2），而不能测量整周数N。

如：

当测尺长度为u10m时，要测量距离为835.486m时，测量出的距离只能为5.486m，即此时只能测量小于10m的距离。

为了能得到距离的单解值，可将调制频率降低，使调制波长大于待测距离的2倍，这时待测距离的相位移即为。

将相位计记录的转换为距离，在测距仪的显示窗中显示出来。

2023/4/29,全站仪,43,仪器的测相精度只有1/1000，故当测尺距离越长，距离测量误差越大，例如：

当f1=15MHZ时，测尺长度/2=10m，距离误差为0.01m，当f2=150KHZ时，测尺长度/2=1000m，距离误差为1m。

2023/4/29,全站仪,44,w为了兼顾测程和精度，仪器中采用一组测尺配合测距，“粗测尺（长度较大的测尺：

1000m）”，“精测尺（长度较小的测尺：

10m）”.同时测距，然后将粗测结果和精测结果组合得最后结果。

粗测尺保证了测程，精测尺保证了精度。

2023/4/29,全站仪,45,电子度盘分类,二、电子测角原理,条码度盘测角,2023/4/29,全站仪,46,1编码度盘测角,2023/4/29,全站仪,47,1编码度盘测角,二进制码盘光电读数系统,2023/4/29,全站仪,48,2光栅度盘测角原理,光栅读数头,1发光管2照明光学系统3光栅度盘4指示光栅5接收光学系统6光电接收管,1,2,3,4,5,6,莫尔条纹技术,如80mm直径的度盘上刻有5000条刻划，即每1mm范围内刻20条线，其栅距相应的分划值为419.2”。

为提高测角精度，可采用莫尔条纹技术测微。

2023/4/29,全站仪,49,3条码度盘测角,1发光管2光路系统3条码度盘4线性CCD阵列,2023/4/29,全站仪,50,4动态度盘测角,2023/4/29,全站仪,51,不同测角原理的比较,2023/4/29,全站仪,52,自动目标识别与照准（AutomticTargetRecognition）,带ATR望远镜结构示意图,2023/4/29,全站仪,53,自动目标识别与照准（AutomticTargetRecognition）,2023/4/29,全站仪,54,3测距仪的检验与误差分析,测距成果受到多种因素的影响，其中一部分和仪器本身有关。

为了顺利地获取正确的观测数据，必须进行测距仪的检验。

检验时机：

对新购置的仪器或经过修理的测距仪，在使用前一般要进行全面检验。

检验的项目：

很多，其中加常数、乘常数是仪器的两项主要系统误差。

2023/4/29,全站仪,55,1.加常数K及简易测定,加常数的成因：

是由于仪器电子中心与其机械中心不重合而形成的，是电磁波信号往返传播路程的1/2和所测距离的差值。

简易测定：

在地面上用木桩标出一直线ABC，桩顶用小钉表示点位。

用测距仪分别测量出AB、BC、AC的长度，则AC+K=（AB+K）+（BC+K）K=AC（AB+BC）特点：

这种方法简便，但精度不高，只能用于粗略测定或检查加常数的变动情况。

2023/4/29,全站仪,56,2.乘常数R的概念,乘常数产生：

主要是由于测距频率偏移产生的。

所谓乘常数，就是当频率（）偏离其标准值而引起一个计算改正数的乘系数，也称比例因子。

3.加常数和乘常数的同时测定确定加常数和乘常数：

最常用的是六段基线全组合比较法，对观测数据采用一元回归拟合法处理。

2023/4/29,全站仪,57,测距成果计算,测距成果化算气象改正加常数改正乘常数改正倾斜改正,2023/4/29,全站仪,58,1气象改正,测距公式中电磁波在大气中的传播速度c随气象条件变化而变化；

而仪器中只能按一个固定值计算测距值。

因此应进行气象改正。

气象改正根据测距时的气象条件对测距成果进行改正。

不同的仪器给出的气象改正公式也不尽相同，一般在其使用说明书中给出。

日本产TOPCON牌的测距仪给出的气象改正公式为：

Ka（279.66）10-6,式中:

p大气压力（Pa）;

t大气温度（）,2023/4/29,全站仪,59,气压P的单位：

我国:

mb（毫巴）、mmHg（毫米汞柱）国际:

Pa（帕）、100Pa（百帕）、kPa（千帕）1mb=0.75005mmHg=100Pa（百帕）大气改正图：

有的仪器说明书上还给出了大气改正图，根据大气改正图可方便地查取气象改正值。

气象改正数Ka的计算公式中有的是按公里数（10-6）求出的,有的是按百米数mm/百米求出的.,2023/4/29,全站仪,60,加、乘常数改正,加常数与距离的长短无关，即：

加常数改正值=加常数本身乘常数一般以mm/百米或mm/公里表示，乘常数改正值=乘常数距离,2023/4/29,全站仪,61,倾斜改正,改正后斜距化算为测站所在水准面上的距离；

倾斜改正公式：

DScos式中S施加了气象改正、加、乘常数改正的斜距；

竖直角。

考虑到地球曲率及大气折光的影响时,上式变为DScosS2sincos,式中：

K为大气折光系数，一般取为0.13；

R为地球半径。

注意上式所求为测站的发射器所在的水准面上的距离。

2023/4/29,全站仪,62,例：

某台测距仪，测得AB两点的斜距1578.567m，测量时的气压p121.323kPa，t25C，竖直角153000；

仪器加常数K2mm，乘常数R2.510-6，求AB的水平距离。

其气象改正公式为：

Ka（281.8）10-6,2023/4/29,全站仪,63,解：

1气象改正,D1Ka（281.8）1.57856762.3mm2加常数改正D22mm3乘常数改正D32.51.5785673.9mm4改正后斜距SSD1D2D31578.635m5AB的水平距离DDScos1578.635cos1530001521.221m,2023/4/29,全站仪,64,测距仪使用注意事项,测距时严禁将测距头对准太阳和强光源，以免损坏仪器的光电系统。

在阳光下必须撑伞以遮阳光。

测距仪不要在高压线下附近设站，以免受强磁场影响。

测距仪在使用及保管过程中注意防震、防潮、防高温。

电池应注意及时充电。

仪器不用时，电池要充电保存。

2023/4/29,全站仪,65,误差分析和精度评定,1、测距仪的测距误差：

测距仪的测距误差主要有三类：

（1）固定误差：

与距离无关的误差；

（2）比例误差：

与距离成比例的误差；

（3）周期误差:

按距离成周期变化的误差。

（较小）此外测距误差还包括仪器和反光镜的对中误差。

2023/4/29,全站仪,66,2精度评定,电磁波测距的误差主要为两类，一类为固定误差；

另一类为比例误差。

周期误差由于很小，一般不予考虑。

标称精度为：

mDAB10-6式中：

A为固定误差，B为比例误差系数（mm/km）标称精度指电磁波测距仪出厂时的仪器的精度限额。

即仪器的实际精度若不低于此值，该仪器即合格，它并不是该仪器的实际精度。

2023/4/29,全站仪,67,检定后的实际精度,仪器经过检定后，成果经过各种常数改正，其精度要高于标称精度。

经检定后的实际精度为：

式中mD测距中误差；

mK加常数K的检测中误差；

mR乘常数R的检测中误差；

md和距离无关的测距中误差，对某一距离重复观测md可按下式计算：

式中：

v：

算术平均值和各观测值之差。

2023/4/29,全站仪,68,若在已知距离基线上观测，md亦可按下式计算：

为各观测值和真值之差。

测距误差以偶然误差为主:

测距成果经各项改正后其实际精度评定应按上式计算。

（根据实验统计表明，按照现在测距仪的检测水平，测距成果经各项改正后，基本可消除系统误差（加常数和乘常数）的影响）,2023/4/29,全站仪,69,4全站仪构造与使用,全站仪是指能完成一个测站上的全部测量工作的仪器。

左图：

Topcon（日）右图：

Trimble,2023/4/29,全站仪,70,全站仪的功能：

1）在野外测量中，其必须具备采集水平角、竖直角和倾斜距离三种基本数据的基本功能;

2）还需要计算坐标、方位角、高差、高程等数据，这些数据由三种基本数据经仪器内部的微处理器的处理得到。

全站仪实际上是一种将光电测距仪和电子经纬仪合为一体的仪器，是由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。

2023/4/29,全站仪,71,1、测量结果自动记录在电子手簿中,减少了读数的错误和记录的粗差,提高了功效。

2、利用全站仪中的微处理器,通过传感器可以自动的改正仪器轴系误差,提高测量精度;

3、距离改正,高差计算和坐标计算在仪器上自动完成,减少了内业计算工作量;

4、角度测量中自动扫描整个度盘,并求出平均值作为结果,消除了度盘的刻划误差和偏心差。

全站仪的特点：

2023/4/29,全站仪,72,全站仪组成,2023/4/29,全站仪,73,一、GTS-700的构造与性能,1、GTS-700的构造GTS-700全站仪它主要由主机、电池、反光镜等几部分组成.

（1）主机包括望远镜、显示窗及控制键盘、外部电源接口、串行信号接口等。

（2）电池电源：

为可以多次充电的镍镉电池。

每次充电大约需要十余个小时（时间要求并不非常严格）。

需对电池定期充电、放电（因为电池耗尽而又长期不用时，则会使电池容量变小，长期下去甚至会充不进电）GTS-700全站仪使用的为手柄式电池和BT3Q型电池组。

2023/4/29,全站仪,74,全站仪各部件名称：

2023/4/29,全站仪,75,（3）反光镜,反光镜的作用：

是使经主机发出的测距信号经反光镜反射后返回到主机的接收系统。

棱镜反光镜的基本反射单元，犹如从立方体玻璃上切下的一个角，其三个反射面互相垂直。

这样无论光线以何种角度进入，其出射光线均与入射光线平行。

一组反光镜：

由一块或几块这样的棱镜组成。

GTS-700的反光镜包括倾斜式单棱镜组、固定式三棱镜组及固定式多棱镜组，可根据所测距离的远近予以选择。

2023/4/29,全站仪,76,2023/4/29,全站仪,77,（4）附属设备,空盒气压计干湿温度计对讲机2、GTS-700的主要性能指标精度:

测角精度2测距精度（2mm2ppm）最大测程2.8km工作环境温度20C50C。

2023/4/29,全站仪,78,全站仪功能菜单,全站仪系统启动,SETUP设置,RECORD记录数据,PROG应用程序,XFER文件传输,EDIT编辑文件,2023/4/29,全站仪,79,全站仪角度观测方法,一、全站仪的安置二、水平角观测三、竖直角观测,2023/4/29,全站仪,80,一、经纬仪的安置与使用,1）垂球法（对中误差一般可小于3mm）垂球尖对准测站点标志中心。

1对中：

（垂球法、光学对中法）使仪器中心位于测站点的铅垂线上。

（一）安置（对中与整平）,2023/4/29,全站仪,81,2）光学对中法（对中误差一般不大于1mm）光学对中器圆心与测站点标志中心重合,光学对点器对中步骤：

先将三脚架踩紧后，装上仪器用脚螺旋进行对中，然后通过升降三脚架使圆水准器气泡居中，这时，仪器可能又不对中了，可稍微松动中心螺旋，在架头上平移仪器，使仪器对中。

2023/4/29,全站仪,82,光学对中器：

为一小型外调焦望远镜，当照准部水平时，对中器的视线经棱镜折射后的一段成垂直方向，且与竖轴中心重合。

光学对中器的使用:

旋转镜筒：

目镜调焦，看清对中器分划线；

拉伸镜筒：

物镜调焦，看清地面测站点标志；

要使对中器分划和测站标志周围同时清晰。

2023/4/29,全站仪,83,2.整平：

使水平度盘水平、竖轴竖直。

1）粗略整平：

分别转动照准部使圆水准盒到两个架腿处，通过升降架腿使圆水准器气泡居中。

若无圆水准盒，则使管水准器分别与三个脚腿方向一致，分别升降脚腿使管水准器气泡居中。

2023/4/29,全站仪,84,2）精确整平：

先平行，后垂直,转动照准部使管水准轴与两脚螺旋的连线方向平行，以相反的方向转动两脚螺旋使管水准器气泡居中；

转动照准部90，使水准管与原来的方向垂直，转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中。

注水准器气泡移动的方向与左手大拇指转动的切线方向一致。

平行垂直,2023/4/29,全站仪,85,3、精确对中，再次整平,1）精确对中：

检查光学对中器，若分划圈中心偏离测站点标志，则稍松中心连接螺旋，前后左右平行移动基座，使之精确对中。

（不可旋转）2）再次精确整平重复精确整平步骤，直至仪器既对中且管水准气泡在任何方向也居中为止。

注意：

对中、整平要相互兼顾，多次反复，方能完成。

2023/4/29,全站仪,86,水平角的目标设置及瞄准,瞄准的实质：

安置在地面点上的经纬仪望远镜的视准轴对准另一地面点的中心位置。

1）设置观测目标：

测角时，一般应在被瞄准的地面点上设置照准标志，标志中心在地面点的垂线上。

l距离较近时：

目标标志可为目标点（如钉子）、垂球线，也可竖立测钎；

l距离较远时：

目标标志可为垂直竖立的标杆或觇标。

2023/4/29,全站仪,87,2023/4/29,全站仪,88,2-5直线定向,本节主要讲述的内容：

何谓直线定向直线定向的方法及有关计算三角高程测量,2023/4/29,全站仪,89,二、标准方向的种类,标准方向有三种真子午线方向（真北）磁子午线方向（磁北）坐标纵轴方向（坐标北）,一、直线定向的概念：

测定直线与标准方向间的水平角度的工作称为直线定向。

2023/4/29,全站仪,90,1真子午线方向,真子午线：

过地球上某点及地球北极和南极的半个大圆，