全站儀工作原理操作介紹

1、第二章全站儀 第一節(jié) 全站儀的概況 第二節(jié)全站儀的發(fā)展現(xiàn)狀及展望 第三節(jié)全站儀的測角原理 第四節(jié)全站儀的測距原理 第五節(jié)全站儀的補(bǔ)償器原理 第六節(jié)全站儀的數(shù)據(jù)處理原理 第七節(jié)全站儀的數(shù)據(jù)通訊 第八節(jié)全站儀基本測量功能 第九節(jié) 全站儀的操作使用注意事項第一節(jié)全站儀的概述一、基本概念（1）速測法：使用一種儀器在同一個測站點(diǎn)，能夠同時測定某一點(diǎn)的平面位置和高程的方法 。 （2）全站儀：在一個測站點(diǎn)能快速進(jìn)行三維坐標(biāo)測量、定位和自動數(shù)據(jù)采集、處理、存儲等工作，較完善地實(shí)現(xiàn)了測量和數(shù)據(jù)處理過程的電子化和一體化。全站儀的特點(diǎn)：小型、輕巧、精密、耐用，具有強(qiáng)大的軟件功能，操作更加方便快捷、測量精度更高、內(nèi)存

2、量更大、結(jié)構(gòu)造型更精美合理。 二、全站儀的應(yīng)用范圍 、應(yīng)用領(lǐng)域）測繪工程、建筑工程、交通與水利工程、地籍與房地產(chǎn)測量， ）在大型工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和構(gòu)件的安裝調(diào)試、船體設(shè)計施工、大橋水壩的變形觀測、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及體育競技等領(lǐng)域。 、全站儀的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：1、在地形測量過程中，可以將控制測量和地形測量同時進(jìn)行。2、在施工放樣測量中，可以將設(shè)計好的管線、道路、工程建筑的位置測設(shè)到地面上，實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)快速施工放樣。3、在變形觀測中，可以對建筑(構(gòu)筑)物的變形、地質(zhì)災(zāi)害等進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)測。4、在控制測量中，導(dǎo)線測量、前方交會、后方交會等程序功能，操作簡單、速度快、精度高；其他程序測量功能方便、實(shí)用且應(yīng)用

3、廣泛。5、在同一個測站點(diǎn)，可以完成全部測量的基本內(nèi)容，包括角度測量、距離測量、高差測量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。6、通過傳輸設(shè)備，可以將全站儀與計算機(jī)、繪圖機(jī)相連，形成內(nèi)外一體的測繪系統(tǒng)，從而大大提高地形圖測繪的質(zhì)量和效率。三、全站儀的基本組成及結(jié)構(gòu)1、全站儀的基本組成 全站儀由電子測角、電子測距、電子補(bǔ)償、微機(jī)處理裝置四大部分組成全站儀：光、機(jī)、電一體化，集水平角、垂直角、距離、高差測量功能于一體 全站儀由以下部分組成：（1）電源部分：可充電電池，為各部分供電（2）測角部分：電子經(jīng)緯儀，可測定水平角、豎直角、設(shè)置方位角（3）補(bǔ)償部分：實(shí)現(xiàn)儀器垂直軸傾斜誤差對水平、豎直角度測量影響的自動補(bǔ)償改正

4、（4）測距部分：光電測距儀，測定兩點(diǎn)之間的距離（5）中央處理器：接受輸入指令、控制各種觀測作業(yè)方式、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（6）輸入、輸出設(shè)備：鍵盤、顯示屏、雙向數(shù)據(jù)通訊接口2、全站儀的基本結(jié)構(gòu) 圖3-2全站儀結(jié)構(gòu)原理組合式全站儀 組合式全站儀由測距頭、光學(xué)經(jīng)緯儀及電子計算部分拼裝組合而成。 整體式全站儀 ：是在一個機(jī)器外殼內(nèi)含有電子測距、測角、補(bǔ)償、記錄、計算、存儲等部分。 原理：將發(fā)射、接收、瞄準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計成同軸，共用一個望遠(yuǎn)鏡，角度和距離測量只需一次瞄準(zhǔn)，測量結(jié)果能自動顯示并能與外圍設(shè)備雙向通訊。 特點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、精度高。 使用：與棱鏡對中桿和支架配套使用。（一般有水平方向和豎

5、直方向同軸雙速制動及微動手輪）四、全站儀的精度及等級 、全站儀的精度 在全站儀的精度等級設(shè)計中，對測距和測角精度的匹配采用“等影響”原則，即 式中，取=12km，= 206 265，則有表3-1所示的對應(yīng)關(guān)系。dmmd表3-1 的關(guān)系表3-2測距儀的精度分級測距標(biāo)準(zhǔn)差，即測距精度，按國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，在1991年1月實(shí)施的光電距儀檢定規(guī)程，分為三個等級，如表3-2所示。表3-2測距儀的精度分級2、全站儀的等級 表3-4 全站儀的準(zhǔn)確度等級 i、級儀器為精密型全站儀，主要用于高等級控制測量及變形觀測等； 、級儀器主要用于道路和建筑場地的施工測量、電子平板數(shù)據(jù)采集、地籍測量和房地產(chǎn)測量等 五、電

6、腦全站儀的主要特點(diǎn)(一）電腦全站儀（智能型全站儀）：具有雙軸傾斜補(bǔ)償器，雙邊主、附顯示器，雙向傳輸通訊，大容量的內(nèi)存或磁卡與電子記錄簿兩種記錄方式以及豐富的機(jī)內(nèi)軟件，因而測量速度快、觀測精度高、操作簡便、適用面寬、性能穩(wěn)定，深受廣大測繪技術(shù)人員的歡迎，成為1993年以來的全站儀主流發(fā)展方向。（二）電腦全站儀的主要特點(diǎn)如下：(1)電腦操作系統(tǒng)。電腦全站儀具有像通常pc機(jī)一樣的dos操作系統(tǒng)。(2)大屏幕顯示。可顯示數(shù)字、文字、圖像，也可顯示電子氣泡居中情況，以提高儀器安置的速度與精度，并采用人機(jī)對話式控制面板。(3)大容量的內(nèi)存。一般內(nèi)存在1m以上，其中主內(nèi)存有640k、數(shù)據(jù)內(nèi)存320k、程序內(nèi)

7、存512k、擴(kuò)展內(nèi)存512k。(4)采用國際計算機(jī)通用磁卡。所有測量信息都可以文件形式記入磁卡或電子記錄簿，磁卡采用無觸點(diǎn)感應(yīng)式，可以長期保留數(shù)據(jù)。(5)自動補(bǔ)償功能。補(bǔ)償器裝有雙軸傾斜傳感器，能直接檢測出儀器的垂直軸，在視準(zhǔn)軸方向和橫軸方向上的傾斜量，經(jīng)儀器處理計算出改正值并對垂直方向和水平方向值加以改正，提高測角精度。(6)測距時間快，耗電量少。早期：全站儀的發(fā)展主要體現(xiàn)在硬件設(shè)備上，如減輕質(zhì)量、減小體積等；中期：全站儀的發(fā)展體現(xiàn)在軟件功能上，如水平距離換算、自動補(bǔ)償改正、加常數(shù)乘常數(shù)的改正等；現(xiàn)今：全站儀的發(fā)展則是全方位的，如全自動、智能型。因此，全站儀的發(fā)展現(xiàn)狀及前景正朝著全自動、多功

8、能、開放性、智能型、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，它將在地形測量、工程測量、工業(yè)測量、建筑施工測量和變形觀測等領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。第二節(jié) 全站儀的發(fā)展現(xiàn)狀及前景一、全站儀的發(fā)展全站儀的發(fā)展具有如下幾個特點(diǎn) ： 儀器的系統(tǒng)性，全站儀有供數(shù)據(jù)輸出的標(biāo)準(zhǔn)串行端口，這個標(biāo)準(zhǔn)串口的開發(fā)應(yīng)用，不僅能將數(shù)據(jù)從儀器傳輸?shù)接涗浧鳌㈦娮佑涗洸净螂娮悠桨逯?，即?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單向流動；而且能夠?qū)?shù)據(jù)或程序從計算機(jī)輸入到儀器中，以便對儀器的軟件進(jìn)行更新，甚至通過計算機(jī)和儀器的連接，將儀器作為終端由計算機(jī)中的程序?qū)x器進(jìn)行實(shí)時控制操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向流動。此時全站儀已不再是一臺單一的測繪儀器，它和計算機(jī)、軟件甚至一些通訊設(shè)備(如電

9、話、傳真機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等)一起，組成子一個智能型的測繪系 雙軸自動補(bǔ)償改正 （全站儀中安裝的補(bǔ)償器，自動檢測或改正由于儀器垂直軸傾斜而引起的測角誤差；通過儀器視準(zhǔn)軸誤差和橫軸誤差的檢測結(jié)果計算出誤差值，必要時由儀器內(nèi)置程序?qū)λ^測的角度加以改正） 實(shí)時自動跟蹤、處理和接收計算機(jī)控制（新式結(jié)構(gòu)的全站儀可以實(shí)現(xiàn)無人值守觀測、自動放樣、自動檢測三軸誤差、自動尋找和跟蹤目標(biāo)。因此，在變形觀測、動態(tài)定位及在一些對人體有害的環(huán)境中應(yīng)用，將具有無可比擬的優(yōu)越性） 操作方便，功能性強(qiáng) （全站儀所使用的是液晶顯示屏，因此用何種文字顯示并沒有太多的區(qū)別，有些儀器即提供了好幾種不同語言的操作菜單，雖然中文占用的點(diǎn)陣

10、行數(shù)會多一些，但“滾動條”的使用可解決這個問題） 內(nèi)置程序增多和標(biāo)準(zhǔn)化 （內(nèi)置程序能夠?qū)崟r提供觀測過程并計算出最終結(jié)果。觀測者只要能夠按儀器中設(shè)定的功能，操作步驟正確就能完成測量工作，而不含程序的全站儀則只能提供觀測值和觀測值的計算值。通過程序?qū)?nèi)業(yè)計算的工作直接在外業(yè)中完成，程序的執(zhí)行過程實(shí)際上也就是儀器操作的執(zhí)行過程。目前，各廠家儀器都具備有內(nèi)置程序的功能，比較實(shí)用的程序有度盤定向、放樣測量、坐標(biāo)測量等。 開放性環(huán)境，用戶可二次開發(fā)功能(開放性具有足夠的包容性和靈活性，在不同的場合中能夠適應(yīng)不同的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，開放環(huán)境的要求已經(jīng)遍及整個開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域。過去用戶只能被動地接收全站

11、儀所提供的功能，若遇到一些特殊要求的工作，用戶只能采用一些變通的方法，不能主動地去指揮儀器工作。而在開放環(huán)境的條件下，用戶就可以參與到儀器功能的二次開發(fā)中，從而使用戶真正地成為儀器的“頭腦”，使儀器按照人的意愿去進(jìn)行工作。 儀器的兼容性和標(biāo)準(zhǔn)化(所購的一套儀器，使用了若干年后，如果其中一個關(guān)鍵部件的損壞或技術(shù)的更新，由于設(shè)備之間的不兼容，使這套儀器配置中的其他配件也不能為別的儀器所利用，那么用戶只能將其整個淘汰。目前各廠家的數(shù)據(jù)記錄設(shè)備都向pcm-cia卡靠攏，但這僅僅是在兼容性方面邁出的小小一步。考慮到全站儀是一種特殊行業(yè)使用的特殊儀器及各廠家自身的利益，兼容性還僅僅只能停留在設(shè)想上) 實(shí)現(xiàn)

12、數(shù)據(jù)共享能力(指全站儀和其他類型的儀器(如gps接收機(jī)、數(shù)字水準(zhǔn)儀)之間的數(shù)據(jù)交流。通過不同儀器之間的數(shù)據(jù)交流，從而減少內(nèi)業(yè)、外業(yè)之間的銜接，提高測量工作的自動化水平) 高精度(現(xiàn)行精度最高的全站儀，測角精度0.5，測距精度(1mm + 1ppmd)。高精度儀器的出現(xiàn)，解決了一系列精密工程測量方面的問題，但現(xiàn)實(shí)測量工程中有時也需要更高精度的儀器，以降低精密測量的難度和工作量，這是用戶的要求，也是技術(shù)發(fā)展的要求)二、全站儀軟件包的發(fā)展、全站儀測量軟件包的發(fā)展現(xiàn)狀 (1)菜單功能。各公司目前新近推出的全站儀軟件包大都采用了菜單功能。利用菜單功能和配置的操作提示，可以在提高儀器操作功能的同時簡化鍵盤

13、操作。(2)基本測量功能。包括電子測距、電子測角(水平角、垂直角)，經(jīng)微處理器處理可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、成果計算、數(shù)據(jù)傳輸及基本參數(shù)設(shè)置等。主要用于測繪的基本測量工作，包括控制測量、地形測量和工程放樣施工測量等。特別注意的是只要開機(jī)，電子測角系統(tǒng)即開始工作并實(shí)時顯示觀測數(shù)據(jù)。(3)程序測量功能。包括水平距離和高差的切換顯示、三維坐標(biāo)測量、對邊測量、放樣測量、偏心測量、后方交會測量、面積計算等。特別注意的是程序測量功能只是測距及數(shù)據(jù)處理，它是通過預(yù)置程序由觀測數(shù)據(jù)經(jīng)微處理器數(shù)據(jù)處理、計算后顯示所需要的測量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲及雙向通信。(4)用戶開發(fā)系統(tǒng)。為了便于用戶自行開發(fā)新的功能，滿足某些特殊測量

14、工作的需要，全站儀具有用戶開發(fā)系統(tǒng)。目前，全站儀一般都裝有標(biāo)準(zhǔn)的ms-dos操作系統(tǒng)，用戶可在pc機(jī)上開發(fā)各種測量應(yīng)用程序，以擴(kuò)充全站儀的功能。 2、國內(nèi)全站儀軟件包開發(fā)狀況 (1)軟件包一般配置有按我國測繪生產(chǎn)組織方式和國家測繪規(guī)范要求的應(yīng)用程序。(2)軟件包功能齊全。如南方測繪儀器公司的nts-202系列全站儀，能夠提供平均測量、放樣測量、懸高測量、間接測量、坐標(biāo)測量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽鼈冊趯?shí)現(xiàn)數(shù)字化測圖中起著重要作用。(3)用戶界面漢字化，便于我國用戶操作。如蘇州第一光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的dqz2全站儀具有寬屏幕點(diǎn)陣圖形，其軟件包的用戶界面全部采用漢字顯示。(4)軟件包數(shù)據(jù)采集和計算處理一體化

15、，形成的各種坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件可通過格式轉(zhuǎn)換與各種繪圖軟件接口，實(shí)現(xiàn)自動繪圖。(5)多種測量方法供用戶選擇，使全站儀能廣泛地應(yīng)用于控制測量、工程測量和工程放樣施工等領(lǐng)域。由此看來，從硬件到軟件，實(shí)現(xiàn)全站儀國產(chǎn)化已具備了技術(shù)條件。 3全站儀軟件包的未來發(fā)展趨勢全站儀軟件包將向著以下方面發(fā)展：(1)由基于dos編程向windows編程發(fā)展，軟件包功能更強(qiáng)大，界面更豐富多彩。(2)通過格式轉(zhuǎn)換和各種繪圖軟件接口，實(shí)現(xiàn)自動繪圖。(3)隨著液晶顯示技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來全站儀顯示屏不僅能顯示字符，而且還能顯示圖形，全站儀軟件包能現(xiàn)場實(shí)時繪制工作草圖，使數(shù)據(jù)自動采集與輔助測圖同時進(jìn)行，成為未來野外測量作業(yè)的先進(jìn)

16、作業(yè)方式。(4)全站儀作為內(nèi)、外作業(yè)聯(lián)系的重要部分，建立綜合測量系統(tǒng)，已成為開發(fā)全站儀軟件包的延續(xù)。如：索佳測繪公司的“綜合測繪系統(tǒng)”、徠卡公司的“開放式測量世界”、南方測繪公司的“cass南方內(nèi)外業(yè)一體化成圖軟件”、北京光學(xué)儀器廠的“bgss”綜合測繪系統(tǒng)等。第三節(jié)全站儀測角原理 全站儀測角原理（仍然采用度盤，從度盤上取得電信號，再將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字并顯示角度值 ） 電子測角的度盤主要有編碼度盤、光柵度盤、動態(tài)度盤三種形式。因此，電子測角也就有編碼測角、光柵測角、動態(tài)測角等形式。第四節(jié) 全站儀的測距原理世界上第一臺測距儀，于1947年由瑞典aga公司制成，該廠生產(chǎn)的aga-8激光測距儀被認(rèn)為

17、是第一代測距儀的代表。這類儀器的最大測距一般為2060km。由南非1954年開始研制，1957年正式生產(chǎn)的微波測距儀，也屬于第一代測距儀，在良好的條件下，最大測距可達(dá)6080km。第一代測距儀，測距精度雖然較高，但體積大、笨重且造價昂貴。20世紀(jì)60年代中期，電子產(chǎn)品的小型化和小型發(fā)光二極管的研制成功，為第二代測距儀的設(shè)計提供了條件。第二代測距儀是一種小型、輕便的儀器，而且耗電少，操作簡便，但最大測距較短，一般為0.55km，測距精度為(210)mm +(0.55)ppm)。相干激光引入光波測距儀后，就產(chǎn)生了第三代測距儀，這類儀器十分輕便，耗電少、讀數(shù)方便，最大測距可達(dá)560km，精度高達(dá)(5

18、mm + lppm)。 目前，測距儀正向小型、自動、多功能的方向發(fā)展。中國在20世紀(jì)80年代中期，已研制出了第一臺電磁波測距儀，但由于國內(nèi)的電子材料的質(zhì)量等問題，始終未能投入生產(chǎn)。80年代后期，北京光學(xué)儀器廠與瑞典aga公司合作，組裝生產(chǎn)了aga-112、aga-114等型號的測距儀；90年代初，常州第二無線電廠推出了大地系列的測距儀，標(biāo)稱精度在5mm + 5ppm。一、測距儀的測程和測距精度 測距儀是利用電磁波作為載波和調(diào)制波進(jìn)行測量長度的一門技術(shù)。其主要技術(shù)指標(biāo)為測程和測距精度。、測距儀的測程 測距儀一次所測得的最遠(yuǎn)距離稱為測距儀的測程。一般認(rèn)為：(1)短程測距儀測程在5km以內(nèi)；(2)中

19、程測距儀測程在530km；(3)遠(yuǎn)程測距儀測程在30km以上。2、測距儀的測距精度測距儀的測距精度是儀器的重要技術(shù)指標(biāo)之一。測距儀的測距精度為： (3-10)式中 md測距中誤差，mm； a固定誤差，mm； b比例誤差； d距離，km。)(bppmdamd二、測距的基本原理測距儀是通過測量光波在待測距離上往返傳播的時間來計算待測距離的在a點(diǎn)安置光電測距儀，b點(diǎn)安置反射棱鏡，測距儀發(fā)射的光波經(jīng)反射棱鏡反射后，被測距儀所接收，測量出光波在a、b之間往、返傳播的時間。利用光波在空氣中的傳播速度約30萬kms這一特性，則： (3-12)式中 c光在大氣中的傳播速度，約30萬kms。dctd221按測定

20、時間的方法，電磁波測距儀主要可區(qū)分為以下兩種類型：(1)脈沖式測距儀。它是直接測定儀器發(fā)出的脈沖信號往返于被測距離的傳播時間，進(jìn)而按上式求得距離值的一類測距儀。(2)相位式測距儀。它是測定儀器發(fā)射的測距信號往返于被測距離的滯后相位來間接推算信號的傳播時間，從而求得所測距離的一類測距儀。五、全站儀無棱鏡測距原理無棱鏡測距又稱為無接觸測距，是指全站儀發(fā)射的光束經(jīng)過自然表面反射后直接測距。在特殊點(diǎn)或危險點(diǎn)的測量中有著廣泛的應(yīng)用，不僅使作業(yè)強(qiáng)度和危險性大大降低，而且對被測量目標(biāo)起到一定的保護(hù)作用。 表3-10常見無棱鏡全站儀參數(shù)由于相位法測距采用很細(xì)的激光束，就可以完成測量任務(wù)，使得相鄰非常近的兩個點(diǎn)

21、位也能被準(zhǔn)確地測定出來，因此有棱鏡測距和無棱鏡測距具有幾乎相等的測距精度。tcra采用激光作為發(fā)光源，提供了更強(qiáng)大的信號功率來進(jìn)行無棱鏡測距，其準(zhǔn)確度采用動態(tài)頻率校正技術(shù)來保證第五節(jié) 全站儀的補(bǔ)償器原理全站儀補(bǔ)償器是測量儀器由光學(xué)型(經(jīng)緯儀)轉(zhuǎn)向光電型(全站儀)后出現(xiàn)的一種全新的誤差改正器件，只有對補(bǔ)償器的基本原理有了一定的認(rèn)識，才能在實(shí)踐中更好地使用全站儀，以便提高測量精度和減少勞動強(qiáng)度。在全站儀作業(yè)中，如果整平的水準(zhǔn)氣泡偏離精確設(shè)置的氣泡中心，此時傳感器對儀器的水平度進(jìn)行檢測，并對由此產(chǎn)生的小角度偏差進(jìn)行自動補(bǔ)償改正。眾所周知，按測量規(guī)范要求，整平氣泡允許偏離半格，對水準(zhǔn)器為每格20的儀器

22、，如垂直軸傾斜在視準(zhǔn)軸的方向上為10，在傾角較大的地區(qū)測量時，會造成較大的測角誤差。對于光學(xué)經(jīng)緯儀，在半測回中不能對此誤差進(jìn)行自動改正；而裝有傾斜傳感器的全站儀，可以通過補(bǔ)償功能，使此誤差減小到最低程度。在高差較大的地區(qū)，仍可以在補(bǔ)償軟件的修正之下，精確地測量水平角和豎直角。 一、全站儀的三軸誤差 全站儀三軸的關(guān)系同光學(xué)經(jīng)緯儀一樣，包括垂直軸(豎軸)、水平軸(橫軸)和視準(zhǔn)軸，由于三軸的關(guān)系不正確引起的測角誤差簡稱儀器的三軸誤差。1視準(zhǔn)軸誤差視準(zhǔn)軸誤差是由于視準(zhǔn)軸和橫軸之間不垂直所引起的誤差，又稱照準(zhǔn)誤差。其主要原因是由于安裝和調(diào)整不當(dāng)，望遠(yuǎn)鏡的十字絲偏離了正確的位置，它是一個定值。此外，外界溫

23、度的變化也會引起視準(zhǔn)軸的變化，而且這個變化是一個不定值。若令c為視準(zhǔn)軸誤差c對水平方向觀測讀數(shù)的影響，則有： (3-22)顯然，與視準(zhǔn)軸誤差成正比，且隨著目標(biāo)點(diǎn)的垂直角度的增大而增大。coscc2水平軸誤差水平軸誤差是由于水平軸和垂直軸之間不垂直所引起的傾斜誤差，又稱為水平軸傾斜誤差。其主要原因是由于安裝或調(diào)整不完善，支撐水平軸的二支架不等高和水平軸兩端的直徑不等而引起的。由于儀器存在著橫軸誤差，當(dāng)儀器整平后垂直軸垂直水平軸也不水平，這就會對水平方向引起觀測誤差。若令i為橫軸傾斜誤差i對水平方向觀測讀數(shù)的影響。則有： (3-23)顯然， i的大小不僅與i角的大小成正比，而且與目標(biāo)點(diǎn)的垂直角有關(guān)

24、。 tanii 3垂直軸誤差垂直軸誤差是由于儀器的垂直軸偏離鉛垂位置所引起的誤差，又稱為垂直軸傾斜誤差。其主要原因是儀器整平不完善、垂直軸晃動、土質(zhì)松軟引起腳架下沉或因振動、溫度和風(fēng)力等因素的影響而引起腳架移動等。若令為垂直軸傾斜誤差對水平方向觀測讀數(shù)的影響，則有： (3-24)顯然，垂直軸傾斜誤差對水平方向值的影響不僅與垂直軸傾斜角有關(guān)，而且還隨照準(zhǔn)目標(biāo)的垂直角度和觀測目標(biāo)的方位不同而不同。在測量工作中，以上三種誤差同時存在，前兩種誤差采用盤左、盤右讀數(shù)取平均的方法可以消除，而垂直軸的傾斜誤差對水平角和垂直角的影響不能消除。tancos三、補(bǔ)償器的目的和作用在測量工作中，有許多方面的因素影響

25、著測量的精度，其中儀器的三軸誤差是諸多誤差源中最重要的因素。為了減少測量誤差，人們經(jīng)常采用盤左、盤右觀測求平均值的方法，但這個過程比較麻煩，需要多花費(fèi)一些時間，且容易導(dǎo)致操作上的錯誤。在許多應(yīng)用工程中，測量精度的要求相對較低，如在一般建筑施工測量中，單鏡位觀測就能夠滿足精度要求；另外，由于擔(dān)任許多定位和測量任務(wù)的人員，沒有經(jīng)過更多的有關(guān)測量技術(shù)方面的培訓(xùn)，這就給儀器提出了更高的要求，即應(yīng)盡可能方便使用，自動減少三軸誤差的影響。因此，補(bǔ)償器的目的就是為了減少儀器的三軸誤差對觀測數(shù)據(jù)的影響。補(bǔ)償器的作用就是通過檢測儀器垂直軸傾斜在軸和軸上的分量信息，自動地對測量值進(jìn)行改正，從而提高采集數(shù)據(jù)的精度。

26、四、補(bǔ)償器的工作原理補(bǔ)償器又稱傾斜傳感器，是全站儀里的一個重要部分。按工作原理可劃分為擺式補(bǔ)償器和液體補(bǔ)償器；按補(bǔ)償范圍可劃分為單軸補(bǔ)償器、雙軸傾斜補(bǔ)償器和三軸補(bǔ)償器。 1、單軸補(bǔ)償器在光學(xué)經(jīng)緯儀上采用單軸補(bǔ)償?shù)姆椒?，只能補(bǔ)償由于垂直軸傾斜而引起的垂直度盤讀數(shù)誤差.單軸補(bǔ)償只能自動改正由于垂直軸傾斜誤差對垂直度盤讀數(shù)的影響。、雙軸傾斜補(bǔ)償器雙軸傾斜補(bǔ)償器是當(dāng)儀器垂直軸傾斜時，能自動改正由于垂直軸傾斜誤差對垂直度盤和水平度盤讀數(shù)的影響。目前，絕大部分具有雙軸補(bǔ)償?shù)膬x器均采用液體補(bǔ)償器。3、三軸補(bǔ)償器三軸補(bǔ)償器不僅能夠補(bǔ)償全站儀垂直軸傾斜引起的垂直度盤和水平度盤的讀數(shù)誤差，而且還能補(bǔ)償由于水平軸傾

27、斜誤差和視準(zhǔn)軸誤差引起的水平度盤讀數(shù)的影響。其采取的手段是用雙軸補(bǔ)償?shù)姆椒▉硌a(bǔ)償垂直軸傾斜引起的垂直度盤和水平度盤的讀數(shù)誤差，并用機(jī)內(nèi)計算軟件來改正因橫軸誤差和視準(zhǔn)軸誤差引起的水平度盤讀數(shù)誤差。第六節(jié) 全站儀的數(shù)據(jù)處理原理全站儀的數(shù)據(jù)處理由儀器內(nèi)部的微處理器接受控制命令后按觀測數(shù)據(jù)及內(nèi)置程序自動完成。要解決數(shù)據(jù)的自動傳輸與處理，首先要解決數(shù)據(jù)的存儲方法。存儲器是關(guān)鍵，它是信息交流的中樞，各種控制指令、數(shù)據(jù)的存儲都離不開它。存儲的介質(zhì)有電子存儲介質(zhì)和磁存儲介質(zhì)，目前使用的大多是磁存儲介質(zhì)，因為它所構(gòu)成的存儲器在斷電后存儲的信息仍能保留。2全站儀的觀測數(shù)據(jù)全站儀盡管生產(chǎn)廠家、型號繁多，其功能大同小

28、異，但原始觀測數(shù)據(jù)只有電子測距儀測量的儀器到棱鏡之間的傾斜距離(斜距)；電子經(jīng)緯儀測得的目標(biāo)點(diǎn)的水平方向值、天頂距。全站儀的觀測數(shù)據(jù)是水平角度、豎直角度、傾斜距離。儀器只要開機(jī)并瞄準(zhǔn)目標(biāo)，角度測量實(shí)時都顯示觀測數(shù)據(jù)，其他測量方式實(shí)際上都只是測距并由這三個觀測數(shù)據(jù)通過內(nèi)置程序間接計算并顯示出來的，稱為計算數(shù)據(jù)。特別注意的是，所有觀測數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)都只是半個測回的數(shù)據(jù)，因此在等級測量中，不能用內(nèi)存功能，記錄水平角、天頂距、傾斜距離這三個原始數(shù)據(jù)是十分必要的。第七節(jié)、全站儀的數(shù)據(jù)通信一、數(shù)據(jù)的傳輸方式全站儀數(shù)據(jù)的傳送方式有兩種：串行通信和并行通信，通常情況下，并行通信用于距離較近的情況，串行通信用于

29、距離較遠(yuǎn)的情況。 1并行傳輸 在并行傳輸中，至少有8個數(shù)據(jù)位同時從一個設(shè)備傳到另一個設(shè)備(如圖所示)，接收設(shè)備在收到這些數(shù)據(jù)后，不需要經(jīng)過任何改變就可以直接使用。計算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送通常都是以并行方式進(jìn)行的。 與并行傳輸相對應(yīng)，在計算機(jī)主機(jī)上都配有適用于多種打印機(jī)、繪圖儀的并行接口，如lpt1：、lpt2：等。使用通行的并行打印機(jī)連接電纜，各種型號的打印機(jī)就能與計算機(jī)連接使用。2串行傳輸在串行數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)信息是按二進(jìn)制位的順序由低到高一位一位地在一條信號線上傳送。這種方式傳輸速度慢，但設(shè)備要求簡單，價格低廉，同時由于是在一條線上傳輸，每一個二進(jìn)制數(shù)無論傳輸快慢，但最終均能組成完整而準(zhǔn)確的信

30、息，信號質(zhì)量高，因此是常用的信息交換方法。與串行傳輸相對應(yīng)，在各種輸入、輸出設(shè)備和計算機(jī)系統(tǒng)上常裝有串行通信接口。計算機(jī)系統(tǒng)最常用的串行接口是美國電子工業(yè)協(xié)會規(guī)定的rs232c標(biāo)準(zhǔn)接口，如計算機(jī)主機(jī)上的coml和com2兩個標(biāo)準(zhǔn)接口。串行接口用于對通信速度要求不是很高的設(shè)備，如數(shù)字化儀、全站儀、gps以及鼠標(biāo)等。在這些常用的輸入輸出設(shè)備上都有串行接口，可以很方便地用電纜直接與主機(jī)連接。 串行數(shù)據(jù)通信有三種基本方式：單工、半雙工和全雙工(如下頁圖所示)。單工方式：單工數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個方向上流動。半雙工方式：在半雙工方式下，通信雙方中，每一方都具備發(fā)送和接收功能，但當(dāng)一方是發(fā)送單元時，另一

31、方必須是接收單元。同理，當(dāng)一方由接收單元變?yōu)榘l(fā)送單元時，另一方必須從發(fā)送單元變?yōu)榻邮諉卧?。即?shù)據(jù)通信雖然是雙向的，但并非是同時進(jìn)行的，在任一時刻，只能在一個方向上傳輸數(shù)據(jù)。全雙工方式：在全雙工方式下，任何時刻都允許在兩個方向上傳輸數(shù)據(jù)，它是兩個單通信方式的結(jié)合，發(fā)送數(shù)據(jù)單元在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也可以接收數(shù)據(jù)，而接收單元在接收數(shù)據(jù)的同時也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。而且兩個同時發(fā)送的信息可以有關(guān)也可以彼此無關(guān)， 二、同步傳輸與異步傳輸串行數(shù)據(jù)通信有兩種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ杭赐絺鬏斉c異步傳輸。同步傳輸是指每一個數(shù)據(jù)位都是用相同的時間間隔發(fā)送，而接收時也必須以發(fā)送時的相同時間間隔接收每一位信息。圖同步傳輸示意圖串行通信

32、常采用異步傳輸方式在這種方式下，由于接收單元不能準(zhǔn)確預(yù)計什么時候要接收下一個數(shù)據(jù)串，因此發(fā)送單元在發(fā)送任意數(shù)據(jù)串之前首先發(fā)送一位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行報警，稱為起始位，起始位之值為“0”。在發(fā)送起始位“0”后，馬上就接著發(fā)送數(shù)據(jù)串。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)信息完畢后，相應(yīng)地在其后加上1位或2位二進(jìn)制數(shù)，用來表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，叫做停止位，其值為“1”。 gps、全站儀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不是很大，采用串行通信，故在全站儀及gps的數(shù)據(jù)通信中一般采用異步傳輸方式。 三、全站儀通信參數(shù)的設(shè)置全站儀與計算機(jī)通信時，為了實(shí)現(xiàn)全站儀與計算機(jī)之間的正常通信，全站儀與計算機(jī)兩端的通信參數(shù)設(shè)置必須一致。通信參數(shù)的設(shè)置一般包括以下幾項(各儀

33、器說明書中都有具體的規(guī)定)。1波特率波特率表示數(shù)據(jù)傳輸速度的快慢，用位秒(bs)表示，即每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)(bit)。全站儀中多采用1200bs以上的波特率 2數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位是指單向傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，數(shù)據(jù)代碼通常使用ascii碼，一般用7位或8位。3校驗位 校驗位，又稱奇偶校驗位，是指數(shù)據(jù)傳輸時接在每個7位二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息后面發(fā)送的第8位，它是一種檢查傳輸數(shù)據(jù)正確與否的方法。 4停止位 在校驗位之后再設(shè)置一位或二位停止位，用來表示傳輸字符的結(jié)束。 有的全站儀還規(guī)定了自己的發(fā)送與接收端間的應(yīng)答信息。接收端沒有發(fā)出請求發(fā)送的信息，全站儀送出的數(shù)據(jù)，接收端不會接收，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。只有全

34、站儀與計算機(jī)兩端設(shè)置的參數(shù)一致，才能實(shí)現(xiàn)正確的通信。 在目前的數(shù)字測圖軟件系統(tǒng)中，一般都將各個廠家生產(chǎn)的常用的全站儀按設(shè)定的參數(shù)條件編制了相應(yīng)的接口程序，并寫入菜單中，用戶使用時只要根據(jù)自己的全站儀的型號選擇即可。也可以通過廠家提供的通信程序或用戶自己編制的通信程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。表3-11主要廠商全站儀系列通信接口及參數(shù)設(shè)置第八節(jié)全站儀基本測量功能全站儀的基本測量功能包括：電子測距、電子測角(水平角、垂直角)兩部分；顯示的數(shù)據(jù)為觀測數(shù)據(jù)。一、全站儀的操作步驟(1)裝入電池(2)安置儀器儀器的對中、整平同光學(xué)經(jīng)緯儀的安置：1)安置儀器:高度適中，使測點(diǎn)在視場內(nèi)。2)強(qiáng)制對中：調(diào)節(jié)腳螺旋，使光學(xué)對

35、點(diǎn)器中心與測點(diǎn)重合。3)粗略整平：調(diào)節(jié)三腳架，使圓水準(zhǔn)氣泡集中。4)精確整平：調(diào)節(jié)腳螺旋，使長水準(zhǔn)氣泡集中。5)精確對中：移動基座，精確對中(只能前后、左右移動，不能旋轉(zhuǎn))。6)重復(fù)4)、5)兩步驟，直到完全對中、整平為止。(3)打開電源開關(guān)(4)水平度盤、豎直度盤零位設(shè)置(5)設(shè)置儀器參數(shù)，選擇測量功能(6)瞄準(zhǔn)、觀測和記錄二、距離測量 距離測量設(shè)備的選用：與全站儀配套的合作目標(biāo)（反光棱鏡）由于電子測距為儀器中心到棱鏡的傾斜距離，因此儀器站和棱鏡站均需要精確對中、整平。在距離測量前應(yīng)進(jìn)行氣象改正、棱鏡類型選擇、棱鏡常數(shù)改正、測距模式的設(shè)置和測距回光信號的檢查，然后才能進(jìn)行距離測量。儀器的各項

36、改正是按設(shè)置儀器參數(shù)，經(jīng)微處理器對原始觀測數(shù)據(jù)計算并改正后，顯示觀測數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)的。只有合理設(shè)置儀器參數(shù)，才能得到高精度的觀測成果。1測距參數(shù)設(shè)置的選擇 ）測距參數(shù)的三項改正(1)氣象改正ppm(2)棱鏡常數(shù)改正c(3)儀器加常數(shù)改正k）測距的三種模式測距的三種模式包括：精測(重復(fù)精測、平均精測、單次精測)、粗測(重復(fù)粗測、單次粗測)、跟蹤測量。在使用中一般選擇重復(fù)精測，其他測距模式精度較低，但可以節(jié)省觀測時間和電池用量。）測距的三種類型測距的三種類型包括：傾斜距離、平面距離、高差。一般選擇傾斜距離，需要時可按切換鍵，顯示傾斜距離、平面距離、高差；施工放樣測量時選擇平面距離。）合作目標(biāo)的兩種

37、類型反射棱鏡包括：棱鏡測距、反射片測距兩種類型。棱鏡和反射片的設(shè)置一定要注意，否則將無法測距。一般設(shè)置為棱鏡測距。）距離測量參數(shù)的設(shè)置在測距模式菜單下按參數(shù)設(shè)置鍵，進(jìn)入距離測量參數(shù)的設(shè)置(主要是設(shè)置測量時的測距模式、測量時的溫度、測量時的氣壓和氣象改正數(shù))，根據(jù)測量需要設(shè)置完成測距參數(shù)后，按回車鍵結(jié)束，返回測量模式屏幕。2測距回光信號的檢查在精確照準(zhǔn)棱鏡后按相應(yīng)鍵，檢測回光信號的強(qiáng)弱；回光信號越強(qiáng)，測距精度越高。也可使用蜂鳴聲檢測回光信號的強(qiáng)弱，按esc鍵，結(jié)束檢測。3距離測量在精確照準(zhǔn)棱鏡后按相應(yīng)鍵距離測量鍵，開始距離測量并在完成后發(fā)出一短聲響，同時顯示觀測數(shù)據(jù)：包括距離、垂直角度、水平角度

38、。如進(jìn)行重復(fù)測距模式，按stop鍵停止測距；顯示的測距數(shù)據(jù)為按重復(fù)測距次數(shù)的平均值。若改變測距類型，在菜單下按切換鍵，則顯示：s為斜距；h為平距；v為高差。三、角度測量 1測角參數(shù)設(shè)置 1）角度測量的儀器參數(shù)設(shè)置角度測量的主要誤差是儀器的三軸誤差(視準(zhǔn)軸、水平軸、垂直軸)，對觀測數(shù)據(jù)的改正可按設(shè)置由儀器自動完成。(1)視準(zhǔn)差改正：儀器的視準(zhǔn)軸和水平軸誤差采用正、倒鏡觀測可以消除，也可由儀器檢驗后通過內(nèi)置程序計算改正數(shù)自動加入改正。(2)雙軸傾斜補(bǔ)償改正：儀器垂直軸傾斜誤差對測量角度的影響可由儀器補(bǔ)償器檢測后通過內(nèi)置程序計算改正數(shù)自動加入改正。(3)曲率與折射改正：地球曲率與大氣折射改正，可設(shè)置改正系數(shù)k = 0.142或k = 0.200(視線較低)，通過內(nèi)置程序計算改正數(shù)自動加人改正。2）垂直度盤的三種格式垂直角度可根據(jù)需要顯示三種不同的格式（一般選擇(1)，選擇(3)比較直觀）(1)天頂距：望遠(yuǎn)鏡垂直指向天頂為0，順時針至360。(2)水平0：望遠(yuǎn)鏡水平為0