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1、全站仪应用技术,中铁四局五公司 李强,测量的主要任务：测定和测设,1 发展概况1948年，瑞典AGA(阿嘎)公司(现更名为Geotronics(捷创力)公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪。白炽灯发射的光波作载波，应用大量电子管元件，相当笨重且功耗大、只能在夜间作业，操作和计算比较复杂。1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。优点是发散角小、大气穿透力强、传输距离远、基本可全天侯作业。1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。氦-氖激光器作发光元件，昼测程40km，夜测程60km，测距精度(5mm+
2、1ppm)，主机重量23kg。1963年Fennel厂终于研制出了编码经纬仪，1968年ZEISS厂推出了电子速测仪，使得电子测角技术得到了发展。20世纪70年代，前西德OPTON厂和瑞典的AGA厂，在光电测距和电子测角的基础上，研制生产出世界上第一台全站仪。,2 全站仪的组成全站仪的概念：把电子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体、能自动记录、存储并具备某些固定计算程序的电子速测仪，因该仪器在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，所以称“全站型电子速测仪”，通常又称为“电子全站仪”或简称“全站仪”。,全站仪
3、的组成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。,(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：mD 5mm；级：5mmmD10mm；级：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
4、: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.,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。各类型全站仪的气象改正公式不一,现在大多数全站仪的内置程序都能进行气象改正数计算,只需输入测量时的温度及气压等数据即可自动计算并且对测距进行改正。,2、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
5、一般以mm/百米或mm/公里表示，乘常数改正值=乘常数距离仪器进行检定时，一般都会检测出该仪器的加常数K和乘常数D,3、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：D Scos 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,4 测距误差分析 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。,说明：一般单位没有标准的检测平台，故送往国家专门
6、检定单位进行测量这二项常数。,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。,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：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。,若在已知距离基线上观测，亦可按下式计算：式中：为各观测
7、值和真值之差。(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),全站仪数据格式与我们常用的文本格式或Excel电子数据表格格式不能相通，可以利用数据转换软件相互转化能够识别的数据格式。如徕卡全站仪数据格式为GSI格式，如何大批电子表格数据通过电脑传输至全站仪内，可减轻人工输入的工作量，也避免出现人工输入错误。则可通过徕卡数据转换软件进行转化。如下：,即存入后的文件图标如下：,第二步 打开徕卡编辑软件（将软件安装后，这是桌面图标，如下图,第三步 点击“坐标编辑器”,点文件菜单中的“打开文件”,选择第一步已建立好的文本文件“12.tx
8、t”;模板应选“none”。,选好后，点“打开”，得如下界面；,点“下一步”，如下界面,在模板名中，输入模板名称，也可不输，再点“完成”，得如下界面：,6 全站仪的程序测量原理 全站仪的测量功能可分为基本测量功能和程序测量功能。基本测量功能的电子测距、电子测角（水平角、垂直角）不作介绍；程序测量功能包括水平距离和高差的切换显示、三维坐标测量、放样测量、悬高测量、对边测量、偏心测量、后方交会测量、面积测量等。,一、三维坐标测量 地表形态和建筑物形状是由许多特征点构成的，在进行地形测量和工程测量时，需要测定许多特征点(也称碎部点)的平面位置和高程。特别在地形测量、地籍测量中，使用全站仪的三维坐标测
9、量和内存功能与绘图软件结合可实现地形图、地籍图的数字化;在工程施工测量中使用坐标放样功能可实现任意设站。,二、放样测量 放样(测设)测量就是根据已有的控制点或地物点，按工程设计要求，将建(构)筑物的特征点在实地标定出来。因此，首先要确定特征点或原有建筑物之间的角度、距离和高程关系，这些位置关系称为放样数据，然后利用测量仪器，根据放样数据将特征点测设到实地。放样的基本工作包括角度和距离(斜距、平距)、平面位置和高程放样等多种形式。在放样过程中，通过对照准目标点的角度、距离、坐标测量，仪器将显示输入放样值与实测值的差值以指导放样。显示的差值由如下公式计算:斜距差值=斜距实测值一斜距放样值 平距差值
10、=平距实测值一平距放样值 高程差值=高程实测值一高程放样值 角度差值=角度实测值一角度放样值,全站仪极坐标放样介绍:（一）已知控制点上架站全站仪极坐标法施工放样步骤(以放样某一桥墩中心为例):步骤1.检核本次施工放样要利用控制点桩位的准确性：在测站点上架设全站仪并对中整平，初始化后检查仪器设置：气温、气压、棱镜常数；在相邻且可与测站点相通视的另二个控制点上架设棱镜，测角、测边与理论坐标反算的角度和边长进行比较，较差值满足要求时，则可确定所采用的控制点桩位准确。,步骤2.输入（调入）测站点的三维坐标，量取并输入仪器高，输入（调入）后视点坐标。照准后视点进行后视，如果后视点上有棱镜，输入棱镜高，可
11、以马上测量后视点的坐标和高程，可与已知理论数据检核。步骤3.进入放样菜单，输入（调入）拟放样点的坐标，全站仪自动计算拟放样方向的方位角和测站点至拟放样点间距离，屏幕上显示全站仪照准部所转动的方向及角度值。（记录员也应根据测站点和拟放样点坐标反算出测站点至放样点的距离和方位角作为检核）步骤4.观测员转动仪器至水平方向值变为0，即为拟放样点的方向，指挥司镜员移动棱镜至仪器视线方向上，测量平距D。,步骤5.全站仪会自动计算出实测距离D与放样的设计距离D之间的差值：D=D-D，指挥司镜员在视线上前进或后退D。步骤6.重复步骤5，直到D小于放样限差。将该点作一标记为A1。步骤7.倒转望远镜照准部（即盘右
12、）重复上述步骤26过程，此时盘右测出放样点标记为A2，（理论上A1与A2应是同一个点）。但实际施测时由于仪器及人为因素等会带来各种测量误，使得盘左放样点A1与盘右放样点A2不在同一位置。步骤8.将A1与A2分中，分中点才是放样的控制点。步骤9.司镜员在分中点上架设棱镜，此时可测出分中点的实际坐标。,步骤10.上述每一步测量都应及时记录现场放样点所拨的角度、距离。并将实测放样点的坐标和高程与理论坐标比较检核。确认无误后在标志旁加注记。步骤11.重复上述步骤210的过程，放样出该测站上的所有待放样桥墩中心点。步骤12.作业结束后，观测员检查记录计算资料并签字。步骤13.测量放样负责人逐一将标注数据
13、与记录结果比对，同时检查放样点位间的几何尺寸关系及与有关结构边线的相对关系尺寸并记录，以验证标注数据和所放样点位无误。,（二）全站仪（测距仪）边角交会法设站极坐标法放样（三点后方交会法）：由于受地形限制，有点控制点上看不到所放样的点，工地上常采用任意点置镜的后方交会法进行放样。,步骤1.在未知点（任意点）P上架设全站仪(测距仪)，整平，初始化后检查仪器设置：气温、气压、棱镜常数；在已知点A上安置棱镜，量测棱镜高；在已知点B、C上安置照准标志。步骤2.测量PA间平距D、高差DH和PA至PB、PC方向间的水平角,。步骤3.利用实测距离D、实测角及A、B已知点的坐标，可计算出设站点P的一组坐标（通过A、B坐标反算A、B间的距离和A至B的方位角，可以通过三角形APB的几何关系计算出，从而可计算出A至P方位角，也就能计算出P点的坐标）；利用实测距离D、实测角及A、C已知点的坐标，又可计算P点的另一组坐标；两组坐标的差值不超过规定限差，取中数即为自由设站点P的最后坐标。,步骤4.根据A点的高程HA和高差DH计算仪器的视线高：H视=HA-DH。步骤5.如果需要可以将P点坐标投影到地面上，并作好标记。量取仪器高，求出地面P点的高程。步骤6.用极坐标法开始放样，放样过程与上述已知点架站全站仪极坐标法施工放样步骤相同。,
