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1、摘 要免棱镜全站仪是近年来在测绘工程中最新采用的新型测绘设备，尤其是人力所不及的地方，该设备的作用得以较大地发挥。本文对测量仪器发展史，全站仪的特点，全站仪数据采集和成果输出进行了介绍。主要对免棱镜全站仪在高层或者大型建筑物倾斜观测，高耸圆柱体倾斜测量，地形碎部测量，隧道断面测量和悬高测量中的实践应用进行了阐述，并结合免棱镜全站仪的特点，分析了其主要误差来源。全站仪在保证测量必要的精度的前提下，能够大大地减少劳动的强度，从而提高工作效率。关键词：免棱镜全站仪 数据处理 实践应用Abstract Non-Prism Total Station is the latest in recent ye
2、ars in mapping projects using the new mapping equipment, particularly where less than human by the device to a larger role to play. This history of the development of measuring instruments, total station features, Total Station data collection and results output are introduced. Mainly Prism Total St
3、ation at the top or large buildings tilt observation, tall cylinder tilt measurement, the Department of broken terrain measurement, the tunnel cross section measurements and REM in the practical application were described, and the combination of Prism Total Station characteristics, and analyzes its
4、main source of error. Total Station in ensuring the accuracy of measurement necessary prerequisite, can greatly reduce the labor intensity, thereby enhancing efficiency. Keywords: Non-PrismTotalStation Data Processing Practical Application目 录第一部分 论文部分第一章 全站仪的发展史1第一节 几种测量仪器的发展动态1第二节 我国测量仪器的发展2第二章 全站仪
5、的特点4第一节 普通全站仪特点4第二节 免棱镜全站仪的特点11第三章 数据转换与坐标系15第一节 坐标系简介15第二节 测图软件综述18第三节 几种全站仪外业数据采集27第四章 免棱镜全站仪的应用34第一节 大楼墙体倾斜测量34第二节 高耸圆柱体倾斜测量37第三节 隧道断面测量41第四节 立面测量50第五节 悬高测量56第六节 地形碎部测量58第五章 免棱镜全站仪误差分析66第一节 误差来源66第二节 全站仪在使用中的误差67第六章 测量仪器展望71第二部分 专题部分第一章 软件概述72第二章 流程图73第三章 具体算例74第四章 软件的源代码77第三部分 专业英语第一章 外文资料79第二章
6、中文翻译84参考文献87致谢88第一部分 论文部分第一章 全站仪的发展史 第一节 几种测量仪器的发展动态1 经纬仪的历史动态。最早出现的经纬仪实际与航海有着非常密切的关系。早在十五、十六世纪的时候，英、法等国由于航海和战争的需要，需要绘制各种地图、海图。最早绘制地图使用的是三角测量法，就是根据两个已知点上的观测结果，求出远处第三点的位置,但由于没有合适的仪器，导致角度测量手段有限，精度不高，由此绘制出的地形图精度也不高。而经纬仪的发明，提高了角度的观测精度，同时简化了测量和计算的过程，也为绘制地图提供了更精确的数据。后来经纬仪被广泛地使用于各项工程建设的测量上。经纬仪包括基座、度盘（水平度盘和
7、竖直度盘）和照准部三个部分。基座用来支撑整个仪器。水平度盘用来测量水平角。照准部上有望远镜、水准管以及读数装置等等。 2 光电测距仪的发展动态随着现代科学技术的发展，尤其是光电技术的广泛应用，出现一种新的测距方法电磁波测距，由于这种方法精度高，测程长，操作简便，对测线的地形条件要求低，速度快，效率高。因此，在20世纪八十年代末出现后，迅速受到广大测绘人员的好评并迅速投入到实际工程应用。 测量仪器仪发展的趋势是轻便化、自动化、多功能化。目前市场上的测距仪种类繁多，但主要的生产厂家还是在瑞士、德国、日本。近几年我国的一些仪器厂家，如北京光学仪器厂、苏州光学仪器厂、常州大地测距仪厂、南方测绘仪器公司
8、等先后引进技术和元件，进行国内组装和制造多种类型测距仪投入国内测局市场。3. 全站仪全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器。全站仪是人们在角度测量自动化的过程中应用而生的，各类电子经纬仪在各种测绘作业中起着巨大的作用。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。最初速测仪的距离测量是通过光学方法来实现的，我们称这种速测仪为“光学速测仪”。实际上，“光学速测仪”就是指带有视距丝的经纬仪，
9、被测点的平面位置由方向测量及光学视距来确定，而高程则是用三角测量方法来确定的。带有“视距丝”的光学速测仪，由于其快速、简易，而在短距离（100米以内）、低精度 （1/200(1/500）的测量中，如碎部点测定中，有其优势，得到了广泛的应用。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）。然而，随着电子测角技术的出现。 这一“电子速测仪”的概念又相应地发生了变化，根据测角方法的不同分为半站型电子速测仪和全站型电子速
10、测仪。半站型电子速测仪是指用光学方法测角的电子速测仪，也有称之为“测距经纬仪”。这种速测仪出现较早，并且进行了不断的改进，可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪，对斜距进行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐标差，这些结果都可自动地传输到外部存储器中。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。20世纪八十年代末，人们根据电子测角系统和电子测距系统的发展不平衡，将全站仪分成两大
11、类，即积木式和整体式。20世纪九十年代以来，基本上都发展为整体式全站仪。第二节 我国测量仪器的发展现有的测量仪器一般有：水准仪，经纬仪，平板仪，测距仪。其在我国历史发展一般可分以下几个阶段：二十世纪五十年代以前，主要是纯光学机械的测绘仪器；到六十年代起主要是对仪器的自动安平和成套附件进行改革；七十年代后主要应用电子技术、激光技术、微机技术实现外业数据自动采集，测量的自动归算、显示和储存。以及内业数据自动处理、存储、管理和应用；八十年代以后产生并发展了全球卫星导航定位系统GPS。 从上世纪八十年代起十年时间内，我国传统测量仪器的研制和生产取得长足进展，并进入稳步发展阶段，其发函特点可概括为以下几
12、个方面： 生产标准和国际接轨。传统仪器技术水平达到七十年代末和八十年代中工业发达国家水平，为出口创汇奠定基础。其重要标志为： 引进先进结构装置。快慢速调焦，复消色差正象望远镜，最短视距达0.5m；自动归零装置和自动安平装置；强制对中三角基座；正象光学对中器；同轴制微动机构；换盘和复测机构；读数系统视场数字化和不同颜色；安平警告装置等；测量仪器逐步实现通用化、标准化和自动化；测量仪器附件达16类、30种，初步形成配套。 逐步完善品种系列。我国光学经纬仪系列已有6个精度等级，都已试制或形成规模生产，品种约20多种，其中最为主要的是精度为2秒和6秒级的工程经纬仪；水准仪系列除眺05级还在研制，其余三
13、个精度等级也形成规模经济，品种约40种，最主要的是精度为1.52.5mmkm自动安平水准仪，加测微平板精度可达0.7mmkm；平板仪系列大中小光学平板仪都已规模生产，品种约十多种。除主导系列品种外，还根据我国的实际需要开发了垂准经纬仪、激光经纬仪、天文经纬仪、工具经纬仪、陀螺经纬仪、坡面经纬仪、无磁和地磁经纬仪、自准直经纬仪、径向差测量经纬仪、轻便经纬仪、电子和激光水准仪、手持水准仪等变形产品，满足工程测量的不同需求。 生产能力逐步增强。随着市场竞争的日趋激烈，使测量仪器生产厂逐步减少，附件生产厂逐步增多，其布局日趋合理。据不完全统计，我国生产测量仪器厂家目前为20个。附件厂家26个，基本满足
14、市场需求。第二章 全站仪的特点第一节 普通全站仪特点1. 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。全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统，电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。 根据测角精度可分为0.5，1，2，3，5，10等几个等级， 2. 分类全站仪采用了光电扫描测角系统，其类
15、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。2.1全站仪按其外观结构可分为两类：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。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、接收轴和望远镜的视准轴为同轴结构。这对保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。2.2 全站仪按测量功能分类，可分成四类： TCRP全站仪 （1）
16、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。其经典代表为徕卡公司的TC系列全站仪。（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。徕卡TCM系列全站仪就是典型的机动型全站仪。（3）无合作目标性全站仪（Reflectorless total stat
17、ion）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。如徕卡TCR系列全站仪，无合作目标距离测程可达200m，可广泛用于地籍测量，房产测量和施工测量等。（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。在相关软件的控制下，智能型全站仪在无人干预的条件下可自动完成多个目标的识别、照准与测量，因此，智能型全站仪又称为“测量机器人”典型的
18、代表有徕卡的TCA型全站仪等。精度最高的全站仪TCA20032.3 全站仪按测距仪测距分类，还可以分为三类：（1）短距离测距全站仪测程小于3KM，一般精度为（5mm+5ppm）， 主要用于普通测量和城市测量。（2）中测程全站仪测程为3-15km,一般精度为（5mm+2ppm）， （3）长测程全站仪（2mm+2ppm)通常用于一般等级的控制测量。测程大于15km，一般精度为（5mm+1ppm），通常用于国家三角网及特级导线的测量。 3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。 同电子经纬仪、光学经纬仪相比，全站仪
19、增加了许多特殊部件，因此而使得全站仪具有比其它测角、测距仪器更多的功能，使用也更方便。这些特殊部件构成了全站仪在结构方面独树一帜的特点。 3.1. 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设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射
20、的调制红外光传也送给光电二极管接收，进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。 同轴性使得望远镜一次瞄准即可实现同时测定水平角、垂直角和斜距等全部基本测量要素的测定功能。加之全站仪强大、便捷的数据处理功能，使全站仪使用极其方便。全站仪剖视图3.2双轴自动补偿 在仪器的检验校正中已介绍了双轴自动补偿原理，作业时若全站仪纵轴倾斜，会引起角度观测的误差，盘左、盘右观测值取中不能使之抵消。 而全站仪特有的双轴（或单轴）倾斜自动补偿系统，可对纵轴的倾斜进行监测，并在度盘读数中对因纵轴倾斜造成的测角误差自动加以改正(某些全站仪纵轴最大倾斜可允许至6）。也可通过将由竖轴倾斜引起的角
21、度误差，由微处理器自动按竖轴倾斜改正计算式计算，并加入度盘读数中加以改正，使度盘显示读数为正确值，即所谓纵轴倾斜自动补偿。 双轴自动补偿的所采用的构造(现有水平,包括Topcon,Trimble):使用一水泡（该水泡不是从外部可以看到的，与检验校正中所描述的不是一个水泡）来标定绝对水平面，该水泡是中间填充液体，两端是气体。在水泡的上部两侧各放置一发光二极管，而在水泡的下部两侧各放置一光电管，用一接收发光二极管透过水泡发出的光。而后，通过运算电路比较两二极管获得的光的强度。当在初始位置，即绝对水平时，将运算值置零。当作业中全站仪器倾斜时，运算电路实时计算出光强的差值，从而换算成倾斜的位移，将此信
22、息传达给控制系统，以决定自动补偿的值。自动补偿的方式初由微处理器计算后修正输出外，还有一种方式即通过步进马达驱动微型丝杆，把此轴方向上的偏移进行补正，从而使轴时刻保证绝对水平。3.3键盘 键盘是全站仪在测量时输入操作指令或数据的硬件，全站型仪器的键盘和显示屏均为双面式，便于正、倒镜作业时操作。 3.4存储器 全站仪存储器的作用是将实时采集的测量数据存储起来，再根据需要传送到其它设备如计算机等中，供进一步的处理或利用，全站仪的存储器有内存储器和存储卡两种。 全站仪内存储器相当于计算机的内存(RAM)，存储卡是一种外存储媒体，又称PC卡，作用相当于计算机的磁盘。 3.5通讯接口 全站仪可以通过BS
23、232C通讯接口和通讯电缆将内存中存储的数据输入计算机，或将计算机中的数据和信息经通讯电缆传输给全站仪，实现双向信息传输。 4. 使用全站仪具有角度测量、距离(斜距、平距、高差)测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后，功能还可进一步拓展。 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00000。 （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
24、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
25、.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
26、算显示测点的三维坐标。 4）全站仪的数据通讯 全站仪的的数据通讯是指全站仪与电子计算机之间进行的双向数据交换。全站仪与计算机之间的数据通讯的方式主要有两种，一种是利用全站仪配置的PCMCIA（personal computer memory card internation asso ciation,个人计算机存储卡国际协会，简称PC卡，也称存储卡）卡进行数字通讯，特点是通用性强，各种电子产品间均可互换使用；另一种是利用全站仪的通讯接口，通过电缆进行数据传输。5. 检验(1) 照准部水准轴应垂直于竖轴的检验和校正，检验时先将仪器大致整平,转动照准部使其水准管与任意两个脚螺旋的连线平行,调整脚螺
27、旋使气泡居中,然后将照准部旋转180度,若气泡仍然居中则说明条件满足,否则应进行校正。校正的目的是使水准管轴垂直于竖轴即用校正针拨动水准管一端的校正螺钉，使气泡向正中间位置退回一半为使竖轴竖直，再用脚螺旋使气泡居中即可此项检验与校正必须反复进行，直到满足条件为止。（2）十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正检验时用十字丝竖丝瞄准一清晰小点，使望远镜绕横轴上下转动，如果小点始终在竖丝上移动则条件满足否则需要进行校正。校正时松开四个压环螺钉（装有十字丝环的目镜用压环和四个压环螺钉与望远镜筒相连接。转动目镜筒使小点始终在十字丝竖丝上移动，校好后将压环螺钉旋紧。（3）视准轴应垂直于横轴的检验和校正选择一水
28、平位置的目标，盘左盘右观测之，取它们的读数（顾及常数度）即得两倍的c（c=（左右）（4）横轴应垂直于竖轴的检验和校正选择较高墙壁近处安置仪器。以盘左位置瞄准墙壁高处一点p(仰角最好大于度)，放平望远镜在墙上定出一点m1。倒转望远镜，盘右再瞄准p点，又放平望远镜在墙上定出另一点m2。如果m1与m2重合，则条件满足，否则需要校正。校正时，瞄准m1、 m2 的中点m,固定照准部，向上转动望远镜，此时十字丝交点将不对准p点。抬高或降低横轴的一端，使十字丝的交点对准p点。此项检验也要反复进行，直到条件满足为止。以上四项检验校正，以一、三、四项最为重要，在观测期间最好经常进行。每项检验完毕后必须旋紧有关的
29、校正螺钉。6. 前景随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求与其它工业技术的应用，全站仪出现了一个新的发展时期，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型等等的全站仪。目前，世界上最高精度的全站仪：测角精度（一测回方向标准偏差）0.52，测距精度 1mm+1ppm。利用ATR功能，白天和黑夜（无需照明）都可以工作。全站仪已经达到令人不可致信的角度和距离测量精度，既可人工操作也可自动操作，既可远距离遥控运行也可在机载应用程序控制下使用，可使用在精密工程测量、变形监测、几乎是无容许限差的机械引导控制等应用领域。全站仪这一最常规的测量仪器将越来越满足各项测绘工作的需求，发挥更大的作用。全站仪的测角
30、系统与传统光学经纬仪测角系统不同点，全站仪的测角系统与传统光学经纬仪测角系统相比较，主要有两个方面的不同： （1）传统的光学度盘被绝对编码度盘或光电增量编码器所代替，用电子细分系统代替了传统的光学测微器； （2）由传统的观测者判读观测值及手工记录变为观测者直接读数并自动记录。 全站仪的测距系统与一般测距仪基本一致，只是体积更小，通常采用半导体砷化镓发光二极管作为光源。不同厂家生产的不同类型及系列的全站仪，其最大测程和距离测量误差均有较大变化。 全站仪的记录系统又称为电子数据记录器，它是一种存储测量资料的具有特定软件的硬件设备。数据记录器也有许多类型，但基本功能都一样，起着全站仪与电子计算机之间
31、的桥梁作用，它使野外记录工作实现了自动化，减少了记录计算的差错，大大提高了野外作业的效率。目前，全站仪记录系统主要有三种形式：接口式、磁卡式和内存式。第二节 免棱镜全站仪的特点1. 无棱镜测量技术原理免棱镜测量技术基于相位法原理，全站仪发出的激光束极为微小，它可精确地打到目标上，保证精度较高的距离测量。与有棱镜测量相比较，其优点是只要测点的反射介质满足免棱镜测量的条件，就不需要在测量点位上置放棱镜，即可精确的测定出该点的三维坐标。使用柯达灰度标准卡，其半径可达180米，它具有可见的红色激光斑以及微小的光束直径。为了达到出色的标准和基于考虑测量人员的身体安全的效果，采用最安全的一级激光，确保了免
32、棱镜测量胜任于任何测量工作。对于测量人员提高作业效率来说是非常有利的。2. 免棱镜测量技术特点（1） 免棱镜测量技术适宜测量反射面裸露的测点高程，在岩石、公路、旱地、等视线的地形、地物点高程。（2） 免棱镜测量适用于视线没有任何障碍的地形地物测量，若中间有障碍物则测量出的是障碍物的坐标、高程。如要测量测距范围之内500米处的地物点，若在300米处的地方有高树的树叶或树枝正好挡住视线，测到的将是300米处的树叶或树枝的坐标、高程。（3） 注意不要将激光束射向似镜式表面，如汽车倒车镜与公路拐弯凸镜等。（4） 施测过程中不要长时间通过目镜观测反射地物，避免阳光直射仪器镜头，以免眼睛受伤。（5） 免棱
33、镜测量适用于人员难以到达、反射介质好的地形地物测量，如悬崖、房屋、陡坎、独立方位物和有化学毒素的地物等。（6） 免棱镜测量适用于通视条件好、反射介质好的地方，在被照射介质较暗、吸光性太强的地表流水等反射条件不好的地方不宜使用免棱镜测量。（7） 免棱镜全站仪对于控制、地形和工程测量都具有重要作用，例如对于人们无法攀登的悬崖陡壁的地形测量、地下大型工程的断面测量、建筑物的变形测量等，采用免棱镜全站仪测量可以大大节约时间，提高劳动效率。尤其是用边角后方交会的方法在地下工程中布设临时控制点，可以将控制点布设洞壁上，避免了掌子头放样控制点的破坏。用边角后方布设控制点放样可大大提高掌子面的放样速度，明显提
34、高生产效率。（8） 免棱镜测量要耗费较大的电源，要保证在野外作业时带上充足的电源，必要时配置外挂电源。（9） 实现了单人操作测量，节省了时间和降低了外业人员劳动强度，同时对提高外业工作人员的安全强度也产生了积极的影响。3. 几大主流厂商主流产品及操作简介随着科技的不断进步，测绘仪器设备迅速发展，新仪器不断的出现。在全站仪方面的重要发展是长距离棱镜全站仪的出现，免棱镜全站仪的免棱镜视距由初期几十米发展到当前的一千米以上。目前长距离免棱镜全站仪主要有徕卡（Leica）1200系列、拓普康GPT-3000LN系列和天宝5600系列，具有代表的长距离免棱镜全站仪是2004年瑞士徕卡公司在市场上推出的徕
35、卡TPS1202全站仪和2005年日本拓普康公司推出的3002LN全站仪。前者采用激光免棱镜测距，在视线良好的条件下，免棱镜距可达400500米，后者采用脉冲激光测距，在视线良好的条件下，免棱镜测距可达1100米。 以下介绍拓普康3002LN、徕卡1202全站仪的性能比较、数据采集、数据传输，数据格式转换、地形图和工程图的绘制等。拓普康3002LN与徕卡1202全站仪性能比较：（1）拓普康3002LN与徕卡1202全站仪性的外观 拓普康GPT-3002LN 徕卡TPS1202 （2） 拓普康GPT3002LN全站仪 GPT3002LN有双光学系统在无棱镜模式下是窄光束测量，能确保瞄准点正好是被
36、测点。另外一种就是有棱镜模式下的宽光束测量，即使在热闪烁条件下，长距离测量时该光束仍很稳定，因此可提供精密测量任务。该仪器有可见激光系统，仪器里面装有一个红色的极小点激光指示器。但该小红点没有徕卡仪器的小红点亮，据我们测试，可以看到30米内的红点位置，可以满足地下大型工程施测断面的需要。GPT3002LN超长无棱镜测距功能，在气象条件较好的条件下，我们最长测距达到1130米，对于一般的山坡，超长测距会达到500700米，观测控制点墩台，最远达到810米。GPT3002NL系列的外形与GPT332W一样，大小也差不多，操作与332W大致相同。不同的是配有大数字健盘和激光测距系统。（3） 徕卡TP
37、S1202全站仪 R1202全站仪属于徕卡TCR1200系列全站仪的一员，可胜任各类徕卡TC型的测量任务,如控制测量、施工放样、参考线放样、地形地籍测量等。 TCR1202具有三轴自动补偿系统，使测量精度安全可靠。TCR1202全站仪采用独特的绝对编码度盘，图象处理技术，单次测量读取60条编码线，确保高精度测角；开机就测角，无需初始化。TCR1202系列全站仪配有许多实用的功能和应用程序：如放样、导线测量、隐蔽点测量、参考线放样、DTM放样、定向与高程传递、面积计算、自由设站等。TCR1202全站仪的特点的红外线测距是与望远镜同轴的，在跟踪作业模式下，测量速度会更高。采用512K标准的PCMC
38、IA卡记录数据；仪器内存；RS232接口实时输出。（4） 拓普康3002LN和徕卡1202两种全站仪性能比较1）徕卡1202采用了视窗显示，独特的摩擦制动，激光对中，观测时可以不分正倒镜（正倒镜观测得出的坐标完全相同）等一系列提高观测速度的措施，因此观测效率明显高于其他型号的仪器。拓普康3002LN是在拓普康332W的基础上发展起来的，在拓普康系列的原操作系统的基础上进行了局部的改进，在使用方便快捷上与徕卡1202有明显的差距。2）徕卡1202的数据传输系统和存储卡（CF卡）比较独特，在损坏后必须找徕卡仪器商配置，使用户感到不便。而拓普康全站仪所有型号的数据传输线、传输方式相同，可以通用，没有
39、专用的CF卡，因此在数据传输方面，拓普康系列全站仪比较方便。3）徕卡1202在照准目标时发出的红色激光，非常明亮，红色激光点在地下工程的洞壁上很清晰；拓普康3002LN发出的红色激光比较弱，对于地下工程，超出30米，红色激光点就很不清晰。无棱镜测距时，在查找目标方面，徕卡1202明显具有优势。4）在免棱镜测距时，有时视线需要穿过小孔，例如在地下工程中，观测钢筋网后面的模板尺寸。徕卡1202一般只要激光线能穿过钢筋网，在模板上有红点出现，便能测出观测点坐标。而拓普康3002LN全站仪只有穿过直径大于5厘米的孔时（即激光线需要距离中间障碍物2.5厘米时，才能测出后面激光点的坐标。否则测出的距离或坐
40、标是测站到障碍物的距离）。5）免棱镜长距离测距，徕卡1202观测一个点大约需要12秒，而拓普康3002LN观测一个点大约需要78秒，徕卡1202照准目标后立即显示，而拓普康3002LN需要6秒钟后才显示。在地形测量中徕卡1202占有明显的优势。6）根据我们的试验，在观测条件良好的条件下，徕卡1202免棱镜最远测距达521米，拓普康3002LN免棱镜测距最远达1130米。 超站仪 （5） 超站仪是新一代的测量仪器产品，是将电子全站仪（TPS）和全球定位系统（GPS）集成的超站式集成测绘系统，既有全球定位系统的功能，又有全站仪的功能，是一种超级全站仪或超级全球定位系统。产品详细信息：1）技术特点：
41、1、全站仪与GPS组成超站仪, 功能超群，可分可合。2、无需做静态三角控制测量，无需做导线测量，超站仪即可从GPS获取绝对坐标，得出已知点坐标。3、在最适合的地方设站，可解决定向、未知点坐标等问题。4、免棱镜测量，所测即所得。5、超站仪除显示GPS坐标外，还内装了测图和工程软件，可直接成图和做各类工程测量。 2）全站仪技术指标：精度：2 2+2ppm测程：棱镜 5km 免棱镜：300m3）GPS精度指标：静态平面精度：3mm+1ppm静态高程精度：5mm+1ppmRTK平面精度： 1cm+1ppmRTK高程精度： 2cm+1ppm第三章 数据转换与坐标系第一节 坐标系简介1. 平面直角坐标系：
42、在平面“二维”内画两条互相垂直，并且有公共原点的数轴。简称直角坐标系。平面直角坐标系有两个坐标轴，其中横轴为X轴(x-axis)，取向右方向为正方向；纵轴为Y（y-axis)轴，取向上为正方向。坐标系所在平面叫做坐标平面，两坐标轴的公共原点叫做平面直角坐标系的原点。X轴和Y轴把坐标平面分成四个象限，右上面的叫做第一象限，其他三个部分按逆时针方向依次叫做第二象限、第三象限和第四象限。象限以数轴为界，横轴、纵轴上的点及原点不属于任何象限。一般情况下，x轴和y轴取相同的单位长度。点的坐标：建立了平面直角坐标系后，对于坐标系平面内的任何一点，我们可以确定它的坐标(coordinate)。反过来，对于任
43、何一个坐标，我们可以在坐标平面内确定它所表示的一个点。 对于平面内任意一点C，过点C分别向轴、轴作垂线，垂足在轴、轴上的对应点a,b分别叫做点C的横坐标、纵坐标，有序实数对(ordered pair)（a,b）叫做点C的坐标。一个点在不同的象限或坐标轴上，点的坐标不一样。特殊位置的点的坐标的特点：1.x轴上的点的纵坐标为零；y轴上的点的横坐标为零。2.第一、三象限角平分线上的点横、纵坐标相等；第二、四象限角平分线上的点横、纵坐标互为相反数。3.在任意的两点中，如果两点的横坐标相同，则两点的连线平行于纵轴；如果两点的纵坐标相同，则两点的连线平行于横轴。4.点到轴及原点的距离点到x轴的距离为|y|
44、； 点到y轴的距离为|x|；点到原点的距离为x的平方加y的平方再开根号；在平面直角坐标系中对称点的特点：1.关于x成轴对称的点的坐标，横坐标相同，纵坐标互为相反数。2.关于y成轴对称的点的坐标，纵坐标相同，横坐标互为相反数。3.关于原点成中心对称的点的坐标，横坐标与横坐标互为相反数，纵坐标与纵坐标互为相反数。各象限内和坐标轴上的点和坐标的规律：第一象限：（+，+）第二象限：（-，+）第三象限：（-，-）第四象限：（+，-）x轴正方向：（+，0）x轴负方向：（-，0）y轴正方向：（0，+)y轴负方向：(0，-）2 测量坐标系 测量二维坐标系统有球面或平面坐标：1）大地坐标系；2）高斯平面直角坐标
45、系；3）独立平面直角坐标系。无论是高斯平面直角坐标系还是独立平面直角坐标系，均以纵轴为轴，横轴为轴，这与数学上笛卡尔平面坐标系的轴和轴正好相反；测量与数学上关于坐标象限的规定也有所不同，二者均以北东为第一象限，但数学上的四个象限为逆时针递增，而测量上则为顺时针递增。数学中的平面直角坐标以纵轴为y轴，自原点向上为正，向下为负；以横轴为x轴，自原点向右为正，向左为负；象限按逆时针方向编号。测量上的平面直角坐标系以南北方向的纵轴为x轴，自原点向北为正，向南为负；以东西方向的横轴为y轴，自原点向东为正，向西为负；象限按顺时针方向编号。由此看出，测量上的平面直角坐标与数学中的平面直角坐标是有所不同的，
46、理由是由于测量工作中以极坐标表示点位时其角度值是以北方向为准按顺时针方向计算的，而数学中则是以横轴为准按逆时针方向计算的，把x轴与y轴纵横互换后，数学中的全部三角公式都同样能在测量中直接应用，不需作任何变更。3CAD、CASS坐标系测量坐标系中(x,y)代表的是（北方向坐标，东方向坐标），此时X轴是纵轴，Y轴是横轴。而在CAD坐标系中(x,y)代表的是（横坐标，纵坐标），此时X轴是横轴，Y轴是纵轴。所以，测量坐标系中的(x,y)输入CAD时应为(y,x)，关键是理解两个坐标系的纵横轴关系。CASS坐标系同测量坐标系，横轴为y纵轴为x。4 SD max坐标系参考坐标系决定了用户执行移动、旋转、缩放等操作时所使用的x，y与z轴方向及坐标系原点。例如，要精确地移动、旋转或缩放物体，应首先选择合适的坐标系，然后再借助状态栏中的坐标输入框输入具体数值。物体的轴点相当于创建物体时的几何中心，它主要被作为旋转物体时的旋转中心。但是，通过适当的操作可改变物体轴点的位置。下面简要地介绍几种主要SD max参考坐标系的含义。1、World：世界坐标系，又称世界空间。位于各视口左下角的图标，显示了世界坐标系的方向，其坐标原点位于视口中心。该坐标系永远不会变化。2、 Screen：屏幕坐标系，此
