1、 中国矿业大学成人教育学院 毕 业 论 文 年级： 班级：地质测量 姓名： 学号： 摘 要 在传统的测量中，人们已经提到了速测法，它是指使用一种仪器在同一测站点，能够同时测定某一点的平面位置和高程的方法。这种方法也称做速测术，速测仪最初就是根据这个原理而设计的测量仪器。速测仪器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，被测定点的平面位置由经纬仪角度测量及光学视距来确定，而高程则是用三角高程的测量方法来确定的。带有视距丝的光学速测仪，由于其快速，简易，方便，在短距离（ 100m以内），低精度（ 1/200,1/500）的测量中（如
2、碎部分点测量），具有较大优势，得到了广泛的应用。 电子测距技术的出现大大地推动了测速仪的发展。用光电测距代替光学视距，用电子经纬仪代替光学经纬仪测角，使得仪器的测量距离更大，时间更短，精度更高。随着仪器结构，功能的进一步完善，便出现了电子全站仪。 关键词： 电子全站仪 测量工程 应用研究 错误 !未指定书签。 电子全站仪在测绘工程中的应用研究 第一节 全站仪的概念 全站仪的概念及应用 全站仪的概念 由于电子测距仪，电子经纬仪及微处理机的产生与性能不断完善，在 20 世纪 60 年代末出现了把电子测距，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
3、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，较完善的实现了测量和数据处理过程的电子化和一 体化，所以成为全站型电子速测仪，通常又称为电子全站仪或简称全站仪。 早期的全站仪由于体积大，质量也大，价格昂贵等因素，其推广应用受到了很大的限制。自 20 世纪 80 年代起，由于大规模集成电路和微处理机及半导体发光元件性能的不断完善和提高，使全站仪进入了成熟与蓬勃发展阶段。其表现特征是小型，轻巧，精密，耐用，并具有强大的软件功能。特别是 1992 年以来，新颖的电脑智能型全站仪投入世界测绘仪器市场，如索佳（ SOKKIA） SET 系列，拓普康（ TOPCON） GT700
4、 系列，尼康（ NIKON） DTM700 系列，徕卡（ LEIKA）TPS1000 系列等，使操作更加方便快捷，测量精度更高，内存更大，结构造型更精美合理。 全站仪的应用 全站仪与传统的测量仪器相比 ,具有操做方便 、 功能强精度高、速度快等特点。其应用范围已不仅局限于测绘工程、建筑工程、水利工程、交通与道路工程、地籍于房地产测量，而且在大型工业生产设备与构件安装和调试、大桥水坝的变形观测、地质灾害监测及体育竞技等领域中都得到了广泛应用。全站仪的应用可归纳为以下几个方面： （ 1）控制测量。在控制测量中，使用全站仪的基本测量功能布设全站仪导线，特别适用于带状 地形和隐蔽地区，如线路控制测量和
5、城市控制测量：布设导线网和边角网十分灵活，观测方便，精度高；特别是与 GPS 全球定位系统配合，布网形式更灵活，观测更方便，精度更可靠。但需按相应的等级测量要求进行观测和计算，不能使用坐标测量功能。 平面和高程控制可同时进行，用全站仪三角高程测量完全可以代替四等谁准测量，仪器安置于两个测点之间并使两个棱镜同高，不需要量取仪器高和棱镜高，可以提高观测精度。 （ 2）地形测量。在地形测量过程中，使用全站仪的程序测量功能进行三维坐标测量、前方交会、后方交会等，不但操作简单，而且速度快、精 度高；并可将控制测量和碎部点测量同时进行；通过传输设备可将全站仪与计算机、绘图机相连形成内外一体的测绘系统，从而
6、大大提高地形图测绘的质量和效率。 （ 3）工程放样。使用全站仪放样测量功能可将设计好的建（构）筑物、道路、管线等 设施的位置，按图纸要求快速、准确地测设到施工现场的实地，作为施工的依据；特 别是一些造型复杂、要求高、规模大的建（构）筑物等。 （ 4）变形监测。在建（构）筑物的变形观测、地质灾害的动态监测中，使用全站仪的坐标测量功能对变形部位的三维坐标进行实时监测，可以及时掌握变形规律，保障结构安全。 第一节 全站仪使用中应注意的问题 全站仪与传统的测量仪器相比具有很多优点。但在使用过程中，人们往往过分地以来和信任它并用传统的测量方式及习惯理解它，常常出现概念和操作错误；实质上它完全是按人们预置
7、的作业程序及功能和参数设置进行工作的。在全站仪的使用中应注意如下几个问题。 1 全站仪的测量功能 全站仪是一个由测距仪、电子经纬仪、电子补偿仪、微处理机组合的一个整体。测量功能可分为基本测量功能和程序测量功能。基本测量功能包括电子测距、电子测角（水平角、垂直角）；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、对边测量、放样测量、偏心测量、后方交会测量、面积计算等、应特别注意的是，只要开机，电子测角系统即开始工作并实时显示观测数据；其他测量功能只是测距及数据处理。全站仪的程序测量功能均为单镜位观测数据或计算数据。在地形测量和一般工程测量、施工放样测量中精度已足够；但在等级测量中仍需要
8、按规范要求进行观测、检核、记录、平差计算等。 2 全站仪的观测数据 全站仪尽管生产厂家、型号繁多，其功能大同小异，但原始观测数据只有倾斜距离（斜距）；水平方向值、天顶距；电子补偿器检测的是仪器垂直轴倾 斜在 X 轴（视准轴方向）和Y 轴（水平轴方向）上的分量，并通过程序计算自动改正由于垂直轴倾斜对水平角度和竖直角度的影响。所以，全站仪的观测数据为水平角度、竖直角度、倾斜距离，其他测量方式实际上都是由这三个原始观测数据通过内置程序间接计算并显示出来的。应特别注意的是，所有观测数据和计算数据都只是半个测回的数据，因此在等级测量中不能用内存功能，记录水平角、竖直角、倾斜距离这三个原始数据时十分必要的
9、。 3 全站仪的度盘配置 光学经纬仪在进行等级测量时，为了消除度盘的分划误差，各测回之间需要进行度盘配置。因为光学仪器度盘上 的分划是固定的，每一角度值在度盘上的位置固定不变。而电子仪器由于采用的是电子度盘，每一度盘的位置可以设置为不同的角度值。如仪器照准某一后视方向设置为 0，顺时针转动 30，显示角度为 30；再次照准同一个后视方向设置为30，再顺时针转动 30，则显示角度变为 60，而电子度盘的位置实际上并未改变。所以使用时应注意，只要仪器在不同的测站点对中、整平后，对应电子度盘的位置已经固定；即使后视角度设置不同，角度值并不固定地对应度盘上某个位置，测量时无须进行度盘配置。 4 全站仪
10、的正、倒镜观测 光学经纬仪采用正、倒镜的 观测方法可以消除仪器的视准轴误差、水平轴倾斜误差、度盘指标差。全站仪虽然具有自动补偿改正功能，视准轴误差和度盘指标差也可通过仪器检验后的参数预置自动改正。但在不同的观测条件下，预置参数可能会发生变化导致改正数出现错误，另外仪器自动改正后的残余误差也会给观测结果带来影响。所以，在等级测量中仍需要正、倒镜观测，同样需要做记录、检核。 5 全站仪的左、右角观测 光学经纬仪的水平度盘刻度是顺时针编号，无论望远镜顺时针转动或逆时针转动，观测的角度均为右角。全站仪的右角观测（水平度盘刻度顺时针编号）是指仪器的水平度 盘在望远镜顺时针转动时水平角度增加，逆时针转动时
11、水平角度减少；左角观测则正好相反（水平度盘刻度顺时针编号）。电子度盘的刻度可根据需要设置左、右角观测（一般为右角）。这一点非常重要，在水平电子度盘设置时应特别注意，否则观测的水平角度会出现错误；如水平角实际为 30则显示为 330 .特别是在平面坐标测量和施工放样测量中设置后视方位时，如果设置为左角就会出现测定点和测设点沿后视方位左右对称错位。如设置后视方位为0，顺时针转角 90时方位应为 90而仪器显示的坐标是按 270方位计算的。 6 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
12、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。 7 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现实的。最新的全站仪已实现了三轴补偿功能，三轴
13、补偿的全站仪是在双轴补偿器的基础上，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盘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。 8 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存在。所以在使用时应注意，对补偿器进行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，检验时先长水准气泡然后电子气泡。 9 全站仪的
14、坐标显示 全站仪的坐标显示有两种设置方式，即 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。 10 全站仪的存储器 全站仪的存储器分为内部和外部两种。内部存储器时全站仪整体的一个部分；而电子记录薄、存储卡、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 多个测点的观测数据，对于一天的外业测
15、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存储的数据是否已经导出，确认无误后方可进行。使用数据存储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。 11 全站仪的误操作 全站仪在操作工程中难免发生错误，无论在何种情况发生误操作均可回到基本测量模式，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。 12 全站仪的电池 目
16、前，全站仪的电池大多是可充电的锂电池，使用中注意以下几点： （ 1）电池一定要在一起整 平前安装好，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，搬动仪器前关闭，因为全站仪的制动补偿器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，测量过程中应尽量减减测距次数。特别在程序测量功能下，显示测量数据后应立即按停止，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，长期不用每月充电一次。 （ 5）仪器长期不用应至少三月通电一次。 以上问题，在测量过程中只要观测者认真、仔细观擦仪器的工作状态和数据显示内容，完全及时发现和避免错
17、误发生 。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、正确悬着测量模式，才能真正充分发挥全站仪在测量工作中的优势。 第二节 全站仪在工程测量中的应用 全站仪在工程平面控制测量中的应用，主要使用其基本测量功能进行测角、测距、布设闭合导线、附和导线。在施工测量中的应用，主要使用其程序测量功能进行三维坐标测量、施工放样测量。下面以一个顶管施工的工程实例说明。 1 导线测量 某工程施工顶管长约 2km，由于该工程仅提供了两个导线点 A、 B 的坐标作为起 算数据，要放样出 10 个工作井、接收井的中心桩，工作井与接收井最远距离为 350m，横向贯通误差要求为 100m
18、m。因此，以起算点布设了一级闭合导线（见图 8-1）， ABR14R13 R12R11 R10 R9R8R7R6R5R4R3R2R11# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#9#10#图8 -1 闭合导线R1、 R2、 、 R14 为待测导线点， 1#、 2#、 、 10#为要放样的工作井、接收井的中心桩的位置。闭合导线的一边布设的点数较多，导线点位均布设在工作井、接收井附近公路边上比较稳定的地方，可根据导线控制点方便对井位中心桩、轴线点进行放样。为了形成图形强度较好的闭合导线环，其闭合导线的另一边布设的点数较少。 使用全站仪观测，严格按照城市测量规 范（ CJJ8-85）一级导线的要求执
19、行，施测时，在测站点对全站仪输入温度，气压及仪器的加常数，乘常数，可直接测出闭合导线点的水平角及水平距离，平距一般取 4 次读数平均值。全站仪闭合导线的实测边长的相对精度列于表 8 1。 表 8 1 导线测量边长的相对精度 边 长 往测 D（ m） 返测 D （ m） 较差 d (mm) 边长的相对精度 A R1 355.872 355.873 -1 1 350 000 R1 R2 199.949 199.952 -3 1 66 000 R2 R3 184.791 184.795 -4 1 46 000 R3 R4 209.312 209.317 -5 1 41 000 R4 R5 312.2
20、88 312.294 -6 1 52 000 R5 R6 381.480 381.484 -4 1 95 000 R6 R7 144.333 144.335 -2 1 72 000 R7 R8 251.066 251.070 -4 1 62 000 R8 R9 311.970 311.966 4 1 78 000 R9 R10 299.934 299.929 5 1 59 000 R10 R11 483.835 483.826 9 1 53 000 R11 R12 430.035 430.037 -2 1 215 000 R12 R13 470.039 470.036 3 1 156 000
21、R13 R14 283.857 283.854 3 1 94 000 R14 A 361.229 361.231 -2 1 180 000 从表 8-1 可看出测量测量边长的相对精度较高，其最低的为 R3 R4 边长，相对精度为 141 000，但完全满足规范规定的 13000 的要求。而闭合导线角度闭合差为 10“，远小于规范规定的 10 n 。测距边的单位权中误差按下列公式计算： mmnpdd 99.02 （ 8 1） 式中 n 测距边的个数； d 各边 往返距离的较差， mm; p 各边距离测量的权，其值为 p=1 mD2 其中 mD 为测距中误差，可按测距仪的标称精度计算。 按导线方位
22、角闭合导线的方位角闭合差计算测角中误差，按下列公式计算： 8.21 nffNm (8 2) 式中 f 闭合导线环的方位角闭合差； n 计算 f 时的测站数。 N 闭合导线环的个数。 最后计算出的导线全长相对闭合差为 1 70 000。由此看出全站仪的测距、测角的精度都很高。 2 放样及坐标测量 在导线测量野外工作结束以后，利用导线网平差程序对外业观测成果进行平差计算。根据平差后的导线点坐标即可进行工作井、接收井的中心 桩位置及轴线的点位进行放样工作、断面测量等。在测站点对全站仪输入温度、气压及仪器的加常数、乘常数、测站点坐标、后视点坐标和所要放样井位的设计坐标，以测站点瞄准后视导线点进行定向，
23、即可进行点位放样。开始放样时，全站仪显示照准方向即可确定。在此方向线上竖立反射棱镜，即可进行水平距离的放样测量，沿视线方向向前或向后移动反射棱镜，直至水平距离的差 H 为 0m，确定放样点的位置。用索佳全站仪 SET2C进行点位的放样测量极为便捷、快速、准确。 在导线控制点 R1 上对 1#中心桩位置进行放样，在导线点 R2 上对之进行坐标量的检查 ，依次对 10 个工作井、接收井的中心桩位置进行放样及检查，其结果列于表 8-2. 根据表 8-2 可计算坐标差的误差： m= mmn 15.3 。 通过对 10 个中心桩点位的放样，实测坐标与设计坐标最大的差为 6mm，放样点位坐标的中误差仅为
24、3.15mm，完全满足施工测量的要求。 3 断面测量 在井位中心桩、轴线桩放样以后，即可把仪器搬至所放的井位中心桩或轴线桩上进行纵、横断面测量，在井位中心桩、轴线桩上架设仪器，输入测站点的温度、气压、高程、仪器高、 棱镜高等，定向以后，即可在轴线方向上、地形变化处安置反射棱镜，直接可测出断面点至测站点的水平距离和高程。在断面测量模式下可进行横断面的平距及高差测量，最后绘制纵、横断面图。 表 8-2 坐标测量检查 井 号 设 计 坐 标 实 测 坐 标 差 值 （ mm） 1 # X=3029.700 X=3029.702 2 Y=3226.500 Y=3226.504 4 1 # X=2803
25、.000 X=2803.003 3 Y=3226.500 Y=3226.498 2 2 # X=2753.000 X=2753.001 1 X=3226.500 Y=3226.496 4 2 # X=2412.000 X=2412.006 6 Y=3226.500 Y=3226.501 1 3 # X=2162.000 X=2161.997 3 Y=3226.500 Y=3226.501 1 3 # X=2112.000 X=2112.002 2 Y=3226.500 Y=3226.503 3 4 # X=1855.800 X=1855.803 3 Y=3226.500 Y=3226.500
26、0 4 # X=1597.800 X=1597.801 1 Y=3226.500 Y=3226.503 3 5 # X=1339.800 X=1339.797 3 Y=3226.500 Y=3226.505 5 5 # X=1339.800 X=1339.799 1 Y=3575.600 Y=3575.602 2 第三节 全站仪在数字测图中的应用 利用全站仪在野外进行地形数据采集，并用计算机辅助绘制大比例尺地形图的工作，简称数字绘图。 1 数字 测图的特点 数字测图技术在野外数据采集工作的实质就是解析法测定地形点的三维坐标，时一种先进的地形图测绘方法，与传统的图解法相比具有以下几方面的特点。
27、1.1 自动化程度高 由于采用全站仪在野外采集数据，自动记录存储，并可直接传输给计算机进行数据处理、绘图，不但提高了工作效率，而且减少了测量错误的发生，使得绘制的地形图精确、美观、规范。同时由计算机处理地形消息，建立数据和图形数据库，并能生成数字地图和电子地图，有利于后续的成果应用和信息管理工作。 1.2 精度高 数字测图的精度主要取决于对地形点的野外 数据采集的精度，其他因素的影响很小，而全站仪的解析法数据采集精度要远远高于图解法平板测图的精度。 1.3 使用方便 数字测图采用解析法测定点位坐标依据的是测量控制点。测量成果的精度均匀一致，并且与绘图比例尺无关。利用分层管理的野外作业数据，可以
28、方便地绘制不同比例尺的地形图和各种用途的专题地图，实现了一测多用，同时便于地形图的检查、修测和更新。 1.4 数字测图的缺点 数字测图的缺点： （ 1）数字测图的一次性投资较大，成本高； （ 2）野外采集时各类信息编码复杂； （ 3）由于成图软件的局限，在一些地貌复 杂的地区，成图效果与实地地形相差较大； （ 4）在城镇地物十分密集而又复杂的地区，数字测图往往遇到很多障碍而难以实施。 2 数字测图的实施 2.1 数据采集的作业模式 根据数字测图的作业过程不同，数据采集的作业模式可分为数字测记模式和数字测绘模式。 （ 1）数字侧记模式是将野外采集的地形数据传输给计算机，结合野外详细绘制的草图，室
29、内在计算机屏幕上进行人机交互编辑、修改，生成图形文件或数字地图。 （ 2）数字测绘模式是利用全站仪在野外测量，将采集到的地形数据传输给便携式计算机，测量人员可以野外实时地在屏幕上 进行人机对话，对数据、图形进行处理、编辑，最后生成图形文件或数字地图，即实时成图，实现内、外业一体化。 2.2 地形信息的编码 由于地形图是依野外测量数据，由计算机软件自动处理（自动识别、检索、连接，自动调用图式符号等），并在测量者的干预下自动完成地形图的绘制。这就要解决野外采集的数据与实地或图形之间的对应关系问题。为了使计算机能够识别所采集的数据，以便对其进行处理、加工，就必须对仪器实测的每一个碎部点赋予一个确定的
30、地形信息编码。地形信息编码应包含的信息为： （ 1）测点的三维坐标。 （ 2）测点的属性，即 点的特征信息。 （ 3）测点间的连接关系。 2.3 地形信息编码的原则 地形信息编码的原则为： （ 1）规范性，即图示分类应符合国家标准、测图规范。 （ 2）简易实用性，尊重传统方法，容易为野外作业人员和图形编辑人员理解、接受和记忆，并能正确、方便地使用。 （ 3）惟一性，便于计算机处理，且具有惟一性。 2.4 地形信息编码的方案 地形信息编码的方案包括三位整数编码和四位整数编码。 2.4.1 三位整数编码 三位整数是最少位数的地形编码，它主要依据地形图图式符号，对地形要素进行分类、排列编码。一般按照 1： 500 1： 1000 1： 2000 地形图图式，把地形要素分为十大类，如表 8-3 所示。 类 别 代表的地形要素 类 别 代表的地形要素 0 地貌特征点 5 管线及垣栅 1 测量控制点 6 水系及附属设施 2 居民地公共设施 7 境界 3 独立地物 8 地貌及土质 4 道路及附属设施 9 植被
