全站仪使用方法.docx
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全站仪使用方法.docx
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全站仪使用方法
全站仪,即全站型电子速测仪(ElectronicTotalStation)。
是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器,是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。
因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作,所以称之为全站仪。
广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。
【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,
【简史】
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,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”(ElectronicTachymeter)。
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。
【分类】
全站仪采用了光电扫描测角系统,其类型主要有:
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。
全站仪按其外观结构可分为两类:
(1)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。
(2)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。
全站仪按测量功能分类,可分成四类:
(1)经典型全站仪(Classicaltotalstation)
TCRP全站仪
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(Motorizedtotalstation)
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(Reflectorlesstotalstation)
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(Robotictotalstation)
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”典型的代表有徕卡的TCA型全站仪等。
全世界精度最高的全站仪TCA2003
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)-,±(2mm+2ppm)通常用于一般等级的控制测量。
(3)长测程全站仪
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。
【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。
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
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.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。
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。
5.通讯接口
全站仪可以通过BS—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。
【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0°00′00〃。
(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0.3S;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算显示测点的三维坐标。
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(personalcomputermemorycardinternationassociation,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。
【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平位置的目标,盘左盘右观测之,取它们的读数(顾及常数180度)即得两倍的c(c=1/2(ɑ左-ɑ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30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校正螺钉。
【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。
内容:
了解全站仪的分类、等级、主要技术指标;掌握全站仪的基本操作,测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法;了解全站仪的对边测量、悬高测量、面积测量等方法。
重点:
全站仪的基本操作,测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法。
难点:
全站仪测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法。
教学方法:
采取演示法教学。
讲解拓普康全站仪使用,在课堂上每讲一项功能后,利用多媒体课室的优点,现场演示一次,并将操作过程通过投影仪投影到屏幕上,起到直观、形象的效果,使学生能迅速掌握全站仪的使用。
§7.1全站仪(totalstation)的功能介绍
随着科学技术的不断发展,由光电测距仪,电子经纬仪,微处理仪及数据记录装置融为一体的电子速测仪(简称全站仪)正日臻成熟,逐步普及。
这标志着测绘仪器的研究水平制造技术、科技含量、适用性程度等,都达到了一个新的阶段。
全站仪是指能自动地测量角度和距离,并能按一定程序和格式将测量数据传送给相应的数据采集器。
全站仪自动化程度高,功能多,精度好,通过配置适当的接口,可使野外采集的测量数据直接进入计算机进行数据处理或进入自动化绘图系统。
与传统的方法相比,省去了大量的中间人工操作环节,使劳动效率和经济效益明显提高,同时也避免了人工操作,记录等过程中差错率较高的缺陷。
全站仪的厂家很多,主要的厂家及相应生产的全站仪系列有:
瑞士徕卡公司生产的TC系列全站仪;日本TOPCN(拓普康)公司生产的GTS系列;索佳公司生产的SET系列;宾得公司生产的PCS系列;尼康公司生产的DMT系列及瑞典捷创力公司生产的GDM系列全站仪。
我国南方测绘仪器公司90年代生产的NTS系列全站仪填补了我国的空白,正以崭新的面貌走向国内国际市场。
全站仪的工作特点:
1、能同时测角、测距并自动记录测量数据;
2、设有各种野外应用程序,能在测量现场得到归算结果;
3、能实现数据流;
一、TOPCON全站仪构造简介
图1为宾得全站仪PTS-V2,图2为尼康C-100全站仪,图3为智能全站仪GTS-710,图4为蔡司EltaR系列工程全站仪,图5为徕卡TPS1100系列智能全站仪。
二、全站仪的功能介绍
1、角度测量(angleobservation)
(1)功能:
可进行水平角、竖直角的测量。
(2)方法:
与经纬仪相同,若要测出水平角∠AOB,则:
1)当精度要求不高时:
瞄准A点——置零(0SET)——瞄准B点,记下水平度盘HR的大小。
2)当精度要求高时:
——可用测回法(methodofobservationset)。
操作步骤同用经纬仪操作一样,只是配置度盘时,按“置盘”(HSET)。
2、距离测量(distancemeasurement)
PSM、PPM的设置——测距、测坐标、放样前。
1)棱镜常数(PSM)的设置。
一般:
PRISM=0(原配棱镜),-30mm(国产棱镜)
2)大气改正数(PPM)(乘常数)的设置。
输入测量时的气温(TEMP)、气压(PRESS),或经计算后,输入PPM的值。
(1)功能:
可测量平距HD、高差VD和斜距SD(全站仪镜点至棱镜镜点间高差及斜距)
(2)方法:
照准棱镜点,按“测量”(MEAS)。
3、坐标测量(coordinatemeasurement)
(1)功能:
可测量目标点的三维坐标(X,Y,H)。
(2)测量原理
若输入:
方位角
,测站坐标(
,
);测得:
水平角
和平距
。
则有:
方位角:
坐标:
若输入:
测站S高程
,测得:
仪器高i,棱镜高v,平距
,竖直角
,则有:
高程:
(3)方法:
输入测站S(X,Y,H),仪器高i,棱镜高v——瞄准后视点B,将水平度盘读数设置为
——瞄准目标棱镜点T,按“测量”,即可显示点T的三维坐标。
4、点位放样(Layout)
(1)功能:
根据设计的待放样点P的坐标,在实地标出P点的平面位置及填挖高度。
(2)放样原理
1)在大致位置立棱镜,测出当前位置的坐标。
2)将当前坐标与待放样点的坐标相比较,得距离差值dD和角度差dHR或纵向差值ΔX和横向差值ΔY。
3)根据显示的dD、dHR或ΔX、ΔY,逐渐找到放样点的位置。
5、程序测量(programs)
(1)数据采集(datacollecting)
(2)坐标放样(layout)
(3)对边测量(MLM)、悬高测量(REM)、面积测量(AREA)、后方交会(RESECTION)等。
(4)数据存储管理。
包括数据的传输、数据文件的操作(改名、删除、查阅)。
§7.2TOPCONGTS-312全站仪使用简介
一、仪器面板外观和功能说明
面板上按键功能如下:
——进入坐标测量模式键。
◢——进入距离测量模式键。
ANG——进入角度测量模式键。
MENU——进入主菜单测量模式键。
ESC——用于中断正在进行的操作,退回到上一级菜单。
POWER——电源开关键
◢◣——光标左右移动键
▲▼——光标上下移动、翻屏键
F1、F2、F3、F4——软功能键,其功能分别对应显示屏上相应位置显示的命令。
显示屏上显示符号的含义:
V——竖盘读数;HR——水平读盘读数(右向计数);HL——水平读盘读数(左向计数);
HD——水平距离;VD——仪器望远镜至棱镜间高差;SD——斜距;*——正在测距;
N——北坐标,x;E——东坐标,y;Z——天顶方向坐标,高程H。
二、全站仪几种测量模式介绍
1、角度测量模式
功能:
按ANG进入,可进行水平角、竖直角测量,倾斜改正开关设置。
第1页
F1 OSET:
设置水平读数为:
0°00ˊ00"。
F2 HOLD:
锁定水平读数。
F3 HSET:
设置任意大小的水平读数。
F4 P1↓:
进入第2页。
第2页
F1 TILT:
设置倾斜改正开关。
F2 REP:
复测法。
F3 V%:
竖直角用百分数显示。
F4 P2↓:
进入第3页。
第3页
F1 H-BZ:
仪器每转动水平角90°时,是否要蜂鸣声。
F2 R/L:
右向水平读数HR/左向水平读数HL切换,一般用HR。
F3 CMPS:
天顶距V/竖直角CMPS的切换,一般取V。
F4 P3↓:
进入第1页。
2、距离测量模式
功能:
按◢进入,可进行水平角、竖直角、斜距、平距、高差测量及PSM、PPM、距离单位等设置。
第1页
F1 MEAS:
进行测量。
F2 MODE:
设置测量模式,Fine/coarse/tragcking(精测/粗测/跟踪)。
F3 S/A:
设置棱镜常数改正值(PSM)、大气改正值(PPM)。
F4 P1↓:
进入第2页。
第2页
F1 OFSET:
偏心测量方式。
F2 SO:
距离放样测量方式。
F3 m/f/i:
距离单位米/英尺/英寸的切换。
F4 P2↓:
进入第1页。
3、坐标测量模式
功能:
按
进入,可进行坐标(N,E,H)、水平角、竖直角、斜距测量及PSM、PPM、距离单位等设置。
第1页
F1 MEAS:
进行测量。
F2 MODE:
设置测量模式,Fine/Coarse/Tracking。
F3 S/A:
设置棱镜改正值(PSM),大气改正值(PPM)常数。
F4 P1↓:
进入第2页。
第2页
F1 R.HT:
输入棱镜高。
F2 INS.HT:
输入仪器高。
F3 OCC:
输入测站坐标。
F4 P2↓:
进入第3页。
第3页
F1 OFSET:
偏心测量方式。
F2 ———
F3 m/f/i:
距离单位米/英尺/英寸切换。
F4 P3↓:
进入第1页。
4、主菜单模式
功能:
按MENU进入,可进行数据采集、坐标放样、程序执行、内存管理(数据文件编辑、传输及查询)、参数设置等。
三、全站仪功能简介
测量前,要进行如下设置——按◢或
,进入距离测量或坐标测量模式,再按第1页的S/A(F3)。
1、棱镜常数PRISM的设置——进口棱镜多为0,国产棱镜多
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- 全站仪 使用方法