2023/2/5測量學第四章1第四章全站儀土木工程學院：周麗萍2023/2/5測量學第四章2全站型電子速測儀是由電子測角、電子測距、電子計算和數據存儲等單元組成的三維坐標測量系統，能自動顯示測量結果，能與外圍設備交換信息的多功能測量儀器。由于儀器較完善地實現了測量和處理過程的電子一體化，通常稱之為全站型電子速測儀（ElectronicTotalStation）或簡稱全站儀。第Ⅰ部分全站儀簡介2023/2/5測量學第四章3一、全站儀的組成顯示器鍵盤只讀存儲器隨機存儲器輸入/輸出I/O單元微處理器水平角測量單元垂直角測量單元距離測量單元自動補償單元光電測量系統微處理器及軟件w

全站儀實際上是一種將光電測距儀和電子經緯儀合為一體的儀器，是由光電測距儀、電子經緯儀和數據處理系統組成。

l）采集數據設備：主要有電子測角系統、電子測距系統、還有自動補償設備等。

2）微處理器：微處理器是全站儀的核心裝置,主要由中央處理器,隨機儲存器和只讀存儲器等構成,測量時,微處理器根據鍵盤或程序的指令控制各分系統的測量工作,進行必要的邏輯和數值運算以及數字存儲、處理、管理、傳輸、顯示等。2023/2/5測量學第四章43）輸入輸出設備：是與外部設備連接的裝置（接口），使全站儀能與磁卡和微機等設備交互通訊、傳輸數據。其中又把外圍設備與微處理機統稱為過程控制機。只有上面幾部分有機結合，才能真正地體現“全站”功能，即既要自動完成數據采集，又要自動處理數據和控制整個測量過程。2023/2/5測量學第四章5二全站儀的精度等級及主要技術指標全站儀及電子經緯儀的精度等級劃四級，并使其分別靠向我國已有的經緯儀系列DJ1～DJ15，詳見表1-1。

2023/2/5測量學第四章6

全站儀的精度等級是由兩部分確定，即測角標準偏差和測距標準偏差。當兩項指標達到表1中所列的范圍內時，該儀器的精度等級即可確定。每臺全站儀出廠時均有一個標稱精度值，該值是根據西德DIN18723標準進行評定的。通過我國的實際試驗，現實測值小于標稱值，為標稱值的一半左右，這也說明我們如此劃分全站儀的精度等級是完全可以滿足我們的現行標準的。2023/2/5測量學第四章7三全站儀分類1）按照產地：日本的賓得、索佳、拓普康、尼康，美國的天寶、瑞士的徠卡等系列，我國南方公司的（1996年生產了第一臺全站NTS2O2）。

2023/2/5測量學第四章8

2）按照電子測角系統和電子測距系統的結合方式：積木式和整體式。積木式（Modular），也稱組合式，它是指電子經緯儀和測距儀可以分離開使用，照準部與測距軸不共軸。作業時，測距儀安裝在電子經緯儀上，相互之間用電纜實現數據通訊，作業結束后卸下分別裝箱。這種儀器可根據作業精度要求，用戶可以選擇不同測角、測距設備進行組合，靈活性較好。整體式（integrated），也稱集成式，它是將電子經緯儀和測距儀融為一體，共用一個光學望遠鏡，使用起來更方便。

3）按照特有功能：帶內存、防水型、防爆型、電腦型、帶馬達的（測量機器人）。2023/2/5測量學第四章9四全站儀的應用介紹全站儀應用非常廣泛，在變形觀測中的應用、在測設公路中線上的應用、在大面積室內裝修工程中的應用、在貫通測量中的應用、在水準法測量高程的應用、在測量道路橫斷面的應用、在數字測圖的應用、在坐標法進行線路詳細測設中的應用、在坐標測量和放樣中的應用、自由設站的應用、程序測量功能在工程測量中的應用等。2023/2/5測量學第四章10構造2023/2/5測量學第四章112023/2/5測量學第四章122023/2/5測量學第四章132023/2/5測量學第四章14數據通訊2023/2/5測量學第四章15通訊參數2023/2/5測量學第四章16棱鏡、基座、反光鏡2023/2/5測量學第四章17五全站儀的特點〈1〉儀器操作簡單，高效。全站儀具有現代測量工作所需的所有功能〈2〉快速安置：簡單地整平和對中后，開機后便可工作。儀器具有專門的動態角掃描系統，因此無需初始化。關機后，仍會保留水平和垂直度盤的方向值。電子“氣泡”有圖示顯示并能使儀器始終保持精密置平。〈3〉適應性強：全站儀是為適應惡劣環境操作所制造的儀器。它們經受過全面的測試以便適應各種作業條件，例如，雨天、潮濕、沖撞、塵土和高溫等，因此，它們能在最苛刻的環境下完成作業任務。2023/2/5測量學第四章18〈4〉全站儀設有雙向傾斜補償器,可以自動對水平和豎直方向進行修正,以消除豎軸傾斜誤差的影響。還可進行地球曲率改正、折光誤差以及溫度、氣壓改正。〈6〉具有雙向通訊功能，可將測量數據傳輸給電子手簿或外部計算機,也可接受電子手簿和外部計算機的指令和數據。〈5〉控制面板具有人機對話功能。控制面板由鍵盤和主,副顯示窗組成。除照準以外的各種測量功能和參數均可通過鍵盤來實現,儀器的兩側均有控制面板,操作十分方便。數據存儲與通訊操作面板電子補償器2023/2/5測量學第四章19Topcon(日)Trimble(德蔡司)蘇一光

RTS702

南方NTS-202/205全站儀

七、常見全站儀徠卡

TC4022023/2/5測量學第四章20賓得R-300X全站儀

索佳030R系列全站儀

尼康全站儀DTM-300

光譜FOCUS11

科力達

KTS-322

博飛

BTS-6082C

大地DTM612A

常見全站儀第二部分：南方NTS-360Rm使用介紹2023/2/5測量學第四章21一、控制面板介紹ANG角度測量/BS刪除DIST距離測量/IM切換數字字母CORD坐標測量MENU菜單功能鍵CORD坐標測量ESC返回健ENT確認健2023/2/5測量學第四章222023/2/5測量學第四章23二、角度、距離、坐標基本測量2023/2/5測量學第四章241、角度測量2023/2/5測量學第四章252023/2/5測量學第四章262、距離測量2023/2/5測量學第四章273、坐標測量2023/2/5測量學第四章282023/2/5測量學第四章292023/2/5測量學第四章302023/2/5測量學第四章312023/2/5測量學第四章323.1設置坐標參數1、單擊“MENU”健，打開菜單2、選中單擊“數據采集”健建立文件夾2023/2/5測量學第四章332023/2/5測量學第四章343、按“1”健進入設置測站點坐標參數2023/2/5測量學第四章354、利用數字鍵盤進行測站設置，單擊“F4”記錄2023/2/5測量學第四章365、單擊“2”健，設置后視點坐標2023/2/5測量學第四章376、利用數字鍵盤進行后視點坐標設置，單擊“ENT”記錄2023/2/5測量學第四章387、瞄準后視點棱鏡測量進行后視點坐標檢查，無誤進行未知點測量2023/2/5測量學第四章39八、新技術和發展趨勢1.目標的自動識別與照準

自動目標識別并驅動軸系照準目標，把測量員從全站儀測量工作中最為繁重的人工照準目標中解脫出來，使測量員可以遠離測站。廣角

CCD用于搜尋棱鏡(17o,35M像素)聚焦視準CCD用于棱鏡測量(47”,35M像素)2023/2/5測量學第四章402.全站儀的無合作目標測距激光指示器可根據不同的需求打開/關閉2023/2/5測量學第四章413.全站儀的自動控制（1）計算機在線控制GeoCOM方式（2）機載軟件控制GeoBASIC方式（3）Modem控制鏡站方式測量4.全站儀＋GPS＋陀螺儀2023/2/5測量學第四章42三同軸望遠鏡2023/2/5測量學第四章43

電子補償器豎軸傾斜量——視準軸方向CC和橫軸方向HH，雙軸。電子補償器——單軸補償(CC)，雙軸補償(CC，HH)。類型——擺式，液體。液體補償器的補償范圍一般為±3~±4′。雙軸傾斜量被傳輸到儀器微處理器，自動改正水平方向與垂直方向觀測值。2023/2/5測量學第四章44操作面板2023/2/5測量學第四章45數據存儲與通訊內存可存儲至少3000個點的測量數據與坐標數據，有些配有CF卡或SD卡來增加存儲容量。一個RS232C串行通訊接口，使用專用數據線與計算機的COM口連接，使用數據通訊軟件實現全站儀與PC機的雙向數據傳輸2023/2/5測量學第四章46第Ⅱ部分全站儀原理光電測距電子測角全站儀基本功能全站儀拓展功能2023/2/5測量學第四章47一光電測距電磁波測距(electro-magneticdistancemeasuring,簡稱EDM)是用電磁波(光波或微波)作為載波,傳輸測距信號,以測量兩點間距離的一種方法。

EDM具有測程長、精度高、作業快、工作強度低等優點。AB兩點距離：D＝c0·t/2/n c≈299792458±1.2米/秒,電磁波信號在真空中的傳播速度；t—測量2D所需的時間；n=f(λ,t,p)≥1,大氣折射率。基本原理：2023/2/5測量學第四章48(一)電磁波測距技術發展★1948年，瑞典AGA(阿嘎)公司(現更名為Geotronics(捷創力)公司)研制成功了世界上第一臺電磁波測距儀。它采用白熾燈發射的光波作載波，應用了大量的電子管元件，儀器相當笨重且功耗大。為避開白天太陽光對測距信號的干擾，只能在夜間作業，測距操作和計算都比較復雜。★

1960年世界上成功研制出了第一臺紅寶石激光器和第一臺氦-氖激光器，1962年砷化鎵半導體激光器研制成功。與白熾燈比較，激光器的優點是發散角小、大氣穿透力強、傳輸的距離遠、不受白天太陽光干擾、基本上可以全天侯作業。★

1967年AGA公司推出了世界上第一臺商品化的激光測距儀AGA-8。該儀器采用5mw的氦-氖激光器作發光元件，白天測程為40km，夜間測程達60km，測距精度(5mm+1ppm)，主機重量23kg。★我國的武漢地震大隊也于1969年研制成功了JCY-1型激光測距儀，1974年又研制并生產了JCY-2型激光測距儀。該儀器采用2.5mw的氦-氖激光器作發光元件，白天測程為20km，測距精度(5mm+1ppm)，主機重量16.3kg。2023/2/5測量學第四章49★隨著半導體技術的發展，從60年代末70年代初起，采用砷化鎵發光二極管作發光元件的紅外測距儀逐漸在世界上流行起來。紅外測距儀有體積小,重量輕,功耗小,測距快,自動化程度高等優點。由于紅外光的發散角比激光大,所以紅外測距儀的測程一般小于15km。★現在的紅外測距儀已經和電子經緯儀及計算機軟硬件制造在一起，形成了全站儀，并向著自動化、智能化和利用藍牙技術實現測量數據的無線傳輸方向飛速發展。(二)測距儀分類（一）按光源分類（按其所采用的載波）1.微波測距儀(microwaveEDMinstrument)：用微波段的無線電波作為載波；2.激光測距儀(laserEDMinstrument)：采用固體激光器、氣體激光器或半導體激光器發出的方向性強、亮度高、相干性好的激光作光源；3.紅外測距儀(infraredEDMinstrument)：采用砷化鎵發光二極管發出不可見的紅外光作光源，λ＝0.85～0.93μm.激光測距儀、紅外測距儀又統稱為光電測距儀。微波和激光測距儀多屬于長程測距，一般用于大地測量；紅外測距儀屬于中、短程測距儀(測程為15km以下)，工程測量等。2023/2/5測量學第四章50(二)按測程分類1.短程光電測距儀：測程小于3公里，用于工程測量。2.中程光電測距儀：測程為3～15公里，通常用于一般等級控制測量。3.遠程光電測距儀：測程大于15公里，通常用于國家三角網及特級導線.(三）按測距精度分類

測距精度按1公里測距中誤差(即mD=A+BD,當D=1km時),劃分為3級:Ⅰ級：mD≤5mm；Ⅱ級：5mm<mD≤10mm；Ⅲ級：10mm<mD≤20mm。其中：A為固定誤差，以mm為單位；

B為每公里的比例誤差系數，以mm/km為單位；

D為測距邊長，以km為單位。1967年第13屆國際計量會議定義:1秒是相應于銫原子基態的兩個超精細能量級間的躍遷輻射的9192631770個周期的時間.1983年第17屆國際計量會議定義:1米是光在真空中于1／299792458秒的時間間隔內所經路徑的長度.2023/2/5測量學第四章512023/2/5測量學第四章52瑞典AGA公司生產的AGA-8激光測距儀用5mw氦氖氣體激光器白天測40km，夜間可測60km精度：5mm+1ppm2023/2/5測量學第四章53T2+DI10，1968年Wild推出的第一臺紅外測距儀Wild生產的微波測距儀2023/2/5測量學第四章54WildDI3000脈沖測距儀2023/2/5測量學第四章55(三)光電測距的原理（1）脈沖式光電測距儀光電測距的精度主要取決于測量時間的精度。在電子測距中測量時間一般采用以下兩種方法：

直接測定時間：如電子脈沖法。

間接的測定時間：相位法(通過測量電磁波信號往返傳播所產生的相位移來間接的測定時間)。2023/2/5測量學第四章56脈沖式光電測距儀2023/2/5測量學第四章57討論——電子計數器只能記憶整數鐘脈沖數。q有±1鐘脈沖誤差，距離測量誤差mD=0.5CT0=0.5C/f0f0=15MHz，C=299792458m，mD=19.986m。如令mD=0.01m，f0=0.5C/mD=14989MHz人類可做到的石英晶振頻率為1×10-6級的最高頻率為300MHz，測距誤差——mD=0.5C/f0=0.5m。徠卡脈沖測距儀——DI3000解決方案核心技術——一個特殊的充放電電容器，放電時間T是充電時間t的數千倍。用測距時間t2D對電容器充電，然后放電，通過填充鐘脈沖測量放電時間T2D，設t2D=T2D/3000，等價將充電時間誤差縮小3000倍。f0=15MHz，mD=19.986m/3000=0.007mm。2023/2/5測量學第四章58圖為測距儀發出經調制的按正弦波變化的調制信號的往返傳播情況。信號的周期為T，一個周期信號的相位變化為2，信號往返所產生的相位移為:φ（2）相位法測距儀2023/2/5測量學第四章59式中f──調制信號的頻率；

t──調制信號往返傳播的時間；

c──調制信號在大氣中的傳播速度；ΔN＝。令＝u，上式可寫成：

λ＝,為調制正弦波信號的波長；D＝u（N＋ΔN）（4—14）公式推導2023/2/5測量學第四章60D＝u（N＋ΔN）

可以理解為用一把長度為“

u

”的“光尺”量距，N為整尺段數，ΔN為不足一整尺段的尾數,相當于鋼尺量距D=nl+q。

取c=3X105km/s，可求出與測尺長度相應的測尺頻率的關系，如下表所示：

儀器的測相系統存在測相誤差,其值一般達10－3,可見它對測距精度的影響將隨測尺長度的增長而增大。

儀器用于測量相位的裝置（相位計）只能測量出Δ,即尺段尾數ΔN(ΔN=Δ/2)，而不能測量整周數N。

要N=0，則必須選用較長的測尺長度，即較低的調制頻率(或稱測尺頻率)。為解決擴大測程與提高精度的矛盾，可以采用一組測尺配合測距，以短測尺(精測尺)保證精度，用長測尺(粗測尺)保證測程，如同鐘表上時、分、秒針互相配合來確定十二小時內的準確時間一樣。2023/2/5測量學第四章61例2023/2/5測量學第四章62檢驗時機：對新購置的儀器或經過修理的測距儀，在使用前一般要進行全面檢驗。

檢驗的項目：很多，其中加常數、乘常數是儀器的兩項主要系統誤差。(四)測距儀的檢驗1.加常數K及簡易測定

加常數的成因：是由于儀器電子中心與其機械中心不重合而形成的。

簡易測定：在地面上用木樁標出一直線ABC，樁頂用小釘表示點位。用測距儀分別測量出AB、BC、AC的長度，則

AC+K=（AB+K）+（BC+K）K=AC－（AB+BC） 這種方法簡便，但只能用于粗略測定或檢查加常數的變動情況。2.乘常數R的概念

乘常數產生：主要是由于測距頻率偏移而產生的。

乘常數，就是當頻率偏離其標準值而引起一個計算改正數的乘系數，也稱比例因子。3.加常數和乘常數的同時測定

最常用的是六段基線全組合比較法，對觀測數據采用一元回歸擬合法處理。2023/2/5測量學第四章63（一）測距成果化算簡單項目：

氣象改正、加常數改正、乘常數改正、傾斜改正(五)測距成果計算1．氣象改正

氣象改正：根據測距時的氣象條件對測距成果進行改正。電磁波在大氣中的傳播速度c隨t、p等氣象條件變化而變化；而儀器中只能按一個固定值計算測距值。因此應進行氣象改正。不同的儀器給出的氣象改正公式也不盡相同，一般在其使用說明書中給出。如：日本產TOPCON測距儀給出的氣象改正公式為：

Ka＝（279.66－）×10-6

（4—17）

式中:p——大氣壓力（Pa）;t——大氣溫度(℃)

氣象改正數Ka的計算公式中,有的是按公里數(10-6)求出的,有的是按百米數(mm/百米)求出的。氣壓P的單位：我國:mb（毫巴）、mmHg（毫米汞柱）國際:Pa（帕）、100Pa（百帕）、kPa（千帕）1mb=0.75005mmHg=100Pa（百帕）；760mmHg＝1013.3472mp2023/2/5測量學第四章642．加、乘常數改正

w

加常數與距離的長短無關，即：加常數改正值=加常數本身

w

乘常數一般以mm/百米或mm/公里表示，

乘常數改正值=乘常數×距離3．傾斜改正

l改正后斜距化算為測站所在水平面上的距離；

傾斜改正公式：

D

＝S×cos

（4—18）

式中：S—施加了氣象改正、加、乘常數改正的斜距；

—豎直角。

l考慮到地球曲率及大氣折光的影響時,上式變為

D＝S×cosα－×S2×sinα×cosα（4—19）式中：K——為大氣折光系數，一般取為0.13；

R——為地球半徑。注意：上式所求為測站所在的水準面上的距離。2023/2/5測量學第四章65例題

某臺測距儀，測得AB兩點的斜距＝1578.567m，測量時的氣壓p＝121.323kPa，t＝25°C，豎直角α＝＋153000；儀器加常數K＝＋2mm，乘常數R＝＋2.5×10-6，求AB的水平距離。其氣象改正公式為：Ka＝（281.8－）×10-6解：1．氣象改正D1＝Ka×s＝(281.8－)×1.578567＝62.3mm2．加常數改正

D2＝＋2mm3．乘常數改正

D3＝＋2.5×1.578567＝＋3.9mm4．改正后斜距

S＝S'＋D1＋D2＋D3＝1578.635m5．AB的水平距離D D＝S×cosα＝1578.635×cos153000＝1521.221m2023/2/5測量學第四章66(六)測距儀使用注意事項測距時嚴禁將測距頭對準太陽和強光源，以免損壞接收鏡內的光敏二極管。在陽光下必須撐傘以遮陽光。測距儀不要在高壓線下附近設站，以免受強磁場影響。測距儀在使用及保管過程中注意防震、防潮、防高溫。●

蓄電池應注意及時充電。紅外測距儀是使用鎳鎘可充電電池作為供電電源，由于鎳鎘電池具有記憶效應，所以一定要確認電池的電量已經全部用完后才可以充電，否則電池的容量會逐漸減小而損壞電池；儀器不用時，電池要充電保存。2023/2/5測量學第四章67(七)誤差分析和精度分析D＝（N＋）＋K測距公式則可寫成mD＝(＋＋)D2＋＋ （4-23）轉化為中誤差形式：上式中:前一項與距離成正比，稱比例誤差；后兩項與距離無關，稱固定誤差。(1)

測定真空光速c0的相對精度已達1×10-9，其影響可略而不計；(2)

折射率ng引起的誤差決定于氣象參數的精度。如果大氣改正達到10-6的精度，則空氣溫度須測量到1℃，大氣壓力測量到300Pa;(3)

調制頻率f引起的誤差，是由于安置頻率的不準以及由于晶體老化而產生的頻率漂移而產生的誤差，對于短程測距儀一般可不予考慮；(4)

測相誤差不僅與測相方式有關，還包括照準誤差、幅相誤差以及噪音引起的誤差。1.誤差分析2023/2/5測量學第四章68以上分析可以看出，測距儀的測距誤差主要有三類：

(1)固定誤差：與距離無關的誤差；

(2)比例誤差：與距離成比例的誤差；

(3)周期誤差:按距離成周期變化的誤差。此外測距誤差還包括儀器和反光鏡的對中誤差。照準誤差產生的原因是由于發光二極管所發射的光束相位不均勻性。幅相誤差是由于接受信號的強弱不同而產生的。在測距時按規定的信號強度范圍作業，就可基本消除幅相誤差的影響。由于大氣的抖動以及工作電路本身產生噪音也能引起測相誤差。這種誤差是隨機性質的，符合高斯分布規律。為了消弱噪音的影響，必須增大信號強度，并采用多次檢相取平均的辦法（一般一次測相結果是幾百至上萬次檢相的平均值）。(5)

加常數誤差是由于加常數測定不準確而產生的剩余值。這項誤差與檢測精度有關。除上述誤差外，還包括測距儀光電系統產生的干擾信號而引起的按距離成周期變化的周期誤差。由于周期誤差相對較小，所以估計精度時不予考慮。

誤差分析2023/2/5測量學第四章69電磁波測距的誤差主要為兩類，一類為固定誤差；另一類為比例誤差。周期誤差由于很小，一般不予考慮。（1）標稱精度：指電磁波測距儀出廠時的儀器的精度限額，儀器的實際精度若不低于此值，該儀器即合格，它并不是該儀器的實際精度。

標稱精度為： mD

＝A＋B×10-6

（4—23）式中：A為固定誤差，B為比例誤差系數（mm/km）2．精度評定（2）檢定后的實際精度：儀器經過檢定后，成果經過各種常數改正，其精度要高于標稱精度。經檢定后的實際精度為：(4－24)

式中：mD——測距中誤差；

mK——加常數K的檢測中誤差；

mR——乘常數R的檢測中誤差；

md——和距離無關的測距中誤差，(4—25)對某一距離重復觀測md，若在已知距離基線上觀測，(4-26)2023/2/5測量學第四章70二、電子經緯儀、激光經緯儀（一）電子經緯儀1．電子測角原理簡介電子測角仍然采用度盤進行.

電子測角是從特殊格式的度盤上取得電信號，根據電信號再轉換成角度，并且自動地以數字形式輸出，顯示在電子顯示屏上，并記錄在儲存器中。電子測角度盤根據取得電信號的方式不同，可分為光柵度盤測角、編碼度盤測角和電柵度盤測角等。2023/2/5測量學第四章71§2.3全站儀測角原理全站儀的測角原理靜態度盤測角動態度盤測角編碼度盤測角光柵度盤測角2023/2/5測量學第四章72

一、編碼度盤測角原理

扇區型碼盤條碼型碼盤2023/2/5測量學第四章73二、編碼度盤與光柵度盤測角特點比較比較項目編碼度盤光柵度盤測角方式絕對式增量式關機后角度信息保留不保留誤差與躁聲不積累積累制造工藝復雜簡單2023/2/5測量學第四章74三、電子測角中的軸系補償與改正

新型液態雙軸自動補償系統補償：（1）垂直軸傾斜對垂直度盤讀數的影響（2）垂直軸傾斜對水平度盤讀數的影響2023/2/5測量學第四章75電子經緯儀圖片

問世于20世紀60年代末，它為測量工作自動化創造了有利條件，大大降低了測量外業的勞動強度，提高了觀測精度，方便、快捷、精確。2023/2/5測量學第四章76僅需對準目標，若儀器內置有驅動馬達及CCD系統，還可自動搜尋目標。水平度盤和豎直度盤讀數同時顯示，省卻了估讀過程；通過接口可直接將數據輸入計算機，不需手工記入手簿。消除了讀數、記錄時的誤差或人為錯誤。采用雙軸傾斜傳感器來檢測儀器傾斜狀態，由儀器傾斜所造成的水平角和豎直角誤差，可通過電子系統進行自動補償。2.電子經緯儀的特點角度計量單位（360六十進制、十進制，400格度，6400密位）可自動換算。帶有輸入鍵盤，且有若干功能鍵。如：水平度盤讀數置零或鎖定、水平角左、右角轉換、坡度顯示等。可單次測量（精度較高），也可動態跟蹤目標連續測量（精度較低，用于施工放樣），且可選擇不同的最小角度單位。2023/2/5測量學第四章77（二）激光經緯儀激光經緯儀主要用于準直測量(alignmentsurvey)。準直測量就是定出一條標準的直線，作為土建安裝等施工放樣的基準線。蘇州一光儀器有限公司生產的J2-JDB激光經緯儀2023/2/5測量學第四章78J2-JDB激光經緯儀是在DJ2光學經緯儀上設置了一個半導體激光發射裝置，將發射的激光導入望遠鏡的視準軸方向，從望遠鏡物鏡端發射。激光光束與望遠鏡視準軸保持同軸、同焦。J2-JDB激光經緯儀發射的激光在100米處的光斑直徑為5mm，白天的有效射程為200m，儀器使用兩節5號堿性電池供電，一對新電池可供使用一個工作日。激光經緯儀除具有光學經緯儀的所有功能外，還可以提供一條可見的激光光束，可以廣泛應用于高層建筑的軸線投測、隧道測量、大型管線的鋪設、橋梁工程、大型船舶制造、飛機形架安裝等領域。當用于傾斜角很大的測量作業時，可以安裝上隨機附件彎管目鏡；為了使目標處的激光光斑更加清晰，以提高測量精度，可以使用隨機附件激光覘牌。2023/2/5測量學第四章79附水平角觀測方法l

正鏡：是指觀測者正對望遠鏡目鏡時，豎直度盤位于望遠鏡的左側叫正鏡，也稱作盤左位置；l

倒鏡：是指觀測者正對望遠鏡目鏡時，豎直度盤位于望遠鏡的右側叫倒鏡，也稱作盤右位置。l

一測回中觀測——正、倒鏡兩個盤位觀測。理論上，正、倒鏡瞄準同一目標時水平度盤讀數相差180，正、倒鏡觀測可削弱儀器誤差影響,還可檢核測角精度。

觀測方法：測回法、方向觀測法2023/2/5測量學第四章80一、測回法測回法適用于觀測兩個方向的單角。l一測回觀測步驟：1．以盤左位置瞄準目標A，讀取度盤讀數a左，順時針轉動照準部瞄準目標B，讀取度盤讀數b左。上半測回角值β左=b左－a左；

2．以盤右位置瞄準目標B，讀取度盤讀數b右，逆時針轉動照準部瞄準目標A，讀取度盤讀數a右。下半測回角值β右=b右－a右；

3.β左－β右<限值時，一測回角值β=（β左＋β右）÷2填表計算2023/2/5測量學第四章81OAB測回法觀測記錄表2023/2/5測量學第四章82說明：（1）盤左、盤右觀測可檢核觀測中有無錯誤，亦可抵消一部分儀器誤差的影響,提高觀測精度。（2）上、下半測回角值較差的限差應滿足有關測量規范的限差規定(DJ6經緯儀，一般為30或40),當較差小于限差,可取平均值作為一測回的角值,否則應重測。（3）若精度要求較高時,可按規范要求測多個測回,當各測回間的角值較差滿足限差規定（如DJ6經緯儀，一般為20或24）時,方可取各測回的平均值作為最后結果，否則應重測。并要求各測回間在起始方向的盤左鏡位改變度盤位置,其變化量為180°/n(n測回數)。（4）計算角值時始終為“右目標讀數–

左目標讀數”(由于水平度盤為順時針刻劃).所謂“左”、“右”是指站在測站點面向所要測的角度方向,左手側目標為左目標,右手側目標為右目標。若“右–左”其差值＜0時,則結果應加360。2023/2/5測量學第四章83二、方向觀測法

適用范圍：在一個測站上，觀測三個及以上方向構成數個水平角時。(三個方向不歸零)

（2）由零方向A起始,按順時針依次精確瞄準各點讀數A→B→C→D→A(即所謂“全圓”),并記入方向觀測法記錄表5－3。1、上半測回(盤左)

（1）選擇距離適中的A目標為起始方向（稱為零方向），瞄準A目標，讀取水平度盤讀數；2．下半測回（盤右）（1）縱轉望遠鏡180°,使儀器為盤右位置；（2）按逆時針順序依次精確瞄準各點讀數。D→C→B→A。將讀數記入方向觀測法記錄表5－3中,(1-5列)。

當用J2經緯儀進行等級測量時，每個方向需符合兩次讀數。

上半測回應從上向下記錄,下半測回應從下向上記錄。2023/2/5測量學第四章84方向觀測法觀測記錄表測回序數測站目標水平度盤讀數2c平均方向值歸零方向值各測回歸零方向值之平均值盤左盤右°′″°′″″°′″°′″°′″1OA002061800200

+6(00206)0020300000

B5115422311530+12511536511330C13154123115400+1213154061315200D182022420224018202241820018A002121800206+600209

2A9003302700324

+6（900332)900327

00000

00000B14117003211654+61411657511325511328C2215542415530+12221553613152041315202D2720400920354+6272035718200251820022A90033627003360900336

表5-32023/2/5測量學第四章85方向觀測法計算與檢驗

（1）光學測微器兩次重合讀數之差：瞄準目標后兩次測微讀數之差.（2）半測回歸零差:上下半測回中零方向兩次讀數之差.

（3）各測回同方向2c值互差：2c值是指上下半測回中，同一方向，盤左、盤右水平度盤讀數之差。（4）平均方向值：各測回中同一方向盤左和盤右讀數的平均值。

（5）歸零方向值：在各個測回中將起始方向的方向值化為0°,并把其它各方向的平均方向值減去起始方向的平均方向值，即得各方向的歸零方向值。

（6）各測回同方向歸零方向值互差小于限差.

(3)、(5)、（6）項是指多個測回時的限差檢驗。2023/2/5測量學第四章86三、水平角觀測注意事項l

儀器不受烈日直接曝曬、選擇有利觀測時間。l精確對中和瞄準，瞄準底部.尤其對短邊測角時對中要求更嚴格；瞄準時盡可能地用十字絲交點瞄準目標點底部。l

注意儀器的整平.觀測目標間高差較大時，須注意儀器的整平。l

記錄計算要及時、清楚.發現問題，立即重測。l

一測回觀測過程中，不得再調整照準部水準管.，若氣泡偏離中央較大（>1.5格）,須重新整平,重新觀測。l

選擇好零方向，應考慮通視良好、距離適中、成像清晰、豎角較小的目標l

各測回在起始方向的盤左位置要配置度盤

R=180°/m×(i－1)＋10′(i－1)＋600″/m×(i－1/2)

m為測回總數，i為測回序數l

旋進2023/2/5測量學第四章87四、豎直角觀測方法l

豎直角觀測與水平角一樣,都是依據度盤上兩個方向讀數之差來實現,但其中一個方向讀數不變。l

豎直角觀測只需照準目標,讀取豎直度盤讀數,即可根據相應公式計算出豎直角。l

兩方向中必有一個是水平線方向,視線水平時其豎盤讀數是一固定值(如90或270)。2023/2/5測量學第四章88(1)豎直角計算公式的確定方法

豎直角的計算公式，因豎盤注記方式的不同而異,首先看一下視線水平時的豎盤讀數，然后望遠鏡上仰看豎盤讀數變化：α左=90°－Lα右=R－270°讀數增大時,豎直角=瞄準目標時讀數－視線水平時讀數;讀數減小時,豎直角=視線水平時讀數－瞄準目標時讀數;

若盤左屬第(1)種情況,則盤右必屬第(2)情況；反之亦然。2023/2/5測量學第四章89l

在測站上安置儀器，對中，整平。l

盤左位置：

1)瞄準目標，用望遠鏡十字絲中絲（橫絲）的單絲精確切準目標；

2)讀取豎直度盤讀數，并記入記錄表格。(2)觀測和計算l盤右位置：縱轉望遠鏡，以盤右位置用十字絲中絲的單絲精確切準目標同一位置，其它操作與盤左相同。盤左、盤右構成一測回豎直角觀測。2023/2/5測量學第四章90α左=90°－L；α右=R－270°；若α左、、α右之差在容許范圍之內(DJ2為30;DJ6為60)

一測回角值：α=（α左＋α右）/2，計算結果添入表中。l

上下半測回角值較差不超過規定限值時(DJ2-30;DJ6-60),取平均值作為一測回的豎直角值;l

測回間的豎直角較差小于限差時取均值作為最后結果。l

豎直角計算（順時針注記為例）2023/2/5測量學第四章91(3)豎盤指標差l

豎盤指標差：豎盤指標水準管居中（或自動歸零裝置打開）且望遠鏡視線水平時，豎盤讀數與理論讀數的差值x。l

盤左、盤右取均值可消除指標差l

在多測回豎直角測量中,常用指標差來檢驗豎直角觀測的質量:l觀測同一目標的不同測回中(或同測站的不同目標時),各指標差較差不應超過一定限值,如在一般豎直角測量中,指標差較差應小于10。l豎盤讀數的正確值:L正=（L–x）；

R正=

R–x正確的豎直角：

α=90°–（L–x）=α左+xα=（R–x）–270°=α右–xl一測回豎直角：l指標差的計算公式：2023/2/5測量學第四章92五經緯儀的檢驗與校正五條主要軸線：水準管軸（LL）、豎軸（VV）、視準軸（CC）、

橫軸（HH）、

十字絲豎絲。l

上述各項校正，一般都需反復進行幾次，直至在允許范圍之內。其中視準軸的檢校是主要一項；

l

校正時，應遵循先松后緊的原則；

l

一般地，若前一項未校正會影響到下一項的檢驗時,校正次序不宜顛倒；

l

同是校正一個部位的兩項,宜將重要的置于后面;2023/2/5測量學第四章93一、LL⊥VV的檢校旋轉照準部180°，檢查水準管氣泡是否居中，若氣泡仍居中，則LL⊥VV；否則，說明兩者不垂直，需校正。播放經緯儀的水準管校正短片1.檢驗粗平經緯儀:使水準管平行于任意兩個腳螺旋，調節腳螺旋使水準管氣泡居中。2023/2/5測量學第四章941．檢驗

整平儀器，使豎絲清晰地照準遠處點狀目標,使其與豎絲上端相切；旋轉望遠鏡微動螺旋，將目標點向豎絲下端移動，若目標點與豎絲的位置不變，說明豎絲與橫軸垂直；若明顯偏離，則需校正。二、“∣”⊥HH的檢校2023/2/5測量學第四章95三、CC⊥HH的檢校方法一

1.檢驗

l選一平坦場地，安置儀器于A、B中點O，在B點與AB方向垂直地橫放一刻有毫米分劃的直尺M，并使目標A、直尺M與儀器同高。l整平儀器,先以盤左位置照準遠處目標A,保持照準部不動,縱轉望遠鏡,于M尺上讀得B；l

以盤右位置仍照準目標A，同法在M尺上讀取讀數B；

l

若B=B

，則CC⊥HH；若B≠B

，則需校正。2023/2/5測量學第四章96

1．檢驗l

距墻面約20～50米處安置儀器，整平后，盤左瞄準墻面高處目標點P（仰角>30°）；l

固定照準部，縱轉望遠鏡，使視線水平在墻上定出P1點，并標記；l

盤右位置同法在墻上作點P2。l

如果P1與P2重合，則HH⊥VV，否則，橫軸不水平。四、HH⊥VV的檢校2023/2/5測量學第四章97三、全站儀基本功能

在野外測量中，必須具備采集水平角、豎直角和傾斜距離三種基本數據的基本功能;角度測量斜距測量V：90°10′20″HR：120°30′40″PSM0.0SD：PPM0.0(m)F.R測量模式角度平距坐標P1記錄放樣均值m/ftP2平距測量V：90°10′20″HR：120°30′40″PSM0.0HD：PPM0.0VD:(m)F.R測量模式角度斜距坐標P1記錄放樣均值m/ftP2坐標測量N：E：PSM0.0Z：PPM0.0(m)F.R測量模式角度斜距平距P1記錄高程均值m/ft設置P2V：87°55′45″HR：120°30′40″斜距平距坐標置零鎖定P1記錄置盤R/LV%傾斜

P2還需要計算坐標、方位角、高差、高程等數據，這些數據由三種基本數據經儀器內部的微處理器的處理得到。2023/2/5測量學第四章98

不同型號的全站儀，其具體操作方法會有較大的差異。下面簡要介紹全站儀的基本操作與使用方法。全站儀的常用功能包括：1.角度測量；2.距離測量；3.坐標測量；4.放樣（點放樣、距離放樣等），程序測量功能包括對邊測量、懸高測量、面積測量、偏心測量、后方交會等）。本章著重介紹常用功能，程序測量功能簡單說明。2023/2/5測量學第四章991.角度測量（angleobservation）（1）功能：可進行水平角、豎直角的測量。（2）測量原理：測回法、方向觀測法。2023/2/5測量學第四章100（3）方法：與經緯儀相同，若要測出水平角∠AOB，則：①按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準第一個目標A。②設置A方向的水平度盤讀數為0°00′00″。③照準第二個目標B，此時顯示的水平度盤讀數即為兩方向間的水平夾角。2023/2/5測量學第四章1012.距離測量（distancemeasurement）（1）功能：可測量平距H、高差V和斜距S（全站儀鏡點至棱鏡鏡點間高差及斜距）。（2）測量原理：式中c＝c0／n，c0為真空中的光速值，其值為299792458m／s,n為大氣折射率，它與測距儀所用光源的波長，測線上的氣溫t,氣壓P和濕度e有關。2023/2/5測量學第四章102（3）方法：根據光電測距原理可知，大氣折射率與測距儀所用光源的波長，測線上的氣溫t,氣壓P和濕度e有關，所以在測距以及包含測距時的測坐標和放樣前均需設置大氣改正數(ppm），另外還需設置棱鏡常數（PSM）。①設置測距模式：全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。

精測模式是最常用的測距模式，測量時間約2.5S，最小顯示單位1mm；

跟蹤模式，常用于跟蹤移動目標或放樣時連續測距，最小顯示一般為1cm，每次測距時間約0.3S；

粗測模式，測量時間約0.7S，最小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。②設置棱鏡類型：有棱鏡與無棱鏡之分。2023/2/5測量學第四章103③設置棱鏡常數：測距前須將棱鏡常數輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。一般：PRISM=0（原配棱鏡），-30mm（國產棱鏡）；④設置大氣改正值或氣溫、氣壓值：光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設置的一個標準值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結果進行改正；⑤量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀；⑥距離測量：照準目標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。應注意：有些型號的全站儀在距離測量時不能設定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。2023/2/5測量學第四章104

3.坐標測量（coordinatemeasurement）（1）功能：可測量目標點的三維坐標（X，Y，H）或（E、N、Z）。（2）測量原理：2023/2/5測量學第四章1052023/2/5測量學第四章106（3）方法：①設定測站點的三維坐標（E、N、Z）。②設定后視點的坐標或設定后視方向的水平度盤讀數為其方位角。當設定后視點的坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤讀數為其方位角。③設置棱鏡常數計及反射鏡類型。④設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。⑤量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。⑥照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標。2023/2/5測量學第四章1074.點位放樣(Layout)

（1）功能：根據設計的待放樣點P的坐標，在實地標出P點的平面位置及填挖高度。（2）放樣原理：基本測設工作中的原理。

2023/2/5測量學第四章108（3）方法：①在大致位置立棱鏡，測出當前位置的坐標。②將當前坐標與待放樣點的坐標相比較，得距離差值dD和角度差dHAR或縱向差值ΔX和橫向差值ΔY。③根據顯示的dD、dHR或ΔX、ΔY，逐漸調整找到放樣點的位置。2023/2/5測量學第四章109四、全站儀拓展功能（programs）（1）數據采集(datacollecting);（2）對邊測量(MLM)