【正文】 .............. 27 致 謝 .................................................................................................................................. 27 附 錄 ...................................................................................................................................... 28 1 中文 摘 要 全站儀作為一種具有小型、便捷、高精度、多功能和 數(shù)字 化等特點(diǎn)的綜合性測繪儀器 ，它極大地改變了傳統(tǒng)的測量方法，使外業(yè)工作簡便易行，使繁雜的內(nèi)業(yè)計(jì)算通過儀器的測量程序處理直接得到成果。 在管線測量方面，全站儀可以 應(yīng) 用于管線勘察設(shè)計(jì)、管線驗(yàn)收測量、 管線普查測量中。 全站儀的自動化發(fā)展趨勢 在電磁波測距的基礎(chǔ)上，全站儀的發(fā)展首先在度盤角度讀數(shù)上實(shí)現(xiàn)了自動化。 5 全站儀的應(yīng)用 全站儀概述 全站儀的基本概念 全站儀，即全站型電子速測儀 (Electronic Total Station)。 隨著電子測距儀進(jìn)一步的輕巧化，現(xiàn)代的全站儀大都把測距，測角和記錄單元在光學(xué)、機(jī)械等方面設(shè)計(jì)成一個不可分割的整體 ,其中測距儀的發(fā)射軸、接收軸和望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸為同軸結(jié)構(gòu)。 無合作目標(biāo)型全站儀是指在無反射棱鏡的條件下，可對一般的目標(biāo)直接測距的全站儀。 (2)中測程全站儀 。測距儀的安裝其儀器豎軸線的中心點(diǎn)為 A，被測地點(diǎn)安裝及射器的位置為 B，要測 AB 兩 點(diǎn)之間的距離 D，開啟測距儀發(fā)射一系列電磁波，電磁波分別在 A、 B 兩點(diǎn)之間傳播，到達(dá) B 點(diǎn)后，被反射器原方向反射回來。那么計(jì)數(shù)器上記錄下的時(shí)標(biāo)脈沖個數(shù) m，將對應(yīng)于測距脈沖信號在被測 D上往返傳播所需的時(shí)間 t2d。②測量原理也是將發(fā)射波和接收波疊加形成駐波 (干涉 )，通過調(diào)整調(diào)制頻率搜索駐波的波節(jié)點(diǎn)的變化來推算被測距離。因此有時(shí)人們把這種方法稱為絕對式測角法。利用光柵度盤測角就是要測定從起始方向兩光柵度盤相對移動的 光柵數(shù)， 故這種測角方法也叫增量式測角方法。 全站儀的基本功能 全站 儀的 基礎(chǔ)測量功能主要是測量水平角、豎直角以及距離， 但它還配備有微處理系統(tǒng)，并且有一定的內(nèi)存運(yùn)行空間和可移動存儲設(shè)備 (如 PCMCIA 卡 )，具有典型的PC 微機(jī)結(jié)構(gòu)。 該方法設(shè)站靈活，操作簡單， 能 快速的測量出 兩個不可通視點(diǎn)之間的水平距離 。 全站儀在實(shí)際工程中的應(yīng)用 全站儀的普及和使用，給工程測量帶來了深刻的變革。輸入測站點(diǎn)儀器高 ih、反射鏡目標(biāo)高 th。 首先在任意合適位置擺設(shè)全站儀 ， 選擇對邊測量連續(xù)式 ， 輸入中樁上棱鏡高并照準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測量。具體步驟可如下： 如圖 23 所示安 圖 23 全站儀放樣已知方向的長度示意圖 置 全站儀于 A 點(diǎn)， 照準(zhǔn)放樣方向 B， 將溫度 濕度、 氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。照準(zhǔn)反光鏡 B， 并使儀器顯示角值為 0176。經(jīng)了解，立柱的高度是正確的，并且利用附近的可靠高程點(diǎn)和已有資料檢查， B點(diǎn)高度也符合要求。 圖 27 全站儀垂直度檢測示意圖 121 2XYXXYY??????????? () //XXYYKH????????? () () 2212 /YXKH? ? ? ? 14 全站儀的精度分析 全站儀 的誤差 分析 全站儀 測角系統(tǒng)的誤差分析 全站儀角度觀測的主要誤差來源主要有三個方面： 一是觀測人員的誤差，通常稱之為人差，如人照準(zhǔn)習(xí)慣不同引起的目標(biāo)照準(zhǔn)差等；二是外界條件引起的誤差，如大氣折光等； 三是儀器誤差。 對于靜態(tài)度盤測角，把各測回均勻分配在度盤多個位置上進(jìn)行觀測，取其中數(shù)能減弱度盤 分劃誤差的影響。 (2)照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)不正確產(chǎn)生的原因 。 全站儀在使用過程中應(yīng)按規(guī)程定期檢定照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)的正確性，對超出限差的儀器應(yīng)進(jìn)行維修。 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦時(shí)視準(zhǔn)軸變動引起的測角誤差 全站儀望遠(yuǎn)鏡的作用有二：一是將遠(yuǎn)方的目標(biāo)通過成像加以放大 (放大視場角 )，以便看清目標(biāo)；二是提供精確照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸，以確定目標(biāo)的視線方向。豎軸傾斜對水平方向的影響不能通過盤左、盤右取平均值得方法予以消除，而且豎直角越大，對水平方向的影響就越 大。 望遠(yuǎn)鏡的十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)袖。通過補(bǔ)償器的指標(biāo)差修正可以消除或減弱。在顯示窗上顯示的數(shù)值，即兩位置讀數(shù)的平均值，度盤偏心差的影響已得到消除。 測相系統(tǒng)本身的誤差 ： 目前紅外測距均采用脈沖數(shù)字式自動測相裝置。這就是相位不均勻所造成的誤差。影響測距信號分辨能力的是信噪比，即信號功率與噪聲功率的比值。 用光學(xué)對中器對中，對中誤差一般小于 1mm，對中桿相垂球?qū)χ?，一般可小?2mm。這時(shí)相位計(jì)測出的相位已不是測距信號的相位，而是測距信號與串?dāng)_信號的合成信號的相位。而石英晶體 振蕩 器是測距系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)的主要元件， 調(diào)制頻率 也 是由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的。而濕度影響最小，一般情況下可以不考慮。通過對全站儀照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器、圓水準(zhǔn)器、視準(zhǔn)差、光學(xué)對中器、距離加常數(shù)等的檢校，該全站儀完全能滿足測量要求。 ′ ″ ? 176。 表 34 角度中誤差 角度中誤差 概算 角度中誤差 m? m? m? 177。 C左右 ⑤ 實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)采用全站儀同精度觀測各個方向上的豎直角。 現(xiàn)對每個量作兩次觀測，得到 i?? 和 i??? ，由于含有觀測誤差，所以其差數(shù)通常就不等于“ 0”，而有差數(shù) id ，即 i i id????? ?? 。即 按式 ()求得觀測值的中誤差 的估值： BFAA? ? ?? ? ?? ? ??? ?? ??、 ，、 ，[]d ddm n??[]22d ddmm n???() () 111 2 . 6 316m ? ????? 24 由于測量時(shí)觀測條件很好，儀器性能也良好，再加上在儀器對中與目標(biāo)的瞄準(zhǔn)都比較準(zhǔn)確，所以 實(shí)驗(yàn)是在較理想的條件下進(jìn)行的 ，其豎直角觀測的精度相對較高的。 C、 5176。 ⑦ 精度分析 取全站儀在氣象參考點(diǎn)下的 50個距離觀測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為最或然值。 C 其相對誤差越??；在溫度保持不變時(shí)，氣壓參數(shù)越接近 1013hPa 其相 對誤差越小。 [7] 皺文河 .全站儀坐標(biāo)測量在導(dǎo)線測量中的應(yīng)用 [J].水電能源科學(xué)， 2020，25(6)。 [13] 劉紹堂，劉九州 .全站儀在田 賽距離測量中的應(yīng)用 [J].地理空間信息，2020。 [5] 次建軍 .全站儀面積測量釋義 [J].中國煤田地質(zhì)， 2020， 16(2)。 C 800hPa 900hPa 1100hPa 1200hPa 相對誤差 1/18868 1/37037 1/55556 1/25000 測距精度分析結(jié)果顯示，全站儀進(jìn)行短距測量時(shí)精度相對比較高，完全可以適用于各種工程建設(shè)的工作中。最后通過對這些觀測數(shù)據(jù)的比較分析就可以得到全站儀距離的觀測精度以及溫度與氣壓對距離測量的影響。 C，1013hPa)，觀測該條邊的距離 50 次。按中誤差定義公式，得到差數(shù)的中誤差 的估值 為 ： 式中： n是 d的個數(shù)，也就是觀測對的個數(shù)。那么就可以得到兩組不同的觀測值： 對于任何一個被觀測值 i? 來說，由這個量的真值組成的差數(shù)必為零，即0ii????。 豎直角觀測精度分析 ① 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?： 通過測量不同方向的豎直角，分析全站儀測量豎直角的精度。設(shè)測角中誤差為 m ， 根據(jù)誤差傳播定律可以得到 22()3mm? ? ??? ? ，所以測角中誤差 的估值 為： 根據(jù)式 ()求測角中誤差 的估值 ： 根據(jù)表 32 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用公式 2() /1LLmn?? ? ?? 利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算角度中誤差，式中 L 為某一個 角的角度測量的平均值， L 為相應(yīng)角各次角度測量值， n為角度測量的次數(shù)。 ⑥ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過測量實(shí)驗(yàn)， 得到以下觀測 數(shù)據(jù) (見附表 1)。 5″ 177。 19 (3)大氣折射率的誤差 。 (2)儀器乘常數(shù)誤差 。尤其是與測相信號同頻率的干涉信號。此外，幅相誤差也常常影響加常數(shù)的檢測效果，因?yàn)閮x器幅相特性不好時(shí)若內(nèi)外光路不平衡，則內(nèi)光路的測量結(jié)果不能完全抵消外光路測量的延遲，也能產(chǎn)生加常數(shù)類似 的效果。全站儀一般均設(shè)有幅度自動控制系統(tǒng)，雖然測量的距離遠(yuǎn)近不同，但接收信號的幅度能保持在一定范圍內(nèi)，這就避免了幅相誤差的產(chǎn)生。而實(shí)際情況是，相位相同的點(diǎn)并不僅于與發(fā)光管等距離的同一圓弧上，就是使得相位相同的點(diǎn)，距離都不一樣。測相精度是影響測距精度的主要因素之一，因而提高測相精度對測距會十分有利。 全站儀一般都在度盤相對 180176。 全站儀角度測量結(jié)果包含補(bǔ)償器測定的傾斜補(bǔ)償量，因此補(bǔ)償器傾斜測量誤差必然成為角度測量誤差的一部分。與視準(zhǔn) 軸 誤差相同，橫軸誤差的影響在盤左、盤右平均值中可得到消除。 三軸系統(tǒng)性誤差 (1)豎軸誤差 。 基座位移誤差只有在照準(zhǔn)部順轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)開始時(shí)才會發(fā)生，且這種誤差在變換旋轉(zhuǎn)方向后、開始時(shí)最大，以后逐漸減小，當(dāng)腳螺旋已經(jīng)壓向孔壁的一側(cè)時(shí)，基座就不在變動。豎軸由軸套上部 45176。 旋轉(zhuǎn)時(shí)靈活性要好。偶然 性 ：度盤在刻制過程中受外界條件 (如溫度 )的變化等偶然因素的影 響 ，使刻劃線或偏左或偏右 ，具有隨機(jī)特性。 設(shè) 2 點(diǎn)在 XOY 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為 1（ X1， Y1）和 2（ X2， Y2） ，則高點(diǎn) 1與低點(diǎn) 2 的 X、 Y 方向坐標(biāo)差值分別為： 通過式 ()，可進(jìn)一步計(jì)算出柱體 12在 X、 Y 方向的垂直度誤差分別為： 這樣柱體 12的綜合垂直度誤差可按下式計(jì)算： 據(jù)上面介紹的全站儀垂直度監(jiān)測的原理，欲求出柱體 12 的垂直度誤差，最重要的是需知道點(diǎn) 1 和點(diǎn) 2在坐標(biāo)系 XOY 中的坐標(biāo)，但在實(shí)際監(jiān)測工作中，全站儀能夠直接測出的是在自由坐標(biāo)系 X′ O′ Y′中的坐標(biāo)，而想用全站儀直接測出點(diǎn) 1 和 2 在 X0Y中的坐標(biāo)是不可能的。 全站儀在 工程檢測 中的 應(yīng)用 懸高測量在高度檢測中的應(yīng)用 [10] 某煉油廠架設(shè)油罐的承重立柱，立柱之間用鋼筋以焊接方式聯(lián)接，起到穩(wěn)定立柱的作用。 (2)全站儀放樣已知角度：在一些建筑工程建設(shè)過程中，經(jīng)常需根據(jù)已知方向放樣出一 個 直角或任意角度，其具體步驟可如下：如圖 24 所示安置全站儀于 A 點(diǎn)，將溫度、濕度、氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。 全站儀在建筑工程放樣中的應(yīng)用 [9] (1)全站儀放樣已知方向的長度 ： 由于全站儀一般都具有斜距換算平距功能。 對邊測量在測制橫斷面中的應(yīng)用 繪制橫斷面圖所需的量為兩個 [8]：水平距離和高差， 也就是在橫斷面方向上， 中樁點(diǎn)到最近變坡點(diǎn)之間 、 相鄰變坡點(diǎn)之間的水平距離和高差 ， 或者 ， 中樁點(diǎn)到各個變坡點(diǎn)的水平距離和高差。在已知坐標(biāo)點(diǎn) A對中、整平后進(jìn)入坐標(biāo)測量程序進(jìn)行測站數(shù)據(jù)的輸入，后視點(diǎn) B 的設(shè)置有兩種方式：①輸入已知方位角（若為獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，初始方位可設(shè)置磁北方向）；②輸入已知點(diǎn) B 的坐標(biāo)。 首先將全站儀安置于適當(dāng)位置 ， 并將地塊界址點(diǎn)依序按順時(shí)針方向排列編號為 3?? n等 ，然后 將反射棱鏡依次置于 1 、 3?? n點(diǎn) 。目前全站儀偏心測量 的應(yīng)用主要 有下列 4 種常用方式 [4]：① 角度偏心測量 ；② 單距偏心測量 ；③ 圓柱偏心測量 ；④ 雙距偏心測量 對邊測量 對邊測量也稱為間接測距。 動態(tài)度盤測角的最大特點(diǎn)就是度盤全周分劃都參與掃描測角，有效地消除了度盤分劃誤差的影響。另外， 如按光柵的使用特性，可分為相位光柵和振幅光柵；按光柵度盤讀數(shù)的光學(xué)原理， 可分為透射光柵和反射光柵。由于每一個都單值對應(yīng)一個編 碼輸出， 不會由于停電或其它原因而改變 這種對應(yīng)關(guān)系。 干涉法測距是利用波的干涉原理通過發(fā)射波和接收波的干涉實(shí)現(xiàn)距離測量。 其測時(shí)方法為：當(dāng)測距儀向反射器發(fā)射一個脈沖信號的同時(shí)，還給觸發(fā)器發(fā)出一個觸發(fā)脈沖，經(jīng)過觸發(fā)器去打開電子門，電子門一打開，記時(shí)用的時(shí)標(biāo)脈沖就通過電子門進(jìn)入計(jì)數(shù)器。（ 5mm+1ppm），通常用于國家三角網(wǎng)及特級導(dǎo)線的測量。 測程小于 3km，一般精度為 177。在計(jì)算機(jī)的在線控制下，機(jī)動型系列全站儀可按計(jì)算機(jī)給定的方向值自動照準(zhǔn)目標(biāo)，并可實(shí)現(xiàn)自動正、倒鏡測量。 早期的全站儀，大都是積木型結(jié)構(gòu)，即電子速測儀、電子經(jīng)緯儀、電子記錄器各是一個整體，可以分離使用，也可以通過電纜或接口把它們組合起來，形成完整 的全站儀。 全站儀的功能集成化 發(fā)展趨勢 全站儀的開放性發(fā)展的目的是要實(shí) 現(xiàn)全站儀與非全站儀測量設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享，形成不間斷的“數(shù)據(jù)流”。 由于全站儀的功能不斷增加，每一品牌全站儀的“家族”也不斷加大。 全站儀在工程建設(shè)中的應(yīng)用，如道路中線測設(shè)與縱斷面測量、橋梁施工控制測量及橋梁墩、臺中心位置的測設(shè) 、道路立