【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一般多為微波、激光和紅外線。目前全站儀中廣泛使用的是紅外線。根據(jù)不同的測(cè)時(shí)方法，電子測(cè)距的基本方法可以分為脈沖法測(cè)距、相位法測(cè)距 、干涉法測(cè)距 ： (1)脈沖法測(cè)距 。 脈沖法測(cè)距就是直接測(cè)定間斷電磁脈沖信號(hào)在被測(cè)距離上往返傳播所需的時(shí)間 t2d，利用公式計(jì)算距離 D。 其測(cè)時(shí)方法為：當(dāng)測(cè)距儀向反射器發(fā)射一個(gè)脈沖信號(hào)的同時(shí)，還給觸發(fā)器發(fā)出一個(gè)觸發(fā)脈沖，經(jīng)過(guò)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(guò)電子門進(jìn)入計(jì)數(shù)器。當(dāng)發(fā)向反射器的脈沖信號(hào)被反射器反射回測(cè)距儀，經(jīng)過(guò)測(cè)距儀接 收后．也送入觸發(fā)器，通過(guò)觸發(fā)器去關(guān)閉電子門，電子門被閉合后，時(shí)標(biāo)脈沖就不能通過(guò)電子門。那么計(jì)數(shù)器上記錄下的時(shí)標(biāo)脈沖個(gè)數(shù) m，將對(duì)應(yīng)于測(cè)距脈沖信號(hào)在被測(cè) D上往返傳播所需的時(shí)間 t2d。時(shí)間越長(zhǎng)，通過(guò)脈沖信號(hào)越多，反之就越少，根據(jù)時(shí)標(biāo)脈沖的個(gè)數(shù)就可以計(jì)算出時(shí)間 t2d．從而獲得距離。 (2)相位法測(cè)距 。 鑒于簡(jiǎn)單脈沖法原理的弱點(diǎn)．人們發(fā)明了相位法測(cè)距，又叫間接法測(cè)距。它不需直接測(cè)定電磁波往返傳播的時(shí)間，而是直接測(cè)定由儀器發(fā)出的連續(xù)正弦電磁被信號(hào)在被測(cè)距離上往返傳播而產(chǎn)生的相位交化 (即相位差 )，根據(jù)相位差求得傳播時(shí)間，從 而求得距離 D。 (3)干涉法測(cè)距 。 干涉法測(cè)距是利用波的干涉原理通過(guò)發(fā)射波和接收波的干涉實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量。分兩種測(cè)量原理：①通過(guò)記錄被測(cè)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)光波移動(dòng)的周期數(shù)來(lái)推算距離。②測(cè)量原理也是將發(fā)射波和接收波疊加形成駐波 (干涉 )，通過(guò)調(diào)整調(diào)制頻率搜索駐波的波節(jié)點(diǎn)的變化來(lái)推算被測(cè)距離。 電子測(cè)角原理 (1)編碼度盤測(cè)角的基本原理和方法 。 利用編碼度盤進(jìn)行測(cè)角是電子經(jīng)緯儀中采用最早 ， 也較為普遍的電子測(cè)角方法。它是以二進(jìn)制為基礎(chǔ) ， 將光學(xué)度盤分為若干區(qū)域 ，每一區(qū)域可以用某一二進(jìn)制碼來(lái)表示。 這樣， 當(dāng)照準(zhǔn)方向確定后 ， 方向 的投影落在度盤的某一區(qū)域上， 即該方向 與某一二進(jìn)制碼相對(duì)應(yīng)。 通過(guò)發(fā)光二極管 和接收二極管，將度盤上的二進(jìn)制碼信息傳換成電信號(hào) ， 再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換 ， 得到一可讀角值。由于每一個(gè)都單值對(duì)應(yīng)一個(gè)編 碼輸出， 不會(huì)由于停電或其它原因而改變 這種對(duì)應(yīng)關(guān)系。另外，利用編碼度盤不需 要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)， 也沒(méi)有基準(zhǔn)讀數(shù)方向值的影響 ， 就可以得出絕對(duì)方向值。因此有時(shí)人們把這種方法稱為絕對(duì)式測(cè)角法。 (2)光柵度盤測(cè)角的基本原理和方法 。 在電子經(jīng)緯儀中， 另一種廣泛使用的測(cè)角 8 方法是 用光柵度盤測(cè)角。光柵是指均勻有間隔很小柵線的光學(xué)玻璃。若柵線刻在 度盤上就構(gòu)成了光柵度盤 ， 光柵度盤的柵線可以是直線 ，也可以是曲線。 在電子經(jīng)緯儀閃光柵度盤上刻的都是輻射狀的直線 ，輻射中心通常與度盤的圓心重合， 故也叫中心輻射光柵度盤。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。 在電子經(jīng)緯儀中要實(shí)現(xiàn)測(cè)角 ，通常是由兩個(gè)光柵度盤構(gòu)成， 其中一個(gè)稱為主光柵 ，另一個(gè)稱為指示光柵。利用光柵度盤測(cè)角就是要測(cè)定從起始方向兩光柵度盤相對(duì)移動(dòng)的 光柵數(shù)， 故這種測(cè)角方法也叫增量式測(cè)角方法。 (3)動(dòng)態(tài)度盤測(cè)角的基本原理和方法 。 動(dòng)態(tài)度盤測(cè) 角系統(tǒng)主要由光柵度盤及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與儀器底座連接在一起的固定光柵探測(cè)器和與照準(zhǔn)部連接在一起的活動(dòng)光柵探測(cè)器，以及數(shù)字測(cè)微系統(tǒng)等組成。當(dāng)執(zhí)行測(cè)量指令時(shí)，度盤在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)馬達(dá)的帶動(dòng)下，以一定的速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)度盤透光條文通過(guò)光電探測(cè)器時(shí)，輸出高電平；不透光條文通過(guò)光電探測(cè)器時(shí)，則輸出低電平。隨著度盤的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)探測(cè)器分別都輸出方波信號(hào)。 動(dòng)態(tài)度盤測(cè)角的最大特點(diǎn)就是度盤全周分劃都參與掃描測(cè)角，有效地消除了度盤分劃誤差的影響。另外通過(guò)對(duì)徑設(shè)置兩個(gè)探測(cè)器，可進(jìn)一步消除度盤偏心差的影響。 全站儀的基本功能 全站 儀的 基礎(chǔ)測(cè)量功能主要是測(cè)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(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備 (如 PCMCIA 卡 )，具有典型的PC 微機(jī)結(jié)構(gòu)。因此全站儀像計(jì)算機(jī) 一樣， 可以運(yùn) 行較為復(fù)雜的應(yīng)用測(cè)量程序，對(duì)獲取的角度和距離等數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，這就形成了相應(yīng)的專項(xiàng)測(cè)量功能。 全站儀的專項(xiàng)測(cè)量功能大大減輕了野外測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地提高了測(cè)量工作效益，正成為全站儀不可或缺的重要組成部分。目前，常見的專項(xiàng)測(cè)量功能主要有以下幾種 [3]： 坐標(biāo)測(cè)定 坐標(biāo)測(cè)定 ， 是通過(guò) 在已知點(diǎn)上架設(shè)儀器，根據(jù)測(cè) 站點(diǎn)和定向點(diǎn)的坐標(biāo)或定向方位角，對(duì)任一目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，獲得目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值 。 坐標(biāo)放樣 坐標(biāo)放樣，是 已知儀器點(diǎn)坐標(biāo)和后視點(diǎn)坐標(biāo)或已知儀器點(diǎn)坐標(biāo)和后視方位角，即可進(jìn)行坐標(biāo)放樣，需要時(shí)也可進(jìn)行坐標(biāo)變換。 9 偏心測(cè)量 偏心測(cè)量 ,就是反射棱鏡不是放置在待測(cè)點(diǎn)的鉛垂線上而是安置在與待測(cè)點(diǎn)相關(guān)的某處間接地測(cè)定出待測(cè)點(diǎn)的位置。目前全站儀偏心測(cè)量 的應(yīng)用主要 有下列 4 種常用方式 [4]：① 角度偏心測(cè)量 ；② 單距偏心測(cè)量 ；③ 圓柱偏心測(cè)量 ；④ 雙距偏心測(cè)量 對(duì)邊測(cè)量 對(duì)邊測(cè)量也稱為間接測(cè)距。當(dāng)兩 點(diǎn)之間不能直接測(cè)距時(shí)，可將全站儀安置在能夠觀測(cè)到兩點(diǎn)的任意位置，利用全站儀能同時(shí)觀測(cè)儀器與鏡站 間 的斜距、豎直角、水平角，間接計(jì)算兩鏡站點(diǎn)問(wèn)的水平距離。 該方法設(shè)站靈活，操作簡(jiǎn)單， 能 快速的測(cè)量出 兩個(gè)不可通視點(diǎn)之間的水平距離 。 三角高程測(cè)量 三角高程測(cè)量， 是將全站儀安置在已知高程的測(cè)點(diǎn)上 ,在待測(cè)點(diǎn)上安置棱鏡 ,量取儀器高和棱鏡高 ,采用單項(xiàng)或?qū)ο蛴^測(cè)法測(cè)定兩點(diǎn)間的距離和豎直角 ,按三角原理計(jì)算高差。 它在實(shí)際的應(yīng)用中主要有三種方式：① 全站儀單向三角高程測(cè)量 、② 全站儀對(duì)向三角高程測(cè)量 、③ 全站儀中點(diǎn)法高程測(cè)量 懸高測(cè)量 所 謂懸高測(cè)量， 就是測(cè)定空中某點(diǎn)距離某個(gè)水平面 ( 通常為下面的地面 )的高度。首先把反射棱鏡設(shè)立在欲測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的天底點(diǎn) (即過(guò)目標(biāo)點(diǎn)的鉛垂線與地面的交點(diǎn) ),輸入反射棱鏡高 ， 然后照準(zhǔn)反射棱鏡進(jìn)行距離測(cè)量 ,再轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn) ,便能實(shí)時(shí)顯示出目標(biāo)點(diǎn)至地面的高度。 自由設(shè)站 自由設(shè)站即在未知點(diǎn)上安置儀器來(lái)確定其坐標(biāo)，這時(shí)要求至少有兩個(gè)已知點(diǎn)作為后視點(diǎn)，觀測(cè)水平角、豎直角、距離、儀器高和目標(biāo)高全部要素，通過(guò)計(jì)算求得該測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。 面積計(jì)算 面積 計(jì)算 [5]即測(cè)定某一多 邊形地塊的面積 ， 常常用于地籍調(diào)查 、 城市規(guī)劃 、 土方量測(cè)算以及資產(chǎn)評(píng)估等領(lǐng)域 ， 是一項(xiàng)經(jīng)常性的工作 。 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?lè)较蚺帕芯幪?hào)為 3?? n等 ，然后 將反射棱鏡依次置于 1 、 3?? n點(diǎn) 。 當(dāng)觀測(cè)完 n個(gè)點(diǎn)后 ， 儀器自動(dòng)顯示由此 n個(gè)點(diǎn)組成的一個(gè)面積 。 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(cè)量帶來(lái)了深刻的變革。 基于全站儀的功能與特性， 10 全站儀將是實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的最佳選擇，這都促使其被廣泛地應(yīng)用 于各個(gè)領(lǐng)域。 全站儀 在工程施工中的 應(yīng)用 全站儀在導(dǎo)線測(cè)量中的應(yīng)用 如圖 22， 為 某 村測(cè)圖時(shí)采用 的圖根閉合導(dǎo)線 [6,7]， 共設(shè) 了 30多個(gè)點(diǎn) 。 A、B 為 已知點(diǎn) ， 其坐 標(biāo)和高程分 別為(XA,YA),HA， (XB,YB),HB。 Si 為待測(cè)導(dǎo)線點(diǎn) 。在導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量前，先依控制網(wǎng)等級(jí)及大致邊長(zhǎng)在全站儀上設(shè)置平距、方位角、高差的誤差限以供測(cè)站檢核。在已知坐標(biāo)點(diǎn) A對(duì)中、整平后進(jìn)入坐標(biāo)測(cè)量程序進(jìn)行測(cè)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)。設(shè)置距離測(cè)量各參數(shù)如氣溫、氣壓及測(cè)量 模式。輸入測(cè)站點(diǎn)儀器高 ih、反射鏡目標(biāo)高 th。 在 所有設(shè)置完成后，全站儀精確照準(zhǔn)后視點(diǎn) B 點(diǎn)，進(jìn)行后視點(diǎn)測(cè)量檢核，至此建站完成。在坐標(biāo)測(cè)量程序提示下，全站儀精確照準(zhǔn) S1 點(diǎn)，儀器對(duì) S1點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，顯示該點(diǎn)坐標(biāo)值。然后將儀器搬至 S1 點(diǎn)，調(diào)用 S1 點(diǎn)的初測(cè)坐標(biāo)作為測(cè)站數(shù)據(jù)，調(diào)用后視點(diǎn) A點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行方位角設(shè)置，輸入距離測(cè)量各參數(shù)儀器高ih 及目標(biāo)高 th。按上述方法設(shè)置完成后，即可對(duì)下一導(dǎo)線點(diǎn) S2 點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量。就這樣依次 采用已知點(diǎn)設(shè)站方式依次搬站至 S2， S3，?， Sn3 點(diǎn) 分別以 S1， S2，?，Sn4 點(diǎn) 為已知后視點(diǎn)測(cè)得 S3， S4，?， Sn2 的坐標(biāo)值。 對(duì)邊測(cè)量在測(cè)制橫斷面中的應(yīng)用 繪制橫斷面圖所需的量為兩個(gè) [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(gè)變坡點(diǎn)的水平距離和高差。而全站儀對(duì)邊測(cè)量剛好可以很方便地獲得這兩個(gè)量 。 首先在任意合適位置擺設(shè)全站儀 ， 選擇對(duì)邊測(cè)量連續(xù)式 ， 輸入中樁上棱鏡高并照準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測(cè)量。然后 ， 再按離中樁由近到遠(yuǎn)的順序測(cè)量橫斷面左部分的各個(gè)變坡點(diǎn) ， 則可獲得圖 22 閉合導(dǎo)線 11 橫斷面左部分的中樁點(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。同樣操作 ， 可以獲得橫斷面右部分的中樁點(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。最后 ， 根據(jù)獲得的數(shù)據(jù) ， 選擇合適的比例尺后就可以繪制橫斷面圖 ， 繪圖既可以在現(xiàn)場(chǎng)邊測(cè)邊繪 ， 也可以在室內(nèi)繪制 ， 既可以手工繪制 ， 也可以計(jì)算機(jī)繪制。如果剛才設(shè)站的位置 合適 ， 還可以測(cè)制其它位置的橫斷面圖 。 當(dāng)然 ， 也可以選擇對(duì)邊測(cè)量放射式測(cè)制橫斷面圖 ， 操作方法大同小異。 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(zhǎng)度 ： 由于全站儀一般都具有斜距換算平距功能。因此 ， 使用全站 儀放樣長(zhǎng)度的方法很簡(jiǎn)單 。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(zhǎng)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。在目標(biāo)方向線 A 上移動(dòng)反光 鏡， 當(dāng)全站儀平距顯示為待放樣距離 S 時(shí)，固定反光鏡， 整平后 ， 松開制動(dòng)螺旋 ，在三角架上平移反光鏡到目標(biāo)方向、 并使顯示器為待放樣值 S為止，固定反光鏡。 將反光鏡中心投影到地面上定一點(diǎn) P′， 此點(diǎn) 即為持定點(diǎn) .其 AP′ 距離為近似的放樣值 S。 若要求放樣長(zhǎng)度精度較高時(shí)， 在上述放樣后 ， 用歸化法進(jìn) 行改正。 在 P′ 點(diǎn)精確安置反光鏡 ,用全站儀測(cè)量該距離 ,其值 為 S′ ,差值為 △ S=SS′。 在 AB 方向線上， 按 △ S 的符號(hào)， 向前 (后 ) 量取 △ S，定點(diǎn) P,則 P 點(diǎn)為最終點(diǎn)位， AP=S。 (2)全站儀放樣已知角度：在一些建筑工程建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)常需根據(jù)已知方向放樣出一 個(gè) 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。在 B 點(diǎn) (已知方向點(diǎn) ) 安置 圖 24 全站儀放樣已知角度示意圖 反光鏡。照準(zhǔn)反光鏡 B， 并使儀器顯示角值為 0176。 00′ 00″。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)另一反光鏡，移動(dòng)這面反光鏡，直到全站 儀顯示器顯示角值為放樣的角值 (β )，固定反光鏡，將反光鏡中心投影到地面上定一點(diǎn) P，則 AP方向即為要放樣的方向。 12 (3)全站儀放樣高程點(diǎn) ：假設(shè)建筑工程場(chǎng)地附近有一已知高程點(diǎn) A， 其高程為 HA，放樣的高程點(diǎn)高程為 Hp， 則放樣步驟如下 ： 如圖 25所示安置全站儀于 A 點(diǎn)， 量?jī)x器高，將溫度、 濕度、氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。在放樣的 圖 25 全站儀放樣高程點(diǎn)示意圖 地方安置反光鏡， 測(cè)出反光鏡的鏡上中心高程 Hi， 并計(jì)算 △ h=HiHp。 從反光鏡的鏡上中心向上 (下 )量取 △ h定出一點(diǎn) P， 則此 點(diǎn)即為要放樣的高程點(diǎn)。 全站儀在 工程檢測(cè) 中的 應(yīng)用 懸高測(cè)量在高度檢測(cè)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。本實(shí)例的情況是在已經(jīng)裝配好的立柱上，有部分鋼筋預(yù)埋件的高度不正確，造成鋼筋不能按要求位置焊接，是裝配立柱過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，還是立柱預(yù)制時(shí)預(yù)埋件位置有錯(cuò)誤。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。設(shè)計(jì)的兩根鋼筋的長(zhǎng)度和角度關(guān)系應(yīng)該在圖 26中的A， D 和 B， C 時(shí)位置才 正確。 但在立柱上相應(yīng)的 A、 C 位置卻沒(méi)有鋼筋預(yù)埋件 ， 而設(shè)在 A′ 和 A″ ， C′ 和 C″ 各點(diǎn)的預(yù)埋件卻用不上，這一問(wèn)題可以利用全站儀的懸高測(cè)量功能來(lái)進(jìn)行檢核 ，得到 A′ B、 A″ B、 C′ D和 C ″ D的鉛錘距離，以此來(lái)判斷 鋼筋預(yù)埋件的高度 是否 正確 。 全站儀在高層建筑物垂直度檢測(cè)中的應(yīng)用 [11] 如圖 27 所示，為測(cè)量高層建筑物某一墻體上兩個(gè)柱體 12 和 34 的垂直度誤差，可建立如圖中所示的 XOY 坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系以該墻體的一個(gè)角點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) O（本圖中O點(diǎn)與 2 號(hào)點(diǎn)共點(diǎn)） ,平行于墻體的方向?yàn)?X 軸，過(guò) O點(diǎn)且垂直 墻面的方向?yàn)?Y 軸。若12 和 34 柱體沒(méi)有垂直度誤差，則同一柱體的上部點(diǎn) 1 或 3 應(yīng)該與其對(duì)應(yīng)的下部點(diǎn) 2或 4 的平面坐標(biāo)一致；若該柱體存在垂直度誤差，則 1 或 3 與其對(duì)應(yīng)的下部點(diǎn) 2 或 圖 26 立柱鋼筋預(yù)埋件高度示意圖