5全站仪及其使用解析

5全站仪及其使用5.1概述

5.2全站仪的结构与功能概述5.3测量前的准备工作

5.4基本测量

5.5应用测量程序5.6数据导出与导入5.7测量设置5.8全站仪保管与使用的注意事项5.9全站仪的发展趋势5.1概述

全站仪在施工现场可快速、准确的实现三维坐标测量和放样的自动化、数字化，在各类工程的精密工程测量中发挥着不可替代的作用。本章主要介绍全站仪的有关知识。全站型电子速测仪（简称全站仪）是由电子测角、电子测距等系统组成，测量结果能自动显示、计算和存储，并能与外围设备自动交换信息的多功能测量仪器。5.1.1全站仪的基本结构全站仪是集光、机、电于一体的仪器，其中轴系机械结构和望远镜光学瞄准系统与光学经纬仪相比没多大差异。而电子系统主要由以下三大单元构成：（1）电子测距单元，外部称之为测距仪。（2）电子测角及微处理器单元，外部称之为电子经纬仪。（3）电子记录单元。5.1.2全站仪的分类全站仪按其外观结构，可分为以下两类：（1）积木型（Modular,又称组合型）。早期的全站仪，大多是积木型结构，即电子测距仪、电子经纬仪、电子记录器（数据终端）各是一个整体，可以分离使用，也可通过电缆或接口把他们组合在一起，形成完整的全站仪。积木型全站仪结构比较零散，给目标照准和距离测量带来许多不便，并且影响测量精度。（2）整体型（Integral）。

随着电子测距仪的进一步轻巧化，现代的全站仪大多把测距、测角和记录单元在光学、机械等方面设计成一个不可分开的整体，其中测距仪的、接收轴和望远镜的视准轴为同轴结构。这对方便全站仪的野外操作，特别是保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。全站仪按测距仪测程分类，可以分为以下三类：（1）短程测距全站仪：测程小于3km，一般匹配测距精度为（5mm+5）,主要用于普通工程测量和城市测量。（2）中程测距全站仪：测程为3~15km，一般匹配测距精度为（5mm+2）~（2mm+2），通常用于一般等级的控制测量。（3）长程测距全站仪：测程大于15km，一般匹配测距精度为（），通常用于国家三角网及特级导线的测量。5.1.3全站仪的基本功能全站仪又称全站型电子速测仪，是由电子测角、电子测距等系统组成，测量结果能自动显示、计算和存储，并能与外围设备自动交换信息的多功能测量仪器。全站仪集光电、计算机、微电子通讯、精密机械加工等高精尖技术于一体，可方便、高效、可靠地完成多种工程测量工作，是目前测量工作中使用频率最高的仪器之一，是新一代综合性测绘仪器。（1）具有普通仪器（如水准仪、经纬仪）的全部功能（2）能在数秒内测定距离、坐标值。（3）角度、距离、坐标的测量结果在液晶屏上自动显示，测速快，效率高。（4）菜单式操作，方便人机对话。（5）海量测量数据可自动储存于内存和外插的SD卡，安全方便。（6）数据可随时与计算机进行通讯。（7）仪器内置多种测量应用程序，可满足实际测量需要。（8）系统参数可视需要进行设置、更改。

与普通测绘仪器相比，全站仪具有如下功能优点：5.1.4全站仪的品牌厂商全站仪的种类很多，目前常见的全站仪有美国的天宝系列，瑞士的徕卡TC系列、日本的拓普康GTS系列、日本索佳的SET系列、日本尼康DTM系列、日本的宾得R系列和ATS系列、中国南方NTS系列、苏州一光的OTS系列等十几种品牌。各类全站仪的外形大致相同，与光学经纬仪相似，有照准部、基座和度盘三大部件。照准部上有望远镜，水平、竖直制微动螺旋，管水准器，圆水准器，光学对中器等。另外，仪器正反两侧都有液晶显示器和操作键盘。各种全站仪的使用方法由仪器自身的程序设计而定。使用任何一种仪器前，必须认真阅读仪器使用说明书，了解仪器各部件功能和操作要点及注意事项。5.2全站仪的结构与功能

各种全站仪的基本结构大致相同，南方测绘公司作为目前国内最大的测绘仪器专业公司，其生产的NTS系列全站仪功能齐全实用、操作简便、性价比高，普及率高。所以本节以南方NTS-370WinCER型全站仪（以下简称南方NTS-370R）为例介绍其功能结构和使用方法。5.2.1南方NTS-370R型全站仪具有以下新特点①超小型的望远镜；②轻巧的主机；③独特的光电系统；④双轴倾斜补偿装置；⑤双侧大屏幕液晶显示器，支持触摸操作，方便快捷；⑥独有的WinCE(R)操作系统，操作方便，界面友好；⑦功能强大的应用软件；NTS-370R型全站仪具有超现代的硬件造型设计和配备功能强大的应用软件，是融光、机、电、磁现代科技最新成就于一身，集小型、简便、快捷、高精度和多用性等特点为一体的、全新一代全站型电子速测仪。5.2.2南方NTS-370R型全站仪主机外貌

图5.1南方NTS-370R型全站仪外貌图图5.2南方NTS-370R型全站仪外貌图5.2.3南方NTS-370R全站仪键盘及功能图5.3为南方NTS-370R型全站仪键盘5.2.4南方NTS-370R全站仪WinCE(R)操作系

统及界面使用按下POWER键开机，进入WIN全站仪欢迎界面。

图5.4WIN全站仪欢迎界面1操作系统WinCE(R)系列全站仪使用微软WindowsCE操作系统，这可以让您在全站仪上的浏览方式与在PC上使用MicrosoftWindows的方式相似。且具有许多许多类似的功能，2设置全站仪的工作方式用户可以预先调整WinCE(R)的设置以适应自己的工作方式。（1）背景光调节为了节省电池电量，WinCE(R)型全站仪会自动判断是否光闭背景光以及调节背景光的亮度。也可以根据自己的需要进行设置。如何调节背景光亮的时间（2）触摸屏校准如果触摸屏对触摸笔针反应不灵敏，则需要校准触摸屏。如何校准触摸屏按照屏幕提示，用触摸笔单击十字中心点，该十字光标将会移到下一点，再单击该点。如此完成全部的5个校准点。按[ENT]保存新设置。按[ESC]退回到控制面板。

3.输入数字和字母的方法

对于数据和字母的输入，WinCE(R)系列全站仪支持两种输入模式。一种是使用仪器的键盘，输入方法类似于手机，一个按键上有三个字母，按一次按键显示第一个字母，按两次显示第二个字母，按三次显示第三个字母。另一种方法是采用软键盘进行输入。

[示例一：用软键盘输入]

[示例二：用键盘输入]4.独有的星(☆)键模式按下（☆）键可看到仪器常用的若干操作选项。由星键(☆)可作如下仪器操作：1.电子圆水准器图形显示。2.设置温度、气压、大气改正值（PPM）和棱镜常数值（PSM）。3.设置目标类型、十字丝照明和接收光线强度（信号强弱）显示。

1)电子圆水准器图形显示

电子圆水准器可以用图形方式显示在屏幕上。当圆气泡难以直接看到时，利用这项功能整平仪器就方便多了。

2）设置温度、气压、大气改正值（PPM）、棱镜常数值

（PSM）

单击[气象]即可查看温度、气压、PPM和PSM值。若要修改参数，用笔针将光标移到待修改的参数处，输入新的数据即可。

3）设置目标类型、十字丝照明和检测信号强度

单击[目标]键可设置目标类型、十字丝照明、回光信号、激光指向等功能。5.3测量前的准备工作

全站仪在开始测量前需进行必要的准备工作，如日常检校，单位设置，电池电量了解，棱镜常数和气象改正值的设置，角度改正等。准备工作完成后，方可进行测量。以NTS-370为例进行详细说明。5.3.1仪器开箱和存放1.开箱轻轻地放下箱子，让其盖朝上，打开箱子的锁栓，开箱盖，取出仪器。2.存放盖好望远镜镜盖，使照准部的垂直制动手轮和基座的水准器朝上，将仪器平卧（望远镜物镜端朝下）放入箱中，轻轻旋紧垂直制动手轮，盖好箱盖,并关上锁栓。5.3.2安置仪器将仪器安装在三角架上，精确整平和对中(垂球对中，光学对中，激光对中)，以保证测量成果的精度。5.3.3电池的安装进行测量之前应使用充足电的电池。安装电池时将电池底部定位导块插入仪器上的电池导孔内，按电池顶部至听到咔嚓响声。从仪器上取下电池时必须先关闭电源。5.3.4电池电量信息5.3.5电源开/关打开电源按<ON>,仪器将进行自检，启动WinCE(R)操作系统后，进入主界面。关闭电源长按电源键完成。5.3.6反射棱镜当全站仪用红外光进行距离测量等作业时，需在目标处放置反射棱镜。反射棱镜有单（三）棱镜组，可通过基座连接器将棱镜组与基座连接,再安置到三角架上，也可直接安置在对中杆上。棱镜组由用户根据作业需要自行配置。棱镜组如图所示：5.3.7设置棱镜常数和输入大气改正值当用棱镜作为反射体时，需在测量前设置好棱镜常数。一旦设置了棱镜常数，关机后该常数将被保存，具体设置见基本测量中的距离测量。5.3.8垂直角和水平角的倾斜改正当启动倾斜传感器功能时，将显示由于仪器不严格水平而需对垂直角和水平角自动施加的改正数。为确保精密测角，必须启动倾斜传感器。当系统显示仪器补偿对话框时,表示仪器倾斜已超过自动补偿范围(±3.5′)，必须人工整平仪器。全站仪的补偿设置操用示例5.3.9全站仪的日常检验全站仪是数字测图工作的主要设备，必须经过省级以上技术监督部门授权的测绘计量鉴定机构鉴定合格，鉴定周期为1年。除进行法定鉴定外，测绘单位还要进行日常的检验与校正工作，全站仪日常检校的内容包括：（1）照准部水准器的检验与校正。（2）圆水准器的检验与校正（3）十字丝位置的检验与校正（4）视准轴的检验与校正（5）光学对点器的检验与校正（6）测距轴与视准轴同轴的检查（7）距离加常数的测定。在以上准备工作完成之后，全站仪可进行数据采集和放样等工作特别提示：在使用全站仪进行工作前，必须进行仪器的检验与校正，以避免量工作工程中由于仪器本身造成的误差问题。5.4基本测量基本测量是全站仪测量的重要组成部分，也体现了全站仪的测量原理。包括角度测量、距离测量及坐标测量。在Win全站仪功能主菜单界面单击图标“”，进入基本测量功能。5.4.1角度测量（1）功能：可进行水平角、竖直角的测量。（2）方法：与经纬仪相同。1.水平角(右角)和垂直角测量确认在角度测量模式下，具体操作界面如图2.水平角测量模式(右角/左角)的转换3.水平度盘读数的设置

1)利用[锁角]设置水平角，确认在角度测量模式下2)利用输入模式设置确认在角度测量模式下4.垂直角百分度模式确认在角度测量模式下,操作示例：5角度复测该程序用于累计角度重复观测值，显示角度总和以及全部观测角的平均值，同时记录观测次数，角度复测操作示例5.4.2距离测量距离测量也是全站仪测量原理的基本模块，利用全站仪可方便的测量平距、斜距和高差。（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”。特别提示：PSM、PPM的设置——测距、测坐标、放样前均需进行此项设置。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），仪器自动计算出PPM的值。在基本测量初始屏幕中，单击[测距]键进入距离测量模式。

当测距进行时，如有行人、汽车、动物、摆动的树枝等通过测距光路，会有部分光束反射回仪器，从而导致距离结果的不准确。在无反射器测量模式及配合反射片测量模式下，测量时要避免光束被遮挡干扰。1.无棱镜测距(1)确保激光束不被靠近光路的任何高反射率的物体反射。(2)当启动距离测量时，EDM会对光路上的物体进行测距。如果此时在光路上有临时障碍物(如通过的汽车，或下大雨、雪或是弥漫着雾)，EDM所测量的距离是到最近障碍物的距离。(3)当进行较长距离测量时，激光束偏离视准线会影响测量精度。这是因为发散的激光束的反射点可能不与十字丝照准的点重合。因此建议用户精确调整以确保激光束与视准线一致。(3)不要用两台仪器对准同一个目标同时测量。2.红色激光配合反射片测距

(1)对棱镜精密测距应采用标准模式(红外测距模式)。

(2)激光也可用于对反射片测距。同样，为保证测量精度，要求激光束垂直于反射片，且需经过精确调整。

(3)确保不同反射棱镜的正确附加常数。1设置大气改正距离测量时，距离值会受测量时大气条件的影响。为了顾及大气条件的影响，距离测量时须使用气象改正参数修正测量成果。①温度：仪器周围的空气温度②气压：仪器周围的大气压③PPM值：计算并显示气象改正值1)大气改正的计算（1）大气改正值是由大气温度、大气压力、海拔高度、空气湿度推算出来的。改正值与空气中的气压或温度有关。（2）WinCE系列全站仪标准气象条件（即仪器气象改正值为0时的气象条件）：①气压：1013hPa②温度：20℃（3）不顾及大气改正时，将PPM值设为零。2）直接输入大气改正值测定温度和气压，并由大气改正公式求得大气改正值(ppm)。在星(★)键模式下也可以设置大气改正值。3.设置目标类型WinCER系列全站仪可设置为红色激光测距和不可见光红外测距，可选用的反射体有棱镜、无棱镜及反射片。用户可根据作业需要自行设置。WinCE系列全站仪只具有红外测距功能，使用时所用的棱镜需与棱镜常数匹配。在星(☆)键模式下可进行目标类型的设置。4.设置棱镜常数当用棱镜作为反射体时，需在测量前设置好棱镜常数。一旦设置了棱镜常数，关机后该常数将被保存。●在星(★)键模式下也可以设置棱镜常数。5.距离测量(模式有连续测量、精测单次、精测N次、跟踪测量)，确认在角度测量模式下，距离测量操作示例6.距离单位的转换在距离观测屏幕也可改变距离单位。操作示例：5.4.3坐标测量（1）坐标测量功能：可测量目标点的三维坐标（X，Y，H）。（2）坐标测量测量原理特别提示：在使用全站仪测量和放样坐标前都必须进行测站设置，即测站点坐标和定向点坐标（或后视方向）设置，设置好后先对后视点进行测量并与后视点的已知坐标进行复核，不超限才可进行测量工作，否则要检查是已知数据还是仪器引起的问题。1.设置测站点坐标设置好测站点(仪器位置)相对于原点的坐标后,仪器便可求出显示未知点(棱镜位置)的坐标。操作示例：2.设置后视点操作示例：3.设置仪器高/棱镜高坐标测量须输入仪器高与棱镜高，以便直接测定未知点坐标。4.坐标测量的操作在进行坐标测量时，通过设置测站坐标、后视方位角、仪器高和棱镜高，即可直接测定未知点的坐标。（1）设置测站点坐标的方法，参见教材“6.3.1设置测站点坐标”。（2）设置仪器高和棱镜高，参见教材“6.3.3设置仪器高和棱镜高”。（3）未知点坐标的计算和显示过程如下：测站点坐标：(N0,E0,Z0)

仪器中心至棱镜中心的坐标差：（n,e,z）未知点坐标：（N1，E1，Z1）

N1=N0+nE1=E0+eZ1=Z0+仪器高+z–棱镜高操作示例：5.5应用测量程序5.5.1放样1.距离测量模式放样该功能可显示测量的距离与预置距离之差。显示值=观测值–标准(预置)距离可进行各种距离测量模式如斜距、平距或高差的放样。操作示例：2.点放样点放样功能是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。点放样原理如下：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，仪器自动计算并实时显示距离差值dD和角度差dHR或纵向差值ΔX和横向差值ΔY。③根据显示的dHD、dHR或ΔX、ΔY，逐渐找到放样点的位置。在建筑施工放样元素中，经常用到点的放样。当设置好测站点和后视点以后，就可以进行放样了。操作示例：Req：由测站点指向放样点的方位角；Turn：还应旋转的角度，当角度等于零，表示方位角正确；Away：棱镜到放样点的距离；正号为棱镜还应向远离测站的方向移动；负号说明棱镜应向靠近测站的方向移动；其数值就是移动的长度。对放样屏幕说明如图所示:↑：为该点在与视线前后方向上的偏差，正号说明该点在视线的前边，负号说明该点在视线的后边。→：为该点在与视线垂直方向上的偏差，正号说明该点在视线的右边，负号说明该点在视线的左边。Cut：为该点的高程偏差；正号说明该点高于理论数值(设计高程)应挖土；负号表示该点低于设计高程应填土；其数值就是填挖的数据。●任何时候单击屏幕右上角的“×”或按[ESC]键返回到点号屏幕，便可以输入新点进行下一点的放样；也可单击[列表]键调用内存中存储的数据；如为新点则系统自动提示输入该点的坐标。5.5.2悬高测量

该程序用于测定遥测目标相对于棱镜的垂直距离(高度)及其离开地面的高度(无需棱镜的高度)。使用棱镜高时，悬高测量以棱镜作为基点，不使用棱镜时则以测定垂直角的地面点作为基点，上述两种情况下基准点均位于目标点的铅垂线上。1.输入棱镜高(h)

输入棱镜高的示意图输入棱镜高的操作示例：(举例：h=1.5m)2.不输入棱镜高不输入棱镜高的示意图不输入棱镜高的操作示例：5.5.3对边测量可测量两个棱镜之间的水平距离(dHD)，斜距(dSD)和高差(dVD)。对边测量模式具有两个功能。

1．(A-B，A-C)：测量A-B，A-C，A-D……2．(A-B，B-C)：测量A-B，B-C，C-D……3.(A-B，B-C)的观测步骤与1.(A-B，A-C)完全相同。1．(A-B，A-C)：测量A-B，A-C，A-D……2．(A-B，B-C)：测量A-B，B-C，C-D……5.5.4线高测量用于测定一个地面点上方不可以到达的目标高度，不仅上方目标而且沿着地面基线上的点均无法到达，在架空线路下方相距一定距离上设置棱镜A和B，构成一个基线。在仪器站上分别测定仪器到棱镜A、棱镜B的水平距离并存入仪器中；显示屏上显示棱镜A与B的垂距，仪器到B的水平距离，以及沿基线方向的距离，屏幕还将显示棱镜A到该点的垂直距离和水平距离。如此，基线两端点之间的垂直距离，图中G点与L点之间的垂直距离也可以被测定。线高测量原理：线高测量操作示例：

5.5.5导线测量(保存坐标)

在该模式中前视点坐标测定后被存入内存，用户迁站到下一个点后该程序会将前一个测站点作为后视定向用；迁站安置好仪器并照准前一个测站点后，仪器会显示后视定向边的反方位角。若未输入测站点坐标，则取其为零(0，0，0)或上次预置的测站点坐标。设置好测站点P0的坐标和P0至已知点A的方位角，原理如图：导线测量操作示例：5.5.6偏心测量模式共有四种偏心测量模式：1.角度偏心测量2.距离偏心测量3.平面偏心测量4.圆柱偏心测量1.角度偏心测量模式当棱镜直接架设有困难时，此模式是十分有用的，如在树木的中心。在这种模式下，仪器到点P(即棱镜点)的平距应与仪器到目标点的平距相同。在设置好仪器高/棱镜高后进行偏心测量，即可得到被测物中心位置的坐标。

(1)当测量A0的投影(地面点A1的坐标)时，设置仪器高、棱镜高

(2)当测量A0点的坐标时，只设置仪器高(棱镜高设置为0)

（3）角度偏心测量模式中,垂直角有两种设置方法:①自由垂直角：垂直角随望远镜的上下转动而变化②锁定垂直角：垂直角被锁定，不会因望远镜的转动而变化因此，若用第一种方法照准A0，垂直角随望远镜的上下转动而变化，斜距(SD)和高差(VD)也将会改变；若用第二种方法照准A0，垂直角被锁定到棱镜位置，不会因望远镜的转动而变化。操作示例：在进行偏心测量之前，应设置仪器高/棱镜高。设置测站点的坐标，可参阅“6.3.1设置测站点坐标”。2.距离偏心测量模式通过输入目标点偏离反射镜的前/后、左/右偏心的水平距离，即可测定该目标的位置。（1）如需测量地面点A1的坐标，应设置仪器高、棱镜高（2）如需测量目标点A0的坐标，只设置仪器高(棱镜高设置为0)（3)设置测站点坐标，参见“6.3.1设置测站点坐标”。距离偏心测量模式示例：3.圆柱偏心测量模式首先直接测定仪器到圆柱面上P1点的距离，然后通过测定仪器分别与圆柱面上P2和P3点的方向角，即可计算出圆柱中心的距离、方向角和坐标。圆柱中心的方向角等于圆柱面上点P2和P3方向角的平均值。设置测站点坐标可以参阅“6.3.1设置测站点坐标”。

圆柱偏心测量模式操作示例：4.平面偏心测量模式

该功能用于测定无法直接测量的点位，如测定一个平面边缘的距离或坐标。此功能首先应在该模式下测定任意三个点(P1、P2、P3)以确定一个参考平面(被测平面)，然后照准测点P0，仪器就会计算并显示视准轴与平面交点的距离和坐标。设置测站点坐标可参阅“6.3.1设置测站点坐标”。

平面偏心测量操作示例：●若三个观测点不能通过计算确定一个平面时，系统会显示错误信息，此时应从第一点开始重新观测。●当照准方向与所确定的平面不相交时会显示错误信息5.5.7参数设置在基本测量中，可进行一些参数的设置。1.通讯参数仪器出厂时的标准设置值用下划线标明。参数设置示例：5.6数据导出/导入5.6.1数据的导出测量数据、坐标、填挖数据和横断面数据可传输到指定的路径下，操作示例5.6.2数据的导入用于放样的坐标文件、固定点库文件、编码库文件以及用于放样的定线和横断面文件应先在电脑上编辑并保存后，拷贝到全站仪中，再使用导入功能。操作示例：5.7测量设置全站仪测量设置操作示例5.8全站仪保管与使用的注意事项5.8.1全站仪