全站仪的认识和使用[知识点概述]全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。
是一种集光、机械、电子部件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。
因全站仪具有多功能、高效率的特性，以至于从某种意义上来说，改变了测量工作的作业习惯和方式，也拓展了测量技术的一些概念和手段，使全站仪的应用前景更加广阔。
在数字测图中，全站仪是野外数据采集的主要的仪器设备之一。
一、全站仪的基本组成全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、键盘及显示屏等组成。
它本身就是一个带有特殊功能的计算机控制系统，其微机处理装置由微处理器、存储器、输入部分和输出部分组成。
由微处理器对获取的倾斜距离、水平角、竖直角、垂直轴倾斜误差、视准轴误差、垂直度盘指标差、棱镜常数、气温、气压等信息加以处理，从而获得各项改正后的观测数据和计算数据。
在仪器的只读存储器中固化了测量程序，测量过程由程序完成。
仪器的设计框架如图2-1所示。
图2-1 全站仪设计框架其中：(1)电源部分是可充电电池，为各部分供电；(2)测角部分为电子经纬仪，可以测定水平角、竖直角，设置方位角；(3)补偿部分可以实现仪器垂直轴倾斜误差对水平、垂直角度测量影响的自动补偿改正；(4)测距部分为光电测距仪，可以测定两点之间的距离；(5)中央处理器接受输入指令、控制各种观测作业方式、进行数据处理等；(6)输入、输出包括键盘、显示屏、双向数据通讯接口。
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。
从总体上看，全站仪的组成（见图2-2）可分为两大部分：一是为采集数据而设置的专用设备，主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统、自动补偿设备等。
二是测量过程的控制设备，主要用于有序地实现上述每一专用设备的功能，包括与测量数据相连接的外围设备及进行计算、产生指令的微处理机等。
只有上面两大部分有机结合才能真正地体现“全站”功能，既要自动完成数据采集，又要自动处理数据和控制整个测量过程。
图2-2 全站仪的外观图二、智能型全站仪的主要特点智能型全站仪亦称电脑全站仪，具有双轴倾斜补偿器，双边主、附显示器，双向传输通讯，大容量的内存或磁卡与电子记录簿两种记录方式以及丰富的机内软件，因而测量速度快、观测精度高、操作简便、适用面宽、性能稳定，深受广大测绘技术人员的欢迎。
电脑全站仪的主要特点如下：1.电脑操作系统电脑全站仪具有像通常PC机一样的DOS操作系统。
2.大屏幕显示可显示数字、文字、图像，也可显示电子气泡居中情况，以提高仪器安置的速度与精度，并采用人机对话式控制面板。
3.大容量的内存一般内存在1M以上，其中主内存有640K、数据内存320K、程序内存512K、扩展内存512K。
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。
4.采用国际计算机通用磁卡所有测量信息都可以文件形式记入磁卡或电子记录簿，磁卡采用无触点感应式，可以长期保留数据。
5.自动补偿功能补偿器装有双轴倾斜传感器，能直接检测出仪器的垂直轴，在视准轴方向和横轴方向上的倾斜量，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，提高测角精度。
6.测距时间快，耗电量少。
三、全站仪的基本功能（一）角度测量全站仪测角是由仪器内集成的电子经纬仪完成的。
电子经纬仪测角采用的是光电扫描度盘自动计数，自动处理数据，自动显示、存储和输出数据。
光电扫描度盘一般分为两大类：一类是由一组排列在圆形玻璃上具有相邻的透明区域或不透明区的同心圆上刻得编码所形成编码度盘进行测角；另一类是在度盘表面上一个圆环内刻有许多均匀分布的透明和不透明等宽度间隔的辐射状栅线的光栅度盘进行测角。
也有将上述二者结合起来，采用“编码与光栅相结合”的度盘进行测角。
因此电子经纬仪的测角系统主要有三类：即绝对式编码度盘测角、增量式光栅度盘测角以及动态式（编码、光栅度盘）测角。
在角度开始测量前务必做三项检查：（1）准确地安置在测站点上；（2）垂直和水平度盘指标已设置好；（3）仪器参数已设置完成。
（二）距离测量目前，全站仪内置的测距仪大都采用相位式红外测距仪。
相位式红外测距仪就是通过测量调制光在测线上往返传播所产生的相位移见图2-3（上图），间接地测定时间t2d，若电磁波在大气中传播速度为c，按下式求出距离D：D=t2d·c/2 （2-1）由光源经调制器后射出的光强随高频信号调制后，经反射镜反射后被接收器所接收，然后由相位计将发射信号(又称参考信号)与接收信号(又称测距信号)进行相位比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往返传播所引起的相位移φ。
如果将调制波的往返测程摊平，则有如图2-3（下图）所示的波形。
图2-3 相位式红外测距仪原理与波形图（三）其他功能（1）自检功能。
当接通电源后，全站仪自动进行自检，自检无误时自动进入基本测量状态（模式）。
自检出时故障将故障类型自动显示。
（2）自动调节光强功能。
测距时信号返回后的强弱与通视条件、测程、天气条件及反射棱镜个数有关。
全站仪内装有光强自动调节系统，随时调节信号大小，可控制接收信号在一定的强度范围，以减弱幅相误差。
提高测量精度。
（3）单位换算功能。
全站仪在使用时可根据需要用不同的单位显示，并能进行互换，以适用不同的国家和地区。
如：公制（米制）、英制、美制之间的长度单位互换和角度的各种进制之间的数据换算，还有气压的毫米汞柱与毫巴的互换。
（4）预置功能。
在测量前可对温度、气压、棱镜常数、仪器常数、倾斜补偿、测量模式等参数进行预制置。
（5）运算功能。
全站仪内部设有微处理器，可进行两已知点的方位角、平距、高差计算，也可用一个已知点和所测的水平角、平距进行未知点坐标计算。
进行测量时根据观测的斜距、垂直角、水平角，可显示出平距、高差、坐标增量等数据。
如果预置了气象参数、仪器常数后，对测距结果自动进行改正计算并显示。
（6）跟踪测量。
当反射棱镜移动时，观测员可将仪器设置在跟踪测量状态，并始终照准棱镜，此时快速显示新的观测值，在施工放样中特别方便。
（7）电子手薄。
各厂家对新型的全站仪都配有内设或外置的电子手薄。
它可以完成数据的传输、存贮，并可编程计算。
存贮器的容量可高达12000个观测点的测距、测角成果，在切断电源后成果仍可保存很长时间，此功能为野外采集数据的自动化、信息化奠定了基础。
（8）倾斜补偿功能。
当全站仪的倾斜在一定范围内自动进行单轴、双轴、三轴补偿。
（9）内存软件。
在机内固化多种应用程序软件可用于三维坐标测量、导线测量、悬高测量、放样测量、方位角测量、对边测量、偏心测量等工作。
另外还有：红光导向，背光照明，十字丝照明，无线遥控，单向通讯，空间数据传输、自编程序、自动寻找目标、蓝牙通讯技术等功能，为用户提供了极大的方便，使内外业的测量工作成为一体化。
四、全站仪的使用与维护（一）全站仪保管的注意事项(1) 仪器的保管由专人负责，仪器必须放置专门架上或固定位置；(2) 仪器箱内应保持干燥，要防潮、防水并及时更换干燥剂；(3) 仪器长期不用时，应以一月左右定期取出通风防霉并通电驱潮，以保持仪器良好的工作状态。
（二）使用时应注意事项(1) 开工前应检查仪器箱背带及提手是否牢固；(2) 开箱后提取仪器前，要看准仪器在箱内放置的方式和位置，装卸仪器时，请握住仪器提手和底座。
切不可拿仪器的镜筒，否则会影响内部固定部件，从而降低仪器的精度。
应握住仪器的基座部分，或双手握住望远镜支架的下部。
仪器用毕，先盖上物镜罩，并擦去表面的灰尘。
装箱时各部位要放置妥帖，合上箱盖时应无障碍；(3) 在太阳光照射下观测仪器，应给仪器打伞，并带上遮阳罩，以免影响观测精度。
在杂乱环境下测量，仪器要有专人守护。
当仪器架设在光滑的表面时，要用细绳（或细铅丝）将三脚架三个脚联起来，以防滑倒；(4) 仪器任何部分发生故障，不勉强使用，应立即检修，否则会加剧仪器的损坏程度；(5) 当测站之间距离较远，搬站时应将仪器卸下，装箱后背着走。
行走前要检查仪器箱是否锁好，检查安全带是否系好。
当测站之间距离较近，搬站时可将仪器连同三脚架一起靠在肩上，但仪器要尽量保持直立放置；(6) 搬站之前，应检查仪器与脚架的连接是否牢固，搬运时，应把制动螺旋略微关住，使仪器在搬站过程中不致晃动。
(7)光学元件应保持清洁，如沾染灰沙必须用毛刷或柔软的擦镜纸擦掉。
禁止用手指抚摸仪器的任何光学元件表面。
清洁仪器透镜表面时，请先用干净的毛刷扫去灰尘，再用干净的无线棉布沾酒精由透镜中心向外一圈圈的轻轻擦拭。
除去仪器箱上的灰尘时切不可作用任何稀释剂或汽油，而应用干净的布块沾中性洗涤剂擦洗；(8)在潮湿环境中工作，作业结束，要用软布擦干仪器表面的水分及灰尘后装箱。
回到办公室后立即开箱取出仪器放于干燥处，彻底凉干后再装箱内。
（三）仪器转运时注意事项(1) 首先把仪器装在仪器箱内，再把仪器箱装在专供转运用的木箱内，并在空隙处填以泡沫、海绵、刨花或其它防震物品。
装好后将木箱或塑料箱盖子盖好。
需要时应用绳子捆扎结实；(2) 无专供转运的木箱或塑料箱的仪器不应托运，应由测量员亲自携带。
在整个转运过程中，要做到人不离开仪器，如乘车，应将仪器放在松软物品上面，并用手扶着，在颠簸厉害的道路上行驶时，应将仪器抱在怀里；(3) 注意轻拿轻放、放正、不挤不压，无论天气晴雨，均要事先做好防晒、防雨、防震等措施。
（四）全站仪电池的使用全站仪的电池是全站仪最重要的部件之一，现在全站仪所配备的电池一般为Ni-MH(镍氢电池)和Ni-Cd(镍镉电池)，电池的好坏、电量的多少决定了外业时间的长短。
(1) 建议在电源打开期间不要将电池取出，因为此时存储数据可能会丢失，因此请在电源关闭后再装入或取出电池；(2) 可充电池可以反复充电使用，但是如果在电池还存有剩余电量的状态下充电，则会缩短电池的工作时间，此时，电池的电压可通过刷新予以复原，从而改善作业时间；(3) 不要连续进行充电或放电，否则会损坏电池和充电器，如有必要进行充电或放电，则应在停止充电约30分钟后再使用充电器；(4) 超过规定的充电时间会缩短电池的使用寿命，应尽量避免；(5) 电池剩余容量显示级别与当前的测量模式有关，在角度测量的模式下，电池剩余容量够用，并不能够保证电池在距离测量模式下也能用，因为距离测量模式耗电高于角度测量模式，当从角度模式转换为距离模式时，由于电池容量不足，不时会中止测距。
