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全站仪在地形测量中的应用论文2

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沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计(论文)

1 全站仪在地形测量中的应用

第一章 绪论

1.1 引言

兼有光电测距、电子测角和测量数据记录的大地测量仪器称为“全站仪”(Total

Station),亦称电子速测仪(Electronic Tachymeter)或电子视距仪(Electronic stadia

instrument)。第一代全站仪问世于20世纪70年代，以前西德OPTON厂的Reg Eltal 4和前瑞典AGA厂的Geodimeter 700为典型代表。最初的仪器体积大、重量重、能耗高，在野外作业中使用不够机动灵活。但它们的出现，展示了一种高效的三维坐标测量方法，是大地测量仪器史上具有跨时代意义的革命。随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求与其它工业技术的应用，全站仪出现了一个新的发展时期，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型等等的全站仪。目前，世界上最高精度的全站仪：测角精度(一测回方向标准偏差）0.52，测距精度 1mm+1ppm。利用ATR(Auto Targets Recognition，自动目标识别)功能，白天和黑夜(无需照明)都可以工作。全站仪已经达到令人不可致信的角度和距离测量精度，既可人工操作也可自动操作，既可远距离遥控运行也可在机载应用程序控制下使用，可使用在精密工程测量、变形监测、几乎是无容许限差的机械引导控制等应用领域。采用全站仪进行精密三角高程代替水准的观测方法也已广泛得以应用，全站仪这一最常规的测量仪器将越来越满足各项测绘工作的需求，是现代化测量和信息化测量最有利的助手。

本论文论述了全站仪的基本测量原理，使用方法并且结合实际工程项目分析了全站仪在地测绘中的应用，归纳总结了全站仪的特点，以及在工程实践应用中应注意的问题，为更好更广泛地使用全站仪提供了参考，为进一步深入的研究和探讨提供了资料。

1.2 电子全站仪概述

1.2.1 全站仪概念

全站型电子速测仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储等单元组成的三维坐标测量系统，能自动显示测量结果，能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于仪器较完善地实现了测量和处理过程的电子一体化，所以人们通常称之为全站型电子速测仪(Electronic Total Station)或简称全站仪。

全站仪由以下两大部分组成： 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计(论文)

2 ⑴采集数据设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、还有自动补偿设备等。

⑵微处理器：微处理器是全站仪的核心装置,主要由中央处理器,随机储存器和只读存储器等构成,测量时,微处理器根据键盘或程序的指令控制各分系统的测量工作,进行必要的逻辑和数值运算以及数字存储、处理、管理、传输、显示等。

通过上述两大部分有机结合，才真正地体现“全站”功能，既能自动完成数据采集，又能自动处理数据，使整个测量过程工作有序、快速、准确地进行。

1.2.2 全站仪的分类

上世纪八十年代末、九十年代初，人们根据电子测角系统和电子测距系统的发展不平衡，把两种系统结构配置在一起构成全站仪，按其结构形式，全站仪分成两大类，积木式和整体式。

积木式(Modular)，也称组合式，它是指电子经纬仪和测距仪可以分离开使用，照准部与测距轴不共轴。作业时，测距仪安装在电子经纬仪上，相互之间用电缆实现数据通讯，作业结束后卸下分别装箱。这种仪器可根据作业精度要求，用户可以选择不同测角、测距设备进行组合，灵活性较好。

整体式(integrated)，也称集成式，它是将电子经纬仪和测距仪融为一体，共用一个光学望远镜，使用起来更方便。

目前世界各仪器厂商生产出各种型号的全站仪，而且品种越来越多，精度越来越高。常见的有日本(SOKKIA)SET系列、拓普康(TOPOCON)GTS系列、尼康(NIKON)DTM系列、瑞士徕卡(LEICA)TPS系列，我国的NTS和ETD系列。随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型、马达驱动型等等各种类型的全站仪，使得这一最常规的测量仪器越来越满足各项测绘工作的需求，发挥更大的作用。

1.2.3 全站仪的等级与检测

全站仪作为一种光电测距与电子测角和微处理器综合的外业测量仪器，其主要的精度指标为测距标准差Dm和测角标准差m。仪器根据测距标准差，即测距精度，按国家标准，分为三个等级。小于5mm为Ⅰ级仪器，标准差大于5mm小于10mm为Ⅱ级仪器，大于10mm小于20mm为Ⅲ级仪器。

全站仪设计中，关于测距和测角的精度一般遵循等影响的原则。由于全站仪作为一种现代化的计量工具，必须依法对其进行计量检定，以保证量度的统一性、标准性、合沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计(论文)

3 格性。检定周期最多不能超过一年。对全站仪的检定分为三个方面，对测距性能的检测，对测角性能的检测。对其数据记录及数据通讯及数据处理功能的检查。

光电测距部分性能按国家技术监督局(JG703-2003)检定规程进行，其主要项目包括：调制光相位均匀性、周期误差、内符合精度、精测尺频率，加、乘常数及综合评定其测距精度。必要时，还可以在较长的基线上进行测距的外符合检查。

电子测角系统的检测主要项目包括：光学对中器和水准管的检校，照准部旋转时仪器基座方位稳定性检查，测距轴与视准轴重合性检查，仪器轴系误差(照准差C，横轴误差i，竖盘指标差I)的检定，倾斜补偿器的补偿范围与补偿准确度的检定，一测回水平方向指标差的测定和一测回竖直角标准偏差测定。

数据采集与通讯系统的检测包括检查内存中的文件状态，检查储存数据的个数和剩余空间；查阅记录的数据；对文件进行编辑，输入和删除功能的检查；数据通讯接口数据通讯专用电缆的检查等。

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4 第二章 全站仪测量原理及其使用方法

2.1 全站仪的结构组成

2.1.1 全站仪的组成原理

如图2-1所示，电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分（CPU）、通讯接口(I/O)、及显示屏、键盘、接口等组成。各部分的作用如下：电源部分有可充电式电池，供给其他各部分电源，包括望远镜十字丝和显示屏的照明；测角部分相当于电子经纬仪，可以测定水平角、垂直角和设置方位角；测距部分相当于光电测距仪，一般用红外光源，测定至目标点(设置反光棱镜或反光片)的斜距，并可归算为平距及高差；中央处理器接受输入指令，分配各种观测作业，进行测量数据的运算，如多测回取平均值、观测值的各种改正、极坐标法或交会法的坐标计算，以及包括运算功能更为完备的各种软件；输入／输出部分包括键盘、显示屏和接口；从键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。显示屏可以显示出仪器当前的工作方式(Mode)、状态、观测数据和运算结果；接口使全站仪能与磁卡、磁盘、微机交互通讯，传输数据。

图2-1全站仪组成原理框图

2.1.2 全站仪的构造

全站仪的构造和光学经纬仪大体接近，如图2-2a)、b)所示，为Topcon GTS 330N全站仪，仪器主要分为基座、照准部、手柄、三大部分，其中照准部包括望远镜(测距部包含在此部分)、显示屏、微动制动旋钮等。详细名称如图2-2 a）、b)所示。

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5 a) b)

图2-2Topcon GTS 330N全站仪外观及各部件名称

a)Topcon GTS 330N前面

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6 b)Topcon GTS 330N后面

图2-2Topcon GTS 330N全站仪外观及各部件名称

⑴全站仪的望远镜

全站仪测距部位于望远镜部分，因此全站仪的望眼镜体积比较大，其光轴(视准轴)一般采用和测距光轴完全同轴的光学系统，即望远镜视准轴，测距红外光发射光轴，接收回光光轴三轴同轴，一次照准就能同时测出距离和角度。如图2-3所示。因此全站仪望远镜的检验和校正比普通光学经纬仪要复杂的多。

图2-3全站仪望远镜结构图 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计(论文)

7 ⑵全站仪的度盘

全站仪采用电子度盘读数，电子度盘原理常采用三种测角方法，即绝对编码度盘、增量光栅度盘和综合上两种方法的动态度盘。

①编码度盘测角系统

绝对编码度盘是在玻璃圆盘上刻划n个同心圆环，每个同心圆环为码道，n为码道数，外环码道圆环等分为2n个透光与不透光相间扇形区——编码区。每个编码所包含的圆心角δ=360÷2n为角度分辨率，即为编码度盘能区分的最小角度，向着圆心方向，其余n-1个码道圆环分别被等分为2n-1，2n-2,„„ 21个编码，其作用是确定当前方向位于外环码道的绝对位置。n=4时，24=16，角度分辨率δ=360÷16=22°30′；向着圆心方向，其余3个码道的编码数依次为23=8，22=4，21=2。每码道安置一行发光二极管，另一侧对称安置一行光敏二极管，发光管光线通过透光编码被光敏二极管接收到时，即为逻辑0，光线被不透光编码遮挡时，即为逻辑1。获得该方向的二进制代码。如图2-4所示为4码道编码度盘。

图2-44码道绝对编码度盘

图2-54码道编码读盘16个方向值的二进制代码

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8 4码道编码度盘的δ=22°30′，精度太低，实际通过提高码道数来减小δ，如，n=16，

δ=360÷216=0°00′19.78″，但在度盘半径不变时增加码道数n，将减小码道的径向宽度，拓普康GTS-330N全站仪的R=35.5mm，n=16时，可求出ΔR=2.22mm，如果无限次增加高码道，码道的径向宽度会越来越小。因此，多码道编码度盘不易达到较高的测角精度。现在使用单码道编码度盘。在度盘外环刻划无重复码段的二进制编码，发光管照射编码度盘时，通过接收管获取度盘位置的编码信息，送微处理器译码换算为实际角度值并送显示屏显示[1]。

②光栅度盘测角系统

如图2-6所示，光栅度盘是在玻璃圆盘径向均匀刻划交替的透明与不透明辐射状条纹，读盘上设置一指示光栅，指示光栅的密度与度盘光栅相同，但其刻线与度盘光栅刻线倾斜一个小角θ，在光栅度盘旋转时，会观察到明暗相间的条纹——莫尔条纹。当指示光栅固定，光栅度盘随照准部转动时，形成莫尔条纹照准部转动一条刻线距离时，莫尔条纹则向上或下移动一周期。光敏二极管产生按正弦规律变化的电信号，将此电信号整形，变成矩形脉冲信号，对矩形脉冲信号计数求得度盘旋转的角值，通过译码器化算为度、分、秒送显示窗显示。倾角θ与相邻明暗条纹间距w的关系/dw， =2′，w=172d，纹距w比栅距d大172倍，进一步细分纹距w，可以提高测角精度。

图2-6光栅度盘

⑶竖轴倾斜的自动补偿器

由于经纬仪照准部的整平可使竖轴铅直，但受气泡灵敏度和作业的限制，仪器的精确整平有一定困难。这种竖轴不铅直的误差称为竖轴误差。在一些较高精度的电子经纬

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使用全站仪进行地形测量的步骤与技巧

使用全站仪进行地形测量的步骤与技巧

使用全站仪进行地形测量的步骤与技巧

地形测量是地理学、工程学和建筑学等领域中重要的研究内容。全站仪作为一种先进的测量仪器，具备了高精度、高效率、高自动化等优点，被广泛应用于地形测量中。本文将就使用全站仪进行地形测量的步骤与技巧展开论述。

全站仪地形测量主要包括四个步骤：配置前的准备、现场工作、数据处理与分析、结果展示与应用。在这四个步骤中，每一步都至关重要，下面将逐一进行讨论。

首先是配置前的准备。在进行地形测量之前，需要确保全站仪工作正常。首先检查全站仪的电池是否充足、各个零部件是否完好，并将全站仪与计算机等设备进行连接。其次，需要确定地形测量的目标和区域，并对现场环境进行勘察。这包括考察测量目标的地理位置、周边地貌、植被覆盖情况等。如有需要，还可以进行现场测试以确保全站仪的可靠性。

接下来是现场工作。现场工作是地形测量的核心过程，需要根据实际情况进行仔细的操作。首先，需要选择测量站点，并在地面上标记。然后，将全站仪放置在测量站点上，并进行快速校准。校准包括水平仪、垂直仪等参数的调整，以确保全站仪的测量结果准确可靠。在进行地形测量时，需要根据实际情况选择不同的测量模式和参数，如选择高程测量模式、距离测量模式等。接着，可以开始测量。在进行测量时，需要根据实际需要确定观测点的位置，并进行测量。在每个观测点，需要保持仪器的稳定，避免外界干扰因素的影响。同时，要注意测量过程中的数据记录，保证数据的可靠性和完整性。

数据处理与分析是地形测量过程中不可或缺的环节。在现场工作完成后，需要将采集到的数据进行处理和分析。首先，需要将采集到的数据传输至计算机，并进行数据格式转换和校正。然后，可以使用专业的地形测量软件对数据进行处理。数据处理主要包括对数据的筛选、滤波和配准等步骤。筛选是指根据实际需求，从原始数据中提取有用的信息。滤波是指通过一系列算法和方法，去除数据中的噪声和异常值。配准是指将采集到的数据与现有的地理坐标系统进行匹配。在数据处理过程中，需要充分发挥地形测量软件的功能和优势，保证数据处理的准确性和可靠性。

全站仪在工程测量中的应用研究

全站仪在工程测量中的应用研究

第３５卷第５期　２０１２年５月　测绘与空间地理信息　

ＧＥＯＭＡＴ１ＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖ０Ｉ＿３５．Ｎｏ．５　Ｍａｙ．，２０１２　

全站仪在工程测量中的应用研究　

葛　超，郭奎才，董国江　

（黑龙江第二测绘工程院，黑龙江哈尔滨１５００８１）　

摘要：对全站仪测量时平距、高差测量的精度进行了分析，并提出了全站仪测量的注意事项和适用范围。　

关键词：全站仪；工程测量；平距；高差；精度　

中图分类号：Ｐ２２１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—５８６７（２０１２）０５—０２０６～０２　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｏｔａｌ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

■’一　‘　‘　一　ｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ　

ＧＥ　Ｃｈａｏ，ＧＵＯ　Ｋｕｉ—ｃａｉ，ＤＯＮＧ　Ｇｕｏ—ｊｉａｎｇ　（Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００８１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｈｅｉｇｈｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｉｔｅｍ　ｆｏｒ　ａｔｔｅｎ—　

ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｃｏｐｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｗｈｅｎ　ｕｓｉｎｇ　Ｔｏｔａｌ　Ｓｔａｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｔｏｔａｌ　Ｓｔａｔｉｏｎ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｕｒｖｅｙ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓｔａｎｃｅ；ｈｅｉｇｈｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ；ａｃｃｕｒａｃｙ　

０　引　言　

近年来，随着我国经济的快速发展，高等级公路等大　

型工程大量修建，全站仪在公路工程测量中广泛使用。　但在实际公路工程测量中我们发现，如果施测及其计算　

测绘技术中的地形地貌测量方法

测绘技术中的地形地貌测量方法

测绘技术中的地形地貌测量方法

地形地貌是地球表面的各种地貌形态的总和，对于测绘技术来说，准确测量地形地貌对于制定规划、工程建设和资源勘探都具有重要意义。本文将介绍测绘技术中常用的地形地貌测量方法。

一、全站仪测量法

全站仪是一种多功能的测量设备，它能够同时测量目标点的平面位置和高程。全站仪通过电子仪器和激光技术实现地形地貌测量。在使用全站仪进行测量时，需要在不同的目标点设置仪器，然后通过测角仪进行角度测量，最后根据已知的基线长度和测得的角度数据，利用三角测量原理计算出目标点的位置和高程。

全站仪测量法具有测量精度高、操作简便等优点，适用于地形地貌的大范围测量。然而，在复杂地形环境下，全站仪的使用受到一定限制，因为地形地貌的坡度和高差变化会对测量结果产生影响。

二、地面激光扫描测量法

地面激光扫描测量是一种基于激光雷达技术的测量方法，通过向地面发射激光束，然后接收激光束经过反射后返回的信号，利用接收到的信号计算目标点的位置和高程。

地面激光扫描测量法具有测量速度快、精度高、适用于不同地形等优点。利用地面激光扫描仪可以实现对地面的高密度测量，获取地形地貌的详细数据。此外，地面激光扫描仪还可以获取地面的纹理和颜色信息，进一步提高了地形地貌测量的精度和准确性。

三、卫星遥感测量法 卫星遥感技术通过对地球表面的遥感图像进行分析和处理，可以获取地形地貌的相关信息。卫星遥感测量法不需要在实地设置仪器，可以遥感数据获取目标地区的地貌信息。

卫星遥感测量法可以获取大范围的地形地貌数据，并能够实现地貌的动态监测。但是，由于卫星遥感图像的分辨率和几何校正的限制，精确测量地形地貌有一定的限制。

总之，地形地貌的测量是测绘技术中的重要组成部分，全站仪测量法、地面激光扫描测量法和卫星遥感测量法是常用的测量方法。各种测量方法各有优劣，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法。随着测绘技术的不断发展，地形地貌测量的精度和效率也将不断提高，为人类认识和利用地球提供更多的支持。

测绘技术全站仪应用案例

测绘技术全站仪应用案例

测绘技术全站仪应用案例

随着科技的不断进步，测绘技术在各个领域得到了广泛的应用。全站仪作为一种高精度、高效率的测量工具，被广泛应用于建筑、道路、地质勘探等行业。本文将通过几个实际案例，介绍全站仪在不同领域中的应用。

案例一：建筑测量

全站仪在建筑测量中起到了至关重要的作用。通过全站仪可以快速、准确地获取建筑物的尺寸、位置等信息。在建筑物修建之前，需要进行地形测量和勘察，确定建筑物的位置和地形特征，以便设计师能够合理地进行规划和设计。全站仪可以通过测量水平、垂直和距离等参数，提供精确的测量数据，使得建筑设计人员能够准确把握建筑物的布局和位置。

案例二：道路工程

道路的设计和规划需要准确测量道路的长度、宽度以及高度等参数。全站仪通过其高精度的测量能力，可以为道路工程提供准确的测量数据，帮助工程师进行规划和设计。同时，在道路施工过程中，全站仪可以通过实时监测施工过程中的各个参数，保证道路的施工质量和安全性。

案例三：地质勘探

地质勘探是指对矿产资源进行探测和调查，确定矿产资源的分布和储量。全站仪在地质勘探中扮演着重要的角色。通过全站仪的测量，可以对地质构造、地貌特征、地下岩层等进行精确测量和分析，为地质勘探人员提供准确的数据支持。全站仪还可以与GPS定位系统结合使用，提供更加精确的地理定位信息。

案例四：环境监测

全站仪也可以应用于环境监测领域。例如，在城市污水处理厂的建设过程中，需要对污水厂的各个设施进行精确的位置测量，以确保设施的布局合理。全站仪可以通过其高精度的测量能力，提供准确的位置数据。此外，全站仪还可以用于测量雨量、水位等环境参数，为环境监测提供准确的数据支持。

总结：

以上案例只是全站仪在各个领域中的应用之一，全站仪还有许多其他的应用领域。无论是在建筑、道路、地质勘探还是环境监测等领域，全站仪都起到了不可替代的作用。全站仪的应用使得测量工作更加高效、精确和自动化，并提高了测量数据的可靠性。通过继续研究和创新，全站仪的应用领域将会更加广泛，为各个行业带来更多的便利和效益。