1、2022-8-10测绘工程系1回顾上节课的主要内容回顾上节课的主要内容一、何谓全站仪一、何谓全站仪 全站仪是指能完成一个测站上的全部测量全站仪是指能完成一个测站上的全部测量工作的测量仪器。工作的测量仪器。二、全站仪的组成二、全站仪的组成 电子经纬仪电子经纬仪 光电测距仪光电测距仪 微型计算机微型计算机2022-8-10测绘工程系2三、全站仪的发展三、全站仪的发展optical theodoliteelectronic theodoliteSteel tape EDM2022-8-10测绘工程系3四、常见品牌全站仪简介：四、常见品牌全站仪简介：徕卡徕卡TPS700TPS700系系列卓越中文全列卓
2、越中文全站仪站仪拓普康拓普康GTS 332W 全站仪全站仪索佳索佳10系列全站仪系列全站仪2022-8-10测绘工程系4尼康尼康DTM801 系列全站仪系列全站仪宾得宾得全站仪全站仪PTS V2南方南方NTS 202 205全站仪全站仪2022-8-10测绘工程系5五、全站仪构造简介：五、全站仪构造简介：2022-8-10测绘工程系6六、全站仪的常用功能六、全站仪的常用功能1.基本功能基本功能角度测量角度测量距离测量距离测量高差测量高差测量坐标测量坐标测量2.专用功能专用功能点位放样点位放样悬高测量悬高测量对边测量对边测量后方交会后方交会面积测量面积测量2022-8-10测绘工程系7第二章第二
3、章 全站仪的测量原理全站仪的测量原理 2022-8-10测绘工程系8本章简介本章简介 由第一章的内容我们已经知道，全站仪的主要结构包括电子经纬仪测角、电子测距仪测距、电子补偿器自动补偿改正、电子计算机自动数据处理等。其中电子补偿器为电子经纬仪测角提供改正参数、电子计算机自动数据处理是体现全站仪功能的核心。下面对其各部分的原理分别进行介绍。2022-8-10测绘工程系9第一节第一节 全站仪的测角原理全站仪的测角原理2022-8-10测绘工程系101 编码度盘的测角原理它是以二进制为基础，将光学度盘分成若干区域，每一区域用某一个二进制编码来表示。2022-8-10测绘工程系111.1纯二进制码盘
4、将光学度盘刻上分划，造成透光与不透光两种状态，分别看做是二进制代码的逻辑“1”和“0”。纯二进制可以表示任何状态并由计算机来识别，二进制位数越多，所能表达的状态数也越多。纯二进制码是按二进制数的大小依次构成编码度盘的各个不同状态。2022-8-10测绘工程系12如图（a）所示，度盘一周为360，如果分成两半，角度值的分辨率为180。如果角度值分辨率提到90，首先必须把度盘分成四等份，然后再加上一圈，并以二进制规则刻制（见图b)。用纯二进制码来代替这四种状态为：00,01,10,11；对应的角度分别为：0 90,90 180，180270 。和270360。2022-8-10测绘工程系13202
5、2-8-10测绘工程系14这里一圈称为一个编码轨道，上图度盘共有四个编码道，并且其二进制构成的数值是依次相邻安排的。为了提高角度值的分辨率，就必须增加度盘的等份数和相应的编码道数。若编码道数为n，则整个编码度盘表示的状态数为：S=2n分辨率为：no23602022-8-10测绘工程系15 从理论上说，为了达到足够的分辨率，可以再增加编码道数和相应的刻线。但是从实际技术来看则很困难，主要有下列原因：(1)将编码度盘的信息经光电转换化成方向值的接收器件不可能无限小，因为增加编码道数，度盘的直径就越大。即在光电接收管尺寸一定的情况下，编码道数增多则要求度盘的半径R就越大。(2）实际度盘的半径不可能很
6、大。作为一个实用的仪器，其体积是有一定限制的，一般度盘的直径小于l00mm。由此可见，要提高编码度盘的测角分辨率，就必须采用角度测微技术。2022-8-10测绘工程系16 如图(c)，度盘分成16等份，即所能表示的状态数S=16，要求的编码道数为n4，分辨率为S22.52022-8-10测绘工程系171.2葛莱码盘葛莱码是由H.T.Gray于1953年发明的，它使整个编码度盘的相邻状态只有一个编码道发生变化，所以亦称为循环码。这样，即使当读数位置处于两个状态的分界线上或光电接收管安置不很严格时，所得的读数只能是两相邻状态数中的一个，使得可能产生的误差不超过十进制的一个单位。2022-8-10测
7、绘工程系182022-8-10测绘工程系191.3矩阵码盘 由于经纬仪度盘的实际尺寸受到一定的限制，也就是说，编码道数是有限的，即分辨率有限。要提高分辨率，可以采用角度测微技术，也可以缩小光电接收管的尺寸，还可以改进编码度盘的设计方案。所谓矩阵码是将编码度盘分成若干个区域，每一个区域上刻有相当于纯二进制编码或葛莱码的不同位数的编码轨道，利用若干个读数头取出按矩阵排列的电信号，经过矩阵编码器处理成纯二进制码。2022-8-10测绘工程系20 纯二进制码和葛莱码的一个编码轨道只能输出一位，而矩阵码的一个编码轨道可以输出若干位。如第一码道有n1位、第二码道有n2位最后一个码轨道有nk位，则其所能表示
8、的总的状态为：因此，k编码道数的矩阵码，相当于（n1+n2+nk）编码道数的纯二进制码和葛莱码，这样大大地减少了编码道数，从而有利于缩小度盘直径和提高角度分辨率。)(21212222kknnnnnn2022-8-10测绘工程系212.1光栅度盘 光栅是指均匀刻有间隔很小、明暗相间的等宽度分划线。若将分划线刻在光学玻璃度盘上，就构成了光栅度盘，如图所示。光栅度盘的分划线可以是直线，也可以是曲线。在电子经纬仪的光栅度盘上刻的都是辐射状的直线，辐射中心通常与度盘的圆心重合，故也叫做中心辐射光栅度盘。2 光栅度盘的测角原理2022-8-10测绘工程系22 在电子经纬仪中要实现测角，通常由两个光栅度盘构
9、成，其中一个为主光栅（全圆光栅度盘），另一个为指标光栅（局部光栅度盘）。利用光栅度盘测量角度，就是要测定从起始方向到实际方向，指标光栅相对光栅度盘移动的光栅数，这种测角方法也称做增量式。2022-8-10测绘工程系232.2莫尔干涉条纹 两个间隔相同的光栅叠放在一起并错开很小的夹角，当它们相对移动时，可看到明暗相间的干涉条纹，称为莫尔干涉条纹，简称莫尔条纹。莫尔条纹有如下三个特点:(1)两光栅之间的倾角越小,条纹越粗,即相邻明条纹(或暗条纹)之间的间隔越大.(2)在垂直于光栅构成的平面的方向上,条纹亮度是按正弦周期变化.(3)当光栅在水平方向移动时,莫尔条纹作上下移动.光栅水平方向相对移动一条
10、刻线,莫尔条纹正好上下移动一周.2022-8-10测绘工程系24在图中，设x是光栅度盘相对于固定光栅的移动量,y是莫尔干涉条纹在径向的移动量，两光栅间的夹角为，则有关系式：xy cot xy2022-8-10测绘工程系25 如果两光栅的相对移动是沿x方向从一条分划线移到相邻的另一条分划线，为一个格栅距离x；则干涉条纹在y方向上移动一周，即光线由暗到明、再由明到暗的变化是一个周期，为一个条纹宽度y；于是干涉条纹移动的周期总数就等于所通过的格线数。如果数出和记录光电传感器所接收的光强变化周期总数，便可测得移动量，再经光电信号转换，最后得到角度值。2022-8-10测绘工程系26编码度盘与光栅度盘的
11、比较2022-8-10测绘工程系273 动态测角的基本原理在前面介绍的电子测角原理中，无论是用编码度盘还是光栅度盘，其度盘相对于经纬仪的水平轴和垂直轴固定不变，测角时仅仅用到整个度盘的一部分，测角精度受到度盘上编码或光栅位置分划误差的影响。为了提高测角精度，必须通过适当的角度测微技术来提高测角分辨率。2022-8-10测绘工程系28 另一种与之相反的测角技术，在测角时仪器的度盘分别绕垂直轴和横轴恒速旋转，称之为动态式。目前，采用动态测角原理的仪器很多，如LEICA的T2000T2000的度盘直径为52mm，在该度盘上刻有1024条分划，则每一分划区间（包含一条透光和一条不透光部分）所对应的角度
12、值0为：625.05211024360002022-8-10测绘工程系29 这两个光电传感器之间的夹角就是我们要测定的角度值。显然，值包括了 n。和不足一个的角度值即:=n。+这样动态测角就包括了粗测n。、精测两部分，只有在仪器完成角度的粗测、精测之后，由微处理器进行衔接，才能得到完整的。2022-8-10测绘工程系30 3.1粗测 粗测n。只能够测定角度值中的大数。为此，在T2000的度盘上每隔90设有一个特殊的标识符。每个标识符通过改变原来分划线的不透光部分宽度由仪器自动识别。变窄的不透光部分的数目和位置不同就形成了四个不同的标识符A,B,C和D，其对应的角度值分别为0,90,180和27
13、0 设标识符A中仅有一个不透光的部分变窄，当动态度盘转动时，第一个光电传感器接收到该标识符时就开始计数，直至另一个光电传感器接收到该标识符信息时停止计数，这样就可获得相位差大数n。其他几个标识符用于检验，以保证大数的正确性。2022-8-10测绘工程系313.2精测两信号经双稳态触发器得到相位差信号，并用1.72MHz的脉冲填充，即可得到不足一个。的角度值式中T。为动态度盘旋转过角度。所用的时间；T为转过所用的时间。00TT2022-8-10测绘工程系32编码度盘读数系统4.1 编码度盘读数系统4 读数系统2022-8-10测绘工程系334.2光栅度盘的读数系统 光栅度盘的读数系统当两光栅度盘
14、相对移动时，就会出现莫尔条纹的移动，莫尔条纹正弦信号被光电二极管接收，并通过整形电路转换成矩形信号，该信号变化的周期数可由计数器得到。光栅读盘读数系统2022-8-10测绘工程系34 如果照准部瞄准一个目标，顺时针方向旋转时计数累加，转过目标后，还必须按逆时针方向旋转回到这一目标，这样计数系统应从总数中减去逆时针旋转的计数。因此，该计数系统必须具备方向判别功能，才能得到正确的角度值。注意:光栅度盘为了实现正确计数，必须进行计数方向判别!2022-8-10测绘工程系355 角度的电子测微技术 无论是编码度盘还是光栅度盘，直接测定角度值的精度很低。由于受到度盘直径、度盘刻制技术和光电读数系统的尺寸
15、限制，如将一个度盘刻成8个编码轨道，已经是很不简单了，而其分辨率仅为3600/28=1.40，这样的分辨率远达不到角度测量的要求，光栅度盘也是如此。在测量角度时，无论采用什么格式的电子度盘，都必须采用适当的角度电子测微器技术，提高角度分辨率，才能满足角度测量的精度要求。2022-8-10测绘工程系36 角度的电子测微器技术是运用电子技术对交变的电信号进行内插，从而提高计数脉冲的频率，以达到细分的效果。几种常用的电子测微方法。1.四倍频直接测微法2.正弦比内插测微法3.光学测微电子重合读数法4.分散细分小因子内插法 2022-8-10测绘工程系37第二节 全站仪的测距原理随着各种新颖光源（激光、
16、红外光等）的相继出现，物理测距技术也得到了迅速的发展，并出现了以激光、红外光和其他光源为载波的光波测距仪和以微波为载波的微波测距仪，通称为电磁波测距仪（光电测距仪），简称测距仪。测距仪的出现，是测距方法的革命，从而开创了距离测量的新纪元。光电测距与传统的钢尺或基线丈量距离相比，具有精度高、作业迅速、受气候及地形影响小等优点。2022-8-10测绘工程系38世界上第一台测距仪，于1947年由瑞典AGA公司制成，仪器的最大测距一般为20 60km。南非1954年开始研制，1957年正式生产的微波测距仪，在良好的条件下，最大测距可达6080km。第一代测距仪，测距精度虽然较高，但体积大、笨重且造价昂
17、贵。第一代测距仪2022-8-10测绘工程系39 第二代测距仪是一种小型、轻便的仪器，而且耗电少，操作简便，但最大测距较短，一般为0.55km，测距精度为(210)mm+(0.55)ppm。第二代测距仪第三代测距仪 第三代测距仪，这类仪器十分轻便，耗电少、读数方便，最大测距可达560km，精度高达（5mm+1ppm)。2022-8-10测绘工程系401 测距仪的测程和测距精度 测距仪是利用电磁波作为载波和调制波进行测量长度的一门技术。其主要技术指标为测程和测距精度。1.1测距仪的测程 测距仪一次所测得的最远距离称为测距仪的测程。一般认为：(1)短程测距仪 测程在5km以内；(2)中程测距仪 测
18、程在530km;(3)远程测距仪 测程在30km以上。2022-8-10测绘工程系41 1.2测距仪的测距精度 测距仪的测距精度是仪器的重要技术指标之一。测距仪的测距精度为：mD(ab ppmD)式中mD 测距中误差，单位mm;a固定误差，单位mm;b比例误差；D距离，单位km.ppm是parts per million 的首字母(百万分之几).RED mini短程红外测距仪的测距精度为：mD （5mm5ppmD)当距离D为0.6km时，测距精度是 mD 8mm。2022-8-10测绘工程系42 2测距的基本原理 测距仪是通过测量光波在待测距离D上往返传播的时间t2D来计算待测距离D的，如图所
19、示。2022-8-10测绘工程系43DCtD221由上式可知，光电测距仪测距的关键是测定测距信号（光波）在两点之间往返传播的时间t2D。若时间有1s(10-6 s）的误差，距离就会有150m的误差，所以光电测距仪对时间的要求非常高。只要能精确地测出电磁波往返传播的时间t2D，就可以求出距离D。2022-8-10测绘工程系44ffftD4C2C21D22所以f-调制信号的频率2022-8-10测绘工程系45根据上式，取C=3 l08m/s,f=15MHz，当要求测距误差小于l cm时，通过计算可知：用脉冲法测距时，计时精度须达到0.667 10-10s；而用相位法测距时，测定相位角的精度达到0.
20、36即可。目前，欲达到10-10s的计时精度，困难较大，而达到0.36 的测量相位精度则易于实现。所以，当前电磁波测距仪中相位式测距仪居多。2022-8-10测绘工程系46 3 脉冲法测距的基本原理 脉冲法测距就是直接测定仪器所发射的脉冲信号往返于被测距离的传播时间，从而得到待测距离。下图为其工作原理框图。2022-8-10测绘工程系47主脉冲波和回脉冲波之间的时间间隔是光脉冲在测线上往返传播的时间t2D，而 t2D是通过计数器并由标准时间脉冲振荡器不断产生的具有时间间隔(t)的电脉冲数n来决定的。因为 t2D=n t则上式中，n为标准时间脉冲的个数；d=Ct/2，即在时间t内，光脉冲往返所走
21、的一个单位距离。所以，我们只要事先选定一个d值（例如10m,5m,1m等），记下送入计数系统的脉冲数目，就可以直接把所测距离（D=nd）用数码显示器显示出来。ndntCD22022-8-10测绘工程系484 相位法测距的基本原理所谓相位法测距就是通过测量连续的调制信号在待测距离上往返传播产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得被测距离。下图表示其工作原理。2022-8-10测绘工程系49由测距仪发射系统向反射棱镜方向连续发射角频率的调制光波，并由接收系统接收反射回来的光波，然后由检相器对发射信号相位和接收信号相位进行相位比较，并测出相位移，根据可间接推算时间t2D，从而计算距离。由物理学知：
22、ftfttDDD22222则2022-8-10测绘工程系50将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形。正弦光波振荡一个周期的相位移是2，设发射的正弦光波经过2D距离后的相位移为，则可以分解为N个2整数周期和不足一个整数周期的相位移 。2022-8-10测绘工程系51即：N2所以fNtD222则)(2)2(2NNNfCD为调制波波长。式中，,10,2NN2022-8-10测绘工程系52由此可知，相位式测距相当于使用一把长度为/2的光电尺子去丈量距离，由N个整尺子长度加上不足1个整尺子的余长就是被测距离。取C=3108m/s，则不同的调制频率f对应的测尺长见下表。可见，调制频率越大，测尺长度越
23、短，测距精度越高。2022-8-10测绘工程系53由于检相器只能测出不足一个整周期的相位移，无法测定整周期数N（整相位2的个数)。为了求得完整距离，在测距仪上采用多把测尺（多个调制频率）的方法来解决，即相当于设置n把长度不同、最小分划读数值也不同的尺子，将它们组合使用就能获得单一的精确距离。每台测距仪可根据仪器的最大测距与精度要求，设置调制频率的个数，即选定测尺个数和测尺精度。对于短程测距仪，一般都采用两个测尺频率。2022-8-10测绘工程系545 全站仪无棱镜测距原理无棱镜测距又称为无接触测距，是指全站仪发射的光束经过自然表面反射后直接测距。在特殊点或危险点的测量中有着广泛的应用，不仅使作
24、业强度和危险性大大降低，而且对被测量目标起到一定的保护作用。2022-8-10测绘工程系55TCRA全站仪无棱镜测距的基本原理是在全站仪测距头中，安装有两个同轴的发射管，一种是IR(Infra Red)测距方式，可以发射利用棱镜和反射片进行测距的红外光束，波长为780mm，单棱镜测距为3000m；另一种是RL(Red Laser)测距方式，可以发射可见的红色激光束，波长为670mm，无棱镜全站仪的测距可达到80m。两种测量模式可以通过键盘操作控制内部光路进行切换，由此引起的不同常数改正会有系统自动修正后对测量结果进行改正，两种方法均为相位法测距原理。精测频率为100MHz，精测尺长为1.5m。
25、2022-8-10测绘工程系56由于相位法测距采用很细的激光束，就可以完成测量任务，使得相邻非常近的两个点位也能被准确地测定出来，因此有棱镜测距和无棱镜测距具有几乎相等的测距精度。TCRA采用激光作为发光源，提供了更强大的信号功率来进行无棱镜测距，其准确度采用动态频率校正技术来保证，在loom范围内进行无棱镜测距，5000m以上的距离用单棱镜测距，精度仍可达到 (3mm+310-6 D)。2022-8-10测绘工程系57第三节 全站仪的补偿器原理 全站仪补偿器是测量仪器由光学型（经纬仪）转向光电型（全站仪）后出现的一种全新的误差改正器件，用传统的光学经纬仪的思路来理解全站仪是不对的，只有对补偿
26、器的基本原理有了一定的认识，才能在实践中更好地使用全站仪，以便提高测量精度和减少劳动强度。2022-8-10测绘工程系58在全站仪作业中，如果整平的水准气泡偏离精确设置的气泡中心，此时传感器对仪器的水平度进行检测，并对由此产生的小角度偏差进行自动补偿改正。众所周知，按测量规范要求，整平气泡允许偏离半格，对水准器为每格20的仪器，如垂直轴倾斜在视准轴的方向上为10，在倾角较大的地区测量时，会造成较大的测角误差。对于光学经纬仪，在半测回中不能对此误差进行自动改正；而装有倾斜传感器的全站仪，可以通过补偿功能，使此误差减小到最低程度。在高差较大的地区，仍可以在补偿软件的修正之下，精确地测量水平角和竖直
27、角。2022-8-10测绘工程系591 全站仪的三轴误差 1.1视准轴误差 视准轴误差。是由于视准轴和横轴之间不垂直所引起的误差，又称照准误差。其主要原因是由于安装和调整不当，望远镜的十字丝偏离了正确的位置，它是一个定值。此外，外界温度的变化也会引起视准轴的变化，而且这个变化是一个不定值。若令c为视准轴误差。对水平方向观测读数的影响，则有：coscc 显然，c与视准轴误差c成正比，且随着目标点的垂直角度的增大而增大。2022-8-10测绘工程系601.2水平轴误差水平轴误差i是由于水平轴和垂直轴之间不垂直所引起的倾斜误差，又称为水平轴倾斜误差。其主要原因是由于安装或调整不完善，支撑水平轴的二支
28、架不等高和水平轴两端的直径不等而引起的。由于仪器存在着横轴误差，当仪器整平后垂直轴垂直水平轴也不水平，这就会对水平方向引起观测误差。若令i为横轴倾斜误差i对水平方向观测读数的影响。则有：i=i tan 显然，i的大小不仅与i角的大小成正比,而且与目标点的垂直角有关。2022-8-10测绘工程系611.3垂直轴误差 垂直轴误差v是由于仪器的垂直轴偏离铅垂位置所引起的误差，又称为垂直轴倾斜误差。其主要原因是仪器整平不完善、垂直轴晃动、土质松软引起脚架下沉或因振动、温度和风力等因素的影响而引起脚架移动等。若令v为垂直轴倾斜误差。对水平方向观测读数的影响，则有：vv costan 2022-8-10测
29、绘工程系62 显然，垂直轴倾斜误差对水平方向值的影响不仅与垂直轴倾斜角。有关，而且还随照准目标的垂直角度和观测目标的方位不同而不同。在测量工作中，以上三种误差同时存在，前两种误差采用盘左、盘右读数取平均的方法可以消除，而垂直轴的倾斜误差对水平角和垂直角的影响不能消除。2022-8-10测绘工程系632 垂直轴倾斜误差的影响垂直轴的倾斜实际上可分解为两种形式，一种是在望远镜的视准轴方向（x轴）的倾斜，另一种则是在与x轴垂直的横轴方向（y轴）的倾斜。若不是正对x轴和y轴倾斜，根据几何关系可以将倾斜方向解析到x轴和y轴上。纵向（x轴）倾斜误差影响垂直角的测量，其倾斜量将引起1:1的垂直角误差。横向（
30、y轴）的倾斜误差影响水平角的测量。2022-8-10测绘工程系642022-8-10测绘工程系653 补偿器的目的和作用 补偿器的目的就是为了减少仪器的三轴误差对观测数据的影响。补偿器的作用就是通过检测仪器垂直轴倾斜在x轴和y轴上的分量信息，自动地对测量值进行改正，从而提高采集数据的精度。2022-8-10测绘工程系664 补偿器的工作原理补偿器又称倾斜传感器，是全站仪里的一个重要部分。按工作原理可划分为摆式补偿器和液体补偿器；按补偿范围可划分为单轴补偿器、双轴倾斜补偿器和三轴补偿器。2022-8-10测绘工程系674.1单轴补偿器 在光学经纬仪上采用单轴补偿的方法，只能补偿由于垂直轴倾斜而引
31、起的垂直度盘读数误差，一般采用簧片式补偿器、吊丝式补偿器、液体补偿器。2022-8-10测绘工程系684.2双轴倾斜补偿器2022-8-10测绘工程系694.3三轴补偿器2022-8-10测绘工程系705 补偿器的零位误差及调整 补偿器的零位误差是补偿器与铅垂方向不一致的误差，也称补偿器指标差。当仪器的垂直轴绝对垂直时，补偿器的零位也处于绝对垂直位，而当垂直轴倾斜时，补偿器的自动改正量才是完全正确的。若补偿器零位不正确，那么在进行照准误差、横轴误差、度盘指标差预置校正时，度盘指标差、照准误差、横轴误差的余量值就包含了补偿器的零位误差量，也就是说，改正的结果包含了误差。2022-8-10测绘工程
32、系71为了消除补偿器零位误差，厂商在用户程序中均向用户提供了“补偿器零位改正”功能。虽然圆形气泡因温度的变化会产生对称位移而抵消温度的影响，但对支架的不对称因素，仍不可忽视。如果工作温度变化超过7，需要重新调整零点值，甚至每星期至少要检查一次零点值。零点值的软件设置，是以仪器上的长水准气泡居中时所确定的，这与观测人员对水准器的视觉偏差、调整的精确度起着决定性的作用。2022-8-10测绘工程系726 补偿器的应用6.1补偿器的使用 在使用全站仪补偿器的补偿功能时应注意：(1)在使用全站仪时，当水平方向制动螺旋制动，垂直方向转动望远镜时，水平度盘读数会不断地变化，这正是全站仪自动补偿改正的结果。
33、单轴补偿只能对垂直度盘读数进行改正，没有改正水平度盘读数的功能。当照准部水平方向固定，上下转动望远镜时水平角度读数不会变化。(2)双轴补偿只能改正由于垂直轴倾斜误差对垂直度盘和水平度盘读数的影响。当照准部水平方向固定，上下转动望远镜时水平角度读数仍然会发生变化；当补偿器关闭后水平度盘读数也不会变化。2022-8-10测绘工程系73(3)三轴补偿的全站仪是在双轴补偿器的基础上，用机内计算软件来改正因横轴误差和视准轴误差对水平度盘读数的影响。即使当照准部水平方向固定，只要上下转动望远镜，水平度盘的读数仍会有较大的变化，而且与垂直角的大小、正负有关。(4)全站仪补偿器的补偿功能提供了3种选择模式，即
34、双轴、单轴、关。选择关即补偿功能不起作用；选择单轴只对垂直度盘读数进行补偿；选择双轴是对水平和垂直度盘读数均进行补偿。(5)当测站点有振动、风大、低精度观测时，应关闭仪器的补偿功能。这样既可以节电又可以避免误补偿。2022-8-10测绘工程系74(6)全站仪的补偿范围一般为+3，整平度超过此范围时起不到补偿作用。在天顶距接近天顶、天底2范围内，电子补偿器的补偿功能不起作用。(7)由于显示的度盘读数中已包含了仪器三轴误差的影响，因此在放样时需要特别注意。例如：放样一条直线时，不能采取与传统光学经纬仪相同的方法（只纵向转动望远镜），而应采取旋转照准部180的方法测设；当放样一条竖线时，应使用水平微
35、动螺旋，使其水平角度显示的读数完全一致，而不能只简单地纵向转动望远镜。2022-8-10测绘工程系75(8)有些全站仪提供了电子整平的功能，当X,Y方向的倾斜值为零时，从理论上讲，此时转动望远镜水平角读数就不会发生变化，但有些仪器在进行上述操作后，水平角还会发生变化，这是因为这些全站仪的补偿值与垂直角大小有关。(9)在水平角0时，用脚螺旋校正电子气泡居中，仪器水平转动180后，仍可能会偏移很多。即使X,Y分量值为零，如果不以照准部的长气泡检验为准，就不能说明仪器垂直轴垂直，所以电子气泡的居中必须以长气泡的检验校正为准。2022-8-10测绘工程系766.2补偿功能的检验 补偿功能的检验步骤如下
36、。(1)精确整平仪器。(2)设置仪器的补偿功能为“开”状态。(3)使望远镜水平并设置水平角显示为零，然后按一定的间隔上、下转动望远镜，读取水平方向值。水平方向值与零的差值即为自动补偿器的改正值。2022-8-10测绘工程系77第四节全站仪的数据处理原理全站仪的数据处理由仪器内部的微处理器接受控制命令后按观测数据及内置程序自动完成。要解决数据的自动传输与处理，首先要解决数据的存储方法。所以存储器是关键，它是信息交流的中枢，各种控制指令、数据的存储都离不开它。存储的介质有电子存储介质和磁存储介质，目前使用的大多是磁存储介质，因为它所构成的存储器在断电后存储的信息仍能保留。2022-8-10测绘工程
37、系781 数据存储器的基本结构 数据存储器由控制器、缓冲器、运算器、存储器、输入设备、输出设备、字符库、显示器等部分组成，如图所示。2022-8-10测绘工程系79 (1)控制器：用于产生各种指令及时序信号。(2）缓冲器：连接并驱动内外数据及地址。(3)运算器：用于对数据进行计算及逻辑运算。(4)存储器：用于存储观测数据、观测信息及固定的控制程序。可分为随机存储器(RAM）和只读存储器（ROM).(5)输人设备、输出设备：数据输人、输出的关口，可以是自动传输的接口和手工输人的键盘。(6)字符库：用于提供字母及数字等。(7)显示器：用于输出信息。2022-8-10测绘工程系802 全站仪的观测数
38、据全站仪尽管生产厂家、型号繁多，其功能大同小异，但原始观测数据只有电子测距仪测量的仪器到棱镜之间的倾斜距离（斜距）；电子经纬仪测得的目标点的水平方向值、天顶距。电子补偿器检测的是仪器垂直轴倾斜在X轴（视准轴方向）和Y轴（水平轴方向）上的分量，并通过程序计算自动改正由于垂直轴倾斜对水平角度和竖直角度的影响。所以，全站仪的观测数据是水平角度、竖直角度、倾斜距离。仪器只要开机并瞄准目标，角度测量实时都显示观测数据，其他测量方式实际上都只是测距并由这三个观测数据通过内置程序间接计算并显示出来的，称为计算数据。特别注意的是，所有观测数据和计算数据都只是半个测回的数据，因此在等级测量中，不能用内存功能，记
39、录水平角、天顶距、倾斜距离这三个原始数据是十分必要的。2022-8-10测绘工程系81第五节 全站仪的自动化原理1 自动目标识别2022-8-10测绘工程系82影像自动处理2022-8-10测绘工程系83如图所示，在CCD阵列平面上投影有望远镜十字丝和被测目标。以望远镜的十字丝为参考点，被测目标的重心可由影像的灰度来确定。影像处理的目的就是要确定望远镜十字丝和目标重心之间的线性偏移量（dx,dy)，将该偏移量的大小经过一定的变换，可以得到目标与望远镜十字丝的角度偏差（相对全站仪轴系）。由于望远镜位置（视准线的角度值）由测角系统确定，这样也就可以由内置程序改正后得到目标点的角度值，其中全站仪的三
40、轴之间关系与CCD阵列的变换关系可以通过仪器检验获得。2022-8-10测绘工程系842 轴系的自动驱动全站仪的轴系驱动分为精驱动和粗驱动，这是考虑到定位精度和快速驱动的两个因素（最大驱动速度可达50/s)。由一对独立伺服马达来驱动仪器的轴系，每个驱动系有一个螺纹杆和一个环型齿轮，由带数字扫描系统的增量编码器来确定角度传动量。然后，由这些齿轮来逐级控制达到小于1的照准精度，而残余量可由影像处理系统来测定。2022-8-10测绘工程系85在自动化全站仪中，以自动驱动调焦取代了传统的手工调焦。伺服马达能以约10m的精度确定透镜的位置，它是通过一个线性编码器（见下图)调节透镜到目标的距离来确定透镜位置的。透镜位置的调节与影像处理相一致，即有到目标的已知距离自动地转换为调焦透镜的相应位置。自动调 焦控制环路 2022-8-10测绘工程系863 数据的无线自动传输全站仪观测数据可以通过无线传输由棱镜站的显示器显示，观测者可以遥控仪器按要求的观测程序进行自动工作；同时也可以通过无线传输到室内工作站进行数据处理，实现无人看守观测，真正实现数据观测和处理的自动化。
