1、第三节 全站仪的基本功能全站仪由电子经纬仪、测距仪和微处理器三部分组合。测距仪、微处理器分别内藏在望远镜和照准部支架一侧。从外部来看经纬仪的操作旋纽，全站仪都有。两者的主要差别在于全站仪有按键和显示屏。这是操作者经常使用的部件。全站仪的测量功能：全站仪可以进行角度(水平角、竖直角)测量；距离测量；坐标测量。2全站仪的基本操作(1)识别显示窗及操作键；(2)安置仪器与棱镜；(3)开机并确定测量模式；(4)进行角度测量或距离测量；(5)进行坐标测量；(6)进行全站仪其他功能的操作。一、概述 一、全站仪的基本结构全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度(水平角、竖直角)测量、距离(斜距、
2、平距、高差)测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。图4-21全站仪结构原理图全站仪的结构原理如图4-21所示。图中上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来。微处理机(CPU)是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列(缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器)、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、
3、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外部设备连接的装置(接口)，输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。目前，世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪，图4-22所示是瑞士徕卡公司生产的TC1800全站仪。图4-22TC1800全站仪示意图1-瞄准器；2-望远镜物镜；3-望远镜制动扳手；4-望远镜微动螺旋；5-键盘；6-显示窗；7-脚螺旋；8-水平制动扳手；9-水平微动螺旋；10-电池；11-仪器横轴中心标志；12-提手二、全站仪的测量功能与原理全站仪的基本测量功能有：角度(水平角、竖直角)测量、距离测量、坐标测量。1角度测
4、量光学经纬仪是通过光学元件，利用几何光学的放大和折射来进行水平和竖直刻度盘读数的。而全站仪则利用光电转换原理和微处理机，自动对度盘进行读数并显示出来(具体测量原理和方法详见第十二章第二节)，使观测时操作简单、避免产生读数误差。2距离测量1)测距原理概述光电测距的基本工作原理是利用已知光速c，测定它在两点间传播的时间t，计算距离。如图4-23所示，用全站仪测定A、B两点的距离，在A点安置全站仪，在B点安置棱镜。由全站仪发出的调制光波，经过距离D达棱镜，经棱镜反射后回到仪器接收系统。如果能测出调制光波在距离D往返传播的时间t，距离D按下式计算：图4-23光电测距示意图 (2-6)式中：c调制光在大
5、气中的传播速度。目前，要想直接通过测定时间t来达到较高的测距精度是很难做到的,因此采用间接测时的方法，即通过测定连续调制光信号在测线上往返传播的相位差进行测距，称为相位法测距。光电测距系统多以砷化镓发光二极管作为光源，给发光二极管加上频率为f的交变电流，其发出光的强度也按频率f发生变化，这种光称为调制光。通过测量连续的调制光信号在待测距离上往返传播所产生的相位变化来间接地测定信号传播的时间，从而求得被测距离。2)水平距离和高差测量如图4-24所示，在A点安置全站仪，B点置棱镜，全站仪可根据测得的斜距S和视线方向的竖直角 a 自动计算水平距离D和高差h：图4-24光电测距平距高差测量示意图 (4
6、-7) (4-8)或 (4-9)式中：hi仪器高；hr棱镜高。以上公式是未考虑大气折光和地球曲率改正时的计算公式，全站仪在进行距离测量时，已顾及到大气折光和地球曲率改正，大气折光和地球曲率改正均由全站仪自行完成。3.坐标测量全站仪可直接测算测点的三维坐标(X, Y, H)。如图4-25所示，A为测站点，B为后视点,两点坐标分别为(XA, YA, HA)和(XB, YB, HB),求测点P的坐标。图4-25全站仪坐标测量示意图在测站A安置全站仪后，设定测站点的三维坐标，并设置已知方向AB的水平度盘读数为其坐标方位角 aAB，当照准目标P时，便可自动计算P点的坐标。需要说明的是，全站仪上多用(N,
7、 E, Z)表示点的三维坐标，其中N对应X、E对应Y、Z对应H。三、全站仪的操作与使用不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法。1全站仪的显示窗及操作键(以TC1800为例)1)显示窗全站仪的显示窗采用点阵式液晶显示(LCD)，一般可显示4行，每行约20个字符，通常前三行显示测量数据，最后一行显示随测量模式变化的软键功能。2)操作键不同厂商生产的全站仪，其操作键都有所不同。多数全站仪设有软键(其功能随测量模式而变化)，在显示窗的下方，分别以F1、F2、F3、F4等表示，软键的功能显示在显示窗的最底行。2测前的准备工作1)安置仪器将全站仪连接到三脚架
8、上，对中并整平。多数全站仪有双轴补偿功能，所以仪器整平后，在观测过程中，即使气泡稍有偏离，对观测也无影响。2)开机按POWER或ON键，开机后仪器进行自检，自检结束后进入测量状态。有的全站仪自检结束后须设置水平度盘与竖盘指标，设置水平度盘指标的方法是旋转照准部，听到鸣响即设置完成；设置竖盘指标的方法是纵转望远镜，听到鸣响即设置完成。设置完成后显示窗才能显示水平度盘与竖直度盘的读数。3全站仪的基本操作与使用方法1)水平角测量(1)按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。(2)设置A方向的水平度盘读数为0 00 00 。(3)照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的
9、水平夹角。2)距离测量(1)设置棱镜常数测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。(2)设置大气改正值或气温、气压值光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值(也可直接输入大气改正值)，并对测距结果进行改正。(3)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。(4)距离测量照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5s，最小显示单位1mm；
10、跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3s；粗测模式，测量时间约0.7s，最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式(MODE)键选择不同的测距模式。应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。3)坐标测量(1)设定测站点的三维坐标。(2)设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。(3)设置棱镜常数。(4)设置大气改正值或气温、气压值。(5)量仪器高、棱镜
11、高并输入全站仪。(6)照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。二TC2000全站仪 1.显示屏 键盘上方有三个显示窗口；显示窗1，显示输入或输出的项目名称；显示窗2、3，显示输入或输出的数据。 2.键 盘 键盘面共有18个按键。按功能分类有单功能键、双功能键和多功能键。 (1)单功能键： ON开机 OFF关机 REC记录储存数据 ALL启动测量并储存数据 RUN回车键 (2)双功能键： STOP/CE-暂停与清屏 (3)多功能键：有12个。各有白、绿、橙3种颜色，表示按键种功能。 白色：测量准备与启动功能。如按Hz启动仪器进行水平方向测量；连续按REPHz二键启动仪
12、器进行水平方向的重复测量。 绿色：显示项目选择功能。即以绿色键 DSP 带头，与一个绿色键构成选择功能格式。如连续按绿色DSP绿色HzV二键，表示显示窗显示水平方向值Hz，显示窗显示天顶距V。橙色：指令设置功能。以按SET键带头，后接有关的按键实现指令设置。如 SET FIX 5 RUN 设置角度显示为0.1。 3GRE4n 数据存储器TC2000全站仪有专用的存储器GRE4n, 有64K存储容量，可存2000个标准测量格式的数据。使用时用专用电缆将全站仪与其连接起来。 4TC2000全站仪的使用 1.仪器的安置：全站仪安置在三脚架上（方法同经纬仪），GRE4n、电池挂在三脚架架腿上，用专用Y
13、型电缆把GRE4n、电池与全站仪起来。在测站上做好仪器对中、整平工作。 2.反射器在测点做好对中、整平工作。 3.测量及数据存储 按ON键，开机。 单测角：按Hz、V或HzV键一次，实现角度的单次测量。 跟踪测量：按REP键后再按Hz、V或HzV，实现水平方向（或天顶距、或水平方向与天顶距）的跟踪测量。 测距：单次测距，按DIST键，同时也测水平方向和天顶距。跟踪测距，按REP后，按DIST键，同时也测角。 记录：一次测量完毕，按REC则纪录一次测量的成果。 自动记录：按ALL键完成一次边角的全部测量与记录。 按OFF键，关机。三TC600全站仪 一、TC600键盘与显示窗图2-26是TC60
14、0键盘与显示窗。任何一台全站仪必有键盘与显示窗，只是设计样式、功能的差异。 1.显示窗。图6-9显示窗是一般开机(按“ON”键)后测量显示样式。显示窗有4个显示行，分别表示点号、水平方向值、天顶距、斜距。 2.按键的主功能。图2-26可见，TC600键盘设有7个键钮，分别设白色、黄色二种键名。其中“白色键名”表示键钮的主功能。“白色键名”与“MENU”组合为第二功能。按键的主功能：ALL：起动测量，光电测距，光电测角，记录全部测量成果。DIST：光电测距，光电测角。REC：记录测量成果。MENU：调用第二功能，返回第一功能。 ：照明开关。 CE：清除错误，终止功能，退出输入等。ON/OFF：电
15、源开关。 图2-26 TC600键盘与显示窗3按键第二功能与显示形式。 按键第二功能有多层次的步骤和显示。这里列举二个层次的第二功能与显示形式。 1)一层次步骤和显示。图2-27是一层次步骤的显示。实现的步骤有：(1)项目显示。按MENU，图2-27测量显示样式就转换为图6-10项目显示形式。图中虚线框是隐藏待显示的项目，共有9个一层次的项目显示。 图2-27； TC600项目显示(2)项目选择。按MENU之后，按黄色键名 上查、下查，光标“”随之移动，根据需要选择。(3)项目认可。项目选择之后，按便认可所选的项目。如图6-11，按黄色键名 上查、下查，光标“”随注“LEVEL”(精确整平)。
16、此时按便认可“LEVEL”(精确整平) 项目，随之显示图2-28精确整平的电子水准气泡形式。 图2-28 电子水准气泡 图2-29； “DSP”项目选择(4)项目设定。按黄色键名CONT键，所选的项目被设定，仪器显示窗转入测量显示方式，设定的项目应用于整个测量过程。在“项目认可”之后按MENU键，仪器显示窗也转入测量显示方式。2)二层次步骤和显示。以测量显示3种方式为例。(1)项目显示。按“MENU”， 项目显示形式图2-29。(2)项目选择。按黄色键名 上查、下查，光标“”移至DSP，如图2-29。(3)项目认可。按便认可选“DSP”项目。这是二层次测量显示3种方式(图2-30)的认可与设定
17、的开始。在此基础上按 上查、下查可任选其中一项，如选(a)，项目认可为测量显示(a)方式，显示点号、水平方向值、天顶距、斜距。(4)项目设定。按黄色键名CONT键，再按CONT键，所选的测量显示(a)方式被设定，仪器显示窗转入测量显示(a)方式应用于整个测量过程。 (a) 标准显示 (b) 平高显示 (c)三维显示 图2-30 测量显示3种方式 二、TC600的使用 1.准备工作： 1)仪器的安置。 全站仪TC600装好蓄电池安置在三脚架上，做好仪器对中、整平，部件导线按孔位标志插入对接(不得扭转对接)。反射器按光电测距要求安置。量好仪器高i和反射器高l。 TC600有圆水准器和管电子水准器，
18、整平的方法有所不同。 (1)脚架整平。方法1：逐一升降任一架腿，观圆水准气泡居中即可。方法2：项目设定“LEVEL”电子水准气泡精确整平形式；转照准部使横向管电子水准轴与任选二架腿支点连线平行，升降一架腿观横向管电子水准气泡居中；再升降第三架腿观纵向管电子水准气泡居中。 (2)精确整平。方法：项目设定“LEVEL”电子水准气泡精确整平形式；转照准部使横向管电子水准轴与任选二脚螺旋中心连线平行，相对转动二脚螺旋观横向管电子水准气泡居中(w、v对称显示)；再转动第三脚螺旋观纵向管电子水准气泡居中(r、s对称显示)。 2)测量前的仪器测量显示(a)样式确定及测距改正数、地面点号码、坐标、高程及点名代
19、码等参数的设置。 2.瞄准反射器。利用同轴操作旋钮，按瞄准方法瞄准反射器中心。 3测量与记录。 1)测角：TC600开机就测角，如图2-30显示PtNr(点号)、Hz (水平方向值)、V(天顶距)。按“REC”键记录测角的结果。 2)测距：按DIST键，3秒后显示距离。其间也测水平方向和天顶距。如图2-30(a)显示PtNr(点号)、Hz (水平方向值)、V(天顶距)、斜距。按REC键记录测角的结果。 3)跟踪测量：按DIST 键2秒，跟踪测量开始。跟踪测距也测角。 4)测量与自动记录：按ALL键完成一次边角全部测量与记录。四南方NTS全站仪 一、全站仪外貌： 图2-31二、键盘： 见图2-3
20、1。 三、技术指标： 1.角度测量：显示1(5) ,精度2(5)。 2.距离测量：精度(5+5)；测程1.52.5；测量时间，6、3、1秒。四、操作特点：1初始化。2不平显示。3键功能多。PWR 开关。按2秒可开可关。仪器安置后按PWR开，屏幕显示“OSET”，应初始化，即开垂直制动，纵转望远镜可实现。R/L 左右旋选择键。按一次，屏幕左下角显示“HR”，顺时针转动方向增加水平度盘记数。按一次，屏幕左下角显示“HL”，逆时针转动方向增加水平度盘记数。OSET 水平角置O键。连续按2次，水平角显示为O。按一次不起作用。HOLD 水平角固定键。连续按2次，水平角显示被固定。按一次不起作用。相当于复
21、测键。V% 竖直角与坡度变换键。按一次变换。MODE 角、距变换键。按一次变换。 屏幕照明键。REC记录键。 五、基本应用操作： 1仪器安置。全站仪、反射器、电池(未关机不得卸)。2测量准备。1) 角度测量：HR、HL的设定；方向值置零；度盘配置。2) 距离测量：反射器常数、气象改正的设定。加常数、乘常数的设定。3角度测量。从显示窗获得瞄准目标后的方向值，或按REC键。4距离测量。1)测距方式选择。按MODE键一次。2)连续测距。瞄准反射器后，显示窗有“*”标志，按MEAS键，每3秒测距。中断按MODE键。3)单次测距。瞄准反射器后，显示窗有“*”标志，连续按MEAS键二次， 6秒测距。连续按MODE键二次，回角度测量。4)跟踪测距。瞄准反射器后，显示窗有“*”标志，按TRK键，每1秒测距。中断按MODE键。 五T0PCON全站仪一、全站仪外貌：2键盘 图2-32
