淺談全站儀在測(cè)繪中的應(yīng)用

李 艷

（永和縣國(guó)土資源局，山西 臨汾 041000）

1 引言

全站儀是全站型電子速測(cè)儀的簡(jiǎn)稱，可以自動(dòng)記錄、計(jì)算并顯示出水平距、斜距、高程、坐標(biāo)等相關(guān)數(shù)據(jù)。因?yàn)榘仓靡淮伪憧赏瓿梢粋€(gè)測(cè)站上的所有測(cè)量工作，故被稱為全站儀。全站儀具有強(qiáng)大的測(cè)繪功能，被測(cè)繪行業(yè)廣泛應(yīng)用，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了有力支撐。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的技術(shù)手段不斷涌現(xiàn)，特別是隨著傳感器、GPS、CCD等技術(shù)的集成發(fā)展，推動(dòng)了測(cè)繪技術(shù)向自動(dòng)化、可視化方向發(fā)展，可以為工程、規(guī)劃設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2 全站儀基本結(jié)構(gòu)

全站儀是集光、電、磁、機(jī)的新技術(shù)，集測(cè)距、測(cè)角為一體的測(cè)繪儀器，主要包括以下幾部分結(jié)構(gòu)。

2.1 光學(xué)系統(tǒng)

全站儀的望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)了視準(zhǔn)軸、測(cè)距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。在望遠(yuǎn)鏡與調(diào)焦透鏡間設(shè)置分光棱鏡系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)即可瞄準(zhǔn)目標(biāo)，進(jìn)行角度測(cè)量；同時(shí)通過(guò)內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差可以計(jì)算實(shí)測(cè)距離。同軸性使得望遠(yuǎn)鏡一次瞄準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定水平角、垂直角和斜距等全部基本測(cè)量要素的測(cè)定。

2.2 自補(bǔ)償系統(tǒng)

全站儀的雙軸傾斜自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，可對(duì)縱軸的傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在度盤讀數(shù)中對(duì)因縱軸傾斜造成的測(cè)角誤差自動(dòng)加以改正，也可由微處理器自動(dòng)按豎軸傾斜改正計(jì)算式計(jì)算，實(shí)現(xiàn)縱軸傾斜自動(dòng)補(bǔ)償。當(dāng)作業(yè)中全站儀器傾斜時(shí)，運(yùn)算電路實(shí)時(shí)計(jì)算出光強(qiáng)的差值，從而換算成傾斜的位移，將此信息傳達(dá)給控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，確保軸始終保證絕對(duì)水平。

2.3 電子處理系統(tǒng)

電子處理系統(tǒng)包括微處理器、存儲(chǔ)器等。微處理器主要由寄存器、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動(dòng)儀器進(jìn)行測(cè)量工作，執(zhí)行測(cè)量過(guò)程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲(chǔ)存等工作，保證整個(gè)測(cè)量工作協(xié)調(diào)有序地進(jìn)行。全站儀存儲(chǔ)器的作用是將實(shí)時(shí)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，再根據(jù)需要傳送到其他設(shè)備如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等中，供進(jìn)一步的處理或利用。

2.4 外設(shè)支援系統(tǒng)

全站儀可以通過(guò)操作鍵盤輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。全站型儀器的鍵盤和顯示屏均為雙面式，便于正、倒鏡作業(yè)時(shí)操作。輸入輸出接口是與外部設(shè)備連接的裝置，輸入輸出設(shè)備使全站儀能與磁卡和微機(jī)等設(shè)備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)間的雙向信息傳輸。

3 全站儀的主要特點(diǎn)

全站儀就具有小型、輕巧、精密、耐用等特征，并具有強(qiáng)大的軟件功能。操作方便快捷、測(cè)量精度更高、內(nèi)存量更大、結(jié)構(gòu)造型更精美合理，能夠?qū)崿F(xiàn)水平距離換算、自動(dòng)補(bǔ)償改正、加常數(shù)乘常數(shù)的改正等。全站儀具有角度測(cè)量、距離測(cè)量、三維坐標(biāo)測(cè)量、交會(huì)定點(diǎn)測(cè)量等多種用途。

全站儀的主要特點(diǎn)：一是可以實(shí)現(xiàn)綜合測(cè)量。全站儀可以同時(shí)進(jìn)行角度測(cè)量和距離測(cè)量，水平角左角和右角測(cè)量模式可以互換。全站儀可以實(shí)現(xiàn)綜合測(cè)量，提高了測(cè)繪工作的效率。二是程序模式功能強(qiáng)大。全站儀內(nèi)存儲(chǔ)存了各種程序模式，可以很便捷地進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、后方交會(huì)測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、面積測(cè)量等，提高了測(cè)量的自動(dòng)化水平。三是測(cè)量精度高。全站儀內(nèi)部采取了一些特殊的測(cè)量補(bǔ)償校正措施，確保了測(cè)量的精度。

4 全站儀在測(cè)繪中的應(yīng)用實(shí)踐

全站儀的應(yīng)用范圍已不僅局限于測(cè)繪工程、建筑工程、交通與水利工程、地籍與房地產(chǎn)測(cè)量，而且在大型工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和構(gòu)件的安裝調(diào)試、船體設(shè)計(jì)施工、大橋水壩的變形觀測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及體育競(jìng)技等領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。外業(yè)測(cè)繪是測(cè)繪工作的重點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量與采集，可以更加快捷地完成測(cè)繪任務(wù)。

4.1 測(cè)站的建立

首先將全站儀在架站點(diǎn)上進(jìn)行整置，然后量出儀器上紅漆點(diǎn)至全站儀橫軸中心的高度，測(cè)量溫度、氣壓、棱鏡高，一并輸入到全站儀中，開(kāi)始建站。如果測(cè)區(qū)中在一個(gè)架站點(diǎn)設(shè)站不能測(cè)量測(cè)區(qū)內(nèi)的全部的碎部點(diǎn)時(shí)，就需要在多個(gè)點(diǎn)設(shè)站，這些點(diǎn)即為轉(zhuǎn)站點(diǎn)，這些點(diǎn)的平面坐標(biāo)須已知。運(yùn)用建站，輸入測(cè)站三維坐標(biāo)、儀器高，再輸入后視坐標(biāo)，然后定向，完成建站。

4.2 距離測(cè)量

首先，設(shè)置棱鏡常數(shù)。測(cè)距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會(huì)自動(dòng)對(duì)所測(cè)距離進(jìn)行改正。其次，設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。實(shí)測(cè)時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣改正值，并對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行改正。第三，量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。第四，距離測(cè)量。瞄準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，按測(cè)距鍵，距離測(cè)量開(kāi)始，測(cè)距完成時(shí)顯示斜距、平距、高差。全站儀的測(cè)距模式有精測(cè)模式、跟蹤模式、粗測(cè)模式3種。在距離測(cè)量或坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，可按測(cè)距模式鍵選擇不同的測(cè)距模式。

4.3 坐標(biāo)測(cè)量

首先，設(shè)定測(cè)站點(diǎn)度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。其次，設(shè)置棱鏡常數(shù)。第三，設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。第四，量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。第五，瞄準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測(cè)量鍵，全站儀開(kāi)始測(cè)距并計(jì)算顯示測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

4.4 懸掛棱鏡

利用單棱鏡系上線繩當(dāng)做懸掛棱鏡，保持棱鏡懸掛時(shí)平衡。用懸掛棱鏡懸掛在測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，全站儀望遠(yuǎn)鏡豎絲瞄準(zhǔn)棱鏡的吊線進(jìn)行測(cè)量水平角，然后橫絲卡住棱鏡中部的覘標(biāo)高標(biāo)志測(cè)量?jī)A角，就可以進(jìn)行測(cè)量水平角和距離了。覘標(biāo)高從測(cè)點(diǎn)量到覘標(biāo)高標(biāo)志。輸入儀器高和覘標(biāo)高，儀器自動(dòng)記錄計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)。懸掛棱鏡的使用可以大大減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不需要多帶一個(gè)架腿和對(duì)點(diǎn)基座，減少作業(yè)時(shí)間，前視不需要對(duì)中整平。同時(shí)儀器記錄也減少記錄錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化作業(yè)。

[1]田林亞，華錫生.測(cè)量學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社，2003.