試論工程測繪中全站儀的應用

周偉強+梁越飛

摘 要： 目前電子全站儀等先進儀器設備在工程測繪施工中已經得到了普及，因通視與操作條件的制約，導致常規測量方式具有較大作業強度，且降低了工作效率。為此，施工單位必須結合施工現場的具體情況，選用科學有效的測繪方式，才能確保測量數據的真實性與準確性。本文在充分了解全站儀基本原理的基礎上，對全站儀在工程測繪中的應用進行了分析與探究。

關鍵詞： 全站儀；工程測繪

隨著電子技術和計算機技術日新月異的發展及其在測繪領域的廣泛應用，集電子測角、電子測距、數據采集與存儲的全站儀已經取代了常規的光學經緯儀和s3光學水準儀。各測繪儀器廠商生產出各種型號的全站儀，出現了大內存、多功能、防水型、防爆型、電腦型等，全站儀正朝著功能全、效率高、全自動、易操作、體積小、重量輕的方向發展，使野外測繪作業的勞動強度逐漸地減輕，工作效率得到不斷提高，測繪技術水平也相應地得到了提升，從根本上更新了測量的觀念和理論。傳統的測量方式正逐步被不斷涌現的新儀器、新技術、新方法所取代。目前在建筑工程測量經常采用的儀器就是全站儀，筆者將結合工程實例來講述全站儀在建筑工程的測量中的運用。

一、全站儀的基本原理

全站儀即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。全站儀的望遠鏡主要由物鏡、分光棱鏡、目鏡和聚光棱鏡等部分組成，屬于角度測量和距離測量的光學部分。由物鏡和分光棱鏡組成測距儀光路，由紅外發光管發出的紅外江通過閘門的轉換經過內光路和外光路到達接收的二極管，以完成距離測量。

全站儀的電子部分主要由兩部分組成，其中一部分是測角部分包括光柵度盤或者編碼度盤、光電測角儀器、放大儀器、計數器、顯示器、邏輯電路等。另一部分是距離測量部分，主要由發光二極管、接收管、電子電路組成。這兩部分之間用串行的通訊連接而成，從而完成電子測量儀的所有功能。全站儀的特點為全站儀的自動化程度較高，只要一次的反射棱鏡照準，就能夠測量出水平角、斜距和垂直角，并能自動計算出目標點的坐標和高程，同時還可進行測量數據的記錄和計算。全站儀還可通過其主機的標準通訊接口，來實現全站儀與計算機及其它外圍設備的數據連接，從而形成測量數據的收集、處理、計算和自動繪圖等一個完整的自動化體系；全站儀的功能強大，通過全站儀的微機處理系統來控制全站儀的測量與計算，可以實現氣象改正、導線測量、前后方交會、碎部測量又及施工放樣等功能；全站儀的精度高，儀器的內部設置雙軸補償器，能夠實現自動測量儀器的豎軸和水平軸的傾斜誤差，并能對角度測量值進行改正。

二、工程測繪中全站儀的應用

1、測量前的儀器設置

大氣改正值和棱鏡常數的設置：在進行距離測量時，必須對儀器進行大氣改正值和棱鏡常數的設置。大氣改正值可根據測定的溫度、氣壓值輸入儀器來自動完成改正數的計算和設置，也可以從大氣改正圖中查得相應的改正數PPm值后直接輸入儀器進行改正設置。另外，還應根據不同的棱鏡，預先設置相應的棱鏡常數。

參數和條件模式的選擇設置：關于這方面的設置，主要包括測量單位的選擇，最小讀數的顯示，傾斜、補償改正的設置，對比度調節以及照明開關等等，主要根據測量工作的精度要求以及用戶的操作習慣進行測量模式的選取設置。

2、距離測量

在測站點安置好儀器后，如果是測量控制點或放樣精度要求高的點，需要精確對中棱鏡。如果普通的地形碎步點可以降低要求。

3、角度測量

角度測量可以用于水平角和豎直角的測量，在測站點安置好儀器，分別照準目標A、B后，自動測出水平角和豎直角。水平角提供了左角（逆時針）和右角（順時針）的切換以及方向歸零、任意角度輸入的置盤鎖定設置；豎直角的測量提供了垂直角和坡度百分比兩種模式，可根據測量需要隨時進行切換。當用于精度較高的要求時，可用測回法測。

4、坐標測量

在輸入測站點和后視點的坐標并完成后視定向，然后進入坐標測量程序，照準目標棱鏡后，直接測出目標點的坐標，也可利用后方交會法（最小二乘法），就是在未知測站點上架好儀器后，通過觀測兩個或兩個以上的已知點，來求得測站點坐標的方法。在需要測距時，至少需要觀測兩個已知點，不需要測距（只用測角）進行后方交會時，則至少需要觀測三個已知點，一般觀測的已知點越多，測量精度就會越高。

5、多余觀測

測量過程中，為增加檢核條件，以避免錯誤，減小誤差，提高觀測精度，需要進行多余觀測，多余觀測主要包括以下兩個方面：

（1）邊長和高差觀測。該方法可用于工程測量中的放點放線工作，此外，在進行點位三維坐標的測定時，也可采用此觀測方法。在測量過程中，為確保待定點邊長和高差的精確度，應對棱鏡高進行一次變動，之后再分別觀測棱鏡高變動前后的斜距、垂直角和棱鏡高，并以此作為檢核條件。

（2）水平角觀測。如果只能聯測一個高等級控制點方向時，為確保待定點方位角的精確度，要以該高等級控制點方向至待定點方向的左、右角作為檢核條件。此外，如果條件允許，在進行水平角觀測時，應以聯測兩個高等級控制點方向作為檢核條件。

6、碎步點的測量

碎部點的三維坐標測量是在測量控制點上設置測站，通過該點至另一測量控制點的方向傳遞，測量出待定點的三維坐標。在工程測量中，由于地形圖或某些工程有各自的特點，因此，碎部點的測量是十分必要的。對于碎部點的測量主要是通過全站儀與電腦的通訊，將全站儀內存中的測量數據傳輸到電腦，應用特定的專業軟件對測量數據進行各種處理，形成各種測繪成果成圖資料。這種三維坐標的測量方法看似簡單，但應注意以下兩個方面。

首先，要將儀器準確的擺放在測站上，為確保起始數據的準確性，應對其它任意一個已知測量控制點的坐標和高程進行檢測，也可以在進行儀器的測站和后視方向設置時，觀測測站至對向點的距離和高差，并以此作為檢核條件。

其次，在測量過程中，為確保全站儀的穩定性，要進行不定時的檢測，以確定測量控制點的方向。此外，由于難以校核待定點的測量數據，因此，在測量過程中，要時刻保持測站與鏡站的溝通，及時確認棱鏡高度的變化情況，以確保待定點高程的準確。

7、增補圖根點或測站點

在地形圖測繪或工程測量實踐中，如果等級測量控制點不足，就需要增補圖根點或測站點。對于全站儀極坐標法加密圖根點或測站點，各專門測量規范均作了不同程度的作業規范及要求，從發展級別、邊長規限到觀測方法都有所明確。

在進行圖根點或測站點的增補時，一般采用全站儀極坐標法加密圖根點或測站點。該方法的優點是：布點靈活，限制條件少，內業平差計算簡單，外業測量工作量小，點位精度有保障。極坐標法就是在高等級測量控制點上設置測站，通過測量測站至待定點之間的邊長以及該邊長的方位角，進而推算出該待定點三維坐標的一種測量方法。該方法的主要測量元素就是角度測量和邊長測量，根據觀測的水平角、垂直角、斜距、儀器高和棱鏡高，解算出待定點的三維坐標（X、Y、H）。

三、結束語

綜上所述，科學技術的發展推動了工程測量技術的進步，市場經濟體系的不斷完善，實現了全站儀設備及其編程計算器的廣泛普及，為了全面提高工程施工質量的提升，可選取全站儀進行工程測繪作業，以此確保施工環節的穩定運行，有效降低技術人員的工作難度，提高測量精度及縮短施工工期。

參考文獻

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