1、河河南南理理工工大大學學畢業設計（論文）任務書畢業設計（論文）任務書專業班級 測繪 09-2 班 學生姓名 張紅星 一、題目 無棱鏡全站儀測距的探討 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日三、主要任務與要求 指 導 教 師 職稱 學 院 領 導 簽字（蓋章）年 月 日河河南南理理工工大大學學畢業設計（論文）評閱人評語畢業設計（論文）評閱人評語題目 無棱鏡全站儀測距的探討 評 閱 人 職稱 工作單位 年 月 日河河南南理理工工大大學學畢業設計（論文）評定書畢業設計（論文）評定書題目 無棱鏡全站儀測距的探討 指 導 教 師 職稱 年 月 日河河南南理理工工大大學學畢業設計（論文）答辯許可證畢業設計

2、（論文）答辯許可證答辯前向畢業設計答辯委員會（小組）提交了如下資料：1、設計（論文）說明 共 頁2、圖紙 共 張3、指導教師意見 共 頁4、評閱人意見 共 頁經審查， 測繪工程 專業 09 級 2 班 張紅星 同學所提交的畢業設計（論文），符合學校本科生畢業設計（論文）的相關規定，達到畢業設計（論文）任務書的要求，根據學校教學管理的有關規定，同意參加畢業設計（論文）答辯。 指導教師 簽字（蓋章）年 月 日根據審查，準予參加答辯。答辯委員會主席（組長） 簽字（蓋章）年 月 日河河南南理理工工大大學學畢業設計（論文）答辯委員會（小組）決議畢業設計（論文）答辯委員會（小組）決議 院（系） 專業 班

3、同學的畢業設計（論文）于 年 月 日進行了答辯。根據學生所提供的畢業設計（論文）材料、指導教師和評閱人意見以及在答辯過程中學生回答問題的情況，畢業設計（論文）答辯委員會（小組）做出如下決議。一、畢業設計（論文）的總評語二、畢業設計（論文）的總評成績： 三、答辯組組長簽名：答辯組成員簽名：答辯委員會主席： 簽字（蓋章）年 月 日河南理工大學本科畢業論文I摘摘 要要全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，集電子經緯儀、光電測距儀和微處理器于一體，能自動記錄，存儲并且具備某些固定計算程序，能在一個測站點快速進行測點三維坐標數據的采集，實現了測量和數據處理過程的電子化、一體化。距離測量是全站儀的兩大功能之一，

4、隨著科學技術的發展，全站儀的測距方式正在不斷的改進，測距精度也在逐步的提高。本文主要介紹了全站儀的測量原理；全站儀在有、無棱鏡模式下的測距原理；全站儀無棱鏡模式測距的應用；以及通過實驗探究了有、無棱鏡模式對全站儀測得點位的影響，以及無棱鏡測距的性能與反射面顏色、測量距離、入射角、拐角、空隙等之間的關系，通過分析實驗數據，得出了結論：有、無棱鏡模式下測得相同點的點位無明顯區別，并且，總結出了無棱鏡模式測距的穩定性與反射面顏色、測量距離、入射角、拐角、空隙的變化關系，給出了無棱鏡全站儀使用過程中的注意事項。無棱鏡全站儀的誕生，代表了全站儀測距新的發展前景和希望，并以其“所瞄即所測”功能廣泛應用于控

5、制測量、地形測量、工程測量和滑坡監測等測量工作中，本文的研究成果將對實際工作有一定的參考價值。關鍵詞：全站儀 無棱鏡 穩定性河南理工大學本科畢業論文IIABSTRACTTotal station is short for total station type electronic measuring instrument. A total station integrates the functions of an electronic theodolite for measuring angles ,an EDM for measuring distances, digital data a

6、nd a data recorder . And it can automatically record, store, and equipped with some fixed calculation program that can carry out measuring point 3 D coordinate data collection, implements the electronic measurement and data processing and integration. Distance measurement is one of the two big funct

7、ions of total station, with the development of science and technology, total station ranging method is increasingly improved, ranging accuracy are also gradually improve.This paper mainly introduced the principle of the total station measurement; the principle of the distance measurement with prism

8、and without prism; and through the experiments explore the modes influence on the total station measured points, and the performance and reflection prism rangefinder surface color, distance measurement, Angle of incidence, the relationship between the corners, gaps, etc, through the analysis of expe

9、riment data, the conclusion is obtained: with and without prism mode no obvious difference between measured the level of similarity, and concluded that no prism model range of stability and reflective surface color, measuring distance, Angle of incidence, the corner, and the changes of gap and witho

10、ut prism in the process of using total station is given.The Emergence of total station without prism is the total stations prospect and hope, and with its aim is measured by function is widely used in control surveying, topographic surveying, engineering surveying and landslide monitoring measuremen

11、t, the research achievements of this paper will be of some reference value to the actual work.Key words: Total station Without prism Stability河南理工大學本科畢業論文i目目 錄錄1 緒論.11.1 研究目的和意義.11.2 研究現狀.11.3 論文組織.22 全站儀簡介.32.1 全站儀的發展簡史、現狀.32.2 全站儀的分類.32.3 全站儀的測量原理.42.4 全站儀的使用.52.5 全站儀常用測量功能的原理.52.5.1 三維坐標測量 .52.5.

12、2 三維坐標放樣 .62.5.3 對邊測量 .72.5.4 偏心測量 .72.5.5 GPS-RTK 與全站儀聯合作業 .72.6 無棱鏡全站儀的特殊用途.82.6.1 塔形建筑物的傾斜測量 .82.6.2 高壓線弧垂高度的測量 .92.7 全站儀應用現狀與維護方法.103 全站儀測距原理 .123.1 有棱鏡模式的全站儀測距.123.2 無棱鏡模式的全站儀測距.153.2.1 無棱鏡全站儀的應用 .163.2.2 無棱鏡全站儀的特點 .174 無棱鏡全站儀測距性能的探討與分析.184.1 探究全站儀在有、無棱鏡模式下測得的點位有無明顯區別.184.2 探究入射角度對測距穩定性的影響.194.

13、3 探究常見不同材質反射面對測距穩定性的影響.204.4 探究常見不同色彩反射面對測距穩定性的影響.214.5 探究網孔、間隙、距離對測距穩定性的影響.214.6 探究邊緣點、拐角對測距穩定性的影響.225 結論與展望.24河南理工大學本科畢業論文ii5.1 實驗探究結論總結.245.2 有、無棱鏡全站儀優勢與不足.245.3 無棱鏡全站儀的發展前景.25致 謝.26參考文獻.27河南理工大學本科畢業論文11 1 緒緒 論論21世紀，測量技術進入數字化、自動化時代，各種先進的測量理論與方法不斷的應用于實踐，有力的推動了測繪學科的發展。同樣，在全站儀方面的重要發展是長距離免棱鏡全站儀的出現，自徠

14、卡公司生產出第一臺免棱鏡全站儀以來，其有效測量距離由初期幾十米發展到當前的一千米以上。傳統全站儀測量進入了一個新的階段，免棱鏡全站儀不但具有普通全站儀的方便快捷、高精度等特點，而且采用了免棱鏡測距技術，其自動化程度更高，應用范圍更廣。所采集的數據經過后續軟件的簡單處理，便可得到一個地區的大比例尺地形圖、地籍圖以及其他各種專題圖，同時還可以建立該地區的數字化地籍圖，方便快捷，提高測量的工作效率。1.11.1 研究目的和意義研究目的和意義全站儀，最常用的常規測量儀器之一，從它誕生的那天起，它便開始極大地改變著我們的作業方式。它的誕生曾為整個測繪行業帶來了新的技術革命。雖然，近年來由于GPS技術的速

15、猛發展，全站儀幾乎已退出了大地測量領域，但在其它一些領域中，全站儀依然扮演著首不可替代的角色，因為，它也有GPS接收機所不具備的一些優點，如：不需對天通視，價格相對較低，觀測數據直觀，數據處理簡單，操作方便等等，因此它發展一直備受著測量工作人員的關注。1距離測量是全站儀主要功能之一，其測距方式的改進無疑是全站儀未來發展的重點，如今的城市，高樓林立，道路縱橫交錯，身居一處很難享受過去眼觀八方的感覺了，同時也給我們基礎數據的獲取工作帶來了很大的困難。傳統的數據采集多是采用有棱鏡的全站儀獲取，實際進行數據采集時，很多種情況都是無法在目標處設置反射棱鏡，如河流對岸等作業人員無法到達的地方，這些對于常規

16、的全站儀就難以采集到目標物的信息數據。而這些情況對于無棱鏡全站儀卻能方便獲取，這就為無棱鏡全站儀應運而生提供了新的契機。如今，無棱鏡測距技術已經逐漸成熟，并越來越突顯出其優越性，這項技術將成為是未來全站儀測距的主流，所以有必要對其測距性能做深入研究，掌握影響其測距穩定性的因素，以促進其在測量實踐中的應用。1.21.2 研究現狀研究現狀隨著科技的不斷進步，測繪儀器設備迅速發展，新儀器不斷的涌現。目前長距離免棱鏡全站儀主要有徠卡1200系列、拓普康GPT-3000LN系列和天寶5600系列，具有代表的長距離免棱鏡全站儀是2004年瑞士徠卡公司在市場上推出的徠卡TPS1202全站儀和2005年日本拓

17、普康公司推出的3002LN全站儀。前者采用激光免棱鏡測距，在視線良好的條件下，免棱鏡距可達400500米，后者采用脈沖激光測距，在視線良好的條件下，免棱鏡測距可達1100米。2隨著測程的增加的同時，無棱鏡全站儀的測量精度也在逐步的提高，部分品牌的無棱鏡全站儀已經發展到可完全替代有棱鏡測量的階段。無棱鏡全站儀如今以其“所瞄即河南理工大學本科畢業論文2所測”的功能廣泛應用于控制測量、地形測量、工程測量，滑坡檢測等測量工作中，尤其在人們無法到達的懸崖陡壁的地形測量、地下大型工程的斷面測量、建筑物的變形測量等不易或不能設置棱鏡的測量中顯示著其無可比擬的優點。1.31.3 論文組織論文組織本文共分五個章

18、節，第一章為緒論部分，主要介紹全站儀以及無棱鏡測距技術應用的現狀，了解全站儀的發展以及無棱鏡測距技術的目的和意義；第二章簡要介紹全站儀的發展史，測量原理、應用現狀與使用維護方法；第三章通過介紹全站儀在有、無棱鏡模式下的測距原理，主要介紹棱鏡反射光信號的原理，棱鏡常數和有、無棱鏡模式下光信號傳播時間的判定等；第四章通過實驗探究了無棱鏡全站儀測距性能與距離、入射角、反射面材質、反射面顏色的變化關系，以及網孔，拐角對無棱鏡測距穩定性的影響，第五章總結出使用無棱鏡全站儀測距的注意事項，分析了無棱鏡全站儀的優勢與不足以及發展前景。河南理工大學本科畢業論文32 2 全站儀全站儀簡介簡介2.12.1 全站儀

19、的發展簡史、現狀全站儀的發展簡史、現狀全站儀誕生于 20 世紀 60 年代末，是人們在角度測量自動化的過程中應運而生的。其發展大致分為兩個階段：組合式階段即光電測距儀與經緯儀的組合的階段；整體式階段即光電測距儀的光波發射接收系統的光軸和經緯儀的視準軸組合為同軸的階段。3全站儀誕生以來，它便極大地改變了測量工作人員的作業方式，提高了生產、工作的效率。80 年代，隨著集成電路及微型計算機處理器的出現和廣泛應用，這使得全站儀的實用性得以增強；從 90 年代開始，高新技術迭出，世界知名廠商又先后先后推出了具有開創性的特色全站儀，如：天寶公司首先推出了全自動全站儀、Win 全站儀；徠卡公司首先推出了免棱

20、鏡激光全站儀、自動目標瞄準全站儀，并推出真正集成 GPS的全站儀；拓普康公司則推出了自動跟蹤全站儀，并使用脈沖技術推出能測 1200 米的免棱鏡激光全站儀，后還推出彩屏 WinCE 智能全站儀。全站儀也在與時俱進的與其它現代測量技術緊密的結合在一起。如:GPS 的實時動態定位技術與全站儀靈活的三維極坐標測量技術的完美結合，可實現大區域范圍內無控制網的各種測量工作。全站儀配合豐富的數據處理軟件，正在向全能型和智能化方向發展，形成具有多種功能的混合測量系統，將為測量工作提供先進的技術工具和作業手段，大大改變了傳統測量工作的作業方式，為測量向現代化、自動化、數字化方向發展創造了有利的條件。2.22.

21、2 全站儀的分類全站儀的分類全站儀按其外觀結構可分為兩類：3（1）組合型早期的全站儀，大都是積木型結構，即電子速測儀、電子經緯儀、電子記錄器各是一個整體，可以分離使用，也可以通過電纜或接口把它們組合起來，形成完整的全站儀。（2）整體型隨著電子測距儀進一步的輕巧化，現代的全站儀大都把測距，測角和記錄單元在光學、機械等方面設計成一個不可分割的整體，其中測距儀的發射軸、接收軸和望遠鏡的視準軸為同軸結構。這對保證較大垂直角條件下的距離測量精度非常有利。全站儀按測量功能分類，可分成四類：（1）經典型全站儀經典型全站儀也稱為常規全站儀，它具備全站儀電子測角、電子測距和數據自動記錄等基本功能，有的還可以運行

22、廠家或用戶自主開發的機載測量程序。其經典代表為徠卡公司的 TC 系列全站儀。河南理工大學本科畢業論文4（2）機動型全站儀在經典全站儀的基礎上安裝軸系步進電機，可自動驅動全站儀照準部和望遠鏡的旋轉。在計算機的在線控制下，機動型系列全站儀可按計算機給定的方向值自動照準目標，并可實現自動正、倒鏡測量。徠卡 TCM 系列全站儀就是典型的機動型全站儀。（3）無合作目標性全站儀無合作目標型全站儀是指在無反射棱鏡的條件下，可對一般的目標直接測距的全站儀。因此，對不便安置反射棱鏡的目標進行測量，無合作目標型全站儀具有明顯優勢。如徠卡 TCR 系列全站儀，無合作目標距離測程可達 1000m，可廣泛用于地形測量，

23、房產測量和施工測量等。（4）智能型全站儀在機動化全站儀的基礎上，儀器安裝自動目標識別與照準的新功能，因此在自動化的進程中，全站儀進一步克服了需要人工照準目標的重大缺陷，實現了全站儀的智能化。在相關軟件的控制下，智能型全站儀在無人干預的條件下可自動完成多個目標的識別、照準與測量，因此，智能型全站儀又稱為“測量機器人”典型的代表有徠卡的 TCA 型全站儀等。2.32.3 全站儀的測量原理全站儀的測量原理 全站儀的基本測量原理是電子測距技術、電子測角技術和測量數據的自動存儲與處理技術的綜合運用。4 全站儀是指能自動地測量角度和距離，并能按一定程序和格式將測量數據傳送給相應的數據采集器。全站儀自動化程

24、度高、功能多、精度高，通過配置適當的接口，可使野外采集的測量數據直接進入計算機進行數據處理或進入自動化繪圖系統。與傳統的方法相比，省去了大量的中間人工操作環節，使勞動效率和經濟效益明顯提高，同時也避免了人工操作，記錄等過程中差錯率較高的缺陷。全站儀功能介紹：測角：光學經緯儀 電子經緯儀半站儀測距： 鋼尺 電磁波測距儀 全站儀數據處理系統（1)電子測距技術 電子測距的基本原理是通過測定電磁波在待測距離兩端點間往返一次的傳播時間，利用電磁波在大氣中的傳播速度 ，來計算兩點間的距離。tc河南理工大學本科畢業論文5若測定 A、B 兩點間的距離 D，如圖 1 所示，把全站儀安置于 A 點，反射鏡安置于B

25、 點，則其距離 D 可按下式計算。D圖 2-1 距離測量原理示意圖 （2-1）ct21D 眾所周知，光傳播速度約為，因此對測定時間的精度要求很高。根sm/100 . 38據測定時間方式的不同，光電測距儀又分為脈沖式測距儀和相位式測距儀。 脈沖式測距儀是通過直接測定光脈沖在測線上往返傳播的時間來求得距離。但因時標脈沖計時精度一般為秒量級，故普通脈沖測距儀的距離測量精度約為米級，精810度相對較低。 相位式測距儀是測相電路測定調制光在測線上往返傳播所產生的相位差，間接測得時間，從而求出距離，理論上其測距精度較高。（2）電子測角技術全站儀采用了光電掃描測角系統，其類型主要有：編碼度盤測角系統、光柵度

26、盤測角系統及條碼度盤測角系統三種。不管哪種測角系統，都應解決編碼、識別和角度細分三方面的技術關鍵。（3） 測量數據的自動存儲與處理技術 全站儀通過微處理器的控制，能自動完成測距、水平方向度數和天頂距度數，觀測數據的顯示、存儲等功能。隨著計算機技術的發展，全站儀越來越具有微機的概念，其操作系統不斷升級，內置的應用軟件也逐漸豐富，實時處理數據的能力也正在逐漸提升。全站儀的系統集成將受到軟件開發者和使用者的更多關注。2.42.4 全站儀全站儀的使用的使用全站儀的使用可分為觀測前的準備工作，全站儀功能的應用：全站儀除基本的角度測量、距離（斜距、平距、高差）測量外，還有其他一些功能，但不同型號的儀器差別

27、很大。有些全站儀可以進行自由設站，計算測站點的坐標，進行支導線的測量和計算，測站定向和極坐標測量及坐標放樣，還可以進行對邊測量、懸高測量、偏心測量以及面積測量、計算等。測量外業工作完成之后就需進行測量數據的傳輸、處理工作以及全站儀日常維護工作。2.52.5 全站儀常用測量功能的原理全站儀常用測量功能的原理河南理工大學本科畢業論文62.5.1 三維坐標測量8如圖 2-2 所示將全站儀安置于測站點 A 上，選定三維坐標測量模式后，首先輸入儀器高 ，目標高 ，以及測站點的三維坐標值(,，)，然后照準另一已知點 BivAxAyAH設定方位角，接著再照準目標點 P 上的反射棱鏡，一按坐標測量鍵，儀器就會

28、按下式利用自身內存的計算程序自動計算并瞬時顯示出目標點 P 的三維坐標值(,，)AxAyAH。公式示例如下：1 （2-2）coscosSxxAP （2-3）sincosSyyAP （2-4）viSHHAPsin式中： 斜距；S 豎直角； 方位角。 圖 2-2 三維坐標測量 圖 2-3 三維坐標放樣測量 2.5.2 三維坐標放樣如圖 2-3 所示，將全站儀安置于測站點 A 上，選定三維坐標放樣模式后，首先輸入儀器高 ，目標高 ，以及測站點 A 和待測設點 P 的三維坐標值(,，) ivAxAyAH、(,，)，并照準另一已知點 B 設定方位角；然后照準豎立在待測設點 P 的概pxpypH略位置 處

29、的反射棱鏡；按鍵測量即可自動顯示出水平角偏差、水平距離偏差1P和高程偏差。即：DH （2-5）設測 （2-6）設測DDD （2-7）設測HHH其中: （2-8）viSHHAsin測BPAAB1pP河南理工大學本科畢業論文7最后，按照所顯示的偏差移動反射棱鏡，當儀器顯示為零時即為設計的 P 點位置。2.5.3 對邊測量所謂對邊測量，就是測定兩目標點之間的平距和高差。如圖 2-4 所示，在兩目標點 P1、P2上分別豎立反射棱鏡，在與 P1、P2通視的任意點 P 安置全站儀后，先選定對邊測量模式，然后分別照準 P1、P2上的反射棱鏡進行測量，儀器就會自動按下式計算并顯示出 P1、P2兩目標點間的平距

30、 D12和高差 h12 （2-9）coscoscos2coscos21212222122112SSSSD （2-10）112212sinsinSSh式中 、斜距；1S2S 、豎直角；12 與 兩方向間的水平夾角。1PP2PP但需指出，應用公式（2-9）計算地面點 和 間高差的前提條件是和兩點1P2P1P2P間的目標高 、 應相等。否則，應按下式計算：1v2v （2-11）21112212sinsinvvSSh因此，在實際工作中，應盡量使兩目標高相等；否則應在全站儀顯示的高差中加入改正數 。)(21vv 圖 2-4 對邊測量2.5.4 偏心測量所謂全站儀偏心測量，就是反射棱鏡不放置在待測點的鉛垂

31、線上而是安置在與待測點相關的某處，間接地測定出待測點的三維坐標。根據給定條件的不同，目前全站儀偏心測量有下列四種常用方式：角度偏心測量、單距偏心測量、圓柱偏心測量、雙距偏心測量。顯然，偏心測量適合于待測點與測站點通視但其上無法安置反射棱鏡的情況，當免棱鏡全站儀廣泛應用于實踐之后，偏心測量方法的使用將會逐漸減少，本文將不作詳細介紹。河南理工大學本科畢業論文82.5.5 GPS-RTK 與全站儀聯合作業常規測量工作遵循“從整體到局部，先控制后碎部，分級布網，逐級控制”的原則。具體工序包括首級控制網、加密控制網、圖根控制網、特征點數據采集和成圖。從施工流程可以看出，完成一個測區的測量工作需要數次進出

32、作業現場。在同一測站上多次設站，導致作業效率低下，數次設站也將造成不必要的精度流失（如對中誤差和定向誤差增加等） 。針對上述情況，利用RTK 協同全站儀聯合采集數據方式進行作業，用以克服作業過程中工序過多的弊端。簡化原有的首級、加密、圖根的選點、觀測、計算過程，再據此進行界址、特征點數據采集的作業方式。從而達到提高作業效率，加快施工進度，減少對中誤差和定向誤差，保證成果質量，節省人力物力的目的。利用RTK 與全站儀聯合測量的作業模式分為兩個步驟：（1)利用RTK 測量圖根控制點，多數文獻的大量試驗表明，GPS-RTK 可以滿足圖根控制的要求。RTK技術進行控制測量既能夠實時知道定位結果,又能實

33、時知道定位精度。這樣可以大大提高作業效率。（2) 利用全站儀和GPS-RTK 聯合測量碎部點，這樣不但能解決水平方向遮擋（全站儀）問題，也解決了上方遮擋（GPS-RTK）問題，避免了單獨使用GPSRTK或全站儀作業的局限性。應該注意的是在全站儀利用GPS-RTK 所測的圖根點進行設站時，要進行必要的檢核，這樣才可以避免GPS-RTK信號遮擋等原因造成的粗差，保證測圖精度。GPS-RTK與全站儀聯合作業流程圖及數據流程圖如圖所示。 圖2-6 聯合作業流程圖如果已知控制點離測區很遠，為了加快測圖進度，在RTK 組引測控制點時，全站儀組則先在測區內用假定坐標系統和高程系統進行測圖，外業結束后，參照R

34、TK所測控制點坐標利用數字成圖軟件中坐標轉換功能進行坐標轉換。這樣就打破“先控制、后碎部”的原則，為外業工作節約了時間。GPS-RTK與全站儀聯合作業，達到了優勢互補、簡化程序、減少誤差、提高效率、保證質量、節省人力和物力等目的，在目前不失為一種行之有效的作業模式。2.62.6 無棱鏡全站儀的特殊用途無棱鏡全站儀的特殊用途控制點資料GPS 衛星基站（GPS 接收機）電臺圖根控制流動站流動站碎部點數據數據處理碎部點數據繪制地形圖河南理工大學本科畢業論文92.6.1 塔形建筑物的傾斜測量12塔形建筑物在工程竣工及變形監測時，均要對建筑物主體實施傾斜測量，以求整體或分層的傾斜率、傾斜方向及傾斜速度等

35、。傾斜觀測的關鍵是測定建構物頂部中心相對于底部中心或者各層上層中心相對于下層中心的水平位移矢量。塔形建構物常具多變的外形，通常又位于復雜密集的各類建筑物及設備之間，塔頂及塔體外部多不可或不便攀登，除極個別塔體內預留有豎向觀測通道外多為剛性實體。如果采用一般的測量儀器測量，則觀測和計算很不方便。如果用無棱鏡全站儀，則十分方便，如圖所示，在地面上適當的位置 A 點架設儀器，選擇另一適當的位置 B點作為后視點。假定 A 點坐標后，先測量塔形建筑物在地面上同高度的 C、D 點和建筑物上面的 F、G 點的坐標，再測定 B 點的坐標。然后把儀器架在 B 點上，后視 A 點，用同樣的方法測量建筑物與地面上的

36、交點 E 和建筑物上與 F、G 點同高度的點 H 的坐標，用測量建筑物高度的測量方法，測量 C、D、E 與 F、G、H 點的高差，然后用三點求圓心坐標的數學公式，分別求出 C、D、E 地面上三點和同一層 F、G、H 三點圓心的坐標。也可以把同一層上三點坐標輸入到 AutoCAD 軟件中，用微機分別求出同一層上三點圓心坐標。這樣再求出某一層中心點與建筑物地面上中心點的偏移量，就可以求出該層到地面的傾斜值。FGHABEDC圖 2-7 傾斜觀測示意圖2.6.2 高壓線弧垂高度的測量在架設高壓線時，經常要考慮高壓線弧垂與地面或水面之間的安全高度。另外，在規劃設計時，也要考慮高壓線弧垂與設計建筑物房頂之

37、間的安全距離，這樣也需要測量高壓線弧垂與地面之間的高度。現在分別討論弧垂下面是可立棱鏡的普通地面和不能立棱鏡的水面兩種情況。（1）當弧垂下面是可立棱鏡的普通地面，把全站儀架在與高壓線大致垂直的一邊，先用免棱鏡功能測量儀器與弧垂之間的垂距和平距把全站儀水平方向制動，再把1H1D棱鏡放在弧垂的下邊，用全站儀測量與棱鏡之間的平距，指揮司鏡人員，使2D河南理工大學本科畢業論文10=。這樣，地面棱鏡的位置就是所求弧垂點在地面點的投影位置。再測出全站儀1D2D與棱鏡的垂距，量出棱鏡高，則該弧垂的高度為：2H3H （2-12）321-HHHH式中，為正時，用正號帶入，為負時，用負號帶入。2H2H（2) 當高

38、壓線下面是水面時，同樣，把全站儀架在與高壓線大致垂直的位置，先用免棱鏡功能測出全站儀與弧垂的垂距，再把棱鏡的對中桿底部與水面相切，再測1H出全站儀與棱鏡的垂距，量出棱鏡高，因為同一水面上的高程相等，則弧垂與2H3H水面高度的計算方法為： （2-13）321-HHHH式中，為正時，用正號帶入，為負時，用負號帶入。2H2H通過以上實例可知，用無棱鏡全站儀的特殊功能，可以很方便地測出高壓線弧垂的凈高，對單獨測量某一建筑物的高度更是方便。同樣，對測量某一建筑物的角(頂)點、圓心的坐標，外業簡單避免了司鏡人員爬高的危險和被測點用棱鏡對中誤差的影響，內業計算也十分方便，精度也能滿足要求。另外，在野外測量地

39、形圖時，使用全站儀的免棱鏡功能，可以直接測量高差很大的陡坎或開挖面的碎部點，只要把全站儀內的棱鏡高設為零即可。這樣，可以避免司鏡人員站立在陡坎邊沿測量的危險性。可以說，隨著無棱鏡全站儀被廣泛應用，它的某些特殊功能會在工程測量中發揮出越來越大的作用。2.72.7 全站儀應用現狀與維護方法全站儀應用現狀與維護方法應用現狀：全站儀發展至今，在信息獲取工作中一直充當著重要的角色。雖然，近年來，一些新的數據采集技術在不斷的涌現，如:GPS 技術、航空攝影測量技術以及三維激光掃描技術等等，但是，在一些傳統的測量領域(工程測量，礦山測量等)中，全站儀依然扮演著不可替代的角色。因為它具有其他現代技術所不具備的

40、一些優點：精度相對較高，方便靈活，快捷，數據直觀，價格相對低廉等等。也正是因為這些特點，全站儀一直深受人們的青睞，其發展也備受人們的關注。市場的需求，為全站儀的發展提供了無窮的動力，使其不斷的向更高端發展。4維護方法：由于全站儀是高精密的測量儀器，在使用維護時應注意以下幾點：保管時:1、儀器箱內應保持干燥，要防潮防水并及時更換干燥劑。儀器必須放置專門架上或固定位置。2、儀器長期不用時，應以一月左右定期取出通風防霉并通電驅潮，以保持儀器良河南理工大學本科畢業論文11好的工作狀態。3、儀器放置要整齊，不得倒置。使用時:1、開工前應檢查儀器箱背帶及提手是否牢固。2、在太陽光照射下觀測儀器，應給儀器打

41、傘，并帶上遮陽罩，以免影響觀測精度。在雜亂環境下測量，儀器要有專人守護。當儀器架設在光滑的表面時，要用細繩（或細鉛絲）將三腳架三個腳聯起來，以防滑倒。3、當測站之間距離較遠，搬站時應將儀器卸下，裝箱提走。行走前要檢查儀器箱是否鎖好，檢查安全帶是否系好。當測站之間距離較近，搬站時可將儀器連同三腳架一起靠在肩上，但儀器要盡量保持直立放置。4、搬站之前，應檢查儀器與腳架的連接是否牢固，搬運時，應把制動螺旋略微關住，使儀器在搬站過程中不致晃動。5、儀器任何部分發生故障，不勉強使用，應立即檢修，否則會加劇儀器的損壞程度。6、在潮濕環境中工作，作業結束，要用軟布擦干儀器表面的水分及灰塵后裝箱?；氐睫k公室后

42、立即開箱取出儀器放于干燥處，徹底涼干后再裝箱內。電池的維護:全站儀的電池是全站儀最重要的部件之一，現在全站儀所配備的電池一般為 NiMH(鎳氫電池)和 NiCd(鎳鎘電池)。電池的好壞、電量的多少決定了外業時間的長短，因此，使用時應注意一下幾點：1、建議在電源打開期間不要將電池取出，因為此時存儲數據可能會丟失，因此請在電源關閉后再裝入或取出電池。2、可充電邀可以反復充電使用，但是如果在電池還存有剩余電量的狀態下充電，則會縮短電池的工作時間，此時，電池的電壓可通過刷新予以復原，從而改善作業時間，充足電的電池放電時間約需 8h。3、不要連續進行充電或放電，否則會損壞電池和充電器，如有必要進行充電或

43、放電，則應在停止充電約 30min 后再使用充電器。4、不要在電池剛充電后就進行充電或放電，有時這樣會造成電池損壞。5、超過規定的充電時問會縮短電池的使用壽命，應盡量避免。6、電池剩余容量顯示級別與當前的測量模式有關。在角度測量的模式下，電池剩余容量夠用，并不能夠保證電池在距離測量模式下也能用，因為距離測量模式耗電高于角度測量模式，當從角度模式轉換為距離模式時，由于電池容量不足，有時會中止測距?？傊?，只有在日常的工作中，我們一定要注意全站儀的使用和維護，注意全站儀電池的充、放電。才能延長全站儀的使用壽命，使全站儀的功效發揮到最大。河南理工大學本科畢業論文123 3 全站儀測距原理全站儀測距原理

44、3.13.1 有棱鏡模式的全站儀測距有棱鏡模式的全站儀測距1、測距基本原理在利用反射棱鏡作為反射物進行測距時，反射棱鏡接收全站儀發出的光信號，并將其反射回去。全站儀發出光信號，并接收從反射棱鏡反射回來的光信號，計算光信號的相位移等，從而間接求得光通過的時間，利用 2-1 式最后測出全站儀到反射棱鏡的距離。2、反射棱鏡的原理反射棱鏡的工作原理實際上是光的反射定律和折射定律。光在相同介質中發生反射時，其反射角和入射角相等；光由一種介質垂直兩介質平面入射到另一種介質時，不會發生折射。實際應用的棱鏡如圖 3-1 所示，棱鏡尾部的結構為三面正交（如圖 3-2 的 A），在棱鏡的實物加工時，磨去 A 中的

45、三個棱角，將此三面體與帶鏡面的圓柱結合，便可得到圖 3-1 的反射棱鏡。 圖 3-1 棱鏡示意圖圖 3-2 棱鏡底部構造圖A河南理工大學本科畢業論文13 圖 3-3 信號反射示意圖BCR1R2光信號反射原理圖 4：直角三角形為反射棱鏡尾部結構的一個斷面，其中一角度為90 度，B 面和 C 面相互垂直。入射光 R1 入射到面 B 面上，其反射光再反射到面 C 上，最后經過 C 面反射，根據光的反射定律可知角度之間有以下關系： （3-1）， （3-2）90則得出： （3-3）90 （3-4）180 即得到 R1 和 R2 是平行的。就是說反射棱鏡能夠將光按照原路徑反射去。3、常數改正加常數由于測距

46、儀的距離起算中心與測距儀的安置中心不一致，以至于發射棱鏡的等效反射面與棱鏡安置中興不一致，使測得的距離與實際距離有一個固定的差數，稱為加常數（APC）。當測距儀與反射棱鏡構成一套固定的設備后，加常數為一固定值，可以設置在儀器中，使其自動改正。一般以“棱鏡常數”的名義設置加常數，并且，加常數改正值與測量距離的長短無關。但在儀器的使用過程中，此常數可能會發生變化，因此也需要定時進行檢定，必要時，應對觀測結果加以改正。乘常數無論是脈沖式測距儀或是相位式測距儀，對光調制的頻率設計和成品的檢驗校正都應有正確的數值。在儀器使用過程中，由于電子元件的老化等原因，實際的調制頻率與設計的標準頻率可能會有微小的差

47、別，其影響與所測距離的長度成正比。因此需要定時（一般為每隔一年）進行測距儀檢定，可以得到改正距離用的比例系數，稱為測距儀的乘常數（）。另外，影響光速的大氣折射率為光的波長，氣溫 ，氣壓Rnt的函數。對于某一型號的測距儀波長為一定值，因此，根據距離測量時的氣溫和p河南理工大學本科畢業論文14氣壓，可以計算距離的氣象改正數 A。距離的氣象改正值與距離的長度成正比，因此，測距儀的氣象改正系數相當于另一個“乘常數”。棱鏡常數由于空氣的折射率近似等于 1.0，而玻璃的折射率大約等于 1.5；根據公式： （3-5）式中： 為光在 物質中傳播速度；vi為光在空氣中的傳播速度；c為 物質折射率；ni可知光通過

48、玻璃時的速度比通過空氣時的速度要小。用全站儀測量儀器到反射棱鏡之間的距離時，脈沖式的儀器通過內部的傳感裝置計算出測距信號從發射出到接收到之間的時間差，之后取固定光速值與時間差值的乘積的一半作為顯示的距離測量值，根據光通過玻璃時的速度比通過空氣時的速度要小，則測量顯示的距離比實際的距離要長。相位式測距方式是通過測得相位差，推算出時間差，不同的傳輸介質會影響光信號的相位，因此，棱鏡常數也取決于玻璃的折射率和棱鏡的厚度（光通過的長度）。假設反射棱鏡頂點在測點的鉛直線上，那么棱鏡（玻璃材料）折射率的改正值就是棱鏡常數。又因為棱鏡的加常數通常為一固定值，可以設置在儀器中，使其自動改正，所以一般也以“棱鏡

49、常數”的名義設置加常數。實際應用中由于安裝固定的需要，棱鏡的頂點位置不在測點的鉛垂線上，所以，計算時應加以考慮?？傊诿看问褂萌緝x之前，都需作必要的系統參數設置，棱鏡常數就是其一。具體設置棱鏡常數時還取決于棱鏡類型以及測距模式，兩者一旦選定則相應的儀器測距時的運算法則就確定下來了，當一種棱鏡不適合某種形式時就不能把它作為目標測量。比如用的是 TCR 儀器在“RLSHORT”無反射棱鏡短距離測量模式下。就不能選擇圓棱鏡作為目標，在這種模式下利用目標棱鏡觀測就會出現錯誤。如下圖所示，如果不考慮棱鏡加常數。EDM 信號計算的距離就是全站儀到 D 點的距離。將這個值進行改正后再加上 BD(即棱鏡加

50、常數)得到的就是全站儀到目標點的APC真實距離。全站儀配套棱鏡在出廠時都有其固定的棱鏡常數值，因此配套使用時只需要保持儀器原有系統設置就可，但如果使用的是不配套的棱鏡，首先就要確認兩棱鏡類型是否一樣，即保證兩棱鏡豎軸情況一致后，再預先設置與其相應的棱鏡常數。13以徠卡 GPR1 棱鏡為例，其棱鏡加常數()值是，而配套出廠儀器內棱APCmm34鏡常數改正值()設置為 0mm。如果使用其他類型的棱鏡，就需要進行棱鏡常數改APC正，如某棱鏡加常數，則應為。對于反射片。則mmAPC40APCmm60APC是。APCmm34iincv 河南理工大學本科畢業論文15由此可知在一般情況下的計算公式為： =當

51、前使用棱鏡 全站儀配套棱鏡。APCAPCAPC ADBCEDM 信號棱鏡桿豎軸棱鏡橫軸圖 3-4 棱鏡示意圖 （3-6）ABACnBDAC 為棱鏡的鏡深；BD 為棱鏡加常數()；APC根據相關理論，棱鏡常數未改正所引起的測距誤差會間接的形成測角誤差，從而導致目標點的坐標偏移誤差,試想如果在實際測量工作中測距，測角都存在一定的系統誤差的話，隨著系統的誤差的積累，勢必會造成整個測量成果不同程度的坐標移位，其后果就是按照工程精度要求進行重測或者對成果進行誤差改正，不管采取何種方式補救，工作量都很大，雖然棱鏡常數的改正數往往只有幾個厘米，好似不會引起很大的誤差，但在多次支點測量的情況下，誤差的傳播會導

52、致目標點坐標誤差越來越大，最終導致測量任務的失敗。因此了解全站儀及有關棱鏡的構造和工作原理是掌握并正確使用儀器的關鍵。3.23.2 無棱鏡模式的全站儀測距無棱鏡模式的全站儀測距無棱鏡測距，又叫作無接觸測距，指的是測距儀光束徑經自然表面漫反射后直接測距。其測距原理與有棱鏡相似。20 世紀 90 年代初，徠卡 DIOR3000 系列測距儀已經具備無棱鏡測距功能，1998 年徠卡公司又推出了 TCR3007001100 系列無棱鏡測距全站儀，開創了整體式全站儀具有兩種測距功能的先河，代表了無棱鏡測距全站儀新的發展前景和希望。傳統的測距儀大都用發光管（LED）作為信號源，新型測距儀的信號源為激光管，這

53、樣可以提高發射功率，保證無棱鏡測距時的測程和測距精度。相位法河南理工大學本科畢業論文16測距用的測量光束很細，因此能準確地分辨出非常近的相鄰點。脈沖式無反射棱鏡測距不需要很強的激光功率，但其精度較低。此外，現在大多數無反射棱鏡全站儀使用同軸測距儀，這種設計降低了對儀器中心偏移量修正的需要，是分體式全站儀所無法比擬的。但有的一體化全站儀也有一些偏移，例如偽同軸的測距儀設計為發射信號與視準軸同軸，接收光路有一定的偏移，距離解算時再改正偏移量。3.2.1 無棱鏡全站儀的應用無棱鏡全站儀發展至今，對于控制、地形和工程測量都具有重要作用，例如對于人們無法攀登的懸崖陡壁的地形測量、地下大型工程的斷面測量、

54、建筑物的變形測量等，采用無棱鏡全站儀測量可以大大節約時間，提高勞動效率。尤其是用邊角后方交會的方法在地下工程中布設臨時控制點，可以將控制點布設洞壁上，避免了掌子頭放樣控制點的破壞。目前，國內外無棱鏡測距技術正在飛速發展，無棱鏡全站儀的功能也不斷完善，使得無棱鏡全站儀的應用領域越來越廣闊。對無棱鏡全站儀應用方法的研究成果也不斷出現，并被應用到實際的工程中。在地表測定跑尺員難以到達的測點的三維數據，如在水利工程中對施測懸崖陡峭的壩址地區、橋梁斷面以及一些灘涂等人員難以到達或難以通行地區的數字化地形圖有巨大的幫助。無棱鏡全站儀在建筑物高度和土石方等測量中也得到了廣泛的應用，因為它可以不使用棱鏡以及其

55、他的輔助工具來進行操作，另一方面也對一些重要的建筑起到了一定的保護作用。此外，有的儀器還提供了可見激光的無反射棱鏡方式?？梢娂す夤馐梢宰鳛橹赶蚱魇褂?，即可根據光斑的位置確定測量位置，因此沒有必要總是通過望遠鏡尋找目標，這也為全站儀在室內測量的應用擴展了空間。它的應用領域值得我們深入研究。世界主要測繪儀器生產商都推出了具有無棱鏡測距功能的全站儀，并且無棱鏡測程在逐漸的增加，如今已發展到千米甚至更遠的超長測距范圍。表 3-1 主要無棱鏡全站儀現狀儀器型號生產商無棱鏡測距測程無棱鏡測距精度Trimble5600天寶公司200m（灰色）600m(白色)1033(6DmmR110SET日本索佳85m(

56、白墻)1025(6Dmm)1035(6DmmGPT-3100N日本拓普康250m(漫反射)有超長測距模式(3-25m)10(mm(25m)1025(6DmmTCRA/TCR徠卡公司80m優于 3mm河南理工大學本科畢業論文173.2.2 無反射棱鏡全站儀的特點無反射棱鏡全站儀把無反射棱鏡測距融合進了傳統的全站儀，具備雙重的功能，實現了“所瞄即所測”。同以往的全站儀相比，無反射棱鏡測距儀具有以下特點：（1）效率高，使用范圍廣。無反射棱鏡全站儀最大的優勢就在于不需要接觸被測點就可以獲得被測點的三維坐標，省去了“跑桿”作業員的奔波之苦，作業強度和危險性大大降低，也對一些重要建筑起到了一定的保護作用。

57、此外，一些全站儀還提供了可見激光的無反射棱鏡方式，可見激光光束可以作為指向器使用，即可根據光斑的位置確定測量位置，這給全站儀在室內測量的應用擴展了空間。利用這一特性，可以輕易完成建筑物表面測量，房間空間測量及航空攝影測量中的圖根點測量。（2）測距速度快。反射棱鏡全站儀的測距速度一般在 1s 左右，比一般全站儀的測距速度快幾倍，減輕了作業人員的工作強度，提高了工作效率。14河南理工大學本科畢業論文184 無棱鏡全站儀測距性能的探討與分析無棱鏡全站儀測距性能的探討與分析在實際測量中，全站儀的各種測距常數隨時間和環境的的變化而變化，不同廠家不同型號的儀器，其各種測程的大小和變化情況都不盡相同。加、乘

58、常數是全站儀測距的重要系統誤差。有棱鏡的模式下，與全站儀配套的目標棱鏡的鑒定方法和技術要求在規范中都有詳細的規定，由測繪計量單位在基線場作定期檢測，聯合求解各種測距常數給以測距改正可得到滿意的結果。而無棱鏡模式的測距性能不僅與激光的特性有關，還與被測物體的反射特性有關，不同的反射面會影響免棱鏡模式下的全站儀的測量精度，實際工程中對精度要求不高的一般測量工作（如地形圖的測繪）對上述誤差一般予以忽略。但隨著免棱鏡全站儀在各種精密工程測量及變形監測中的廣泛應用，免棱鏡全站儀測距的精度要求也逐漸提高，因此，有必要對免棱鏡的測距穩定性進行分析研究，本文用拓普康的GPT-3100N全站儀進行了如下測試，并

59、對實驗數據進行分析。實驗數據處理方法：從概率統計和測量平差的觀點講，觀測值均方誤差并不反映觀測值的精度，但是卻可以很好的反映觀測值的離散程度，離散程度即可表示觀測結果的穩定性，在EXCEL表格中分別用函數SQRT(VAR(NUM1:NUM2)、AVERAGE(NUM1:NUM2)函數計算出觀測值均方差、觀測值均值，用于分析觀測結果。4.14.1 探究全站儀在有、無棱鏡模式下測得的點位有無明顯區別探究全站儀在有、無棱鏡模式下測得的點位有無明顯區別1、方案設計：在空曠的實驗場地，擺設全站儀 A 與棱鏡 B、C，如圖所示，首先在有棱鏡模式下觀測，觀測一個測回，分別讀取水平方向值、天頂距和斜距，將處理

60、過后的數據填寫于表 4-1；再將全站儀設置為無棱鏡測量模式，在測站，目標點沒有變動的的情況下，同樣觀測一個測回，分別讀取水平方向值、天頂距和斜距，將處理過后的數據填寫于表 4-2。由于全站儀點位坐標的計算原理是利用邊長，角度的極坐標的計算方法，所以只需對水平角度、天定距、邊長的測量結果進對比分析即可。方案示意圖如下：21ACB圖 4-1探究對點位影響實驗示意圖河南理工大學本科畢業論文192、實驗數據表 4-1 有棱鏡模式測量結果豎盤水平方向位置讀數水平角值天頂距斜距（m） A-B0 00 0089 59 0523.047A-C左113 06 00113 06 0090 01 2620.779A