关于全站仪的工作原理及测绘应用的探讨

王升阳

【摘要】全站仪是一种比光学经纬仪更为先进的工程测量仪器，具有对地形适应性强、测量精度高、使用方便等诸多优点，因此已被广泛应用于建设工程各领域。本文根据笔者的测绘工作经验，对全站仪的工作原理和应用方法做个简要探讨。

【关键词】全站仪；原理；测绘应用

全站仪是一种比光学经纬仪更为先进的工程测量仪器，相比之下它对地形地貌的适应性更强，测量精度更高，而且使用更为方便，大大提高了测绘工作效率，因此已被广泛应用于建设工程各领域。全站仪使用的主要特点就是根据已知的坐标基础数据，在实地测设出相应点位。通常仪器在可视距离范围内，只需在一个测站上就能完成一个区域的测量放样工作。目前由于部分工程人员尚未熟练掌握全站仪的应用，尤其对其工作原理和使用方法还不甚了解，因此笔者觉得有必要对全站仪的工作原理和具体应用作个全面的介绍，以便使大家在实践工作中更快地掌握全站仪的应用方法。下面主要从全站仪的工作原理和应用方法两大方面作个探讨：

一、全站仪的基本原理

1、全站仪的基本部件及功能

全站仪是由测距仪、电子经纬仪、电子补偿器、微处理机等部件组合而成。测量功能可分为基本测量功能和程序测量功能。基本测量功能包括电子测距、电子测角（水平角、垂直角）；程序测量功能包括水平距离和高差的切换显示、三维坐标测量、对边测量、放样测量、偏心测量、后方交会测量、面积计算等。

1.1测距的实质为仪器中心至棱镜中心的倾斜距离，因此仪器站和棱镜站均需要精确对中、整平。精确测距时需加仪器加常数及气象修正，仪器鉴定得到的加常数可同棱镜加常数一起设置输入到仪器中；气象修正则需设置输入观测条件下的大气压及大气温度，仪器自动进行修正并显示修正后的距离。

1.2测角的实质是电子经纬仪的功能，只要望远镜瞄准观测目标，仪器便显示水平方向值及天顶距。水平角度是水平方向值与0°方向值之差，竖向角是90°与天顶距之差。所以观测水平角时起始方向需设置为零，竖向角度可根据需要设置度盘格式，显示天顶距或竖向角。

1.3电子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（视准轴方向）和Y轴（水平轴方向）上的分量信息，通过电子转换及数据处理自动地对观测数据进行修正，从而提高采集数据的精度。

1.4微处理机的实质是一台微型计算机，它是数据处理的中心。可通过机内预置程序对观测数据进行处理计算，然后在处理结果显示到观测屏上，它同时可实现数据的存储、输入和输出功能。

1.5全站仪的观测数据：尽管全站仪的型号繁多，但其功能大同小异，其原始的观测数据只有倾斜距离、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视准轴方向和水平轴方向上的分量，并通过程序计算自动修正由于垂直轴倾斜对水平角度和竖向角度的影响。所以全站仪的观测数据为：水平角度、竖向角度、倾斜距离。其它测量方式实际上都是由这三个原始观测数据通过内置程序间接计算出来的。

2、全站仪的正、倒镜观测

光学经纬仪采用正、倒镜的观测方法可以消除仪器的视准轴误差、水平轴倾斜误差、度盘指标差。全站仪虽然可通过预设参数实现自动补偿修正功能，但在不同的观测条件下，预置参数可能会发生变化导致修正数出现错误，另外仪器自动修正后的残余误差也会给观测结果带来影响。所以在特殊情况下，测量中仍要进行正、倒镜观测，并需要做好复核记录。

3、全站仪的左、右角观测

光学经纬仪的水平度盘刻度是顺时针编号，无论望远镜顺时针或逆时针转动，观测的角度均为右角。全站仪的右角观测是指仪器的水平度盘在望远镜顺时针转动时水平角度增加，逆时针转动时水平角度减少；左角观测则正好相反。电子度盘的刻度可根据需要设置左、右角观测。这一点非常重要，在水平电子度盘设置时应特别注意，否则观测的水平角度会出现错误，如水平角实际为30°则显示为330°。特别是平面坐标测量和施工测量中设置后视方位时，如设置为左角就会出现测定点和测设点沿后视方位左右错位。如设置后视方位0°，顺时针转角90°时方位应为90°，而仪器显示的坐标是按方位270°计算的。

4、全站仪的放样功能

全站仪显示的度盘读数中已经对仪器的三轴误差影响进行了自动修正，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。使用距离和角度放样测量、坐标放样测量时，注意输入测站点坐标和后视点坐标后再对测站点坐标进行一次确认，并测量后视点坐标与已知后视点坐标进行检核。

二、全站仪的应用方法

1、使用前的准备工作

检查全站仪是否在鉴定有效期内；检视全站仪脚螺旋和微调等螺旋是否在初始零位置；将已知控制点坐标和放样点设计坐标上传到全站仪的新建项目中。

2、测量操作过程

2.1到达作业现场后，打开仪器箱，在已知控制点处架设全站仪，并开机预热2-3分钟，对中整平全站仪，进行测站定向工作。

①输入测站点点号A，全站仪自动提取对应已知控制点的坐标和高程，确认后量取和输入仪器高；②询问和输入后视点点号B，全站仪自动提取对应已知控制点的坐标和高程，询问和输入后视点棱镜高，最后回报确认后视点点号及棱镜高。③望远镜瞄准后视点棱镜，然后按测量键并确认，完成测站后视定向工作。④使用全站仪内的放样功能，放样后视点B，检查起算边长误差是否符合精度，通常实测边长与坐标反算边长的相对误差应小于1/4000。否则，测站点或后视点就有问题。

2.2开始放样工作。

①输入放样点点号，全站仪自动提取对应已知控制点的坐标和高程，并显示放样点与测站点的方向和距离。②将水平度盘旋转到放样点方向，并锁定水平度盘，使用望远镜粗瞄，指导司尺员到达预定放样点方向上，通知司尺员面对仪器方向向左/向右移动棱镜杆。③指导司尺员调整棱镜，使棱镜在望远镜视线以内，最终到达全战仪望远镜十字丝附近，然后测量距离，全站仪显示当前棱镜位置的前后偏距，并通知司尺员相对仪器延长/缩短的距离。④接近放样点设计坐标位置处时，望远镜瞄准棱镜杆根部，指导司尺员调整方向，使得棱镜杆根部位于望远镜竖丝方向上，然后搏动竖直方向瞄准棱镜，再次测量距离，再次通知司尺员相对仪器延长/缩短的距离，直至最终放样点的方向和距离的偏距都满足放样精度要求。（在以上放样过程中，水平度盘始终锁定在放样点的方向上，测量员须指导司尺员来调整棱镜位置到达指定的方向）⑤确认并通知司尺员钉桩，在桩位处再次立好棱镜后，询问棱镜高，测站修改棱镜高后，进行测量并记录实际放样点的坐标和高程，最后從全站仪中导出放样点桩位的实测坐标和高程。

结束语：

全站仪的应用总体上比光学经纬仪更简便，关键是要根据图纸确定基础坐标数据，图纸上坐标不明确的，还要结合计算机在CAD电子图上予以确定，其他并无复杂工作。同时在日常使用中，要注意做好仪器的定期维护，以确保仪器的测量精度。作为测量人员，要秉承一丝不苟的工作作风，使测绘工作质量迈上一个新的台阶。

参考文献：

1、刘局明.谈全站仪特点及其在测量中的应用[J].科技信息.2011（18）

2、路龙平.全站仪在建筑测量质量控制中的应用[J].大科技.科技天地.2010（10）