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全战仪的全称是全站型电子速测仪，它是由光电测距仪，电子经纬仪和数据处理系统组成。它是在一个测站自动测距、测角并同时完成平距、斜距、高差、高程、坐标以及放洋等方面的数据计算。 全站仪分为分体式和整体式两类。分体式全站仪的照准头和电子经纬仪不是一个整体，进行作业时将照准照准头和电子经纬仪不是一个整体，进行作业时将照准头安装在电子经纬仪上，作业结束后卸下来分开装箱整体式全站仪是分体式全站仪的进一步发展，照准头与电子经纬仪的望远镜结合在一起，形成一个整体，使用起来更为方便。 全站仪的结构原理大致分为：上半部分包含有测量的四大光电系统，即测距、测水平角、竖直角和水平补偿。键盘指令是测量过程的控制系统，测量人员通过按键便可调用内部指令指挥仪器的测量工作过程和进行数据处理。 全站仪一般在公路，大型桥梁，和各种工程中使用较为广泛。例如在公路中用全站仪施放道路中线。在大型桥梁中释放灌注桩点位底板边线等等，全站仪是现代建筑施工中必不可缺的测量仪器。 本文从全站仪在公路施工，曲线施工等方面，全面介绍了全站仪在建筑施工测量中的运用。
一、引论 方便，快捷安全的交通运输是一个国家繁荣昌盛的标志之一。公路运输在整个国家国民经济生活中起着举足轻重的作用。公路的新建和改建，测量工作必须先行。以往，人们修筑公路时，对施工测量主要依靠三大件：经纬仪、水准仪和钢尺。随着现代科技的飞速发展，以及3S和4D技术对测绘产生的深远影响，测绘已进入数字化、信息化的时代，许多新技术在施工测量中得到广泛应用。全站仪是把电子经纬仪、测距仪和微型计算机组成一台仪器，其主要特点；自动测距、自动计算、自动进xx象和地球曲率改正并进行自动观测和记录等。现就全站仪在公路施工测量中的应用作一简述。 二、全站仪的简单介绍 1、全站仪的结构和功能特点 全站仪的结构。目前测量全站仪种类很多，各自的标称精度、功能也不xx相同，但一般整体结构都相类似。仪器系统各部分高度集成．结构紧凑：外观与普通光学经纬仪相似，具有纵横旋转轴，以充电电池作电源．并配有操作键盘、显示屏．有的还有用于激光对中、自动调焦等的部件。全站仪的功能特点。与传统光学仪器相比，电子全站仪具有许多独特功能，如快速测定距离、甚至直接测定三维坐标值，测量方式根据需要可分精测、粗测、跟踪三种，可任选其中一种，并且能自动进xx象改正：测量结果在液晶屏幕上自动显示，菜单式操作，可进行人机对话。不需人工读数、计算，测量速度快、效率高；内存大，一般均可储存八干个点以上的测量数据，能充分满足野外测量需要．并提供和计算机的数据通信接口(RS232串口)，可实现和计算机的双向通讯：有丰富的机置软件，操作系统逐步由DOS向WINDOWS转变．能实现悬高测量、对边测量、偏心测量、后方交会、面积计算、施工放样等特殊测量功能，最近推出的全站仪甚至还有测量控制网平差，道路定线等功能。 2、全站仪的设置方法 利用全站仪进行实测时，仪器基本参数的设置可参照仪器使用说明书进行。以下几方面是控制测量时，需进行的通用设置。①测量单位设置：距离单位是采用米制或者英尺，在我们国家基本上都是采用米制；角度单位是采用是60进制或者10进制；温度和气压单位设置；②地球曲率和大气折光改正设置；③棱镜常数设置和棱镜高设置；④仪器高设置；⑤测量 结果的显示方式的设置；⑥测量数据储存方式的设置；⑦测站点至目标点方位角设置；⑧测站点三维坐标设置。 三、全站仪的使用与维护 全站仪是精密的光、机、电一体化贵重设备，对仪器的正确使用，精心爱护和科学保养，是测量人员必须具备的素质，也是保证测量成果的质量、提高工作效率的必要条件。在使用测量仪器时应养成良好的工作习惯，严格遵守下列规则。 1．日光下测量应避免将物镜直接瞄准太阳。若在太阳下作业应安装滤光器。 2．避免在高温和低温下存放仪器，亦应避免温度骤变(使用时气温变化除外)。 3．仪器不使用时，应将其装入箱内。置于干燥处，注意防震、防尘和防潮 4．若仪器工作处的温度与存放处的温度差异太大。应先将仪器留在箱内，直至它适应环境温度后再使用仪器。 5．仪器长期不使用时，应将仪器上的电池卸下分开存放。电池应每月充电一次。 6．仪器运输应将仪器装于箱内进行．运输时应小心避免挤压、碰撞和剧烈震动，臣途运输{zh0}在箱子周围使用软垫。 7．仪器安装至三脚架或拆卸时，要一只手先握住仪器。以防仪器跌落。 8．外露光学件需要清洁时．应用脱脂棉或镜头纸轻轻擦净。切不町用其它物品擦拭。 9．仪器使用完毕后，用绒布或毛刷xx仪器表面灰尘。仪器被雨水淋湿后，切勿通电开机，应用干净软布擦干并在通风 处放一段时问。 1O．作业前应仔细全面检查仪器，确信仪器各项指标、功能、电源、初始设置和改正参数均符合要求时再进行作业。 l1．即使发现仪器功能异常．非专业维修人员不可擅自拆开仪器，以免发生不必要的损坏。 12．全站仪尤其是工程单位应每年送专门的检测机构进行鉴定，以确定其主要性能指标的变化，必要时进行校正。
随着科技的快速发展。全站仪的自动化程度越来越高。功能越来越强大，结构也越来越精密，对操作人员的要求也越来越高。广大测量人员应当密切关注全站仪的技术发展。及时学习掌握仪器新的功能和特点．才能够安全合理的使用全站仪，充分发挥其强大的功能，实现{zd0}的经济效益。 四、全站仪在公路施工测量中的运用 1、利用全站仪进行中线测量 中线测量就是根据中线控制桩和导线控制点将设计图纸上的公路中线反映到实地，故又称恢复中线和中桩放样。恢复中线的方法和手段很多，但随着高等级公路(特别是高速公路)建设的兴起，对测量的精度提出了更高的要求。因此利用全站仪进行极坐标放样成为中线测量的主要手段。极坐标法就是利用中线点与导线点之间的坐标关系放样中线点。如图1，P为公路上的中线点，坐标为(Xp ，Yp )，A、B为导线点坐标分别为(XA ，YA )、(XB ，YB)，P点与A点极坐标关系用A点到P点的距离s ，坐标方位角a 表示，即： Sap= （Xp-XA）2+（Yp-YA）2 AAP=tan-1【（YP-YA）÷（XP-XA）】 全站仪就是根据极坐标法原理设置了一套放样模式。 2、利用全站仪进行高程测量 水准测量是公路高程测量的主要手段。但水准测量受地形条件影响很大。特别是在山区高差起伏很大的情况下，水准测量就受到一定的限制。而利用全站仪进行高程测量无需受限制。只要两点间通视，就可以进行测量。全站仪利用三角高程的原理设制了一套直接测定两点间高差的模式。如图2： 图 2 也就是说，将棱镜安在带有刻度的对中杆上架在测点，将仪器照准棱镜，只需按下测距健，即可测出棱镜和仪器的高差 h，利用这种方法，可以测出任意点的高程。如图3所示，已知A点高程，将仪器照准棱镜，测出 h1，然后将对中杆架在待测点B上测出 h2 ，那么，B点高程为HB=HA+Vl一h1+h2一V2在实际施测中，为了减少计算快速测量设高程，将对中杆的高度保持不变，即V1=V2，这样HB=HA一h1+h2，因此利用全站仪测高程方便、简捷、快速。
3、坐标测量 全站仪可计算出棱镜点位的三维坐标。要计算z坐标(即高度)，首先输入仪器和目标高，然后输入测站坐标。输入后视站坐标后，照准后视站并按全站仪的一个 键，则水平角即设置为方位角值 由测站和后视站坐标设置方位角全站仪可通过输入测站和后视站的坐标，自动计算出测站至后视站方向的方位角。即。N方向设量为零(见下图)
三维坐标测量在输入仪器和棱镜高，测站和后视站坐标后，计算或输入方位角可使用下列公式计算目标的三维坐标。（见下图）
三维坐标采用下列公式计算： N1=NO+S×Sinθz×Cosθh E1=EO+S×Sinθz×Cosθh Z1=ZO+Mh×S×Cosθz-Ph 式中： NO、EO、CO：测站坐标 ： 斜距 : 方位角 ： 天顶距 ： 仪器高 ： 棱镜高 五、全站仪在大型桥梁中施放灌注桩点位的方法 全站仪的高程测量在建筑施工测量当中不被广泛运用，而是多用于点位的施测，在公路工程中用于施放道路中心线和边线。在大型桥梁中用于灌注桩、承台十字线、墩柱中心点、底板边线和翼板边线。 下面就正在施工中的京津高速四标东堤头互通式立交工程来举例说明（运用全站仪为徕卡TCR1101）： 首先以全站仪灌注桩点位例举说明：（见下图） ① 将仪器架设于控制点KO-3后开机 ② 将仪器对中、整平（这款仪器对中器为红外线对中器）。 ③ 按F1键确认后，按F5键进入测量模式，再按F4键进入输入坐标，屏幕最上方Station Id为测站点坐标，Backs Id为后视点坐标。 ④ 输入坐标完毕后，照准后视，按F2键进行打距测量，然后按F4键进行核对坐标 ⑤ 按Prog键选择Stakeout进入放样模式，将放样点Point Id设置为1 ⑥ 按F3键进入输入放样点坐标North为X坐标，East为Y坐标。 ⑦ 输入坐标完毕后点击两次F1键，扭动螺旋将屏幕上的△HZ调制为0000，00” ⑧ 用仪器指挥棱镜，找到正确的方向，再按F2进行打距，找到合适的距离，确认后，灌注桩点位施放完毕。 在此类大型桥梁中，全站仪是测量人员必不可少的一种测量仪器，同时每个测量人员也必须要能够熟练的运用全站仪 六、全站仪的偏心测量 1、偏心测量的概述 随着科技的不断发展，全站仪已经具备了偏心测量的功能，下面，来简单介绍一下全站仪偏心测量的的原理和两种偏心测量的方法。 所谓全站仪偏心测量，就是反射棱镜不是放置在待测点的铅垂线上而是安置在与待测点相关的某处间接地测定出待测点的位置。根据给定条件的不同，目前全站仪偏心测量有下列4种常用方式： ① 角度偏心测量 ② 单距偏心测量 ③ 圆柱偏心测量 ④ 双距偏心测量 2、角度偏心测量 如图1所示，全站仪安置在某一已知点A，并照准另一已知点B进行定向；然后，将偏心点C(棱镜)设置在待测点P的左侧(或右侧)，并使其到测站点A的距离与待测点P到测站点的距离相当；接着对偏心点进行测量；{zh1}再照准待测点方向，仪器就会自动计算并显示出待测点的坐标。其计算公式如下： Xp=XA+SCOSαCOS（TAB+β） Yp=YA+SCOSαSIN（TAB+β） 式中，s和a分别为测站点A到偏心点c(棱镜)的斜距和竖直角； 4，Y4为已知点A的坐标；TAB为已知边的坐标方位角；β为未知边AP与已知边AB的水平夹角；当未知边AJp在已知边AB的右侧时，上式取“一J8”。显然，角度偏心测量适合于待测点与测站点通视但其上无法安置反射棱镜的情况。 3、单距偏心测量 如图2所示，待测点P与测站点A不通视。现欲测定P点，则将全站仪安置在已知点A，并照准另一已知点B进行定向；将反射棱镜设置在待测点 P的附近一适当位置C。然后输入待测点P与偏心点C间的距离d和CA与CP的水平夹角0，并对偏心点C进行观测，仪器就会自动显示出待测点P的坐标( XP，YP )或测站点至待测点的距离D和方位角TAP 。其计算公式如下 XC=XA+SCOSαCOS（TAB+β） YC=YA+SCOSαSIN（TAB+β） XP=XC+dcos(TAB+β+θ+180。) YP=YC+dSIN(TAB+β+θ+180。) D= （XP-XA）2+（YP-YA）2 TAB=arctan（YP-YA/XP-XA） 式中， Xc，Yc为偏心点C的坐标；β为边AC与已知边AB 的水平夹角；当β和θ为右角时，上式取“一β”和“一θ”；其他符号同式(1)。显然，单距偏心测量适合于待测点与测站点不通视的情况。 七、影响全站仪精度的问题 工程施工中，全站仪的使用改变了传统测量方式，大大提高了测量的速度和精度，同时，随着高精度全站仪的日趋普及，用于施工测量的全站仪普遍为I级仪器(测距中误差小于5mm)，这些使得技术人员常常忽视《工程测量规范》中规定_2j的对测距精度影响很大的因素，如：气象改正、三角高程往返测量、棱镜常数设置等。在高山地区或进行长大桥、隧道控制测量时，如果不考虑这些因素的影响，测量成果的精度将会大大降低，甚至带人粗差，给构(建)筑物的定位带来较大的影响，难以满足规范的精度要求。下面对工程测量中常见的影响全站仪测距精度的问题进行总结、探讨。 1、气象改正 全站仪是利用光波在大气中的传播速度C为已知这一特性，通过测定光波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值的。假设载波往返传播的时间为t，则AB的距离S=C·t／2。由此可见，全站仪测距准确与否，除了传播时间t，还与载波在大气中的传播速度C密切相关。第十届国际计量大会定义，光波在真空中的传播速度C =299 792 458 m／s，它可以认为是一个无误常数。但是，人们所需要的是光波在大气中的传播速度。由于大气折射的影响，光波在大气中的传播速度并不等于其在真空中的传播速度，也不是一个恒定值，而是随大气折射率的不同而变化。大气折射率又随大气压、温度、湿度及气体成分的不同而变化，其中主要的影响因素是大气压和温度。现以采用TOP(X)N GTS-601全站仪施测的赣龙铁路山尾旗隧道控制导线的测量成果为例，计算测距的气象改正值(见表1)
由此可见，对于工程控制测量来说气象改正是不可忽略的因素，尤其是长基线或在高温天气、高海拔地区，要严格执行《工程测量规范》的规定，在测距前量取实际的大气压和温度，并输入到全站仪中直接进行改正?1。 2、棱镜常数设置 由于不同介质的折射率不同，全站仪载波信号在棱镜中传播的速度与在大气中的传播速度也不同，为了准确计算距离，就必须知道载波信号在棱镜中传播的时间差。棱镜在设计时根据全站仪所采用的载波波长，计算了一个等效的棱镜“零 位”，据此推算出棱镜的{jd1}常数1。因此，测距前一定要详细了解相配套的棱镜型号、棱镜常数及支架的装配方式，以免给测量成果带入粗差。如需使用不同的棱镜，测距前应参照有关规范、说明书仔细测量棱镜的常数。 八、总结 全站仪给工程测量带来了诸多便利，大大提高了测量精度，但是，不同型号仪器在性能、操作上存在很大差异，工作中应仔细阅读仪器的《用户手册》和相关规范、规定，全面了解所使用仪器的性能、原理、各项参数的意义和设置，做到知其然和知其所以然，改正那些认识和操作上的错误，这样才能避免人为降低测量成果精度的情况，真正发挥全站仪高效率、高精度的作用，使之更好地为工程服务。 参考文献
1、北京测绘 《全站仪对边测量原理及精度分析》2005年第三期 作者：周俭清 2、山西建筑 《浅谈影响全站仪精度的几个问题》2005年第四期 作者：洪怀斌 3、煤炭技术 《全站仪在公路施工测量中的应用》2005年第10期 作者：汤红梅 4、测绘通报 《全站仪偏心测量及精度分析》 2005年{dy}期 作者：郑进凤 郭宗河 5、大众科技 《浅谈全站仪使用，维护和开发》 2006年第四期 作者：吴惠恩胡华科 |
