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摘要：本文将介绍全站仪的基本功能和误差分析，提出全站仪测高、降低误差、实现工程测量任务精确控制的新方法。

关键词：全站仪基本功能； 全站仪测高新方法； 轴误差分析； 错误减少

CLC 编号：K826.16 物品识别码：A 物品编号：

1 简介

20世纪下半叶是测绘科学技术飞速发展的时期，特别是近10年来，取得了许多突出成就。 推动这一时期快速发展的主要因素之一是测量仪器的惊人发展，其中最具代表性的是全站仪的出现和使用。 作为交大土木专业的学生，​​掌握以后测量工作中常用的全站仪尤为必要。 全站仪由光电测距仪、电子经纬仪和微机组成。 它不仅可以自动测距、测角、自动记录、自动计算全站仪仪器校核，而且精度高、速度快、操作简便，既节省了人力，又减轻了繁重的野外作业，因而受到广大测绘和测量人员的欢迎。测绘工作者。 赞成。

二、全站仪基本功能

2.1 方位功能自动设置

通过给定后视点方位角，按输入键，全站仪可直接设置方位角。 如果不知道后视点的方位角，可以先输入A站的坐标值（）和后视点B的坐标值（），然后对准后视点，然后按功能键即可，仪器会自动计算并设置后视点的方位角。 后视点方位角按以下公式计算：

从本质上讲，全站仪是利用自身的编程和存储功能，根据上述公式自动计算出方位角。

2.2 测量三维坐标功能

将全站仪放在A站上，选择三维坐标测量模式后，先输入仪器i、目标高v和该站的三维坐标值（ ），然后瞄准另一个已知点进行设置方位角，然后将反射棱镜对准目标点P，按下坐标测量键，仪器将使用计算程序根据以下公式自动计算并即时显示目标点P的三维坐标值在自己的记忆中（）。

斜距在哪里； 是天顶距离； 是方位角。

2.3 3D放样功能

将全站仪放在测站点上，选择三维放样模式后，首先输入仪器高、目标高、测站点和

放样点的三维坐标，瞄准另一个已知点设置方位角； 然后将反射棱镜架设在待放样点的大致位置p'； 按相应的功能键自动显示水平角度偏差、水平距离偏差和仰角偏差

.根据显示的偏差值，移动反射棱镜，当仪表显示为零时，即为设计位置。

其基本原理是：仪器首先测量棱镜所在点p'的三维坐标，然后根据坐标反演公式，利用仪器内存程序计算出设计的水平角和水平距离，最后将其与测量的水平角度和水平距离进行比较。 可自动计算并显示实测值与设计值之差，并。

2.4 悬架高度测量

图1

如图1所示，首先将全站仪放置在合适的位置，选择悬吊高度测量模式； 将反射棱镜设置在待测高的目标点的天底（或天顶）上，输入反射棱镜的高度； 然后对准反射棱镜进行测量； 然后将望远镜对准目标点，即可显示地面到目标点的高程。 计算公式如下：

式中，为仪器到反射棱镜的斜距和天顶距； 是仪器到目标点的天顶距。

2.5 测边功能

如图2，在测站安装好全站仪后，先选择左右测量方式，然后对准该点，反射棱镜对准该点进行测量，仪器会自动计算并显示两点之间的水平距离。 必要时，还可以计算并显示两点间的高差、坡距、坡度。 计算公式为

图 2

%

其中，是斜距； , 为垂直角； 和 是两个方向之间的水平角。

3、全站仪测高

在现实生活中进行身高测量，比如2011年夏天在交通大学峨眉校区的测量实践，传统的身高测量是用水平仪和水准尺，但是现在全站仪越来越普及在社会生产实践中，仪器的水平对于工程测量的初学者来说是比较常见的。 然而，使用全站仪进行高度测量，在传统方法中，整个测量过程需要测量仪器的高度和棱镜的高度。 下面介绍一种使用全站仪测高的新方法。

3.1 传统三角测量高程测量方法

, 是地面上不同高度的两个点。 点高程已知，只要知道点到点的高差，就可以得到点高程。 首先，我们假设两点之间的距离不是太远，水位可以看作是一个水平面，不考虑大气折射的影响和地球曲率的影响。 来确定，两点之间的高度差。 一个点可以架设一个全站仪，一个点可以架设一个棱镜杆。 直接测量仪器的高程、观测垂直角、水平距离，所以 (1) (1) 其中， 为点高程； 是点高程； 是两点之间的水平距离； 是垂直角； 为测站仪高； 是棱镜高度。 这就是三角测量高程的基本公式。 但它是以水平面为基准面，观察视线在一条直线上为前提的。 因此，只有当两点之间的距离很近时，它才更准确。 当两点距离比较远时，必须考虑地球曲率的影响和大气折射的影响。 如何校正球差和气像差在此不做赘述。 仅阐述了三角测量高程测量新方法的一般原理。 我们从传统的三角高程测量方法可以看出，它具有以下三个特点：

(1) 全站仪必须架设在已知高程A点；

(2) 测量被测点的高程，必须测量仪器的高度和棱镜的高度；

(3) 全站仪必须居中。

3.2 全站仪三角高测量新方法

如果我们能把全站仪像水平仪一样放置在任意一点，而不是放置在一个已知的高程点上，同时利用三角高程测量原理测量待测点，而无需测量仪器的高程和棱镜高度，则测量速度会更快。 假设点的高程已知，点的高程未知，则用全站仪测量待测点的高程。 具体方法是：在两点之间的一点安装全站仪（要求该点与两点在视线内），先在该点架设棱镜杆，用仪器瞄准已知高程点，测量站点与已知高程点之间的距离。 高程点的水平距离和垂直角度； 然后从 (1) 公式： (2)

然后，在该点竖立棱镜杆，保持棱镜和仪器的高度值不变，用仪器瞄准未知高程点，测量观测点与未知高程点的水平距离和垂直角; (1) 公式： (3)

将（2）代入（3）得：

(4)

(5)

这样就可以测量出未知高程点的高程。 由上可知：如果全站仪安装在两点之间的任意一点，仪器一经安装，数值就不会改变； 在保持棱镜高值固定的情况下，只要测出待测点和待测站即可测出已知点到测站的水平距离和垂直距离，未知高程无需测量仪器高度和棱镜高度即可测量高程点。 因此，该方法测量的结果在理论上比传统的三角高程测量更准确。 这种方法是将全站仪放置在两点之间的任意一点，不测量仪器高和棱镜高，不对中，即可测出两点的高差，从而得到点待测高程。 不仅可以通过调整前后视距的差值来减小两者差异的影响，还可以避免因折射率不正确而导致的对视观测的超限； 与同级别测量相比，不仅视距缩短了一半，而且提高了准直精度，减少了残余折射差的影响，视线可倾斜斜坡； 既可以用三脚架架设棱镜基准，减轻人工找平杆的劳动强度，又可以选择合适的棱镜仰角，使视线在地面以上保持一定高度，减少影响折射，从而可以加快测量速度，提高测量精度。

4、全站仪轴误差分析

全站仪具有操作简单、读数准确、功能强大、测角与测距高度集成等优点。

应用最广泛的电子测量仪器，但造成测量不准确的原因是忽略了直接影响测量精度的仪器轴间误差，即全站仪满足的基本轴关系：准直轴垂直于水平轴，水平轴垂直于垂直轴，水平管轴垂直于垂直轴，测距轴与准直轴一致。 和水平仪、经纬仪一样全站仪仪器校核，这些条件的满足将大大提高全站仪的精度。

4.1 准直轴误差

图 3

准直轴误差是由于全站仪安装和调整不正确，使望远镜分划线中心偏离正确位置，导致准直轴与水平轴不垂直，如图3.设实际准直轴与正确准直轴的夹角为 ，即为准直轴误差。准直轴误差对水平方向值和水平角度的影响为

, (6)

,(7)

其中： 为准直轴误差； 为准直轴对水平方向观测值的误差引起的误差； 为准直轴对水平角误差引起的误差； 观看方向。 由式（6）和式（7）可知，①随着 的增加而增加，即当 ； ②当||=||时； 对齐误差的影响。

4.2 横轴误差

横轴误差主要是由于全站仪安装或调整不当，造成仪器横轴两端支架高度不等，或横轴两端直径不等。轴本身，如图 4 所示。

图 4

当水平轴绕垂直轴旋转时，各方向的倾角保持不变，水平轴的倾角误差对观测方向和水平角读数的影响如下：

,(8)

,(9)

式中： 为横轴对水平方向观测值的误差引起的误差； 是水平轴对水平角的误差引起的误差； 是观察方向的垂直角。 由式（8）和式（9）可知： ① 随着 的增加，或当 时增加；

4.3 纵轴误差

图 5

全站仪垂直轴与全站仪铅垂线之间的小夹角称为垂直轴倾斜误差，这是由于仪器水平管轴线与仪器垂直轴不正交造成的，或者因为仪器没有严格调平。 并制作。 假设仪器的准直轴垂直于水平横轴，且横轴与竖轴均正交，如图5所示。为纵轴与铅垂线重合的位置，横轴为与它正交的是 ，是纵轴的倾斜位置，是纵轴的倾斜误差，横轴也向该点倾斜。 望远镜俯仰时，会形成斜面而不是垂直面，这会给水平观测带来误差。 可见，纵轴倾角误差对水平观测的影响是以横轴倾角的形式出现的，因此与横轴误差的影响相似。 从图5中还可以看出，当准直器绕倾斜的垂直轴旋转时，水平横轴在各个方向的倾斜量发生变化，这与水平轴的倾斜误差不同。

横轴倾斜度随方向变化：0 v 0 ；

对水平方向观察的影响为：

,(10)

,(11)

式中：垂直轴倾斜误差对水平方向观测值产生的误差为垂直轴倾斜误差对水平方向角度产生的误差； 是观察方向的垂直角； 为横轴实际倾斜方向与最大倾斜方向的夹角。 由式（10）和（11）可以看出，纵轴倾角的方向和大小不随准直器的旋转而变化，得到的横轴倾角方向前后相同望远镜垂直旋转，即 正负号不变，所以对于任何观测方向，都不能指望消除其误差对F1和F2观测平均的影响。

5.减少错误的方法

在实践中，除了全站仪轴间误差外，还有一系列的系统误差和偶然误差。 下面将介绍一些减少测量误差的方法。

5.1 仪器校准

在实际测量前，全站仪必须严格检查圆盘读数指标差，特别是垂直盘读数指标差的校准。 有规定要求仪器在使用的第一天、第二天和第三天每天校准一次，此后每周校准一次。 在使用过程中，我们发现我们使用的仪器必须每天进行校准。 只要左右垂直角的读数指示器偏差过大，就必须对仪器进行校准。 有两种常用的校准方法。 一种是长气泡：首先气泡平行于二足螺旋，假设方向为0度，然后拉平。 再旋转 90 度，使气泡垂直于第三个脚螺钉并重新调平。 然后回到0度位置看是否居中。 如果不居中，重复前面的方法，再检查是否居中90度。 如果不均匀，它会和以前一样。 如果两个方向都是平的，则旋转 180 度。 检查气泡是否在中心，如果是，则不需要校准，如果不是，则需要校准，方法如下：首先检查差异，确定距离的一半差值，再调整校正螺丝校正一半，完成上述操作后回到0度位置。 看是否居中，若不居中，重复上述方法。 另一种是圆泡：这是在长泡的基础上做的。 首先，长泡是平的，也就是说各个方向都是平的。 然后检查圆泡是否居中，如果不居中，调整泡下方的三个螺丝使其平整。 总之，为了保证螺丝既拧紧又居中，一般都是调哪边高的螺丝。

5.2 仪器放置

仪器的稳定放置也不容忽视。 测量前将测量仪器放置稳固，测量时能正确测出读数。 测量前，还应避免视线障碍物对测量读数的影响。 如果视线前方有障碍物，势必会影响测距结果的准确性。 测量时如果视线前方有障碍物，测量前必须清除障碍物。

5.3 气候影响

天气对测量精度有一定的影响。 雨后不宜观测，雨后天气晴朗，空气湍急，不宜进行测量作业。 我们在雨后一个晴朗的早晨进行了回程观测。 仪器在阳光下，观察是逆光的。 天空有雾，用望远镜也找不到目标。 直到近中午时分，太阳光照射到棱镜上，才能进行观测，但望远镜中的目标仍在振动，严重影响了测量精度。

5.4 增加三脚架数量

为了加快测量速度，控制测量使用三脚架尽可能摆动棱镜。 这样，只移动棱镜，不移动三脚架，减少了摆镜的时间和站台的误差。 如果有四个三脚架一起使用，用三个，一个往前走，这样速度会更快。

5.5 光学对中器使用注意事项

全站仪和棱镜连接器都有光学对点器，效果很好。 但必须按以下顺序使用：找平-对中-再找平-再对中。 由于光学对中器在不平坦的底座上，因此视线是倾斜的。 这时候会居中，调平后就不会居中了。 有时需要移动三脚架，这会影响测量工作的进度。 全站仪装有垂直球。 架设三脚架时将其挂起。 当三脚架基本水平时，让垂直球基本居中。 这工作得非常快。

5.6 使用读数减少测量误差

视距正向目标和反向目标读数，既可以消除光去除的影响，又可以检验测量精度。 实践中发现通过对比直回目标读数可以发现误差和误差来源：如视线障碍物、离地距离太小、读数错误、记录错误、与中心对准不准确等站等，可有效减少人为失误因素。 利用立板的读数指标差异，提高测量结果的准确性。 多次对中后，读数差指标仍达不到要求，对垂直角指标差进行校正，无论工作前是否校准过，一般都是有效的。 通过对正反镜指标差异的验证，找到误差原因，使测量结果的人为误差因素降为零，提高了测量结果的准确性。

5.7 仪器高、棱镜高不易精确测量

在实际操作中发现，游标卡尺只能测量到三角座调平螺钉的上座。 由于上座和下座之间有调平螺钉，调整后的数字是变化的，每个工位都不一样。因此，在测量仪器高度（镜高）时，从测量桩的中心开始测量到角架的座板（倾斜10cm），然后到棱镜三角连接器的上座（倾斜5cm）。

线是按曲线测的，不准确。 在现场，我们用钢卷直接测量到棱镜（仪器的中心），但误差较小。 角度安装板到棱镜中心的倾斜角小于到棱镜底部的倾斜角。

5.8 CAD几何绘图法计算各控制点坐标

控制点坐标的计算是平面控制测量中最繁琐的。 用CAD几何绘图方法计算出每条边和角的长度，然后查询端点坐标。

参考：

[1] 王平新． 作业成本法理论与应用研究[M]． 大连：东北财经大学出版社，2001. 45246.

[2] 王峰． ABC在管理中的应用[J]. 河北财会，2001，（2）：22223。

[3]周建政1建筑工程测量[M]． 北京：中国工业出版社，2004。

[4] 孔祥元． 控制测量[M]． 武汉：武汉大学出版社，2002。

[5] 郭宗和． 反面测量及其精度分析。 测绘工程, 1998, (3): 66～69