工程测量学论文

浅谈全站仪在工程测量中的应用

摘要：

工程测量按其工作顺序和性质分为：勘测设计阶段的工程控制测量和地形测量；施工阶段的施工测量和设备安装测量；竣工和管理阶段的竣工测量、变形观测及维修养护测量等。遍布国民经济建设和国防建设的各部门和各个方面。随着时代的发展单纯的技术发展遇到了挑战。全站仪集测距、测角、测坐标、放样等多功能于一体,是测绘、施工等方面广泛应用的一种新型测量仪器。文章从工程测量的测量步骤和全站仪的测量原理出发，简单的概述一下全站仪在工程测量中的应用以及给予工程测量学的技术支持。

Engineering survey according to the work order and

properties are divided into: survey design phase of the project control survey and topography measurement; Construction stage of the construction survey and equipment installation

measurement; Completion and management phase of the completion deformation observation and measurement, maintenance

measurements. In the development of national economy and the construction of national defense department and every aspect. With the development of The Times merely technical development a challenge. Tachometer set, the Angle, measuring range, layout and multi-function coordinate at an organic whole, is surveying and mapping, construction etc widely application of a new type of measuring instruments. This article from the engineering survey measurement steps and principle of measurement of the tachometer, based on a brief overview of the tachometer in the measurement of the engineering application and to give engineering measurement learn technical support.

关键词：全站仪 工程测量 应用与技术支持 一、 引言

工程测量的服务对象主要是各种工业与民用工程建设。按照工程建设过程，工程测量通常包括控制测量、地形测量、放样定位、工程检测与监测、数据处理分析以及数据管理等方面。总体上讲，当前工

程测量技术发展的特点可以归纳为，测绘方案追求科学化和合理化，测绘过程趋向自动化、智能化、集成化、动态化和（准）实时化，测绘成果呈数字化、可视化和多样化，应用领域日益广泛化。可是随着时代的发展原有的工程测量技术出现了很多缺点和不足。全站仪的出现 ,使测绘科学的理论、方法和技术都发生了变化,极大地促进了侧量技术自动化和一体化发展。全站仪以其自动化程度高、测量速度快 、观测精度高 、性能稳定的特点,广泛应用于工程侧量中,并在工程测量实践中体现出其越来越多优势。而其在工程测量中也扮演着更为重要的作用。

二、 全站仪的特点以及测量原理

2.1全站仪的特点

全站仪主要由电源、测角、测距、中央处理器（CPU）、输入、输出几部分组成。

全站型电子速测仪是数字测图中常用的数据采集设备。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，照准头和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。对于基本性能相同的各种类型的全站仪，其外部可视部件基本相同。全站仪主要由五个系统组成：控制系统、测角系统、测距系统、记录系统和通讯系统。

全站仪全站型电子速测仪的简称是由电子侧角、电子测距 、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标侧量系统 ,可实现测量结果 自动显示、记录和存储,并能与外围设备 计算机、等 交换测量信息和控制信息,能快速完成一个测站所需完成的工作 ,包括平距、高差、高程、坐标及放样等方面数据的计算,是一个带有特殊功能的计算机控制系统。全站仪的特性具有以下特性：1.白检与改正功能由于全站仪自校功能和软件功能的完善,在一定的误差范围内可以通过软件加以改正；2. 双向传输功能。计算机从全站仪中接收数据 ,计算机也可向全站仪传输数据、编码及程序,或计算机实时控制全站仪的工作状态；3. 特殊性。全站仪和各种侧绘软件结合 可实现遥控作业；4. 统一性 具有统的存储介质 数据载体、统一的数据接口和统一的数据格式；5. 开放性由干全站仪具备了统一性的条件 所以仪器之间的数据可以交换 与共享,作业人员可以开发程序放入全站仪中 实现了对用户的开放。

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。

2.2全站仪的测量原理

2.2.1全站仪的技术指标

全站仪的技术指标主要用全站仪的测距标称精度和测角精度来表示。

全站仪的测距标称精度表达式为： mD?(a?b?D)

式中：mD——测距中误差（mm）；

a——标称精度中的固定误差（mm）；

b——标称精度中的比例误差系数（mm/km）； D——测距长度（km）。

工程中常用全站仪的测角精度一般为2″~5″。 2.2.2全站仪的各种测量原理 2.2.2.1测角原理

光电度盘一般分为两大类：一类是由一组排列在圆形玻璃上具有相邻的透明区域或不透明区的同心圆上刻得编码所形成编码度盘进行测角；另一类是在度盘表面上一个圆环内刻有许多均匀分布的透明和不透明等宽度间隔的辐射状栅线的光栅度盘进行测角。也有将上述二者结合起来，采用“编码与光栅相结合”的度盘进行测角。

（1）编码度盘测角原理

在玻璃圆盘上刻划几个同心圆带，每一个环带表示一位二进制编码，称为码道(如下图3-P51(两图)所示）。如果再将全圆划成若干扇区，则每个扇形区有几个梯形，如果每个梯形分别以“亮”和“黑”表示“0”和“1”的信号，则该扇形可用几个二进数表示其角值。例如，用四位二进制表示角值，则全圆只能刻成24＝16个扇形，则度盘刻划值为360o/16=22.5o，如图所示，这显然是没有什么实际意义的。如果最小值为20”，则需刻成(360×60×60)/20=64800个扇形区，而64800≈216个码道。因为度盘直径有限，码道愈多，靠近度盘中心的扇形间隔愈小，又缺乏使用意义，故一般将度盘刻成适当的码道，再利用测微装置来达到细分角值的目的。

2.2.2.2测距原理

欲测定 A、 B两点间的距离 D，安置仪器于 A点，安置反射镜于 B点。仪器发射的光束由 A至 B，经反射镜反射后又返回到仪器。设光速 c为已知，如果光束在待测距离 D上往返传播的时间T。已知，则距离 D可由下式求出式中 c＝ c。／ n， c。为真空中的光速值，其值为 299792458m／ s, n为大气折射率，它与测距仪所用光源的波长，测线上的气温 t,气压 P和湿度 e有关。

2.2.2.3 坐标测量原理

在已知测站点安置仪器，选择坐标测量模式，输入仪器高和棱镜高、测站点坐标和后视点的平面坐标和各种气象改正要素。

输入后视点的平面坐标是使仪器求得测站点至后视点的方位角，如果该方位角已知，则可直接输入方位角α，而不必输入平面坐标。

操作时照准后视点，配置度盘读数为方位角值（也可输入后视点的平面坐标，仪器将自动计算出方位角）。然后转动照准部，照准镜站点上所立棱镜，按下测量键即可求得镜站点的三维坐标。

若输入：方位角αsb，测站坐标（Xs，Ys）；测得：水平角β和平距Dsi。则有：

方位角：αsi=αsb+β

坐标：Xi=Xs+Dsi?COSαsi ；Yi=Ys+DsiSinαst 若输入：测站 S 高程Hs，测得：仪器高 i ，棱镜高 v ，平距 Dsi，竖直角，则有： 高程：

X后视点N2.2.2.4放样原理

① 在大致位置立棱镜，测出当前位置的坐标。 ② 将当前坐标与待放样点的坐标相比较，得距离差值 dD 和角度差 dHR 或纵向差值Δ X 和横向差值Δ Y 。

③ 根据显示的 dD 、dHR 或ΔX 、ΔY ，逐渐找到放样点的位置。

2.2.3全站仪的一般操作程序

仪器对中、整平一打开电源→水平度盘和垂直度盘指标的设置→设置仪器参数→进入测量模式→调焦和照准。显示（输出）测量结果。

三、全站仪在工程测量中的应用

3.1全站仪在工程测量个步骤中的应用

O镜站点测站点αY

山于全站仪首先具有强大的数据采集功能代替了光学经纬—仪采集数据的不足,并能为绘制数字地形图提供保障,因此它的第一方面的应用是对野外数据的采集,能为绘制数字地形图提供保障。全站仪与各种测绘软件的结合使用,可以使出图效率大大提高,减轻内外业的劳动强度,同时也提高了产品的质量,并使测绘产品形式多样化。全站仪能满足不同部门对数据共享的需求,具有广泛性,同时也能使数据管理一体化,采集信息一体化全站仪具有强大的数据采集、数据存储以及与计算机互传信息的功能。

在测量工作自动化的进程中起着重要作用。在工程测量中,比较传统的是经纬仪测量,随着时代的发展,全站仪已经越来越普遍的应用于工程测量中,这是因为全站仪的特点是自动化程度高,测量速度快,观测精度高,性能稳定,它可进行多种测量作业 ：1.断面测量导线测量2.偏心测量3.悬高测量4.习对边测量5.放样测量。

四、 全站仪在工程测量中应用的优势

4.1自动设定方位角功能

通过给定的后视点方位角 ,按输人键全站仪可直接设定方位角。如后视点方位角未知 ,可先输人测站点 A的坐标值,和后视点B的坐标值，再照准后视点,然后只需按一下功能键,仪器就会自动计算并设定后视点的方位角,利用其自身的编程和存储功能按上述公式实现方位角的自动计算。计算的过程后视点的方位角。

4.2直接进行坐标放样

全站仪主机架设在测站点上,棱镜架设在后视点上,输入测站点坐标、高程、仪器高、温度及后视点坐标或方位角。后视点架好仪器后进行检测后视点坐标 检查原有点位的正确性及其误差值。然后进行照准目标棱镜的测量,初测以后,仪器给出距离差,即可把坐标点位放样到实地。如各种工程各样曲线上的坐标放样,道路弯道的坐标点放样,不必反算直接放样,简单、省事。

4.3进行坐标换算

有些直线建筑物在施工测量时 需要进行坐标换算 比如利用全站仪可以将施工区内常用的平面控制网点、蓝图设计坐标点,通过坐标轴平移、旋转、换算为以工程轴线为竖轴,零点桩号为坐标原点 ,以工程桩号、轴线距为纵横坐标的新坐标系一轴线坐标用全站仪换算后的轴线坐标,在工程断面、平面中的位置,比控制网坐标更明确、直观。仪器显示的坐标数据,不用计算,可直接画图。

4.4支点快、后方交会方便

如果在已知点上,测区不完全通视 ,第一,在已知点上测支点,求出三维坐标,再作测站。第二测区能看到四个控制网点,可直接到测区设站进行后方交会,如果使用有后方交会计算程序的全站仪,观测结束 ,仪器即显示测站点坐标。精度可根据需要,达到一定的测角精度,只要图形好,测角中误差+6,点位中误差之14mm。

五、结语:

通过对不同工程测量方法和全站仪的应用特点、测量原理以及优势的分析，归纳。发现了把全站仪应用到工程测量中的可能和优点。利用全站仪测量精度高、速度快、节省人工，受施工条件和外界影响小等优点可以更加细致和完善的保证工程测量，提高测量的精度降低了误差和消耗解决了很多有人为因素引起的不确定性。充分适应了当下对于工程测量技术提升的需求，为工程测量的发展做出了至关重要的贡献。充分利用好新技术新方法多学科结合才是工程测量在未来的发展方向。

参考文献：

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附：英文参考文献

In contrast to that of 2005, this product survey on GNSS receivers does not reveal any remarkable technological break-throughs. Manufacturers are increasingly producing systems able to receive Navstar, Glonass and even Galileo signals.

This year we have replaced the term GPS (Global Positioning System) by GNSS, because GNSS (Global Navigation Satellite System) better describes the significance and use of these receivers. From providing only position (where am I?) the receivers have evolved into real navigation systems (how do I get to get where I want to go?) The receivers listed here represent the high-end segment of a pyramid-shaped market.

Like all electronic devices, GNSS receivers are becoming smaller and lighter; onboard software is performing better and faster, interfaces are becoming more transparent and the number of simultaneously tracked satellites is on the increase, all whilst the price remains the same or even falls. GNSS receivers are evolving into systems that gather all kind of information or, put in another way, GNSS receivers are becoming more and more integrated with other systems. Perhaps GNSS receivers that provide only position and time will disappear from the market with the growing need to simultaneously collect position, time and other types of information.

Just two decades ago, a receiver weighed over 25 kilos, was very voluminous, cost more than US$200,000 and was difficult to operate. As there were only a few satellites in orbit, the surveyor had to download an almanac to determine at which moment of the day a satellite constellation would enable calculation of a position. The modern GNSS receivers weigh less than a kilo, cost less than US$5,000 and perform significantly better than their predecessors. And since the total number of satellites will increase within a few years to number approximately seventy, downloading an almanac now belongs to surveying history.

The Technology in Focus feature on page 13 elaborates on the characteristics and development of GPS and Glonass.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gi16.html