毕业论文全站仪在工程中的应用及其精度分析

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1、-附件1*学院毕业设计（论文）（届）题 目： 全站仪在工程中的应用及其精度分析 系（部）： 专业班级：姓 名：指导老师： 年 月 日学院系毕业设计任务书设计题目全站仪在工程中的应用及其精度分析学生专业班级联系电子信箱/QQ指导教师教研室联系电子信箱/QQ设计容和目标本文主要对全站仪相关的基本概况做了简单的介绍；重点分析了全站仪的测量功能及其原理，并结合工程实际分析全站仪在工程施工、工程检测等相关领域的应用。同时分析了全站仪在使用过程中的误差来源，并通过相关的测量实验，分析了全站仪测角与测距的精度以及温度、气压对测距的影响。全站仪是随着现代科学技术的迅速发展而诞生的，它的出现极改变了传统的测量方

2、式，促进了测量技术的发展，它可以减少劳动强度、提高工作效率、避免了人为的测量错误和误差的传递、提高测量精度。基于全站仪各方面的优点，它被认为是实现高精度、高效率的最佳选择。所以全站仪已经被广泛地应用于工程建设项目中，而且应用比例也越来越大，为了更好地利用全站仪的特点，使其在测绘工作中发挥出更大的作用，因此有必要对全站仪有一个比较全面的了解。设计要求进度安排2012.2.10文献检索、数据整理、资料搜集、确定论文题目。2012.3.5研究资料文献，整理思路，撰写开题报告。2012.5.10撰写论文初稿。2012.6 根据导师意见，进行修改。教研室审核 室主任签名： 年 月 日 说明：此表一式两份

3、，指导教师和学生各留存一份附件3学院系毕业论文开题报告论文题目全站仪在工程中的应用及其精度分析学生专业班级联系电子信箱/QQ指导教师教研室联系电子信箱/QQ选题背景、意义目前，随着水利水电事业、农业灌溉防洪、大型建筑、地下隧道等工程项目日益增多，技术标准要求越来越高，加上全部采用机械化施工，因此测量工作再采用传统的测量仪器及测量方法难以满足在精度、时间、速度上的要求。随着现代高新技术的发展与运用，测绘技术也在不断地发展，它正在从传统的测绘技术手段向现代数字测绘过渡。而全站仪的诞生，它从根本上改变了传统测量技术体系，极促进了测量技术的发展 。它可以减少劳动强度、提高工作效率、避免了人为的测量错误

4、和误差的传递、提高测量精度。因此全站仪被广泛地应用于工程测量、工业测量、建筑测量和地形测量等诸多领域中，而且应用比例也会越来越大。所以我们有必要了解全站仪的基本功能以及在实际的工程项目中的应用，同时还应该分析全站仪在使用过程中的误差产生及大小，以此来判断全站仪所能达到的测量精度。研 究 容和方法目前全站仪被越来越广泛地应用，为了更好地利用全站仪的特点，使其在测绘工作中发挥出更大的作用。本文主要对全站仪相关的基本概况做了简单的介绍；重点分析了全站仪的测量功能及其原理，并结合工程实际分析全站仪在工程施工、工程检测等相关领域的应用。同时分析了全站仪在使用过程中的误差来源，并通过相关的测量实验，分析了

5、全站仪测角与测距的精度以及温度、气压对测距的影响。通过自身对全站仪的操作，在实际的运用来了解全站仪。计 划进 度2012.2.8经过搜集阅读文献资料，确定论文题目。在收集大量全站仪文献资料后，并对资料进行系统分析，归纳整理拟定提纲，研究资料文献，整理思路，撰写开题报告。整理已获取的资料，完成论文初稿。2012.6 根据导师意见，进行修改。指导老师意见 指导教师签名: 年 月 日教研室意见 室主任签名： 年 月 日 说明：此表一式两份，指导教师和学生各留存一份附件4 毕业设计（论文）进度检查表系 专业班级 学生题 目全站仪在工程中的应用及其精度分析时 间阶段工作容导师签名检查日期资料搜集、确定论

6、文题目撰写开题报告完成论文初稿2012.6根据导师意见，进行修改注：1、各阶段工作容包括：查阅文献、调研、文献综述、开题报告、设计方案、过程计算、上机、绘图、实验、撰写毕业设计（论文）等。2、指导教师在检查阶段工作进度完成情况后签名，本表由指导教师保存. z.-附表1 学院_ _系学生顶岗实习单位考核表学生专业班级实习单位实习时间校指导教师兼职指导教师实习岗位名称学生顶岗实习工作容摘要实习单位鉴定成绩评定优秀良好合格不合格单位负责人签名： 年 月 日（单位盖章）附注：学生顶岗实习结束后将本表交给校指导教师。附表2 学院系 学生顶岗实习综合成绩评定表专业班级实习单位评价实习单位名称成绩评定优秀良

7、好合格不合格优秀良好合格不合格优秀良好合格不合格优秀良好合格不合格优秀良好合格不合格指导教师评价成绩评定优 秀良 好合 格不合格综合成绩优 秀良 好合 格不合格指导教师签名： 年 月 日注：综合成绩由指导教师根据实习单位评定（70%）、指导教师评定（30%）两项综合评定。目 录中文摘要1ABSTRACT21、全站仪的介绍31.1 全站仪的应用现状31.2 全站仪的发展前景3全站仪的小型化、系列化发展趋势3全站仪的自动化发展趋势3全站仪的本地化发展趋势4全站仪的功能集成化发展趋势42、全站仪的应用52.1 全站仪概述52.1.1 全站仪的基本概念52.1.2 全站仪的基本原理6全站仪的基本功能8

8、2.2全站仪在实际工程中的应用92.2.1 全站仪在工程施工中的应用102.2.2 全站仪在工程检测中的应用123、全站仪的精度分析143.1全站仪的误差分析14全站仪测角系统的误差分析14全站仪测距系统的误差分析173.2全站仪测量实验及其精度分析19水平角观测精度分析19竖直角观测精度分析22距离观测精度分析24参考文献26致27附录28. z.-中文摘 要全站仪作为一种具有小型、便捷、高精度、多功能和数字化等特点的综合性测绘仪器，它极改变了传统的测量方法，使外业工作简便易行，使繁杂的业计算通过仪器的测量程序处理直接得到成果。因此，全站仪被广泛应用于测量技术领域，而且应用比例也越来越大。为

9、了更好地利用全站仪的特点，使其在测绘工作中发挥出更大的作用，因此有必要对全站仪有一个比较全面的了解。本文主要对全站仪的基本情况进行了介绍，重点分析了全站仪的测量功能及其原理，并结合实际分析了全站仪在工程施工、工程检测等相关领域中的应用。同时通过测量实验，分析了全站仪测角与测距的精度以及温度、气压对测距的影响。关键词：全站仪，应用，精度分析ABSTRACTTotal Station, as a small, convenient, high-precision, multi-functional characteristics and digital mapping of the integra

10、ted equipment, it has greatly changed the traditional measurement method, so easy to work outside the industry, so that plicated calculation in the industry through the measurement equipment directly from the results of procedures. Therefore, the total station has been widely used in the field of me

11、asuring technology, and increasing the proportion of applications. In order to make better use of Total Station features of its work in mapping out a greater role to play, it is essential to have a total station a more prehensive understanding. In this paper, the basic situation of the total station

12、 is described, focusing on analysis of the Total Station and its principle of functional measurement, bined with the actual analysis of the total station in the construction, engineering, testing, landscape construction and other related applications in the field. At the same time by measuring the e

13、*periments, analyzed the total station angle measurement accuracy and range as well as temperature, air pressure on the impact of location. And on this basis, a total station mapping plane precision error analysis, total station accuracy of trigonometric leveling with three or four standard measurem

14、ents, such as a parative analysis of tolerance, total station measuring the accuracy of the analysis area, total station-to-edge measurement to achieve the accuracy of location analysis.KEY WORDS: Total Station, application, precision analysis. z.-1、全站仪的介绍1.1 全站仪的应用现状基于全站仪的功能与特性，全站仪将是实现高效率、高精度的最佳选择，

15、这都促使其被广泛地应用于各个领域。全站仪在工程建设中的应用，如道路中线测设与纵断面测量、桥梁施工控制测量及桥梁墩、台中心位置的测设、道路立交匝道的测设、隧道施工测量等。在地质水文方面，全站仪可以用作地面沉降、滑坡、崩塌等地质灾害的变形监测、水文条件的监测等。在管线测量方面，全站仪可以应用于管线勘察设计、管线验收测量、管线普查测量中。除此之外，全站仪在工业测量、交通、钻探、地籍、房地产、航空航海、矿业、设备安装调试、考古等方面也广泛地被应用。1.2 全站仪的发展前景全站仪是当今地面测量工作走向自动化、数字化的核心测量仪器。纵观全站仪的发展过程，可归纳为工具阶段、数据自动处理阶段、智能化阶段、开放

16、性阶段，其将来的发展趋势将体现在以下几个方面1：1.2.1全站仪的小型化、系列化发展趋势自从全站仪诞生以来，全站仪的小型化工作就从未间断过。从最初的20多千克，到现在的几千克，全站仪的小型化工作已经取得重大成果。但作为外业测量设备，全站仪在保证精度的前提下，进一步实现小型、轻型化，对减轻外业测量的劳动强度仍具有十分重要的意义。由于全站仪的功能不断增加，每一品牌全站仪的家族”也不断加大。新功能、新系列全站仪的不断推出，可以满足各个部门测量人员的追新”需求，同时推动测绘技术的向前发展。1.2.2全站仪的自动化发展趋势在电磁波测距的基础上，全站仪的发展首先在度盘角度读数上实现了自动化。随着微电子和微

17、处理技术的不断发展，全站仪的自动化程度不断提高，目前轴系误差等容的补偿与改正实现了自动化，并出现了目标自动识别与照准的全站仪。将来全站仪在自动安平、自动对中、自动量取仪器高等方面会有新的突破。1.2.3全站仪的本地化发展趋势世界民族繁多，各民族各国家不仅有独特的语言，也具有独特的思维和行为方式。为了让一个世界性品牌的全站仪更具有民族化、地区化，许多具有远见的全站仪生产厂家在不断加强其产品的本地化工作，以进一步提高在世界围的应用水平。全站仪的本地化不仅体现在语言上，同时要让全站仪的操作使用更加接近当地用户的作业规。1.2.4全站仪的功能集成化发展趋势全站仪的开放性发展的目的是要实现全站仪与非全站

18、仪测量设备之间的数据共享，形成不间断的数据流”。如超站仪”的概念，即在全站仪的基础上，上面添加GPS接收机实现空间定位，下挂自动定向的螺旋仪，实现真北定向。2、全站仪的应用2.1 全站仪概述2.1.1 全站仪的基本概念全站仪，即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统2。2.1.1.1 全站仪的系统结构从总体上看，全站仪由两大部分组成 ：(1)采集数据而设置的专用设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统，还有自动补偿设备等。(2)程控制机：

19、主要用于有续地实现上述每一专用设备的功能。过程控制机包括与数据相连结的外围设备及进行计算，产生指令的微处理机。2.1.1.2全站仪的分类全站仪按其外观结构可分为两类：(1)积木型（又称组合型）。早期的全站仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录器各是一个整体，可以分离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，形成完整的全站仪。(2)整体型。随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单元在光学、机械等方面设计成一个不可分割的整体,其中测距仪的发射轴、接收轴和望远镜的视准轴为同轴结构。这对保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。全站仪按测量功能分类，可分成

20、四类：(1)经典型全站仪。经典型全站仪也称为常规全站仪，它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等基本功能，有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。(2)机动型全站仪。在经典全站仪的基础上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转。在计算机的在线控制下，机动型系列全站仪可按计算机给定的方向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。(3)无合作目标型全站仪。无合作目标型全站仪是指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。因此，对不便安置反射棱镜的目标进行测量，无合作目标型全站仪具有明显优势。(4)智能型全站仪。在机动化全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准

21、的新功能，因此在自动化的进程中，全站仪进一步克服了需要人工照准目标的重大缺陷，实现了全站仪的智能化。在相关软件的控制下，智能型全站仪在无人干预的条件下可自动完成多个目标的识别、照准与测量，因此，智能型全站仪又称为测量机器人”。全站仪按测距仪测距分类，还可以分为三类：(1)短距离测距全站仪。测程小于3km，一般精度为（5mm+5ppm），主要用于普通测量和城市测量。(2)中测程全站仪。测程为3-15km,一般精度为（5mm+2ppm），（2mm+2ppm)通常用于一般等级的控制测量。(3)长测程全站仪。测程大于15km，一般精度为（5mm+1ppm），通常用于国家三角网及特级导线的测量。 2.1

22、.2 全站仪的基本原理2.1.2.1 电子测距原理 图2-1 电磁波测距原理示意图电子测距的原理就是利用电磁波的直线传播特性来测出两点之间的直线距离。测距仪的安装其仪器竖轴线的中心点为A，被测地点安装及射器的位置为B，要测AB两点之间的距离D，开启测距仪发射一系列电磁波，电磁波分别在A、B 两点之间传播，到达B点后，被反射器原方向反射回来。 反射回的电磁波又被测距仪接收，如果电磁波测距仪能测出电磁波从发射到接收这一段时间间隔，也即是电磁在被测距离 D上往返传播所用的时间 t 2d， 则A、B之间的距离就可以利用路程、速度、时间的关系计算出来。 用于测距的电磁波一般多为微波、激光和红外线。目前全

23、站仪中广泛使用的是红外线。根据不同的测时方法，电子测距的基本方法可以分为脉冲法测距、相位法测距、干涉法测距： (1)脉冲法测距。脉冲法测距就是直接测定间断电磁脉冲信号在被测距离上往返传播所需的时间t2d，利用公式计算距离D。其测时方法为：当测距仪向反射器发射一个脉冲信号的同时，还给触发器发出一个触发脉冲，经过触发器去打开电子门，电子门一打开，记时用的时标脉冲就通过电子门进入计数器。当发向反射器的脉冲信号被反射器反射回测距仪，经过测距仪接收后也送入触发器，通过触发器去关闭电子门，电子门被闭合后，时标脉冲就不能通过电子门。则计数器上记录下的时标脉冲个数m，将对应于测距脉冲信号在被测D上往返传播所需

24、的时间t2d。时间越长，通过脉冲信号越多，反之就越少，根据时标脉冲的个数就可以计算出时间t2d从而获得距离。(2)相位法测距。鉴于简单脉冲法原理的弱点人们发明了相位法测距，又叫间接法测距。它不需直接测定电磁波往返传播的时间，而是直接测定由仪器发出的连续正弦电磁被信号在被测距离上往返传播而产生的相位交化(即相位差)，根据相位差求得传播时间，从而求得距离D。(3)干涉法测距。干涉法测距是利用波的干涉原理通过发射波和接收波的干涉实现距离测量。分两种测量原理：通过记录被测目标移动时光波移动的周期数来推算距离。测量原理也是将发射波和接收波叠加形成驻波(干涉)，通过调整调制频率搜索驻波的波节点的变化来推算

25、被测距离。2.1.2.2电子测角原理(1)编码度盘测角的基本原理和方法。利用编码度盘进行测角是电子经纬仪中采用最早，也较为普遍的电子测角方法。它是以二进制为基础，将光学度盘分为若干区域，每一区域可以用*一二进制码来表示。这样，当照准方向确定后，方向的投影落在度盘的*一区域上，即该方向与*一二进制码相对应。通过发光二极管和接收二极管，将度盘上的二进制码信息传换成电信号，再通过模数转换，得到一可读角值。由于每一个都单值对应一个编码输出，不会由于停电或其它原因而改变这种对应关系。另外，利用编码度盘不需要基准数据，也没有基准读数方向值的影响，就可以得出绝对方向值。因此有时人们把这种方法称为绝对式测角法

26、。 (2)光栅度盘测角的基本原理和方法 。在电子经纬仪中，另一种广泛使用的测角方法是用光栅度盘测角。光栅是指均匀有间隔很小栅线的光学玻璃。若栅线刻在度盘上就构成了光栅度盘，光栅度盘的栅线可以是直线，也可以是曲线。在电子经纬仪闪光栅度盘上刻的都是辐射状的直线，辐射中心通常与度盘的圆心重合，故也叫中心辐射光栅度盘。另外， 如按光栅的使用特性，可分为相位光栅和振幅光栅；按光栅度盘读数的光学原理， 可分为透射光栅和反射光栅。 在电子经纬仪中要实现测角，通常是由两个光栅度盘构成，其中一个称为主光栅，另一个称为指示光栅。利用光栅度盘测角就是要测定从起始方向两光栅度盘相对移动的光栅数，故这种测角方法也叫增量

27、式测角方法。(3)动态度盘测角的基本原理和方法。动态度盘测角系统主要由光栅度盘及其驱动系统，与仪器底座连接在一起的固定光栅探测器和与照准部连接在一起的活动光栅探测器，以及数字测微系统等组成。当执行测量指令时，度盘在驱动系统马达的带动下，以一定的速度旋转。当度盘透光条文通过光电探测器时，输出高电平；不透光条文通过光电探测器时，则输出低电平。随着度盘的连续旋转，两个探测器分别都输出方波信号。动态度盘测角的最大特点就是度盘全周分划都参与扫描测角，有效地消除了度盘分划误差的影响。另外通过对径设置两个探测器，可进一步消除度盘偏心差的影响。2.1.3全站仪的基本功能全站仪的基础测量功能主要是测量水平角、竖

28、直角以及距离，但它还配备有微处理系统，并且有一定的存运行空间和可移动存储设备(如PCMCIA卡)，具有典型的PC微机结构。因此全站仪像计算机一样，可以运行较为复杂的应用测量程序，对获取的角度和距离等数据作进一步处理，这就形成了相应的专项测量功能。全站仪的专项测量功能大大减轻了野外测量的劳动强度，极提高了测量工作效益，正成为全站仪不可或缺的重要组成部分。目前，常见的专项测量功能主要有以下几种3：坐标测定坐标测定，是通过在已知点上架设仪器，根据测站点和定向点的坐标或定向方位角，对任一目标点进行观测，获得目标点的坐标值。坐标放样坐标放样，是已知仪器点坐标和后视点坐标或已知仪器点坐标和后视方位角，即可

29、进行坐标放样，需要时也可进行坐标变换。偏心测量偏心测量,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*处间接地测定出待测点的位置。目前全站仪偏心测量的应用主要有下列4 种常用方式4：角度偏心测量；单距偏心测量；圆柱偏心测量；双距偏心测量对边测量对边测量也称为间接测距。当两点之间不能直接测距时，可将全站仪安置在能够观测到两点的任意位置，利用全站仪能同时观测仪器与镜站间的斜距、竖直角、水平角，间接计算两镜站点问的水平距离。该方法设站灵活，操作简单，能快速的测量出两个不可通视点之间的水平距离。三角高程测量三角高程测量，是将全站仪安置在已知高程的测点上,在待测点上安置棱镜,量取仪器高

30、和棱镜高,采用单项或对向观测法测定两点间的距离和竖直角,按三角原理计算高差。它在实际的应用中主要有三种方式：全站仪单向三角高程测量、全站仪对向三角高程测量、全站仪中点法高程测量悬高测量所谓悬高测量，就是测定空中*点距离*个水平面( 通常为下面的地面)的高度。首先把反射棱镜设立在欲测目标点的天底点(即过目标点的铅垂线与地面的交点),输入反射棱镜高，然后照准反射棱镜进行距离测量,再转动望远镜照准目标点,便能实时显示出目标点至地面的高度。 自由设站自由设站即在未知点上安置仪器来确定其坐标，这时要求至少有两个已知点作为后视点，观测水平角、竖直角、距离、仪器高和目标高全部要素，通过计算求得该测站点的坐标

31、。面积计算面积计算5即测定*一多边形地块的面积，常常用于地籍调查、城市规划、土方量测算以及资产评估等领域，是一项经常性的工作。首先将全站仪安置于适当位置，并将地块界址点依序按顺时针方向排列编号为 1、2、3n等，然后将反射棱镜依次置于1 、2、3n点。当观测完 n个点后，仪器自动显示由此n个点组成的一个面积。2.2全站仪在实际工程中的应用全站仪的普及和使用，给工程测量带来了深刻的变革。基于全站仪的功能与特性，全站仪将是实现高效率、高精度的最佳选择，这都促使其被广泛地应用于各个领域。2.2.1 全站仪在工程施工中的应用2.2.1.1全站仪在导线测量中的应用图2-2 闭合导线如图2-2，为*村测图

32、时采用的图根闭合导线6,7，共设了30多个点。A、B为已知点，其坐标和高程分别为(*A,YA),HA，(*B,YB),HB。Si为待测导线点。在导线点坐标测量前，先依控制网等级及大致边长在全站仪上设置平距、方位角、高差的误差限以供测站检核。在已知坐标点A对中、整平后进入坐标测量程序进行测站数据的输入，后视点B的设置有两种方式：输入已知方位角（若为独立坐标系统，初始方位可设置磁北方向）；输入已知点B的坐标。设置距离测量各参数如气温、气压及测量模式。输入测站点仪器高ih、反射镜目标高th。在所有设置完成后，全站仪精确照准后视点B点，进行后视点测量检核，至此建站完成。在坐标测量程序提示下，全站仪精确

33、照准S1点，仪器对S1点进行观测，显示该点坐标值。然后将仪器搬至S1点，调用S1点的初测坐标作为测站数据，调用后视点A点坐标进行方位角设置，输入距离测量各参数仪器高ih及目标高th。按上述方法设置完成后，即可对下一导线点S2点进行坐标测量。就这样依次采用已知点设站方式依次搬站至S2，S3，Sn-3点分别以S1，S2，Sn-4点为已知后视点测得S3，S4，Sn-2的坐标值。2.2.1.2对边测量在测制横断面中的应用绘制横断面图所需的量为两个8：水平距离和高差，也就是在横断面方向上， 中桩点到最近变坡点之间、相邻变坡点之间的水平距离和高差，或者，中桩点到各个变坡点的水平距离和高差。而全站仪对边测量

34、刚好可以很方便地获得这两个量。首先在任意合适位置摆设全站仪，选择对边测量连续式，输入中桩上棱镜高并照准棱镜进行测量。然后，再按离中桩由近到远的顺序测量横断面左部分的各个变坡点，则可获得横断面左部分的中桩点到最近变坡点之间、相邻变坡点之间的水平距离和高差。同样操作，可以获得横断面右部分的中桩点到最近变坡点之间、相邻变坡点之间的水平距离和高差。最后，根据获得的数据，选择合适的比例尺后就可以绘制横断面图，绘图既可以在现场边测边绘，也可以在室绘制，既可以手工绘制，也可以计算机绘制。如果刚才设站的位置合适，还可以测制其它位置的横断面图。当然，也可以选择对边测量放射式测制横断面图，操作方法小异。 2.2.

35、1.3全站仪在建筑工程放样中的应用9(1)全站仪放样已知方向的长度：由于全站仪一般都具有斜距换算平距功能。因此，使用全站仪放样长度的方法很简单。具体步骤可如下：如图2-3 所示安图2-3 全站仪放样已知方向的长度示意图置全站仪于A点，照准放样方向 B，将温度湿度、气压及各种参数输入全站仪中。在目标方向线A上移动反光镜，当全站仪平距显示为待放样距离S时，固定反光镜，整平后，松开制动螺旋，在三角架上平移反光镜到目标方向、并使显示器为待放样值 S为止，固定反光镜。将反光镜中心投影到地面上定一点P，此点即为持定点.其AP距离为近似的放样值S。若要求放样长度精度较高时，在上述放样后，用归化法进行改正。在

36、P点精确安置反光镜,用全站仪测量该距离,其值为S,差值为S=S-S。在AB方向线上，按S的符号，向前(后) 量取S，定点P,则P点为最终点位，AP=S。 (2)全站仪放样已知角度：在一些建筑工程建设过程中，经常需根据已知方向放样出一个 直角或任意角度，其具体步骤可如下：如图2-4所示安置全站仪于A点，将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。在 B点(已知方向点) 安置 图2-4 全站仪放样已知角度示意图反光镜。照准反光镜B， 并使仪器显示角值为00000。顺时针转动照准部瞄准另一反光镜，移动这面反光镜，直到全站仪显示器显示角值为放样的角值()，固定反光镜，将反光镜中心投影到地面上定一点P，则

37、AP方向即为要放样的方向。 (3)全站仪放样高程点：假设建筑工程场地附近有一已知高程点A，其高程为 HA，放样的高程点高程为Hp，则放样步骤如下：如图2-5所示安置全站仪于A点，量仪器高，将温度、 湿度、气压及各种参数输入全站仪中。在放样的 图2-5 全站仪放样高程点示意图地方安置反光镜，测出反光镜的镜上中心高程Hi，并计算 h=Hi-Hp。从反光镜的镜上中心向上(下)量取h定出一点P，则此点即为要放样的高程点。2.2.2 全站仪在工程检测中的应用2.2.2.1悬高测量在高度检测中的应用10图2-6 立柱钢筋预埋件高度示意图*炼油厂架设油罐的承重立柱，立柱之间用钢筋以焊接方式联接，起到稳定立柱

38、的作用。本实例的情况是在已经装配好的立柱上，有部分钢筋预埋件的高度不正确，造成钢筋不能按要求位置焊接，是装配立柱过程中产生的问题，还是立柱预制时预埋件位置有错误。经了解，立柱的高度是正确的，并且利用附近的可靠高程点和已有资料检查，B点高度也符合要求。设计的两根钢筋的长度和角度关系应该在图2-6中的A，D 和 B，C 时位置才正确。 但在立柱上相应的A、C位置却没有钢筋预埋件，而设在 A和A，C和 C各点的预埋件却用不上，这一问题可以利用全站仪的悬高测量功能来进行检核，得到AB、AB、CD和C D的铅锤距离，以此来判断钢筋预埋件的高度是否正确。2.2.2.2全站仪在高层建筑物垂直度检测中的应用1

39、1如图2-7所示，为测量高层建筑物*一墙体上两个柱体12 和34的垂直度误差，可建立如图中所示的*OY坐标系，该坐标系以该墙体的一个角点为坐标原点O（本图中O点与2号点共点）,平行于墙体的方向为* 轴，过O点且垂直墙面的方向为Y轴。若12和34柱体没有垂直度误差，则同一柱体的上部点1或3应该与其对应的下部点2或4的平面坐标一致；若该柱体存在垂直度误差，则 1 或 3 与其对应的下部点 2 或 图2-7 全站仪垂直度检测示意图4 的平面坐标就不一致，此时可根据其 *、Y 方向坐标的差值和建筑物高度 H（H为测量时上下监测点三维坐标中的高程值之差）,求出该柱体在坐标轴*、Y方向的垂直度误差和综合的

40、垂直度误差。这些反映柱体垂直度误差的计算模型可按以下方法推导。 (2.1)设1、2 点在*OY 坐标系中的坐标分别为1（*1，Y1）和 2（*2，Y2） ，则高点1与低点2的 *、Y 方向坐标差值分别为：(2.2)通过式(2.1)，可进一步计算出柱体12在*、Y方向的垂直度误差分别为：(2.3)这样柱体12的综合垂直度误差可按下式计算：据上面介绍的全站仪垂直度监测的原理，欲求出柱体12的垂直度误差，最重要的是需知道点1和点2在坐标系*OY 中的坐标，但在实际监测工作中，全站仪能够直接测出的是在自由坐标系 *OY中的坐标，而想用全站仪直接测出点1和2在 *0Y中的坐标是不可能的。因此还需要监测点

41、在自由坐标系*OY中的坐标转换到特定坐标系*OY中的坐标。3、全站仪的精度分析3.1全站仪的误差分析3.1.1全站仪测角系统的误差分析全站仪角度观测的主要误差来源主要有三个方面：一是观测人员的误差，通常称之为人差，如人照准习惯不同引起的目标照准差等；二是外界条件引起的误差，如大气折光等；三是仪器误差。这里结合全站仪的特点对仪器误差的相关容作简要分析。3.1.1.1度盘分划误差在全站仪中，无论是编码度盘还是光栅废盘，都要在度盘上按一定的规律均匀地刻制许多区间或光栅刻线，编码区间或光栅刻线之间的标淮值与实际值之差就是度盘分划误差。(1)度盘分划误差的性质。周期性：因刻度机或被刻制的区盘安置不正确，

42、使度盘各部分分划不准确而产生误差。该误差以度盘全周为周期(长周期)或以度盘上一小弧段为周期(短周期)，在度盘全周误差总和为零。偶然性：度盘在刻制过程中受外界条件(如温度)的变化等偶然因素的影响，使刻划线或偏左或偏右，具有随机特性。(2)减弱度盘分划误差的措施。对于静态度盘测角，把各测回均匀分配在度盘多个位置上进行观测，取其中数能减弱度盘分划误差的影响。对于动态度盘测角，因其在读数过程中度盘全局分划都参与积分扫描测角，在原理上能有效地消除度盘分划误差的影响，故在多测回测角的过程中，均匀分配度盘的工作已无意义。3.1.1.2照准部旋转正确性误差(1)对照准部旋转的要求。全站仪的照准部是有竖轴及其轴

43、承支撑的，竖轴轴承质量的好坏直接影响仪器的照准部的运转性能，因此照准部旋转正确与否与竖轴密切相关。旋转时稳定性要高。竖轴在轴套旋转时必须平稳而无晃动，轴与轴套中心的几何轴线致。旋转时灵活性要好。旋转时必须轻松圆滑、没有涩滞、扎紧和跳动的现象。(2)照准部旋转不正确产生的原因。竖轴与轴套间的间隙大小不当。间隙过大，转动发生摇晃；间隙过小，转动就涩滞甚至扎紧。竖轴与轴套间隙的润滑油粘度太大，或分布不均匀，可能一边积聚厚、一边薄，从而引起照准部旋转时歪斜或平移。照准部旋转的正确性主要由仪器的制造工艺来保证。目前，全站仪的竖轴系大都采用半运动式圆柱型结构。竖轴由轴套上部45斜面上的滚珠所支撑滚珠对照准

44、部起支撑和定向的双重作用。全站仪在使用过程中应按规程定期检定照准部旋转的正确性，对超出限差的仪器应进行维修。3.1.1.3基座位移误差在水平角观测中，当照准部旋转时要求固定在基座上的水平度盘稳定不动。作业时由于基座加工质量等因素的影响，基座可能有微小的变动，水平度盘也随之发生方位变化，使观测方向受到误差影响。(1)基座位移误差产生的原因。由于支撑仪器的基座脚螺旋和螺孔之间有空隙存在，当照淮部旋转时，轻微的轴对摩擦可能使脚螺旋在螺孔移动，从而使基座连同水平度盘产生微小的方位变动，故此误差也称为基座空隙带动误差。(2)减弱基座位移误差的措施。基座位移误差只有在照准部顺转或逆转开始时才会发生，且这种

45、误差在变换旋转方向后、开始时最大，以后逐渐减小，当脚螺旋已经压向孔壁的一侧时，基座就不在变动。由此可见，当观测*一组方向时，首先将仪器沿着要旋转的方向转动1至2周，然后照准第一方向，在以后照准各方向时，保持同一方向旋转，就可以避免或减弱这项误差的影响。3.1.1.4 望远镜调焦时视准轴变动引起的测角误差全站仪望远镜的作用有二：一是将远方的目标通过成像加以放大(放大视场角)，以便看清目标；二是提供精确照准目标的视准轴，以确定目标的视线方向。 为了保证观测结果的精度，要求望远镜的机械轴、光轴、视准轴三者重合。但由于望远镜调焦筒的螺纹间存在空隙或由于磨损及有杂物的影响，调焦筒在作轴向来回移动时也引起

46、调焦筒沿径向产生运动，使调焦镜的光心偏离视准轴。引起本来已照准的目标偏离原来的位置，从而产测角误差。为了减弱望远镜调焦误差的影响，当观测*一组方向时，目标距离应比较接近、避免在方向之间重新凋焦。如果在实际作业中，各被测目标到测站的距离长短相差较大，不可避免地需要调焦来照准目标时，应选择望远镜调焦误差较小的全站仪进行观测，并在测量方案制定中充分考虑这项误差的影响。3.1.1.5三轴系统性误差(1)竖轴误差。全站仪竖轴铅垂是通过照准部的倾斜传感器设置的。竖轴倾斜对水平方向的影响不能通过盘左、盘右取平均值得方法予以消除，而且竖直角越大，对水平方向的影响就越大。(2)横轴误差。横轴误差是指横轴不与竖轴

47、垂直面产生的误差。由于横轴误差的存在，当望远静上下转动时，视准轴划过的平面就不是铅垂面，而是一个倾斜面。竖轴不严格铅垂，也造成横轴的倾斜，这用于竖轴误差。横轴误差对水平方向的影响随竖直角的增大而增大，在视线水平时无影响。与视准轴误差相同，横轴误差的影响在盘左、盘右平均值中可得到消除。(3)视准轴误差。望远镜的十字丝交点与物镜光心的连线称为视准袖。视准铀与横轴不正交就产生视准差。当望远镜上下转动时，视准轴划过的面就不能保持平面，而是一圆锥面。它对水平方向的影响随竖直角的增大面增大。但可在盘左、盘右的平均值中消除。3.1.1.6 补偿器倾斜量测量误差在全站仪中，倾斜补偿器和电子度盘样，也是角度测量

48、中主要的光电传感器之一。全站仪角度测量结果包含补偿器测定的倾斜补偿量，因此补偿器倾斜测量误差必然成为角度测量误差的一部分。补偿器相对铅垂线的零位安置误差为系统误差。通过补偿器的指标差修正可以消除或减弱。除此之外，山于光敏元件的灵敏度，液面晃动等因素影响，致使补偿器所测量出的倾斜量存在偶然误差。为了减弱此项误差，在仪器旋转照准新的目标后，应稍等片刻，待液体补偿器液面稳定(反映在角度显示的稳定)之后再读数。在震动较大，仪器不易稳定的场合，全站仪测角时应关闭补偿器。3.1.1.7度盘偏心差度盘的偏心包括水平度盘和竖直度盘的偏心。由于安装不可避免的会存在误差，使得水平度盘、竖直度盘的中心没有严格位于竖

49、袖、检轴的轴线上，产生偏心，使度盘读数产生误差。全站仪一般都在度盘相对180的位置上装有两个读数装置。在显示窗上显示的数值，即两位置读数的平均值，度盘偏心差的影响已得到消除。3.1.1.8竖盘指标差由于指标从正确的位置偏移了的缘故，使视线水平时的读数大了或小了一个数值引起的，所以称这个偏移值为竖盘指标差。竖盘指标差可在盘左、盘右的平均值中予以消除。3.1.2全站仪测距系统的误差分析测距误差可分为两类：一类是与距离远近无关的误差称为固定误差；另一类是与距离远近成比例的误差称为比例误差15。3.1.2.1固定误差(1)测相误差。测相误差就是测定相位差的误差。测相精度是影响测距精度的主要因素之一，因

50、而提高测相精度对测距会十分有利。但测相误差的来源很多，有仪器本身的原因，也有外界条件变化的影响。测相系统本身的误差：目前红外测距均采用脉冲数字式自动测相装置。它主要受时钟脉冲频率稳定性、检相电路的时间分辨率以及平均检相次数的影响。要减弱测相系统本身误差的影响，主要是提高电路和测相装置的质量。照准误差：照准误差是由于发光二极管所发射的光束相位不均匀性而产生的。理想的情况是，砷化镓发光管发射的光束，在与发光管等距离的圆弧面上的相位均相同。这样，利用光束的不同位置测出的距离也就相同。而实际情况是，相位相同的点并不仅于与发光管等距离的同一圆弧上，就是使得相位相同的点，距离都不一样。这样在测距时，用了光

51、束的不同位置，结果也会不同。这就是相位不均匀所造成的误差。这项误差主要取决于发光管的质量。其次可采用一些光学措施，如混相透镜等，以减小此项误差的影响。幅相误差：幅相误差是由于接收信号的强弱变化，而对测量相位差所造成的影响。为了减小幅相误差的影响，可改善电路系统，加设自动增益控制电路，以控制电流的输出幅度。也可设置控制孔径光栏或减光板，以调节信号强度。全站仪一般均设有幅度自动控制系统，虽然测量的距离远近不同，但接收信号的幅度能保持在一定围，这就避免了幅相误差的产生。由噪音引起的误差：由于大气因气温变化而产生的抖动及一些光、电信号的干扰而产生的噪音，降低了仪器对测距信号的分辨能力，给测距带来误差。

52、影响测距信号分辨能力的是信噪比，即信号功率与噪声功率的比值。因此可采取增大信号强度的方法来减少噪音的影响。另外这项误差是随机的，仪器多采用增多捡相次数而取平均值，以减弱其影响。(2)仪器加常数误差。加常数误差是由仪器的测距部光学零点和仪器对点器不一致造成的，其现象是对所有测量值都加入了一个固定偏差。它由两部分构成即仪器常数误差和棱镜常数误差。此外，幅相误差也常常影响加常数的检测效果，因为仪器幅相特性不好时若外光路不平衡，则光路的测量结果不能完全抵消外光路测量的延迟，也能产生加常数类似的效果。 (3)仪器和棱镜的对中误差。用光学对中器对中，对中误差一般小于1mm，对中杆相垂球对中，一般可小于2m

53、m。对于精密测距，要求测前对光学对中器进行严格校正，观测时应仔细对中。不要使用对中杆。(4)周期误差。周期误差是以一定距离为周期重复出现的误差，它的周期一般是精测光尺长度，即精测波长的二分之一，但也有例外。周期误差主要是由于仪器部电信号的串扰而产生的。尤其是与测相信号同频率的干涉信号。这种同频信号可以通过电子开关、电源线等通道或空间渠道的耦合串到接收部分，形成固定不变的串扰信号，使接收信号的相位发生变化。这时相位计测出的相位已不是测距信号的相位，而是测距信号与串扰信号的合成信号的相位。这就便测距产生误差。为了减少仪器的周期误差，主要是采取加强屏蔽、合理隔离。目前的全站仅都采用了大规模集成电路，

54、并有良好的屏蔽，因此周期误差很小。3.1.2.2比例误差(1)真空光速值的测定误差。目前真空光速值得测定精度已经相当高，所以此项误差对测距影响可以忽略不计。(2)仪器乘常数误差。乘常数误差是由仪器的时间基准偏差造成的，现象是给观测值加入了一个与距离成比例的偏差。而石英晶体振荡器是测距系统产生时间基准的主要元件，调制频率也是由石英晶体振荡器产生的。调制频率决定光测尺的长度，它的误差直接影响测距精度。因此石英晶体震荡器的好坏直接决定了测距的精度。乘常数误差的产生主要有两方面的原因：一是振荡器设置的调制频率有误差，即频率的准确度问题；二是在使用过程中，由于晶体老化、温度变化、电源及电子电路的影响，振

55、荡器的频率发生漂移，即频率的稳定度问题。前者产生的频率误差可用高精度的频串计校准。后者可选择高质量的石英晶体，采用恒温装置或温补装置以及稳定的电源，以减小乘常数误差。(3)大气折射率的误差。大气折射率主要受气温和气压的影响比较大。而湿度影响最小，一般情况下可以不考虑。所以大气折射率误差的来源主要是测定气温和气压的误差，而大气折射率误差与测距误差成正比，这就要求选用好的温度计和气压表，对于精密的测量，在测前应对所用气象仪表进行检验。另外，所测定的气温、气压应能准确的代表测线的气象条件。3.2全站仪测量实验及其精度分析全站仪的基础测量功能是对水平角、竖直角以及距离进行的观测。本次实验主要采用索佳S

56、ET510全站仪(其主要技术指标16如表3-1)进行水平角、竖直角与距离观测，并进行相关的测角、测距精度分析。表3-1 技术指标仪器型号测角标称精度测距标称精度生产厂家SET5105(5+510-6D)mm日本索佳公司BAC在使用全站仪进行测量前，都必须对仪器进行检校，以保证测量结果的正确性。通过对全站仪照准部水准器、圆水准器、视准差、光学对中器、距离加常数等的检校，该全站仪完全能满足测量要求。3.2.1水平角观测精度分析实验目的：通过测量三角形的三个角，分析全 站仪测量水平角的精度。实验地点：市水果市场实验时间：2012年1月29日图3-1 水平角观测示意图观测天气：晴，温度20C左右实验方

57、案 实验采用全站仪同精度观测三角形中的每一个角，其中边AB、BC、AC长度分别为30.240m、35.625m、39.767m，测量时依次在三角形的每个顶点上设立观测站，采用测回法测量三角形的每个角。测量每个水平角时都要求观测20个测回，测回间按规规定配置度盘。最终可以得到20组三角形三个角的观测数据，通过对这些观测数据的分析就可以得到全站仪水平角的观测精度。实验结果通过测量实验，得到以下观测数据(见附表1)。并根据所观测数据得到如下20组三角形三个角的观测数据：表3-2 水平角观测数据编号159 23 1474 01 1046 35 33259 23 1074 01 1246 35 3435

58、9 23 1274 01 1446 35 37459 23 1374 01 1046 35 33559 23 1674 01 1446 35 35659 23 1474 01 1346 35 37759 23 1274 01 1546 35 37859 23 1574 01 1046 35 30959 23 0974 01 1246 35 351059 23 1674 01 1346 35 351159 23 1874 01 1446 35 361259 23 1074 01 1146 35 361359 23 1474 01 1546 35 351459 23 1274 01 1046 35

59、 331559 23 1774 01 1246 35 361659 23 1474 01 1446 35 381759 23 1374 01 1446 35 371859 23 1574 01 1546 35 351959 23 1474 01 1046 35 312059 23 1374 01 1446 35 37精度分析根据表3-2中的三角形的三个角的观测值、，可以求出闭合差(i=1，2n)。表3-3 三角形闭合差编号闭合差编号闭合差编号闭合差1 -38 -515 +52-49-416+63+310+417+44-411-618+55+512-319-56+413+420+47+414-5按真