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第五章全站仪及其使用
一、概述全站型电子速测仪简称全站仪,它是一种可以同时进行角度(水平角、竖直角)测量、距离(斜距、平距、高差)测量和数据处理,由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器由于只需一次安置,仪器便可以完成测站上所有的测量工作,故被称为“全站仪二全站仪的结构原理如图4-16所示图中上半部分包含有测量的四大光电系统,即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来微处理机(CPU)是全站仪的核心部件,主要有寄存器系列(缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器)、运算器和控制器组成微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作,执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作,保证整个光电测量工作有条不紊地进行输入输出设备是与外部设备连接的装置(接口),输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据目前,世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪
二、全站仪的测量功能与原理图光电测距示意图4T8
(一)、概况电磁波测距按测程来分,有短程(V3kn))、中程(3-15kni)和远程(>15km)之分按测距精度来分,有嗓(5nnn)、政(5mm-lOmm)和IE汲(>lOmm)按载波来分,采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪;采用光波作为裁波的称为光电测距仪光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源(普通光源已淘汰),采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪由于红外测距仪是以碑化稼(GaAs)发光二极管所发的荧光作为载波源,发出的红外线的强度能随注入电信号的强度而变化,因此它兼有载波源和调制器的双重功能GaAs发光二极管体积小,亮度高,功耗小,寿命长,且能连续发光,所以红外测距仪获得了更为迅速的发展本节讨论的就是红外光电测距仪
(二)、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,加已知,则距离D可由下式求出D=式中c=c/n,Co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有关测定距离的精度,主要取决于测定时间,2D的精度,例如要求保证±lcm的测距精度,时间测定要求准确到
6.7x10-%,这是难以做到的因此,大多采用间接测定法来测定,2间接测定1犯的方法有下列两种
1.脉冲式测距由测距仪的发射系统发出光脉冲,经被测目标反射后,再由测距仪的接收系统接收,测出这一光脉冲往返所需时间间隔()的钟脉冲的个数以求得距离Do由于计数器的频率一殷为300MHz(300x106Hz),测距精度为
0.5m,精度较低
2.相位式测距由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波,测出该调制光波在测线上往返传播所产生的相依移,以测定距离D红外光电测距仪一般都采用相位测距法在神化铭(GaAs)发光二极管上加了频率为f的交变电压(即注入交变电流)后,它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化,这种光称为调制光测距仪在A点发出的调制光在待测距离上传播,经反射镜反射后被接收器所接收,然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较,由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移(P
(三)、全站仪的操作与使用不同型号的全站仪,其具体操作方法会有较大的差异下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法
1.全站仪的基本操作与使用方法1)水平角测量
(1)按角度测量键,使全站仪处于角度测量模式,照准第一个目标A
(2)设置A方向的水平度盘读数为0°00,00〃
(3)照准第二个目标以此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角2)距离测量
(1)设置棱镜常数测距前须将棱镜常数输入仪器中,仪器会自动对所测距离进行改正
(2)设置大气改正值或气温、气压值光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化,15℃和760mmHg是仪器设置的一个标准值,此时的大气改正为Oppm实测时,可输入温度和气压值,全站仪会自动计算大气改正值(也可直接输入大气改正值),并对测距结果进行改正
(3)量仪器高、棱镜高并输入全站仪
(4)距离测量照准目标棱镜中心,按测距键,距离测量开始,测距完成时显示斜距、平距、高差全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种精测模式是最常用的测距模式,测量时间约
2.5s,最小显示单位1mm;跟踪模式,常用于跟踪移动目标或放样时连续测距,最小显示一般为1cm,每次测距时间约
0.3s;粗测模式,测量时间约
0.7s,最小显示单位1cm或1mm在距离测量或坐标测量时,可按测距模式(MODE)键选择不同的测距模式应注意,有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高,显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差3)坐标测量
(1)设定测站点的三维坐标
(2)设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角当设定后视点的坐标时,全站仪会自动计算后视方向的方位角,并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角o
(3)设置棱镜常数
(4)设置大气改正值或气温、气压值
(5)量仪器高、棱镜高并输入全站仪
(6)照准目标棱镜,按坐标测量键,全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。