全站仪的使用

1．基本测量

(1)角度测量功能

全站仪具有电子经纬仪的测量水平角和竖直角的功能，其操作方法可参见电子经纬仪部分。

(2)距离测量功能

全站仪具有光波测距仪的测距部分，除测量至反射棱镜距离(斜距外)，还具有以下功能。

1)最大测程

不同类型的全站仪，反射棱镜数目和气象条件不同，其最大测程也不相同，需根据测量的目的和内容来选取。

2)测量模式变换

按具体情况，能进行高精度和快速测量。一般仪器都可以进行如下多种工作状态选择。

①最小分辨率的选择：可以选1cm，1mm，0．1mm等。

②测距次数的选择：可以选择单次测量和多次测量。

③单次测量：能显示一次测量结果，然后停止测量。

④连续测量：可进行不间断地测量，但只要按停止键，测量马上中止。

⑤指定次数的测量：可以将多次测量平均值自动计算，根据所需的测量次数，测量后显示平均值。

⑥测量精度和时间的选择如下：

a．正常测量。距离、角度测量精度高，需数秒钟。

b．简易测量。测量精度低，可快速测量。

c．跟踪与非跟踪测量选择。跟踪测量可以一定的时间追踪观测目标。

3)各种改正功能

距离测量的改正应考虑反射棱镜常数的改正、气象(气温和气压)的改正和球差的改正。

4)斜距归算功能

全站仪最大的特点是：从测量的天顶距(或竖直角)和直线距离(斜距)瞬时计算出仪器至反射棱镜的平距和高差，并马上显示。

5)距离换算功能

一次测距后，按操作键可立即读出斜距、平距、高差中的任意一个值。

(3)坐标测量功能

首先，在测量之前输入仪器高和目标高(反射棱镜高)，必要时才输入Z坐标值(高程)。然后再输入测站点的坐标值，照准另一已知点，使水平度盘读数与已知方向值相符。按着再照准目标点上的反射棱镜，一按坐标测量键，即能显示目标的坐标值(X、Y、Z)。

输入测站点的坐标，设定方位角，测出至目标点的距离和角度，目标点的坐标值可由下列公式来计算：

X=X+S·sinθ·cosα

Y=Y+S·sinθ·sinα

Z=Z+S·sinθ(i－v)

式中 (X、Y、Z)——测站点坐标；

S——斜距；

θ——天顶距；

α——方位角；

i——仪器高；

v——目标高。

2．高级测量

目前出厂的电子全站仪，由于内置CPU，具有强大的计算功能。因此现在市场上的全站仪可以处理许多复杂的测量工作，现以SokkiaSET2100／3100／3100s／4100／4100s全站仪为例，介绍自由设站功能(后方交会)(Resection)。

(1)后方交会测量(Resection)方法概述

后方交会通过对多个已知点的测量来定出测站点的坐标，如图18－102所示。

图18－102 后方交会

输入值或观测值：N、E、Z为已知点的坐标值；H为水平角观测值；V为垂直角观测值；D为距离观测值。

输出值N、E、Z：测站点的坐标值。

SET系列全站仪通过观测2～10个已知点便可计算出测站的坐标。计算条件如下：

1)可测距时，最少观测2个已知点。

2)无法测距时，最少观测3个已知点。但观测的已知点越多，观测距离越长，计算所得坐标精度也就越高。

3)坐标计算过程：测站点N、E坐标通过列出角度和边长误差方程，采用最小二乘法求取，而Z坐标则通过计算平均值求取。计算过程如图18－103所示。

图18－103 坐标计算过程图

(2)后方交会测量操作步骤

按[RESEC]显示已知点坐标输入屏幕：

1)在测量模式的第3页菜单下按[RESEC]，显示如图18－104(a)所示。

图18－104 计算过程屏幕显示图

2)输入第1个已知点的坐标按回车。

①中断输入按[Esc]；

②读取坐标数据按[READ]；

③记录坐标数据按[REC]。

3)完成第1已知点坐标的输入后按[OK]，显示如图18－104(b)所示为第2已知点坐标输入屏幕。

4)重复上述第2)、3)步输入全部已知点各点的坐标。

5)全部已知点坐标输入完毕后按[MEAS]，按[MEAS]开始显示后方交会测量屏幕。

6)照准第1已知点，按[ANGLE]只进行角度测量，或者按[SDIST]进行角度距离测量，显示如图18－104(c)所示。

照准第1已知点按[MEAS]，按[STOP]显示测量结果屏幕。

7)当测量完成或者重复测量模式下按[STOP]后，显示如图18－104(d)所示。若是按[ANGLE]只进行角度测量，则将不显示距离值；若采用该测量结果，输入第1已知点的目标高后按[YES]。随之屏幕提示进下一已知点的观测，按[YES]，随之屏幕提示进行下一已知点的观测。放弃该结果按[NO]，测量结果屏幕如图18－104(e)。

8)重复第6)、7)步进行对第2及其他已知点的测量。当计算测站坐标所需的最少观测值数时得到满足后，屏幕上将显示出[CALC]，如图18－104(f)所示。完成对全部已知点的测量后，按[YES]仪器自动开始坐标计算，操作过程如下：

①重新观测同一点按[NO]；

②观测下点按[YES]；

③计算测站点坐标按[CALC]。

测站点坐标计算屏幕：进行测站点坐标计算时，屏幕显示如图18－104(g)所示。

后方交会结果显示屏幕：计算完成后，显示计算结果如图18－104(h)所示，其中标准差O、O体现了交会测量结果的精度。

9)按[OK]采用所计算的结果，该结果被作为测站坐标进行记录显示恢复方位角设置屏幕，步骤如下：

①放弃计算结果停止观测按[SEC]；

②放弃计算结果重新观测按[RE-OBS]；

③放弃计算结果增加已知点按[ADD]；

④采用计算结果并记入工作文件按[REC]，需要设定方位角按[OK]，否则按[SCE]。

(3)重新观测步骤

重新观测可以从第1已知点开始，也可以仅对最后的已知点进行重测，按[RE-OBS]显示重新观测菜单屏幕。

1)在后方交会结果显示屏幕下，按[RE-OBS]，显示如图18－104(i)所示，其中“1．Start Point”从第1已知点开始重测；“2．Last Point”仅对最后的已知点重测。

2)选取后按回车，用光标选取“1．Start Point”或“2．Last Point”后按回车，显示如图18－104(i)所示(开始后方交会测量屏幕)。

此后的操作与“后方交会测量”中的第6)步以后的操作完全相同。

(4)增加已知点

按[ADD]显示开始后交后测量屏幕。

1)在后方交会结果显示屏幕下按[ADD]

当原来的已知点未观测完毕时，显示如图18－104(j)(后交后测量屏幕)所示。在增加已知点时显示如图18－104(k)(增加已知点屏幕)所示。

2)若原来的已知点尚未观测完毕，按后方交会测量中的第5)步开始的相同步骤操作。在增加已知点时，按后方交会测量中第2)、3)步进行操作。

(5)后方交会测量注意事项

当测站点与已知点位于同一圆周上时，测站点的坐标在某些情况下是无法确定的。在图18－105(a)图所示的图形是可取的。对图18－105(b)而言，有时无法计算出正确的结果。当已知点位于同一圆周上时，可采取如下措施：

图18－105 危险圆和小夹角

▲△：未知点；〇●：已知点

1)将测站点尽可能地设在由已知点构成的三角形的中心上。

2)增加一不位于圆周上的已知点。

3)至少对其中一个已知点进行距离测量。

当已知点间的距离一定，测站与已知点间的距离越远，则所构成的夹角就越小，已知点就容易位于同一圆周上。但是，若已知点间的夹角过小，将无法计算出测站点的坐标。

3．放样测量

放样测量用于实地上设定所要求的点。在放样测量中，通过地照准点的水平角、距离或坐标的测量，仪器所显示的是预先输入的待放样值与实测值之差。放样测量使用盘左位置进行(图18－106)。

图18－106 距离放样

显示差值=实测值－放样值

(1)距离放样测量

根据某参考方向转过的水平角和至测站点的距离来设定所要求的点。在菜单模式下选取“2．S-O”也可以进行放样测量。

距离放样测量步骤：

1)照准参考方向。

2)在测量模式的第2页菜单下按两次[O SET]，将参考方向设置为零[图18－107(a)]，在测站上照准参考方向。

图18－107 距离放样测量屏幕显示图

3)在测量模式第2页菜单下按[S-O]，屏幕显示如图18－107(b)(放样测量菜单屏幕)所示。选取“2．S-Odate”后按回车。

4)选取“2．S-O”后按显示如图18－107(c)所示，放样数据输入屏幕。

5)输入下列数据项：

①放样距离(SO dist)；

②放样的角度(SO Hang)。

每输完一数据项后按回车。

6)按[OK]显示如图18－107(d)(放样观测屏幕)所示。

其中S-OS：至待放样点的距离值；DHA：至待放样点的水平角差值；中断输入按[ESC]。

7)按[←→]键引导屏幕，屏幕显示如图18－107(e)(放样引导屏幕)所示。在第2行中所显示的角度为角度实测值和放样值之差值，而箭头方向为仪器照准部应转动的方向。

8)旋转仪器照准部至使第2行所显示的角度值为0°。

当角度实测值与放样值之差值在±3°范围内时，屏幕上显示两个箭头。箭头的含义如下：[←]从测站上看去向左移动棱镜，[)与任何一个其他点间的斜距、平距和高差。在测量两点间高差时，将棱镜安置在测杆上，并使所有各点的目标高相同(图18－119)。

图18－119 对边测量

(1)多点间距离测量

在菜单模式下选取“5．MLM”也可以进行对边测量，出现测量模式屏幕。如图18－120所示。

1)在测量模式下，照准起始点P后按[SDIST]开始测量。

2)测量停止后(在重复测量模式下时)按[STOP]，屏幕显示如图18－120(a)所示。

3)照准目标点P在测量模式第3页菜单下按[MLM]开始对边测量。按[MLM]开始对边测量屏幕，按[STOP]出现对边测量结果屏幕[图18－120(b)]。

4)测量停止后显示如[图18－120(c)]所示的对边测量结果：

图18－120 多点间距离测量屏幕显示图

MLM S：起始点P与目标点P间的斜距；

H：起始点P与目标点P间的平距；

V：起始点P与目标点P间的高差；

S：测站点与目标点P间的斜距；

ZA：测站点与目标点P间的垂直角；

HAR：测站点与目标点P间的水平角。

5)照准目标点P后按[MLM]开始对边测量。测量停止后显示起始点P与目标点P间的斜距、平距和高差。用同样的方法，可以测量起始点与其他任一点间的斜距、平距和高差[图18－120(d)]。重新观测起始点按[OBS6)按[ESC]结束对边测量。

(2)两点间的坡度测量(图18－121)

图18－121 两点间的坡度测量屏幕显示图

起始点P与任一点P间的坡度可以用百分比形式显示出来，步骤如下：

1)在对边测量结果屏幕下按[S／%]，则相应两点间的坡度被显示在第二行上。

2)再按一次[S／%]恢复原屏幕。

(3)改变起始点

最后测量的目标点可以改变为后面测量的起始点，如图18－122所示。

图18－122 改变起始点

操作步骤如下：

1)按“测量多点间的距离”中介绍的第1～4步对起始点的目标点进行观测。在对边测量结果屏幕下按[MOVE]显示改变起始点屏幕[图18－123(a)]。

图18－123 改变起始点测量屏幕显示图

按[MOVE]将最后观测的目标点设为起始，显示改变起始点屏幕，按[YES]确认。

2)按[YES]确认，出现对边测量屏幕，如图18－123(b)所示。

3)按“测量多点间的距离”介绍中第3步的方法进行下一目标点的测量。

6．悬高测量

悬高测量(Remote Elenation)用于对不能设置棱镜的目标(如高压输电线、桥架等)高度的测量，其基本原理如下。

目标高计算公式：

H=h+h

h=Ssinφ×cotφ－Scosφ

式中 h——棱镜高；

h——悬高；

H——目标高；

φ——棱镜天顶距；

φ——目标天顶距；

S——斜距。

进行悬高测量时，不论选用何种测距模式，初次测量时间均为0．7s，其后每间隔0．5s测一次。进行此项操作，应首先按“键功能分配”中介绍的方法将[REM]功能定义到键上。在菜单模式下选取“6．REM”也可以进行悬高测量。

悬高测量步骤如下(图18－124)：

图18－124 悬高测量步骤

1)将棱镜设于被测目标的正上方或者正下方，用带尺量取棱镜高(测点至棱镜中心的距离)。

2)在测量模式第3页菜单下按[HT]进入仪器高度设置屏幕。高度设置屏幕如图18－125(a)所示，输入棱镜高后按[OK]。

图18－125 悬高测量屏幕显示图

3)照准棱镜，在测量模式第4页菜单下按[SDIST]开始进行距离测量(距离类型可以是斜距、平距或高差)[图18－125(b)]。

4)照准目标，在测量模式下使之显示[REM]功能，悬高测量屏幕如图18－125(c)所示。

5)按[REM]开始进行悬高测量，0．7s后在“HT”一栏中显示出目标至测点的高度，此后，每间隔0．5s显示一次测量值。测量停止后显示出测量结果[图18－125(d)]。

6)按[STOP]结束悬高测量操作。

①重新观测棱镜(测距)：按[OBS](然后从第7步开始)；

②开始悬高测量：按[REM]。

7)按[ESC]退回测量模工屏幕。

①最大观测角度：水平±89°；

②最大测量高度：±9999．999m。

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