無棱鏡全站儀測距的探討定稿

1、河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書專業(yè)班級 測繪 09-2 班 學(xué)生姓名 張紅星 一、題目 無棱鏡全站儀測距的探討 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日三、主要任務(wù)與要求 指 導(dǎo) 教師 職稱 學(xué) 院 領(lǐng)導(dǎo) 簽字（蓋章）年 月 日河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱人評語畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱人評語題目 無棱鏡全站儀測距的探討 評 閱 人 職稱 工作單位 年 月 日河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文3河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評定書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評定書題目 無棱鏡全站儀測距的探討 指 導(dǎo) 教師 職稱 年 月 日河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

2、）答辯許可證畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯許可證答辯前向畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會（小組）提交了如下資料：1、設(shè)計(jì)（論文）說明 共 頁2、圖紙 共 張3、指導(dǎo)教師意見 共 頁4、評閱人意見 共 頁經(jīng)審查， 測繪工程 專業(yè) 09 級 2 班 張紅星 同學(xué)所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，符合學(xué)校本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書的要求，根據(jù)學(xué)校教學(xué)管理的有關(guān)規(guī)定，同意參加畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。 指導(dǎo)教師 簽字（蓋章）年 月 日根據(jù)審查，準(zhǔn)予參加答辯。答辯委員會主席（組長） 簽字（蓋章）年 月 日河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會（小組）決議畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會（小組）決議

3、 院（系） 專業(yè) 班 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）于 年 月 日進(jìn)行了答辯。根據(jù)學(xué)生所提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料、指導(dǎo)教師和評閱人意見以及在答辯過程中學(xué)生回答問題的情況，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會（小組）做出如下決議。一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總評語二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總評成績： 三、答辯組組長簽名：答辯組成員簽名：答辯委員會主席： 簽字（蓋章）年 月 日河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文I摘摘 要要全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，集電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和微處理器于一體，能自動(dòng)記錄，存儲并且具備某些固定計(jì)算程序，能在一個(gè)測站點(diǎn)快速進(jìn)行測點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)了測量和數(shù)據(jù)處理過程的電子化、一體化。距離測量是

4、全站儀的兩大功能之一，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全站儀的測距方式正在不斷的改進(jìn)，測距精度也在逐步的提高。本文主要介紹了全站儀的測量原理；全站儀在有、無棱鏡模式下的測距原理；全站儀無棱鏡模式測距的應(yīng)用；以及通過實(shí)驗(yàn)探究了有、無棱鏡模式對全站儀測得點(diǎn)位的影響，以及無棱鏡測距的性能與反射面顏色、測量距離、入射角、拐角、空隙等之間的關(guān)系，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了結(jié)論：有、無棱鏡模式下測得相同點(diǎn)的點(diǎn)位無明顯區(qū)別，并且，總結(jié)出了無棱鏡模式測距的穩(wěn)定性與反射面顏色、測量距離、入射角、拐角、空隙的變化關(guān)系，給出了無棱鏡全站儀使用過程中的注意事項(xiàng)。無棱鏡全站儀的誕生，代表了全站儀測距新的發(fā)展前景和希望，并以其“所瞄即

5、所測”功能廣泛應(yīng)用于控制測量、地形測量、工程測量和滑坡監(jiān)測等測量工作中，本文的研究成果將對實(shí)際工作有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：全站儀 無棱鏡 穩(wěn)定性河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文IIABSTRACTTotal station is short for total station type electronic measuring instrument. A total station integrates the functions of an electronic theodolite for measuring angles ,an EDM for measuring distances, dig

6、ital data and a data recorder . And it can automatically record, store, and equipped with some fixed calculation program that can carry out measuring point 3 D coordinate data collection, implements the electronic measurement and data processing and integration. Distance measurement is one of the tw

7、o big functions of total station, with the development of science and technology, total station ranging method is increasingly improved, ranging accuracy are also gradually improve.This paper mainly introduced the principle of the total station measurement; the principle of the distance measurement

8、with prism and without prism; and through the experiments explore the modes influence on the total station measured points, and the performance and reflection prism rangefinder surface color, distance measurement, Angle of incidence, the relationship between the corners, gaps, etc, through the analy

9、sis of experiment data, the conclusion is obtained: with and without prism mode no obvious difference between measured the level of similarity, and concluded that no prism model range of stability and reflective surface color, measuring distance, Angle of incidence, the corner, and the changes of ga

10、p and without prism in the process of using total station is given.The Emergence of total station without prism is the total stations prospect and hope, and with its aim is measured by function is widely used in control surveying, topographic surveying, engineering surveying and landslide monitoring

11、 measurement, the research achievements of this paper will be of some reference value to the actual work.Key words: Total station Without prism Stability河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文i目目 錄錄1 緒論.11.1 研究目的和意義.11.2 研究現(xiàn)狀.11.3 論文組織.22 全站儀簡介.32.1 全站儀的發(fā)展簡史、現(xiàn)狀.32.2 全站儀的分類.32.3 全站儀的測量原理.42.4 全站儀的使用.52.5 全站儀常用測量功能的原理.52.5.1 三維

12、坐標(biāo)測量 .52.5.2 三維坐標(biāo)放樣 .62.5.3 對邊測量 .72.5.4 偏心測量 .72.5.5 GPS-RTK 與全站儀聯(lián)合作業(yè) .72.6 無棱鏡全站儀的特殊用途.82.6.1 塔形建筑物的傾斜測量 .82.6.2 高壓線弧垂高度的測量 .92.7 全站儀應(yīng)用現(xiàn)狀與維護(hù)方法.103 全站儀測距原理 .123.1 有棱鏡模式的全站儀測距.123.2 無棱鏡模式的全站儀測距.153.2.1 無棱鏡全站儀的應(yīng)用 .163.2.2 無棱鏡全站儀的特點(diǎn) .174 無棱鏡全站儀測距性能的探討與分析.184.1 探究全站儀在有、無棱鏡模式下測得的點(diǎn)位有無明顯區(qū)別.184.2 探究入射角度對測距

13、穩(wěn)定性的影響.194.3 探究常見不同材質(zhì)反射面對測距穩(wěn)定性的影響.204.4 探究常見不同色彩反射面對測距穩(wěn)定性的影響.214.5 探究網(wǎng)孔、間隙、距離對測距穩(wěn)定性的影響.214.6 探究邊緣點(diǎn)、拐角對測距穩(wěn)定性的影響.225 結(jié)論與展望.24河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文ii5.1 實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論總結(jié).245.2 有、無棱鏡全站儀優(yōu)勢與不足.245.3 無棱鏡全站儀的發(fā)展前景.25致 謝.26參考文獻(xiàn).27河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文11 1 緒緒 論論21世紀(jì)，測量技術(shù)進(jìn)入數(shù)字化、自動(dòng)化時(shí)代，各種先進(jìn)的測量理論與方法不斷的應(yīng)用于實(shí)踐，有力的推動(dòng)了測繪學(xué)科的發(fā)展。同樣，在全站儀方面的重要發(fā)展是長距離免

14、棱鏡全站儀的出現(xiàn)，自徠卡公司生產(chǎn)出第一臺免棱鏡全站儀以來，其有效測量距離由初期幾十米發(fā)展到當(dāng)前的一千米以上。傳統(tǒng)全站儀測量進(jìn)入了一個(gè)新的階段，免棱鏡全站儀不但具有普通全站儀的方便快捷、高精度等特點(diǎn)，而且采用了免棱鏡測距技術(shù)，其自動(dòng)化程度更高，應(yīng)用范圍更廣。所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過后續(xù)軟件的簡單處理，便可得到一個(gè)地區(qū)的大比例尺地形圖、地籍圖以及其他各種專題圖，同時(shí)還可以建立該地區(qū)的數(shù)字化地籍圖，方便快捷，提高測量的工作效率。1.11.1 研究目的和意義研究目的和意義全站儀，最常用的常規(guī)測量儀器之一，從它誕生的那天起，它便開始極大地改變著我們的作業(yè)方式。它的誕生曾為整個(gè)測繪行業(yè)帶來了新的技術(shù)革命。雖然，近

15、年來由于GPS技術(shù)的速猛發(fā)展，全站儀幾乎已退出了大地測量領(lǐng)域，但在其它一些領(lǐng)域中，全站儀依然扮演著首不可替代的角色，因?yàn)椋灿蠫PS接收機(jī)所不具備的一些優(yōu)點(diǎn)，如：不需對天通視，價(jià)格相對較低，觀測數(shù)據(jù)直觀，數(shù)據(jù)處理簡單，操作方便等等，因此它發(fā)展一直備受著測量工作人員的關(guān)注。1距離測量是全站儀主要功能之一，其測距方式的改進(jìn)無疑是全站儀未來發(fā)展的重點(diǎn)，如今的城市，高樓林立，道路縱橫交錯(cuò)，身居一處很難享受過去眼觀八方的感覺了，同時(shí)也給我們基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取工作帶來了很大的困難。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集多是采用有棱鏡的全站儀獲取，實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，很多種情況都是無法在目標(biāo)處設(shè)置反射棱鏡，如河流對岸等作業(yè)人員無法到

16、達(dá)的地方，這些對于常規(guī)的全站儀就難以采集到目標(biāo)物的信息數(shù)據(jù)。而這些情況對于無棱鏡全站儀卻能方便獲取，這就為無棱鏡全站儀應(yīng)運(yùn)而生提供了新的契機(jī)。如今，無棱鏡測距技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，并越來越突顯出其優(yōu)越性，這項(xiàng)技術(shù)將成為是未來全站儀測距的主流，所以有必要對其測距性能做深入研究，掌握影響其測距穩(wěn)定性的因素，以促進(jìn)其在測量實(shí)踐中的應(yīng)用。1.21.2 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀隨著科技的不斷進(jìn)步，測繪儀器設(shè)備迅速發(fā)展，新儀器不斷的涌現(xiàn)。目前長距離免棱鏡全站儀主要有徠卡1200系列、拓普康GPT-3000LN系列和天寶5600系列，具有代表的長距離免棱鏡全站儀是2004年瑞士徠卡公司在市場上推出的徠卡TPS1202全

17、站儀和2005年日本拓普康公司推出的3002LN全站儀。前者采用激光免棱鏡測距，在視線良好的條件下，免棱鏡距可達(dá)400500米，后者采用脈沖激光測距，在視線良好的條件下，免棱鏡測距可達(dá)1100米。2隨著測程的增加的同時(shí)，無棱鏡全站儀的測量精度也在逐步的提高，部分品牌的無棱鏡全站儀已經(jīng)發(fā)展到可完全替代有棱鏡測量的階段。無棱鏡全站儀如今以其“所瞄即河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文2所測”的功能廣泛應(yīng)用于控制測量、地形測量、工程測量，滑坡檢測等測量工作中，尤其在人們無法到達(dá)的懸崖陡壁的地形測量、地下大型工程的斷面測量、建筑物的變形測量等不易或不能設(shè)置棱鏡的測量中顯示著其無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。1.31.3 論文組織

18、論文組織本文共分五個(gè)章節(jié)，第一章為緒論部分，主要介紹全站儀以及無棱鏡測距技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀，了解全站儀的發(fā)展以及無棱鏡測距技術(shù)的目的和意義；第二章簡要介紹全站儀的發(fā)展史，測量原理、應(yīng)用現(xiàn)狀與使用維護(hù)方法；第三章通過介紹全站儀在有、無棱鏡模式下的測距原理，主要介紹棱鏡反射光信號的原理，棱鏡常數(shù)和有、無棱鏡模式下光信號傳播時(shí)間的判定等；第四章通過實(shí)驗(yàn)探究了無棱鏡全站儀測距性能與距離、入射角、反射面材質(zhì)、反射面顏色的變化關(guān)系，以及網(wǎng)孔，拐角對無棱鏡測距穩(wěn)定性的影響，第五章總結(jié)出使用無棱鏡全站儀測距的注意事項(xiàng)，分析了無棱鏡全站儀的優(yōu)勢與不足以及發(fā)展前景。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文32 2 全站儀全站儀簡介簡

19、介2.12.1 全站儀的發(fā)展簡史、現(xiàn)狀全站儀的發(fā)展簡史、現(xiàn)狀全站儀誕生于 20 世紀(jì) 60 年代末，是人們在角度測量自動(dòng)化的過程中應(yīng)運(yùn)而生的。其發(fā)展大致分為兩個(gè)階段：組合式階段即光電測距儀與經(jīng)緯儀的組合的階段；整體式階段即光電測距儀的光波發(fā)射接收系統(tǒng)的光軸和經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)軸組合為同軸的階段。3全站儀誕生以來，它便極大地改變了測量工作人員的作業(yè)方式，提高了生產(chǎn)、工作的效率。80 年代，隨著集成電路及微型計(jì)算機(jī)處理器的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，這使得全站儀的實(shí)用性得以增強(qiáng)；從 90 年代開始，高新技術(shù)迭出，世界知名廠商又先后先后推出了具有開創(chuàng)性的特色全站儀，如：天寶公司首先推出了全自動(dòng)全站儀、Win 全站儀；

20、徠卡公司首先推出了免棱鏡激光全站儀、自動(dòng)目標(biāo)瞄準(zhǔn)全站儀，并推出真正集成 GPS的全站儀；拓普康公司則推出了自動(dòng)跟蹤全站儀，并使用脈沖技術(shù)推出能測 1200 米的免棱鏡激光全站儀，后還推出彩屏 WinCE 智能全站儀。全站儀也在與時(shí)俱進(jìn)的與其它現(xiàn)代測量技術(shù)緊密的結(jié)合在一起。如:GPS 的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)與全站儀靈活的三維極坐標(biāo)測量技術(shù)的完美結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)無控制網(wǎng)的各種測量工作。全站儀配合豐富的數(shù)據(jù)處理軟件，正在向全能型和智能化方向發(fā)展，形成具有多種功能的混合測量系統(tǒng)，將為測量工作提供先進(jìn)的技術(shù)工具和作業(yè)手段，大大改變了傳統(tǒng)測量工作的作業(yè)方式，為測量向現(xiàn)代化、自動(dòng)化、數(shù)字化方向發(fā)展創(chuàng)造了

21、有利的條件。2.22.2 全站儀的分類全站儀的分類全站儀按其外觀結(jié)構(gòu)可分為兩類：3（1）組合型早期的全站儀，大都是積木型結(jié)構(gòu)，即電子速測儀、電子經(jīng)緯儀、電子記錄器各是一個(gè)整體，可以分離使用，也可以通過電纜或接口把它們組合起來，形成完整的全站儀。（2）整體型隨著電子測距儀進(jìn)一步的輕巧化，現(xiàn)代的全站儀大都把測距，測角和記錄單元在光學(xué)、機(jī)械等方面設(shè)計(jì)成一個(gè)不可分割的整體，其中測距儀的發(fā)射軸、接收軸和望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸為同軸結(jié)構(gòu)。這對保證較大垂直角條件下的距離測量精度非常有利。全站儀按測量功能分類，可分成四類：（1）經(jīng)典型全站儀經(jīng)典型全站儀也稱為常規(guī)全站儀，它具備全站儀電子測角、電子測距和數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄等基

22、本功能，有的還可以運(yùn)行廠家或用戶自主開發(fā)的機(jī)載測量程序。其經(jīng)典代表為徠卡公司的 TC 系列全站儀。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文4（2）機(jī)動(dòng)型全站儀在經(jīng)典全站儀的基礎(chǔ)上安裝軸系步進(jìn)電機(jī)，可自動(dòng)驅(qū)動(dòng)全站儀照準(zhǔn)部和望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)。在計(jì)算機(jī)的在線控制下，機(jī)動(dòng)型系列全站儀可按計(jì)算機(jī)給定的方向值自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)正、倒鏡測量。徠卡 TCM 系列全站儀就是典型的機(jī)動(dòng)型全站儀。（3）無合作目標(biāo)性全站儀無合作目標(biāo)型全站儀是指在無反射棱鏡的條件下，可對一般的目標(biāo)直接測距的全站儀。因此，對不便安置反射棱鏡的目標(biāo)進(jìn)行測量，無合作目標(biāo)型全站儀具有明顯優(yōu)勢。如徠卡 TCR 系列全站儀，無合作目標(biāo)距離測程可達(dá) 1000m

23、，可廣泛用于地形測量，房產(chǎn)測量和施工測量等。（4）智能型全站儀在機(jī)動(dòng)化全站儀的基礎(chǔ)上，儀器安裝自動(dòng)目標(biāo)識別與照準(zhǔn)的新功能，因此在自動(dòng)化的進(jìn)程中，全站儀進(jìn)一步克服了需要人工照準(zhǔn)目標(biāo)的重大缺陷，實(shí)現(xiàn)了全站儀的智能化。在相關(guān)軟件的控制下，智能型全站儀在無人干預(yù)的條件下可自動(dòng)完成多個(gè)目標(biāo)的識別、照準(zhǔn)與測量，因此，智能型全站儀又稱為“測量機(jī)器人”典型的代表有徠卡的 TCA 型全站儀等。2.32.3 全站儀的測量原理全站儀的測量原理 全站儀的基本測量原理是電子測距技術(shù)、電子測角技術(shù)和測量數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲與處理技術(shù)的綜合運(yùn)用。4 全站儀是指能自動(dòng)地測量角度和距離，并能按一定程序和格式將測量數(shù)據(jù)傳送給相應(yīng)的數(shù)據(jù)

24、采集器。全站儀自動(dòng)化程度高、功能多、精度高，通過配置適當(dāng)?shù)慕涌?，可使野外采集的測量數(shù)據(jù)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或進(jìn)入自動(dòng)化繪圖系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的方法相比，省去了大量的中間人工操作環(huán)節(jié)，使勞動(dòng)效率和經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，同時(shí)也避免了人工操作，記錄等過程中差錯(cuò)率較高的缺陷。全站儀功能介紹：測角：光學(xué)經(jīng)緯儀 電子經(jīng)緯儀半站儀測距： 鋼尺 電磁波測距儀 全站儀數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（1)電子測距技術(shù) 電子測距的基本原理是通過測定電磁波在待測距離兩端點(diǎn)間往返一次的傳播時(shí)間，利用電磁波在大氣中的傳播速度 ，來計(jì)算兩點(diǎn)間的距離。tc河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文5若測定 A、B 兩點(diǎn)間的距離 D，如圖 1 所示，把全站儀安置于

25、A 點(diǎn)，反射鏡安置于B 點(diǎn)，則其距離 D 可按下式計(jì)算。D圖 2-1 距離測量原理示意圖 （2-1）ct21D 眾所周知，光傳播速度約為，因此對測定時(shí)間的精度要求很高。根sm/100 . 38據(jù)測定時(shí)間方式的不同，光電測距儀又分為脈沖式測距儀和相位式測距儀。 脈沖式測距儀是通過直接測定光脈沖在測線上往返傳播的時(shí)間來求得距離。但因時(shí)標(biāo)脈沖計(jì)時(shí)精度一般為秒量級，故普通脈沖測距儀的距離測量精度約為米級，精810度相對較低。 相位式測距儀是測相電路測定調(diào)制光在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相位差，間接測得時(shí)間，從而求出距離，理論上其測距精度較高。（2）電子測角技術(shù)全站儀采用了光電掃描測角系統(tǒng)，其類型主要有：編

26、碼度盤測角系統(tǒng)、光柵度盤測角系統(tǒng)及條碼度盤測角系統(tǒng)三種。不管哪種測角系統(tǒng)，都應(yīng)解決編碼、識別和角度細(xì)分三方面的技術(shù)關(guān)鍵。（3） 測量數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲與處理技術(shù) 全站儀通過微處理器的控制，能自動(dòng)完成測距、水平方向度數(shù)和天頂距度數(shù)，觀測數(shù)據(jù)的顯示、存儲等功能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，全站儀越來越具有微機(jī)的概念，其操作系統(tǒng)不斷升級，內(nèi)置的應(yīng)用軟件也逐漸豐富，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的能力也正在逐漸提升。全站儀的系統(tǒng)集成將受到軟件開發(fā)者和使用者的更多關(guān)注。2.42.4 全站儀全站儀的使用的使用全站儀的使用可分為觀測前的準(zhǔn)備工作，全站儀功能的應(yīng)用：全站儀除基本的角度測量、距離（斜距、平距、高差）測量外，還有其他一些功能

27、，但不同型號的儀器差別很大。有些全站儀可以進(jìn)行自由設(shè)站，計(jì)算測站點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)行支導(dǎo)線的測量和計(jì)算，測站定向和極坐標(biāo)測量及坐標(biāo)放樣，還可以進(jìn)行對邊測量、懸高測量、偏心測量以及面積測量、計(jì)算等。測量外業(yè)工作完成之后就需進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的傳輸、處理工作以及全站儀日常維護(hù)工作。2.52.5 全站儀常用測量功能的原理全站儀常用測量功能的原理河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文62.5.1 三維坐標(biāo)測量8如圖 2-2 所示將全站儀安置于測站點(diǎn) A 上，選定三維坐標(biāo)測量模式后，首先輸入儀器高 ，目標(biāo)高 ，以及測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)值(,，)，然后照準(zhǔn)另一已知點(diǎn) BivAxAyAH設(shè)定方位角，接著再照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn) P 上的反射棱鏡，一

28、按坐標(biāo)測量鍵，儀器就會按下式利用自身內(nèi)存的計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算并瞬時(shí)顯示出目標(biāo)點(diǎn) P 的三維坐標(biāo)值(,，)AxAyAH。公式示例如下：1 （2-2）coscosSxxAP （2-3）sincosSyyAP （2-4）viSHHAPsin式中： 斜距；S 豎直角； 方位角。 圖 2-2 三維坐標(biāo)測量 圖 2-3 三維坐標(biāo)放樣測量 2.5.2 三維坐標(biāo)放樣如圖 2-3 所示，將全站儀安置于測站點(diǎn) A 上，選定三維坐標(biāo)放樣模式后，首先輸入儀器高 ，目標(biāo)高 ，以及測站點(diǎn) A 和待測設(shè)點(diǎn) P 的三維坐標(biāo)值(,，) ivAxAyAH、(,，)，并照準(zhǔn)另一已知點(diǎn) B 設(shè)定方位角；然后照準(zhǔn)豎立在待測設(shè)點(diǎn) P 的概

29、pxpypH略位置 處的反射棱鏡；按鍵測量即可自動(dòng)顯示出水平角偏差、水平距離偏差1P和高程偏差。即：DH （2-5）設(shè)測 （2-6）設(shè)測DDD （2-7）設(shè)測HHH其中: （2-8）viSHHAsin測BPAAB1pP河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文7最后，按照所顯示的偏差移動(dòng)反射棱鏡，當(dāng)儀器顯示為零時(shí)即為設(shè)計(jì)的 P 點(diǎn)位置。2.5.3 對邊測量所謂對邊測量，就是測定兩目標(biāo)點(diǎn)之間的平距和高差。如圖 2-4 所示，在兩目標(biāo)點(diǎn) P1、P2上分別豎立反射棱鏡，在與 P1、P2通視的任意點(diǎn) P 安置全站儀后，先選定對邊測量模式，然后分別照準(zhǔn) P1、P2上的反射棱鏡進(jìn)行測量，儀器就會自動(dòng)按下式計(jì)算并顯示出 P1

30、、P2兩目標(biāo)點(diǎn)間的平距 D12和高差 h12 （2-9）coscoscos2coscos21212222122112SSSSD （2-10）112212sinsinSSh式中 、斜距；1S2S 、豎直角；12 與 兩方向間的水平夾角。1PP2PP但需指出，應(yīng)用公式（2-9）計(jì)算地面點(diǎn) 和 間高差的前提條件是和兩點(diǎn)1P2P1P2P間的目標(biāo)高 、 應(yīng)相等。否則，應(yīng)按下式計(jì)算：1v2v （2-11）21112212sinsinvvSSh因此，在實(shí)際工作中，應(yīng)盡量使兩目標(biāo)高相等；否則應(yīng)在全站儀顯示的高差中加入改正數(shù) 。)(21vv 圖 2-4 對邊測量2.5.4 偏心測量所謂全站儀偏心測量，就是反射棱

31、鏡不放置在待測點(diǎn)的鉛垂線上而是安置在與待測點(diǎn)相關(guān)的某處，間接地測定出待測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。根據(jù)給定條件的不同，目前全站儀偏心測量有下列四種常用方式：角度偏心測量、單距偏心測量、圓柱偏心測量、雙距偏心測量。顯然，偏心測量適合于待測點(diǎn)與測站點(diǎn)通視但其上無法安置反射棱鏡的情況，當(dāng)免棱鏡全站儀廣泛應(yīng)用于實(shí)踐之后，偏心測量方法的使用將會逐漸減少，本文將不作詳細(xì)介紹。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文82.5.5 GPS-RTK 與全站儀聯(lián)合作業(yè)常規(guī)測量工作遵循“從整體到局部，先控制后碎部，分級布網(wǎng)，逐級控制”的原則。具體工序包括首級控制網(wǎng)、加密控制網(wǎng)、圖根控制網(wǎng)、特征點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和成圖。從施工流程可以看出，完成一個(gè)測區(qū)

32、的測量工作需要數(shù)次進(jìn)出作業(yè)現(xiàn)場。在同一測站上多次設(shè)站，導(dǎo)致作業(yè)效率低下，數(shù)次設(shè)站也將造成不必要的精度流失（如對中誤差和定向誤差增加等） 。針對上述情況，利用RTK 協(xié)同全站儀聯(lián)合采集數(shù)據(jù)方式進(jìn)行作業(yè)，用以克服作業(yè)過程中工序過多的弊端。簡化原有的首級、加密、圖根的選點(diǎn)、觀測、計(jì)算過程，再據(jù)此進(jìn)行界址、特征點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的作業(yè)方式。從而達(dá)到提高作業(yè)效率，加快施工進(jìn)度，減少對中誤差和定向誤差，保證成果質(zhì)量，節(jié)省人力物力的目的。利用RTK 與全站儀聯(lián)合測量的作業(yè)模式分為兩個(gè)步驟：（1)利用RTK 測量圖根控制點(diǎn)，多數(shù)文獻(xiàn)的大量試驗(yàn)表明，GPS-RTK 可以滿足圖根控制的要求。RTK技術(shù)進(jìn)行控制測量既能夠?qū)?/p>

33、時(shí)知道定位結(jié)果,又能實(shí)時(shí)知道定位精度。這樣可以大大提高作業(yè)效率。（2) 利用全站儀和GPS-RTK 聯(lián)合測量碎部點(diǎn)，這樣不但能解決水平方向遮擋（全站儀）問題，也解決了上方遮擋（GPS-RTK）問題，避免了單獨(dú)使用GPSRTK或全站儀作業(yè)的局限性。應(yīng)該注意的是在全站儀利用GPS-RTK 所測的圖根點(diǎn)進(jìn)行設(shè)站時(shí)，要進(jìn)行必要的檢核，這樣才可以避免GPS-RTK信號遮擋等原因造成的粗差，保證測圖精度。GPS-RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)流程圖及數(shù)據(jù)流程圖如圖所示。 圖2-6 聯(lián)合作業(yè)流程圖如果已知控制點(diǎn)離測區(qū)很遠(yuǎn)，為了加快測圖進(jìn)度，在RTK 組引測控制點(diǎn)時(shí)，全站儀組則先在測區(qū)內(nèi)用假定坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)進(jìn)行測

34、圖，外業(yè)結(jié)束后，參照RTK所測控制點(diǎn)坐標(biāo)利用數(shù)字成圖軟件中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。這樣就打破“先控制、后碎部”的原則，為外業(yè)工作節(jié)約了時(shí)間。GPS-RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)，達(dá)到了優(yōu)勢互補(bǔ)、簡化程序、減少誤差、提高效率、保證質(zhì)量、節(jié)省人力和物力等目的，在目前不失為一種行之有效的作業(yè)模式。2.62.6 無棱鏡全站儀的特殊用途無棱鏡全站儀的特殊用途控制點(diǎn)資料GPS 衛(wèi)星基站（GPS 接收機(jī)）電臺圖根控制流動(dòng)站流動(dòng)站碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制地形圖河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文92.6.1 塔形建筑物的傾斜測量12塔形建筑物在工程竣工及變形監(jiān)測時(shí)，均要對建筑物主體實(shí)施傾斜測量，以求整體或分層的傾斜率

35、、傾斜方向及傾斜速度等。傾斜觀測的關(guān)鍵是測定建構(gòu)物頂部中心相對于底部中心或者各層上層中心相對于下層中心的水平位移矢量。塔形建構(gòu)物常具多變的外形，通常又位于復(fù)雜密集的各類建筑物及設(shè)備之間，塔頂及塔體外部多不可或不便攀登，除極個(gè)別塔體內(nèi)預(yù)留有豎向觀測通道外多為剛性實(shí)體。如果采用一般的測量儀器測量，則觀測和計(jì)算很不方便。如果用無棱鏡全站儀，則十分方便，如圖所示，在地面上適當(dāng)?shù)奈恢?A 點(diǎn)架設(shè)儀器，選擇另一適當(dāng)?shù)奈恢?B點(diǎn)作為后視點(diǎn)。假定 A 點(diǎn)坐標(biāo)后，先測量塔形建筑物在地面上同高度的 C、D 點(diǎn)和建筑物上面的 F、G 點(diǎn)的坐標(biāo)，再測定 B 點(diǎn)的坐標(biāo)。然后把儀器架在 B 點(diǎn)上，后視 A 點(diǎn)，用同樣的方

36、法測量建筑物與地面上的交點(diǎn) E 和建筑物上與 F、G 點(diǎn)同高度的點(diǎn) H 的坐標(biāo)，用測量建筑物高度的測量方法，測量 C、D、E 與 F、G、H 點(diǎn)的高差，然后用三點(diǎn)求圓心坐標(biāo)的數(shù)學(xué)公式，分別求出 C、D、E 地面上三點(diǎn)和同一層 F、G、H 三點(diǎn)圓心的坐標(biāo)。也可以把同一層上三點(diǎn)坐標(biāo)輸入到 AutoCAD 軟件中，用微機(jī)分別求出同一層上三點(diǎn)圓心坐標(biāo)。這樣再求出某一層中心點(diǎn)與建筑物地面上中心點(diǎn)的偏移量，就可以求出該層到地面的傾斜值。FGHABEDC圖 2-7 傾斜觀測示意圖2.6.2 高壓線弧垂高度的測量在架設(shè)高壓線時(shí)，經(jīng)常要考慮高壓線弧垂與地面或水面之間的安全高度。另外，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，也要考慮高壓線

37、弧垂與設(shè)計(jì)建筑物房頂之間的安全距離，這樣也需要測量高壓線弧垂與地面之間的高度?，F(xiàn)在分別討論弧垂下面是可立棱鏡的普通地面和不能立棱鏡的水面兩種情況。（1）當(dāng)弧垂下面是可立棱鏡的普通地面，把全站儀架在與高壓線大致垂直的一邊，先用免棱鏡功能測量儀器與弧垂之間的垂距和平距把全站儀水平方向制動(dòng)，再把1H1D棱鏡放在弧垂的下邊，用全站儀測量與棱鏡之間的平距，指揮司鏡人員，使2D河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文10=。這樣，地面棱鏡的位置就是所求弧垂點(diǎn)在地面點(diǎn)的投影位置。再測出全站儀1D2D與棱鏡的垂距，量出棱鏡高，則該弧垂的高度為：2H3H （2-12）321-HHHH式中，為正時(shí)，用正號帶入，為負(fù)時(shí)，用負(fù)號帶入

38、。2H2H（2) 當(dāng)高壓線下面是水面時(shí)，同樣，把全站儀架在與高壓線大致垂直的位置，先用免棱鏡功能測出全站儀與弧垂的垂距，再把棱鏡的對中桿底部與水面相切，再測1H出全站儀與棱鏡的垂距，量出棱鏡高，因?yàn)橥凰嫔系母叱滔嗟?，則弧垂與2H3H水面高度的計(jì)算方法為： （2-13）321-HHHH式中，為正時(shí)，用正號帶入，為負(fù)時(shí)，用負(fù)號帶入。2H2H通過以上實(shí)例可知，用無棱鏡全站儀的特殊功能，可以很方便地測出高壓線弧垂的凈高，對單獨(dú)測量某一建筑物的高度更是方便。同樣，對測量某一建筑物的角(頂)點(diǎn)、圓心的坐標(biāo)，外業(yè)簡單避免了司鏡人員爬高的危險(xiǎn)和被測點(diǎn)用棱鏡對中誤差的影響，內(nèi)業(yè)計(jì)算也十分方便，精度也能滿足要

39、求。另外，在野外測量地形圖時(shí)，使用全站儀的免棱鏡功能，可以直接測量高差很大的陡坎或開挖面的碎部點(diǎn)，只要把全站儀內(nèi)的棱鏡高設(shè)為零即可。這樣，可以避免司鏡人員站立在陡坎邊沿測量的危險(xiǎn)性?？梢哉f，隨著無棱鏡全站儀被廣泛應(yīng)用，它的某些特殊功能會在工程測量中發(fā)揮出越來越大的作用。2.72.7 全站儀應(yīng)用現(xiàn)狀與維護(hù)方法全站儀應(yīng)用現(xiàn)狀與維護(hù)方法應(yīng)用現(xiàn)狀：全站儀發(fā)展至今，在信息獲取工作中一直充當(dāng)著重要的角色。雖然，近年來，一些新的數(shù)據(jù)采集技術(shù)在不斷的涌現(xiàn)，如:GPS 技術(shù)、航空攝影測量技術(shù)以及三維激光掃描技術(shù)等等，但是，在一些傳統(tǒng)的測量領(lǐng)域(工程測量，礦山測量等)中，全站儀依然扮演著不可替代的角色。因?yàn)樗哂?/p>

40、其他現(xiàn)代技術(shù)所不具備的一些優(yōu)點(diǎn)：精度相對較高，方便靈活，快捷，數(shù)據(jù)直觀，價(jià)格相對低廉等等。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，全站儀一直深受人們的青睞，其發(fā)展也備受人們的關(guān)注。市場的需求，為全站儀的發(fā)展提供了無窮的動(dòng)力，使其不斷的向更高端發(fā)展。4維護(hù)方法：由于全站儀是高精密的測量儀器，在使用維護(hù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：保管時(shí):1、儀器箱內(nèi)應(yīng)保持干燥，要防潮防水并及時(shí)更換干燥劑。儀器必須放置專門架上或固定位置。2、儀器長期不用時(shí)，應(yīng)以一月左右定期取出通風(fēng)防霉并通電驅(qū)潮，以保持儀器良河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文11好的工作狀態(tài)。3、儀器放置要整齊，不得倒置。使用時(shí):1、開工前應(yīng)檢查儀器箱背帶及提手是否牢固。2、在太陽光照射

41、下觀測儀器，應(yīng)給儀器打傘，并帶上遮陽罩，以免影響觀測精度。在雜亂環(huán)境下測量，儀器要有專人守護(hù)。當(dāng)儀器架設(shè)在光滑的表面時(shí)，要用細(xì)繩（或細(xì)鉛絲）將三腳架三個(gè)腳聯(lián)起來，以防滑倒。3、當(dāng)測站之間距離較遠(yuǎn)，搬站時(shí)應(yīng)將儀器卸下，裝箱提走。行走前要檢查儀器箱是否鎖好，檢查安全帶是否系好。當(dāng)測站之間距離較近，搬站時(shí)可將儀器連同三腳架一起靠在肩上，但儀器要盡量保持直立放置。4、搬站之前，應(yīng)檢查儀器與腳架的連接是否牢固，搬運(yùn)時(shí)，應(yīng)把制動(dòng)螺旋略微關(guān)住，使儀器在搬站過程中不致晃動(dòng)。5、儀器任何部分發(fā)生故障，不勉強(qiáng)使用，應(yīng)立即檢修，否則會加劇儀器的損壞程度。6、在潮濕環(huán)境中工作，作業(yè)結(jié)束，要用軟布擦干儀器表面的水分及灰

42、塵后裝箱?；氐睫k公室后立即開箱取出儀器放于干燥處，徹底涼干后再裝箱內(nèi)。電池的維護(hù):全站儀的電池是全站儀最重要的部件之一，現(xiàn)在全站儀所配備的電池一般為 NiMH(鎳氫電池)和 NiCd(鎳鎘電池)。電池的好壞、電量的多少?zèng)Q定了外業(yè)時(shí)間的長短，因此，使用時(shí)應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：1、建議在電源打開期間不要將電池取出，因?yàn)榇藭r(shí)存儲數(shù)據(jù)可能會丟失，因此請?jiān)陔娫搓P(guān)閉后再裝入或取出電池。2、可充電邀可以反復(fù)充電使用，但是如果在電池還存有剩余電量的狀態(tài)下充電，則會縮短電池的工作時(shí)間，此時(shí)，電池的電壓可通過刷新予以復(fù)原，從而改善作業(yè)時(shí)間，充足電的電池放電時(shí)間約需 8h。3、不要連續(xù)進(jìn)行充電或放電，否則會損壞電池和充電

43、器，如有必要進(jìn)行充電或放電，則應(yīng)在停止充電約 30min 后再使用充電器。4、不要在電池剛充電后就進(jìn)行充電或放電，有時(shí)這樣會造成電池?fù)p壞。5、超過規(guī)定的充電時(shí)問會縮短電池的使用壽命，應(yīng)盡量避免。6、電池剩余容量顯示級別與當(dāng)前的測量模式有關(guān)。在角度測量的模式下，電池剩余容量夠用，并不能夠保證電池在距離測量模式下也能用，因?yàn)榫嚯x測量模式耗電高于角度測量模式，當(dāng)從角度模式轉(zhuǎn)換為距離模式時(shí)，由于電池容量不足，有時(shí)會中止測距?？傊?，只有在日常的工作中，我們一定要注意全站儀的使用和維護(hù)，注意全站儀電池的充、放電。才能延長全站儀的使用壽命，使全站儀的功效發(fā)揮到最大。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文123 3 全站儀

44、測距原理全站儀測距原理3.13.1 有棱鏡模式的全站儀測距有棱鏡模式的全站儀測距1、測距基本原理在利用反射棱鏡作為反射物進(jìn)行測距時(shí)，反射棱鏡接收全站儀發(fā)出的光信號，并將其反射回去。全站儀發(fā)出光信號，并接收從反射棱鏡反射回來的光信號，計(jì)算光信號的相位移等，從而間接求得光通過的時(shí)間，利用 2-1 式最后測出全站儀到反射棱鏡的距離。2、反射棱鏡的原理反射棱鏡的工作原理實(shí)際上是光的反射定律和折射定律。光在相同介質(zhì)中發(fā)生反射時(shí)，其反射角和入射角相等；光由一種介質(zhì)垂直兩介質(zhì)平面入射到另一種介質(zhì)時(shí)，不會發(fā)生折射。實(shí)際應(yīng)用的棱鏡如圖 3-1 所示，棱鏡尾部的結(jié)構(gòu)為三面正交（如圖 3-2 的 A），在棱鏡的實(shí)物

45、加工時(shí)，磨去 A 中的三個(gè)棱角，將此三面體與帶鏡面的圓柱結(jié)合，便可得到圖 3-1 的反射棱鏡。 圖 3-1 棱鏡示意圖圖 3-2 棱鏡底部構(gòu)造圖A河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文13 圖 3-3 信號反射示意圖BCR1R2光信號反射原理圖 4：直角三角形為反射棱鏡尾部結(jié)構(gòu)的一個(gè)斷面，其中一角度為90 度，B 面和 C 面相互垂直。入射光 R1 入射到面 B 面上，其反射光再反射到面 C 上，最后經(jīng)過 C 面反射，根據(jù)光的反射定律可知角度之間有以下關(guān)系： （3-1）， （3-2）90則得出： （3-3）90 （3-4）180 即得到 R1 和 R2 是平行的。就是說反射棱鏡能夠?qū)⒐獍凑赵窂椒瓷淙ァ?、

46、常數(shù)改正加常數(shù)由于測距儀的距離起算中心與測距儀的安置中心不一致，以至于發(fā)射棱鏡的等效反射面與棱鏡安置中興不一致，使測得的距離與實(shí)際距離有一個(gè)固定的差數(shù)，稱為加常數(shù)（APC）。當(dāng)測距儀與反射棱鏡構(gòu)成一套固定的設(shè)備后，加常數(shù)為一固定值，可以設(shè)置在儀器中，使其自動(dòng)改正。一般以“棱鏡常數(shù)”的名義設(shè)置加常數(shù)，并且，加常數(shù)改正值與測量距離的長短無關(guān)。但在儀器的使用過程中，此常數(shù)可能會發(fā)生變化，因此也需要定時(shí)進(jìn)行檢定，必要時(shí)，應(yīng)對觀測結(jié)果加以改正。乘常數(shù)無論是脈沖式測距儀或是相位式測距儀，對光調(diào)制的頻率設(shè)計(jì)和成品的檢驗(yàn)校正都應(yīng)有正確的數(shù)值。在儀器使用過程中，由于電子元件的老化等原因，實(shí)際的調(diào)制頻率與設(shè)計(jì)的標(biāo)

47、準(zhǔn)頻率可能會有微小的差別，其影響與所測距離的長度成正比。因此需要定時(shí)（一般為每隔一年）進(jìn)行測距儀檢定，可以得到改正距離用的比例系數(shù)，稱為測距儀的乘常數(shù)（）。另外，影響光速的大氣折射率為光的波長，氣溫 ，氣壓Rnt的函數(shù)。對于某一型號的測距儀波長為一定值，因此，根據(jù)距離測量時(shí)的氣溫和p河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文14氣壓，可以計(jì)算距離的氣象改正數(shù) A。距離的氣象改正值與距離的長度成正比，因此，測距儀的氣象改正系數(shù)相當(dāng)于另一個(gè)“乘常數(shù)”。棱鏡常數(shù)由于空氣的折射率近似等于 1.0，而玻璃的折射率大約等于 1.5；根據(jù)公式： （3-5）式中： 為光在 物質(zhì)中傳播速度；vi為光在空氣中的傳播速度；c為 物質(zhì)

48、折射率；ni可知光通過玻璃時(shí)的速度比通過空氣時(shí)的速度要小。用全站儀測量儀器到反射棱鏡之間的距離時(shí)，脈沖式的儀器通過內(nèi)部的傳感裝置計(jì)算出測距信號從發(fā)射出到接收到之間的時(shí)間差，之后取固定光速值與時(shí)間差值的乘積的一半作為顯示的距離測量值，根據(jù)光通過玻璃時(shí)的速度比通過空氣時(shí)的速度要小，則測量顯示的距離比實(shí)際的距離要長。相位式測距方式是通過測得相位差，推算出時(shí)間差，不同的傳輸介質(zhì)會影響光信號的相位，因此，棱鏡常數(shù)也取決于玻璃的折射率和棱鏡的厚度（光通過的長度）。假設(shè)反射棱鏡頂點(diǎn)在測點(diǎn)的鉛直線上，那么棱鏡（玻璃材料）折射率的改正值就是棱鏡常數(shù)。又因?yàn)槔忡R的加常數(shù)通常為一固定值，可以設(shè)置在儀器中，使其自動(dòng)改

49、正，所以一般也以“棱鏡常數(shù)”的名義設(shè)置加常數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中由于安裝固定的需要，棱鏡的頂點(diǎn)位置不在測點(diǎn)的鉛垂線上，所以，計(jì)算時(shí)應(yīng)加以考慮?？傊诿看问褂萌緝x之前，都需作必要的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，棱鏡常數(shù)就是其一。具體設(shè)置棱鏡常數(shù)時(shí)還取決于棱鏡類型以及測距模式，兩者一旦選定則相應(yīng)的儀器測距時(shí)的運(yùn)算法則就確定下來了，當(dāng)一種棱鏡不適合某種形式時(shí)就不能把它作為目標(biāo)測量。比如用的是 TCR 儀器在“RLSHORT”無反射棱鏡短距離測量模式下。就不能選擇圓棱鏡作為目標(biāo)，在這種模式下利用目標(biāo)棱鏡觀測就會出現(xiàn)錯(cuò)誤。如下圖所示，如果不考慮棱鏡加常數(shù)。EDM 信號計(jì)算的距離就是全站儀到 D 點(diǎn)的距離。將這個(gè)值進(jìn)行改正后

50、再加上 BD(即棱鏡加常數(shù))得到的就是全站儀到目標(biāo)點(diǎn)的APC真實(shí)距離。全站儀配套棱鏡在出廠時(shí)都有其固定的棱鏡常數(shù)值，因此配套使用時(shí)只需要保持儀器原有系統(tǒng)設(shè)置就可，但如果使用的是不配套的棱鏡，首先就要確認(rèn)兩棱鏡類型是否一樣，即保證兩棱鏡豎軸情況一致后，再預(yù)先設(shè)置與其相應(yīng)的棱鏡常數(shù)。13以徠卡 GPR1 棱鏡為例，其棱鏡加常數(shù)()值是，而配套出廠儀器內(nèi)棱APCmm34鏡常數(shù)改正值()設(shè)置為 0mm。如果使用其他類型的棱鏡，就需要進(jìn)行棱鏡常數(shù)改APC正，如某棱鏡加常數(shù)，則應(yīng)為。對于反射片。則mmAPC40APCmm60APC是。APCmm34iincv 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文15由此可知在一般情況

51、下的計(jì)算公式為： =當(dāng)前使用棱鏡 全站儀配套棱鏡。APCAPCAPC ADBCEDM 信號棱鏡桿豎軸棱鏡橫軸圖 3-4 棱鏡示意圖 （3-6）ABACnBDAC 為棱鏡的鏡深；BD 為棱鏡加常數(shù)()；APC根據(jù)相關(guān)理論，棱鏡常數(shù)未改正所引起的測距誤差會間接的形成測角誤差，從而導(dǎo)致目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)偏移誤差,試想如果在實(shí)際測量工作中測距，測角都存在一定的系統(tǒng)誤差的話，隨著系統(tǒng)的誤差的積累，勢必會造成整個(gè)測量成果不同程度的坐標(biāo)移位，其后果就是按照工程精度要求進(jìn)行重測或者對成果進(jìn)行誤差改正，不管采取何種方式補(bǔ)救，工作量都很大，雖然棱鏡常數(shù)的改正數(shù)往往只有幾個(gè)厘米，好似不會引起很大的誤差，但在多次支點(diǎn)測量的

52、情況下，誤差的傳播會導(dǎo)致目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)誤差越來越大，最終導(dǎo)致測量任務(wù)的失敗。因此了解全站儀及有關(guān)棱鏡的構(gòu)造和工作原理是掌握并正確使用儀器的關(guān)鍵。3.23.2 無棱鏡模式的全站儀測距無棱鏡模式的全站儀測距無棱鏡測距，又叫作無接觸測距，指的是測距儀光束徑經(jīng)自然表面漫反射后直接測距。其測距原理與有棱鏡相似。20 世紀(jì) 90 年代初，徠卡 DIOR3000 系列測距儀已經(jīng)具備無棱鏡測距功能，1998 年徠卡公司又推出了 TCR3007001100 系列無棱鏡測距全站儀，開創(chuàng)了整體式全站儀具有兩種測距功能的先河，代表了無棱鏡測距全站儀新的發(fā)展前景和希望。傳統(tǒng)的測距儀大都用發(fā)光管（LED）作為信號源，新型測距

53、儀的信號源為激光管，這樣可以提高發(fā)射功率，保證無棱鏡測距時(shí)的測程和測距精度。相位法河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文16測距用的測量光束很細(xì)，因此能準(zhǔn)確地分辨出非常近的相鄰點(diǎn)。脈沖式無反射棱鏡測距不需要很強(qiáng)的激光功率，但其精度較低。此外，現(xiàn)在大多數(shù)無反射棱鏡全站儀使用同軸測距儀，這種設(shè)計(jì)降低了對儀器中心偏移量修正的需要，是分體式全站儀所無法比擬的。但有的一體化全站儀也有一些偏移，例如偽同軸的測距儀設(shè)計(jì)為發(fā)射信號與視準(zhǔn)軸同軸，接收光路有一定的偏移，距離解算時(shí)再改正偏移量。3.2.1 無棱鏡全站儀的應(yīng)用無棱鏡全站儀發(fā)展至今，對于控制、地形和工程測量都具有重要作用，例如對于人們無法攀登的懸崖陡壁的地形測量、地

54、下大型工程的斷面測量、建筑物的變形測量等，采用無棱鏡全站儀測量可以大大節(jié)約時(shí)間，提高勞動(dòng)效率。尤其是用邊角后方交會的方法在地下工程中布設(shè)臨時(shí)控制點(diǎn)，可以將控制點(diǎn)布設(shè)洞壁上，避免了掌子頭放樣控制點(diǎn)的破壞。目前，國內(nèi)外無棱鏡測距技術(shù)正在飛速發(fā)展，無棱鏡全站儀的功能也不斷完善，使得無棱鏡全站儀的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊。對無棱鏡全站儀應(yīng)用方法的研究成果也不斷出現(xiàn)，并被應(yīng)用到實(shí)際的工程中。在地表測定跑尺員難以到達(dá)的測點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，如在水利工程中對施測懸崖陡峭的壩址地區(qū)、橋梁斷面以及一些灘涂等人員難以到達(dá)或難以通行地區(qū)的數(shù)字化地形圖有巨大的幫助。無棱鏡全站儀在建筑物高度和土石方等測量中也得到了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)?/p>

55、它可以不使用棱鏡以及其他的輔助工具來進(jìn)行操作，另一方面也對一些重要的建筑起到了一定的保護(hù)作用。此外，有的儀器還提供了可見激光的無反射棱鏡方式?？梢娂す夤馐梢宰鳛橹赶蚱魇褂?，即可根據(jù)光斑的位置確定測量位置，因此沒有必要總是通過望遠(yuǎn)鏡尋找目標(biāo)，這也為全站儀在室內(nèi)測量的應(yīng)用擴(kuò)展了空間。它的應(yīng)用領(lǐng)域值得我們深入研究。世界主要測繪儀器生產(chǎn)商都推出了具有無棱鏡測距功能的全站儀，并且無棱鏡測程在逐漸的增加，如今已發(fā)展到千米甚至更遠(yuǎn)的超長測距范圍。表 3-1 主要無棱鏡全站儀現(xiàn)狀儀器型號生產(chǎn)商無棱鏡測距測程無棱鏡測距精度Trimble5600天寶公司200m（灰色）600m(白色)1033(6DmmR110

56、SET日本索佳85m(白墻)1025(6Dmm)1035(6DmmGPT-3100N日本拓普康250m(漫反射)有超長測距模式(3-25m)10(mm(25m)1025(6DmmTCRA/TCR徠卡公司80m優(yōu)于 3mm河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文173.2.2 無反射棱鏡全站儀的特點(diǎn)無反射棱鏡全站儀把無反射棱鏡測距融合進(jìn)了傳統(tǒng)的全站儀，具備雙重的功能，實(shí)現(xiàn)了“所瞄即所測”。同以往的全站儀相比，無反射棱鏡測距儀具有以下特點(diǎn)：（1）效率高，使用范圍廣。無反射棱鏡全站儀最大的優(yōu)勢就在于不需要接觸被測點(diǎn)就可以獲得被測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，省去了“跑桿”作業(yè)員的奔波之苦，作業(yè)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性大大降低，也對一些重要建筑

57、起到了一定的保護(hù)作用。此外，一些全站儀還提供了可見激光的無反射棱鏡方式，可見激光光束可以作為指向器使用，即可根據(jù)光斑的位置確定測量位置，這給全站儀在室內(nèi)測量的應(yīng)用擴(kuò)展了空間。利用這一特性，可以輕易完成建筑物表面測量，房間空間測量及航空攝影測量中的圖根點(diǎn)測量。（2）測距速度快。反射棱鏡全站儀的測距速度一般在 1s 左右，比一般全站儀的測距速度快幾倍，減輕了作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率。14河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文184 無棱鏡全站儀測距性能的探討與分析無棱鏡全站儀測距性能的探討與分析在實(shí)際測量中，全站儀的各種測距常數(shù)隨時(shí)間和環(huán)境的的變化而變化，不同廠家不同型號的儀器，其各種測程的大小和變化

58、情況都不盡相同。加、乘常數(shù)是全站儀測距的重要系統(tǒng)誤差。有棱鏡的模式下，與全站儀配套的目標(biāo)棱鏡的鑒定方法和技術(shù)要求在規(guī)范中都有詳細(xì)的規(guī)定，由測繪計(jì)量單位在基線場作定期檢測，聯(lián)合求解各種測距常數(shù)給以測距改正可得到滿意的結(jié)果。而無棱鏡模式的測距性能不僅與激光的特性有關(guān)，還與被測物體的反射特性有關(guān)，不同的反射面會影響免棱鏡模式下的全站儀的測量精度，實(shí)際工程中對精度要求不高的一般測量工作（如地形圖的測繪）對上述誤差一般予以忽略。但隨著免棱鏡全站儀在各種精密工程測量及變形監(jiān)測中的廣泛應(yīng)用，免棱鏡全站儀測距的精度要求也逐漸提高，因此，有必要對免棱鏡的測距穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，本文用拓普康的GPT-3100N全

59、站儀進(jìn)行了如下測試，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法：從概率統(tǒng)計(jì)和測量平差的觀點(diǎn)講，觀測值均方誤差并不反映觀測值的精度，但是卻可以很好的反映觀測值的離散程度，離散程度即可表示觀測結(jié)果的穩(wěn)定性，在EXCEL表格中分別用函數(shù)SQRT(VAR(NUM1:NUM2)、AVERAGE(NUM1:NUM2)函數(shù)計(jì)算出觀測值均方差、觀測值均值，用于分析觀測結(jié)果。4.14.1 探究全站儀在有、無棱鏡模式下測得的點(diǎn)位有無明顯區(qū)別探究全站儀在有、無棱鏡模式下測得的點(diǎn)位有無明顯區(qū)別1、方案設(shè)計(jì)：在空曠的實(shí)驗(yàn)場地，擺設(shè)全站儀 A 與棱鏡 B、C，如圖所示，首先在有棱鏡模式下觀測，觀測一個(gè)測回，分別讀取水平方向值

60、、天頂距和斜距，將處理過后的數(shù)據(jù)填寫于表 4-1；再將全站儀設(shè)置為無棱鏡測量模式，在測站，目標(biāo)點(diǎn)沒有變動(dòng)的的情況下，同樣觀測一個(gè)測回，分別讀取水平方向值、天頂距和斜距，將處理過后的數(shù)據(jù)填寫于表 4-2。由于全站儀點(diǎn)位坐標(biāo)的計(jì)算原理是利用邊長，角度的極坐標(biāo)的計(jì)算方法，所以只需對水平角度、天定距、邊長的測量結(jié)果進(jìn)對比分析即可。方案示意圖如下：21ACB圖 4-1探究對點(diǎn)位影響實(shí)驗(yàn)示意圖河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文192、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 4-1 有棱鏡模式測量結(jié)果豎盤水平方向位置讀數(shù)水平角值天頂距斜距（m） A-B0 00 0089 59 0523.047A-C左113 06 00113 06 0090 0