《全站儀原理與應(yīng)用》課件

全站儀原理與應(yīng)用全站儀是一種集光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的精密測(cè)量?jī)x器。全站儀應(yīng)用廣泛，在工程測(cè)量、地形測(cè)繪、城市規(guī)劃等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。課程目標(biāo)掌握全站儀原理深入了解全站儀工作原理，包括光學(xué)系統(tǒng)、測(cè)角系統(tǒng)和電子系統(tǒng)。熟練操作全站儀掌握全站儀的安裝、調(diào)平、測(cè)量和數(shù)據(jù)處理操作，并熟悉各種測(cè)量方法。應(yīng)用全站儀進(jìn)行工程測(cè)量學(xué)習(xí)全站儀在工程測(cè)量中的應(yīng)用，包括地形測(cè)量、控制測(cè)量和施工放樣等。全站儀簡(jiǎn)介全站儀是一種精密測(cè)量?jī)x器，它集成了電子經(jīng)緯儀、電子測(cè)距儀、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)等功能。全站儀可以進(jìn)行角度、距離、高程、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄，并能夠直接計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，提高了測(cè)量效率和精度。全站儀的組成部分光學(xué)系統(tǒng)包含望遠(yuǎn)鏡、棱鏡和目鏡等，用于觀測(cè)目標(biāo)點(diǎn)并將其成像在目鏡中。測(cè)角系統(tǒng)包含水平度盤和垂直度盤，用于測(cè)量水平角和垂直角。電子系統(tǒng)包含微處理器、存儲(chǔ)器、顯示屏、鍵盤和接口等，用于控制測(cè)量過程、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。距離測(cè)量系統(tǒng)包含測(cè)距儀和距離數(shù)據(jù)處理電路，用于測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)到儀器的距離。光學(xué)系統(tǒng)全站儀的光學(xué)系統(tǒng)主要包括望遠(yuǎn)鏡、測(cè)角鏡和照準(zhǔn)器。望遠(yuǎn)鏡用于觀察目標(biāo)，測(cè)角鏡用于測(cè)量水平角和垂直角，照準(zhǔn)器用于精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)。光學(xué)系統(tǒng)是全站儀的核心部件，其性能直接影響測(cè)量的精度。測(cè)角系統(tǒng)測(cè)角系統(tǒng)是全站儀的核心部件之一，用于測(cè)量水平角和垂直角。測(cè)角系統(tǒng)通常由光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、編碼器、測(cè)微器等組成，通過精密的光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度角度測(cè)量。電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)是全站儀的核心部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)。它包括微處理器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)處理芯片等。電子系統(tǒng)通過光學(xué)系統(tǒng)接收來自目標(biāo)的信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字化處理，形成測(cè)量的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。全站儀的測(cè)量原理全站儀測(cè)量原理基于測(cè)距和測(cè)角的結(jié)合。1測(cè)距利用電磁波測(cè)距原理，通過發(fā)射和接收電磁波，計(jì)算目標(biāo)距離。2測(cè)角利用光學(xué)系統(tǒng)和編碼器，測(cè)量目標(biāo)的水平角和垂直角。3計(jì)算根據(jù)測(cè)距和測(cè)角數(shù)據(jù)，結(jié)合已知點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。全站儀通過測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)到儀器的距離和角度，并結(jié)合已知點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在空間中的位置。全站儀測(cè)量的坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系全站儀測(cè)量中，通常采用平面直角坐標(biāo)系來表示點(diǎn)的位置，該坐標(biāo)系由水平軸（X軸）和垂直軸（Y軸）組成。高程坐標(biāo)系全站儀測(cè)量中，也需要使用高程坐標(biāo)系來表示點(diǎn)的海拔高度，該坐標(biāo)系以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)，通常采用高程基準(zhǔn)面作為高程參考面。投影坐標(biāo)系為了在平面地圖上表示地表，全站儀測(cè)量通常會(huì)采用地圖投影坐標(biāo)系，將球面坐標(biāo)系投影到平面，以便于進(jìn)行地圖繪制和數(shù)據(jù)處理。坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換由于不同坐標(biāo)系之間存在差異，在實(shí)際測(cè)量中，需要進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，將不同坐標(biāo)系的測(cè)量結(jié)果統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下。全站儀測(cè)量的基本步驟11.坐標(biāo)系定義定義測(cè)量坐標(biāo)系22.儀器設(shè)置設(shè)置儀器并進(jìn)行校準(zhǔn)33.測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)使用全站儀測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)44.數(shù)據(jù)記錄記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)、距離和角度全站儀的校準(zhǔn)和檢查11.測(cè)距精度校準(zhǔn)使用標(biāo)準(zhǔn)距離測(cè)定實(shí)際距離，檢驗(yàn)測(cè)距精度。若有誤差，進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)整。22.測(cè)角精度校準(zhǔn)利用標(biāo)準(zhǔn)角度檢驗(yàn)水平角和垂直角測(cè)量精度，校正誤差保證角度測(cè)量的準(zhǔn)確性。33.水平精度校準(zhǔn)通過檢查水平儀氣泡，校正水平儀的精度，確保水平面的水平性。44.對(duì)中精度校準(zhǔn)利用對(duì)中器和水準(zhǔn)儀，檢查對(duì)中精度，確保全站儀對(duì)中準(zhǔn)確。全站儀的測(cè)量誤差分析全站儀測(cè)量過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤差。影響誤差的因素有很多，包括儀器本身的精度、環(huán)境因素、操作人員的熟練程度等。1mm儀器誤差儀器本身的精度，例如望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸誤差、水平度盤的刻劃誤差等。2mm環(huán)境誤差溫度變化、氣壓變化、大氣折射等環(huán)境因素的影響。3mm操作誤差操作人員的熟練程度、對(duì)儀器使用的不熟練等因素的影響。全站儀的工作模式自動(dòng)模式自動(dòng)模式下，全站儀可以自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)并進(jìn)行測(cè)量，操作簡(jiǎn)單，效率高。測(cè)量員只需要將全站儀對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，按下測(cè)量按鈕即可，全站儀會(huì)自動(dòng)完成距離、角度、高程的測(cè)量和計(jì)算。手動(dòng)模式手動(dòng)模式下，測(cè)量員需要手動(dòng)操作全站儀進(jìn)行測(cè)量，對(duì)操作人員的技能要求較高。手動(dòng)模式需要測(cè)量員手動(dòng)設(shè)置目標(biāo)，進(jìn)行水平角、垂直角的測(cè)量，并根據(jù)儀器參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。全站儀的測(cè)量方法距離測(cè)量全站儀通過測(cè)距儀發(fā)射光波，根據(jù)光波傳播時(shí)間計(jì)算目標(biāo)距離，可進(jìn)行直接距離測(cè)量。角度測(cè)量全站儀利用光學(xué)經(jīng)緯儀，通過測(cè)角系統(tǒng)測(cè)量目標(biāo)的水平角和垂直角，可進(jìn)行直接角度測(cè)量。坐標(biāo)測(cè)量全站儀將距離和角度數(shù)據(jù)結(jié)合，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，可進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量。高程測(cè)量通過測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)的垂直角和距離，結(jié)合已知點(diǎn)的高程，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的高程，可進(jìn)行高程測(cè)量。全站儀的高程測(cè)量高程測(cè)量原理利用全站儀測(cè)量地面點(diǎn)的高程，通過計(jì)算得到地面點(diǎn)的高度。測(cè)量方法全站儀的高程測(cè)量方法主要包括水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。測(cè)量精度全站儀高程測(cè)量精度受儀器精度、觀測(cè)方法和環(huán)境因素影響。全站儀的面積測(cè)量11.坐標(biāo)法利用全站儀測(cè)量各個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)，然后根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算面積。22.線段法先測(cè)量邊界線長(zhǎng)度，再根據(jù)公式計(jì)算面積，適用于形狀簡(jiǎn)單的區(qū)域。33.圖形法將區(qū)域劃分成若干簡(jiǎn)單的幾何圖形，分別計(jì)算各圖形面積，最后累加得出總面積。44.坐標(biāo)測(cè)量軟件使用全站儀配套軟件，可以自動(dòng)計(jì)算面積并生成圖形。全站儀的體積測(cè)量體積計(jì)算通過全站儀獲取多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，利用軟件計(jì)算體積。土方開挖計(jì)算挖方或填方的體積，方便工程施工。橋梁工程精確測(cè)量橋梁的體積，用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料預(yù)算。水庫(kù)測(cè)量精確測(cè)量水庫(kù)的體積，用于水資源管理和水利工程建設(shè)。全站儀在工程測(cè)量中的應(yīng)用全站儀在工程測(cè)量中應(yīng)用廣泛，例如道路、橋梁、隧道、水利工程等。全站儀可以提高測(cè)量效率和精度，為工程建設(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。道路工程：測(cè)量道路中線、邊線、高程等數(shù)據(jù)橋梁工程：測(cè)量橋墩位置、橋面高程、橋梁長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)隧道工程：測(cè)量隧道斷面、隧道中心線、隧道高程等數(shù)據(jù)水利工程：測(cè)量水位、河道斷面、水庫(kù)容量等數(shù)據(jù)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作場(chǎng)地選擇選擇平坦開闊的區(qū)域，避免障礙物影響測(cè)量范圍，確保儀器穩(wěn)定放置。安全檢查檢查現(xiàn)場(chǎng)是否有安全隱患，例如高壓線、地下管線，確保測(cè)量人員安全。環(huán)境評(píng)估了解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況，例如氣溫、濕度、風(fēng)速等，判斷是否影響測(cè)量精度。工具準(zhǔn)備準(zhǔn)備必要的測(cè)量工具，例如棱鏡、尺子、水準(zhǔn)儀等，并進(jìn)行檢查維護(hù)。全站儀的安裝與調(diào)平1安裝全站儀的安裝需要選擇平穩(wěn)的地點(diǎn)。將三腳架放置在穩(wěn)定的地方，避免晃動(dòng)或傾斜。將全站儀固定在三腳架上，并確保其穩(wěn)固。2調(diào)平使用全站儀內(nèi)置的水平儀，將全站儀調(diào)平至水平狀態(tài)。確保水平儀的泡處于中心位置，表示全站儀已水平安裝。3對(duì)中使用全站儀的測(cè)站對(duì)中功能，將全站儀對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn)。確保對(duì)中精度達(dá)到要求，并確保全站儀指向目標(biāo)方向。全站儀的野外測(cè)量操作1.選擇合適的位置選擇視野開闊、便于安置儀器的位置，并確保儀器周圍沒有障礙物阻擋視線。2.安裝并調(diào)平儀器將全站儀放置在三腳架上，并使用水準(zhǔn)器進(jìn)行調(diào)平，確保儀器水平穩(wěn)定。3.設(shè)置測(cè)量參數(shù)根據(jù)測(cè)量任務(wù)的需要，設(shè)置全站儀的測(cè)量參數(shù)，例如測(cè)量精度、測(cè)量范圍、數(shù)據(jù)格式等。4.進(jìn)行觀測(cè)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，獲取目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)、距離、高程等信息。5.數(shù)據(jù)采集將觀測(cè)結(jié)果保存到全站儀的內(nèi)存中，或者直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理。全站儀數(shù)據(jù)的采集與處理1數(shù)據(jù)采集全站儀可自動(dòng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)、距離、角度等。2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在儀器內(nèi)部或外部存儲(chǔ)設(shè)備，以便后續(xù)處理和分析。3數(shù)據(jù)處理可以使用專用軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，例如坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、誤差分析、成果整理等。全站儀數(shù)據(jù)的輸出與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)輸出格式全站儀可將測(cè)量數(shù)據(jù)輸出為多種格式，例如文本文件、數(shù)據(jù)表格或數(shù)據(jù)庫(kù)格式，便于后續(xù)處理和分析。可選擇不同的輸出格式，以滿足不同的軟件需求和數(shù)據(jù)處理要求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式包括內(nèi)部存儲(chǔ)、外部存儲(chǔ)或云存儲(chǔ)，可根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的存儲(chǔ)方式。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)確保安全性和可靠性，避免數(shù)據(jù)丟失或損壞。全站儀與其他測(cè)量工具的配合使用水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀用于測(cè)定高程，全站儀可用于測(cè)量水平距離和角度。經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀主要用于測(cè)量水平角和垂直角，全站儀則能夠同時(shí)測(cè)量距離、角度和高程。GNSS接收機(jī)GNSS接收機(jī)可以提供精確的坐標(biāo)信息，與全站儀配合使用可以提高測(cè)量的精度和效率。全站儀測(cè)量實(shí)例分析全站儀在工程測(cè)量中發(fā)揮著重要作用。它可以用于測(cè)量建筑物、道路、橋梁等的尺寸、形狀、位置等信息，并生成精確的圖紙和模型。全站儀測(cè)量實(shí)例分析可以幫助我們更好地理解全站儀的應(yīng)用場(chǎng)景和測(cè)量方法。例如，在房屋建筑中，全站儀可以用于測(cè)量房屋的尺寸、形狀、位置等信息，并生成房屋的圖紙和模型。全站儀還可以用于測(cè)量房屋的立面、屋頂?shù)炔课坏某叽绾托螤?，以便于施工人員進(jìn)行準(zhǔn)確的施工。全站儀測(cè)量中的注意事項(xiàng)11.校準(zhǔn)測(cè)量前必須校準(zhǔn)全站儀，確保儀器精度。誤差會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。22.環(huán)境測(cè)量環(huán)境應(yīng)穩(wěn)定，避免風(fēng)力過大或陽(yáng)光直射影響測(cè)量精度。33.反光鏡選擇合適的反光鏡，確保清晰的反射信號(hào)。反光鏡應(yīng)定期清潔，以確保反射效果。44.測(cè)量點(diǎn)選擇穩(wěn)定的測(cè)量點(diǎn)，避免移動(dòng)或變形。應(yīng)在測(cè)量點(diǎn)附近設(shè)置標(biāo)志，便于后續(xù)操作。全站儀維護(hù)和保養(yǎng)定期清潔保持全站儀清潔，避免灰塵、水滴、油污等進(jìn)入儀器內(nèi)部，影響測(cè)量精度。定期校準(zhǔn)定期校準(zhǔn)全站儀，確保其精度符合要求，可通過專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)。妥善保管存放全站儀時(shí)，應(yīng)放置在干燥通風(fēng)的環(huán)境中，避免陽(yáng)光直射，并使用防塵罩進(jìn)行保護(hù)。定期檢修定期對(duì)全站儀進(jìn)行檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，確保儀器處于良好工作狀態(tài)。全站儀的使用安全操作規(guī)范嚴(yán)格遵守操作手冊(cè)的指導(dǎo)，熟悉全站儀的功能和操作流程。環(huán)境安全選擇安全的工作環(huán)境，避免在高空、潮濕或有危險(xiǎn)因素的地方作業(yè)。儀器維護(hù)定期維護(hù)和清潔儀器，防止灰塵、雨水和碰撞損壞儀器。安全警示注意安全警示標(biāo)志，遵守安全操作規(guī)程，避免發(fā)生事故。全站儀未來的發(fā)展趨勢(shì)11.智能化全站儀將更加智能化，可以自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)，進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。22.高精度全站儀的精度將進(jìn)一步提高，可以滿足更高精度測(cè)量的需求。33.多功能化全站儀將整合更多功能，例如三維掃描、激光測(cè)距等。44.網(wǎng)絡(luò)化全站儀將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。課程總結(jié)與展望提高效率全站儀在測(cè)量精度、效率和自動(dòng)化方面取得了顯著進(jìn)步，為工程建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。融合創(chuàng)新全站儀與其他測(cè)量技術(shù)，如無(wú)人機(jī)測(cè)量、GPS等，將進(jìn)一步融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與協(xié)同工作。應(yīng)用拓展全站儀在工程測(cè)量