全站仪在工程测量中的应用
江苏省南京工程高等职业学校
江苏联合职业技术学校南京工程分院Nanjing Engineering Vocational College
毕业设计
全站仪在工程测量中的应用
学生姓名：袁晨曦学号：20
指导教师：江卉职称：
专业：工程测量
系（部）：地质工程系
2011年×月×日
目录
摘要 (3)
一．全站仪的基本理论
（一）全站仪的概述 (3)
（二）全站仪的组成 (3)
二．全站仪操作及应用
（一）全站仪操作 (4)
（二）计算机管理 (5)
（三）优势 (6)
三. 工程中的应用
（一）传统三角高程测量 (7)
（二）使用全站仪配合跟踪杆测量位置点高程 (8)
（三）施工中进行高程测量 (9)
四.全站仪使用注意事项
总结 (11)
参考文献 (11)
致谢……………………………………………………………
全站仪在工程测量中的应用
论文摘要
文章介绍了全站仪的控制方法并总结了AutoCAD，全站仪在工程测量中内业资料的计算及管理的应用，以及全站仪使用注意事项和其再测量中的优势性。
关键词：全站仪优势操控应用
一、全站仪的基本理论
1 全站仪的概述：
随着电子技术和计算机技术日新月异的发展及其在测绘领域的广泛应用，集电子测角、电子测距、数据采集与存储的全站仪已经取代了常规的光学经纬仪和S3光学水准仪。各测绘仪器厂商生产出各种型号的全站仪，出现了大内存、多功能、防水型、防爆型、电脑型等，全站仪正朝着功能全、效率高、全自动、易操作、体积小、重量轻的方向发展，使野外测绘作业的劳动强度逐渐地减轻，工作效率得到不断提高，测绘技术水平也相应地得到了提升，从根本上更新了测量的观念和理论。传统的测量方式正逐步被不断涌现的新仪器、新技术、新方法所取代。目前在建筑工程测量经常采用的仪器就是全站仪。
全站仪是全站型电子速测仪的简称，因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪，又被称为“电子全站仪”是指由电子经纬仪、光电测距仪电子记录器组成。它除了能自动测距和测角外，还能快速完成一个测站所需完成的各种工作，包括平距、高差、高程、坐标以及放样等方面功能的计算，并且可实现自动测距、自动计算和自动记录的多功能的地面测量仪器。电子全站仪还可以进行空间数据采集与更新来实现测绘的数字化，它的出现使得测量工作的自动化，全能化变为现实。而随着电脑的广泛普及和应用，全站仪和CAD在建筑工程测量上也得到了广泛的应用，二者的合二为一减少了大量的人力去计算，这也是工程技术和电脑结合的一个典范。
2、全站仪的组成
从总体上看全站仪分两大部分组成
1 为采集数据而设置的专用设备，主要有电子测量系统、电子测距系统、数据存储系统，还有自动补偿设备。
2 过程控制机。主要用于有序的实现上述每一专用设备的功能。过程控制机包括与测量相连接的外传设备及进行计算，产生指令的微机处理。
二、全站仪的操作和使用
1．全站仪的操作：
水平角测量
（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，找准第一个目标A。
（2）设置A方向的水平读盘度数为0度00分00秒。
（3）找准第二个目标B，此时显示的水平度盘度数即为两方向间的水平夹角
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摄氏度和760mmHg是
仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。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
找准目标棱镜中心，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，常用与跟踪移
动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm。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。
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。
（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。
如何全站仪数据导入电脑中，进行读取：（以索佳为例）
例：索佳SET210全站仪的数据文件转换成CAD图形文件
打开数据工具栏的读取全站仪数据，出现一个全站仪内存数据转换屏幕，在屏幕下仪器选项为索佳SET系列；通讯口选择COM1，波特率为1200；数据位为8位；停止位为1位；检验为无校验；超时为30秒；连机处打钩；通讯临时文件，选择文件为：C:\Program File\CASS60\STEM\tongxun.SS
CASS坐标选择文件：选择文件（自己选择一个文件目录）然后点击转换键。再在全站仪上设定.①确保仪器主机与计算机连接.②在内存模式下选取“文件”.③选取“通讯输出”显示工作文件名表④将光标移至所需文件名上后按回车键，此时所选文件名后则出现“OUT”按上述方法选取全部需输出的工作文件。⑤按{OK}键确认。所下载文件为DAT文件，（可在记事本里打开）。需在CASS软件里的绘图处理工具栏的展高程点，展野外测点点号，然后保存，便可在CAD里成图。
2．AutoCAD的典型内业资料计算及管理
在上学期间，我们曾有过测量实习周。当时让我们最头疼的不是外业测量，而是内业计算的繁琐。达到预期的精度要求是我们每个人所不愿面对的。
全站仪的使用和它可以方便的将数据资料传输电脑，使我们能够快捷的完成内业计
算，在工程中同时利用CAD设定坐标、绘图、取点的功能解决了我们工程中极坐标放样的难点例如在测区内加密控制点，经常使用测角交会或测距交会或两者结合的方法，如果我们运用数学公式来计算，则非常繁琐，而且不易检查错误。相反，如果我们利用AUTOCAD来绘图计算，就简单多了。现针对测角和测距两种方法分别作如下说明：
前方测角交会:
如图所示，A、B为坐标已知的控制点，P为待求点，在A、B两点已观测了角度a和b。
我们就可以利用AUTOCAD系统
软件，根据A、B两点坐标在桌
面绘制出A、B两个点，连接AB
得到AB线段，然后分别以A点
和B点为基点旋转AB线段a、b
角。使用ID命令选择交点P，
就可以得出P点坐标了。如果图形有检校条件，仍然可以进行坐标差的计算。如果在近似平差的情况下能满足需要，则可以在图形上进行平均计算并作出标记。
前方距离交会：
如图所示，A、B为坐标已知的控制点，P为待求点，在A、B两点已分别利用全站仪测量距离Ra和Rb。
同样可以利用AutoCAD系统软件，根据A、B两点坐标绘制出A、B两个点，连接AB 点得到AB线段，然后分别以A点和B点为圆心，以Ra和Rb为半径左圆，则得到P 点和P`点。使用ID命令选择交点P，就可以得出P点坐标了。在实际过程中，我们通常会将前方测角交会与前方距离交会进行组合应用，当然那就不一定要将所有条件都完成测量了。另外对于以上几项对坐标的应用，应该注意的就是AUTOCAD中的坐标顺序与我们测量中的大地坐标系是有区别的，也就是要注意X坐标和Y坐标的对应关系。
对作业资料的管理：
AutoCAD在工程中除了对测量内业资料计算有其优势一面，在外业资料的管理方面，同样有着非常广泛的应用。AutoCAD作为有名的工程系列应用软件平台，已经为广大工程技术人员所熟悉并掌握。在测量外业资料中，主要是控制点网络图及其计算资料的管理，另一方面是各种开挖横断面、纵断面图的绘制，以及横断面面积的计算，包括其他一些需要的图纸的绘制。由于AutoCAD已经有很强的数学计算功能和很高的数学精度，其有效位数已完全能够满足我们在工程测量中的需要了。
4、全站仪与CAD结合的优势
（1）数据处理的快速与准确性。全站仪自身带有数据处理系统，可以快速而准确地为
空间数据进行处理，计算出放样点的方位角与该点到测站点的距离。
（2 定方位角的快捷性。全站仪能根据输入点的坐标值计算出放样点的方位角，并能显示目前镜头方向与计算方位角的差值，只要将这个产值调为0，就定下了要放样点的方向，然后就可以进行测距定位。
（3）测距的自动与快速性。全站仪能够自动读出距离数值，只要将棱镜对准全站仪的镜头，全站仪便可很快读出实测的距离，同时比较它自动计算出的理论上的数据，并在屏幕上显示出两者的差值，从而可以判断棱镜应向哪个方向在移动多少距离。到显示的距离差值为0时，表明那时棱镜所在的位置就是要放样点的实际位置。
（5）由于全站仪体积小重量轻且灵活方便，较少受到地形限制，且不易受处界因素的影响，只要合理保护全站仪，即使在复杂的自然条件下也可以照常工作。
（6）由于所有的计算是由全站仪自动完成，所以放线过程中不会受到参与者个人的住观影响。
（7）现场拟定坐标测量出现有建筑物的轮廓和具体位置：在大型厂房、车库、球场等改造或扩建前，需要对原有建筑物轮廓或墙柱等位置进行准确测量，可以利用全站仪，在现场拟定坐标利用无棱镜精确测量原有建筑物各个部位的点，利用AUTOCAD可以准确绘画出原有建筑物。
（8）全站仪在公路、桥梁以及铁路隧道等工程使用较多，同时在室外管网及园林施工放线中也经常使用。从实践中，我们干啊哦全站仪能够在高大工程施工中精确放线，提高工作效率，减少了仪器的误差。
（9）全站仪的角度测量里自动扫描消除了以前光学仪器读盘分划误差和偏心误差的优点。同时还减少了移动测站所产生的误差，全站仪基本上架一次仪器就可以完成
整个测量任务。
三、全站仪在实际工程中的应用
比方说在市政工程施工过程中，常常涉及到高程测量，传统的方法是使用水准仪进行水准测量，这是一种直接测高法。它的特点是精度高、速度快。但水谁测量受地形起伏限制，而且当前、后视距离差较大时，也影响测量精度，再者，水准测量前后视距也不能太大，一般应在100米以内。否则读数困难，也影响精度。因此在大比例尺地形图测绘、市政工程(管网)工程施工测量中，特别是当地形起伏较大时，常常也使用三角高程法。但传统的三角高程测量，必须每站量取仪器高（i）及觇标高（v），又麻烦又增加了误差来源，且普通经纬仪进行视距测量的误差也比较大，因此很少使用。而使用全站仪配合跟踪杆进行三角高程测量，较之传统的三角高程测量，速度快、精度高、效果好。
1传统的三角高程测量
如图所示：
设A点的高程H A为已知，则
B点的高程H B=H A+S*sinα+i-v
S：A、B两点间的斜距
i：仪器高（仪器中心至A点的垂直高度）
v：觇标高（视准点C至B点的垂直高度）
α：前视点C相对于仪器中心的倾角，仰角为正，俯角为负。
这一方法，由于在没有全站仪时斜长S往往用经纬仪视距或用钢尺丈量，而且必须量取仪器高和觇标高，既麻烦又精度低，所以很少使用，在地形起伏不太大时，宁可多转几站，也采用水准测量方法测量未知点高程，但有了全站仪，情况就大不相同了。
2、使用全站仪配合跟踪杆测量未知点高程
随着科技的进步，全站仪的应用越来越广泛，普遍因为全站仪可以在一个测站点上同时测出前视点的斜距、水平角和倾角，并可以通过微电脑直接算出高程、座标等数据，十分方便，将这些特点用于三角高程测量中，可以取得很好的效果。
如图所示：
仍然设A点高程H A为已知，欲测算B点的高程H B，将仪器置于A、B之外的任意一点C，则：
H A=H C+S A*sinαA+ i -v A○1
H B=H C+S B*sinαB+ i-v B ○2
S A、S B分别为C至A、B两点的观测斜长
令S A*sinαA=⊿h A S B*sinαB=⊿h B
由○1、○2可得：
H B=H A-⊿h A +⊿h B +V A-V B
因为V A、V B在实际施测过程中为跟踪杆棱镜中心距测点（B）上平面的垂直高度，使用同一跟踪杆或同一规格的跟踪杆，在忽略瞄准误差的情况下，V A=V B
所以有：H B = H A -⊿h A+⊿h B
使用全站仪进行测量时，只要将起始高程H A置入微电脑，仪器便会自动显示出⊿h A、⊿h B和待测点（B）的高程，非常方便。
3、施工中进行高程测量
在工程的施工过程中，常常涉及到高程测量。传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。两种方法虽然各有特色，但都存在着不足。水准测量是一种直接测高法，测定高差的精度是较高的，但水准测量受地形起伏的限制，外业工作量大，实测速度较慢。三角高程测量是一种间接测高法，它不受地形起伏的限制，且实测速度较快，在大比例地形图测绘、线型工程、管网工程等工程测量中广泛应用，但其精度较低，且每次测量都得两区一起搞、棱镜高，麻烦而且增加了误差来源。随着传统的三角高程测量方法已经显示出了它的局限性。经过人们长期摸索，总结出一种新的方法经行三角高程测量。这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点，又减少了三角高程的误差来源，同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。使三角高程测量精度进一步提高，施测速度更快。中山公路地处平原微丘，虽地势较平坦，但一些GPS高程共指点离路线较远，高差较大，这些都加大水准点复测以及施工过程中的水准点加密的工作量。如采用上述新的全站仪测量高程不但提高了施测速度及精度，且满足了工程进度的需要。
基本原理：
Ha=Ho+D1*tga1+i-t
Hb=Ho+D1*tga2+i-t
如上图所示
把全站仪假设在任意点HO，把棱镜跟踪杆的高度定死后假设在已知高程水准点A 之上。根据三角高程的基本原理：全站仪的视线高为：
W=Ha+t-D1*tga1=Ho+1
在把棱镜杆架设到未知高点B，由于仪器架设完毕后i值不变。棱镜杆架设到B点后部改变高度，t值不变。
Hb=Ho+D2*tga1+i-t
=Ha-D1* tga1-i+t+D2*tga2+i-t
=Ha-D1*tga1+D2*tga2
所以Hb=Ha-D1*tga1+D2*tga2
由此可知Ho对B点高程没有关系，影响B点高程测量精度的只有D1、D2和a1、a2及棱镜头的瞄准误差。全站仪的测距精度可达到Md=正负1.33，距离不会有问题。考虑地球曲率对距离的影响，全站仪曲率改正设为：0.142.。哎瞄准目标时，我们在棱镜头的砧板上，贴上2mm宽黑反色条，在对准A点时与B点时瞄准同一位置，抵消跟踪杆的高差。
可以得出的数据为：（1）算得待测点高程：Hb=V1+V2
（2）仪器视线高程：W=Ha-V1
（3）将数据W输入坐标测量的测站高程，将仪器高和棱镜高设为0，进入坐标测量界面，则测得的高程将直接显示在坐标测量的Z值中，移动跟踪杆便可得到待测各点的高程数据。
四、全站仪使用注意事项
在测量过程中，我们也会遇到一些问题，对于计算数据我们进行反复的检核都是正确的，无论怎么做都是一样的结果，在主观没有差错的情况下，我们需要对客观事物即一起进行检查和调试，以便在工程中进行准确定位。
1、一起在使用前应当进行校核。规范要求：一起应隔一周校核一次，标杆是否垂直，
棱镜常数是否正确，这些都是产生不精确的原因。
2、严格控制安置仪器的地方：路上的非原生石板、石块、在草丛生的地方、雨后的耕
作土等。实践中，只要仪器安置在这些地方，人员走动、风吹等等都会造成竖角10秒左右的抖动。即使无这些外界因素，操作人员的心跳也会造成仪器度数2秒的跳动。使用中一旦发现一起竖角有两秒以上跳动，一起三脚架一定没安实。这是使用光学经纬仪无法体验到的现象。同时要求读书时，其余人员远离仪器，不得随意走动。
3、在雨后天晴，不易观测，在冬日里，尤其是会出现大雾天气，全站仪望远镜是无法
看见目标或墙上的红三角的，即使是看到了也是模糊不清，只有大概轮廓，我们不能自以为正确，测量应是很严格且不能马虎的。
4、光学对中器使用全站仪和棱镜连接器都有光学对中器，很好使用。但使用中一定要
按：调平—对中—再调平—再对中的顺序使用。因为光学对中期在基座不平时，视线是斜的，这时对中，调平后又不对中了，有时要动脚架，影响测量工作进度。
5、仪高、棱镜高的测量不易精确。按规范上要求：棱中心到基座用游标卡尺量下后，作固定值记录，测量过程中用钢卷尺量基座以下部分，两者加起来作镜高。
6、视线倾角不大于15度《三角高程测量规范》中规定，视线倾角不大于15度在实际中不易达到这个标准。但我们可以尽可能的使视线保证在以水平距离为线，正负45度范围之内，这样测量人员的眼睛和身体不会至于很累。
总结：
用全站仪进行观测时，必要的观测数据，如：斜距、天顶距、水平角均能自动显示，而且几乎在同时得到平距、高差和点的坐标。因此全站仪的应用将越来越广泛。同时，由于建设规模日益增长，建设工程日趋复杂，造型独特的建筑物越来越多，导致工程测量的数据计算量增加。因此，应用AUTOCAD制图软件进行图纸分析，加快了处理测量数据的速度；减少了内业计算的工作量；加强了数据处理的准确性；避免了人工计算中的错误；提高了数据精度；尤其提升了曲线较多的工程的测量精度；高质量的满足了施工测量的需要。
综观先进制造技术的发展，可以看到，未来的制造是基于集成化和智能化的敏捷制造和“全球化”、“网络化”制造。CAD全站仪结合应用技术是当前科技领域的前沿课题，它的发展和应用使传统的施工建设方法与生产模式发生了深刻的变化，从而带动建筑业技术的快速发展，已经产生并必将继续产生巨大的社会经济效益。目前全站仪仍在不断的更新换代，从DOS系统到WINDOWS系统，许多知名厂家如宾利，尼康，莱卡等正在研发新的更高端的测绘仪器，我们有理由相信随着全站仪技术的不断提高，他在施工测量中必将拥有更加广阔的发展空间
参考文献：
《全站仪与AU TOCAD 软件结合在施工测量中的施工工法》
《工程测量学》.武汉大学出版社, 2005
《测绘学概论》.武汉大学出版社, 2004
《工程测量学的研究发展方向》. 现代测绘文学.
《工程测量学的发展评述》现代测绘文学
《工程测量规范》现代测绘文学
《测量学》武汉测绘出版社
《全站仪原理及运用》武汉测绘出版社《公路工程实用施工技术》人民交通出版社《道路工程施工技术》中国水利水电出版社
致谢：