(整理)免棱镜全站仪的现状及应用

免棱镜全站仪的现状及应用

1. 概述

随着科技的不断进步，测绘仪器设备迅速发展，新仪器不断的出现。在全站仪方面的重要发展是长距离棱镜全站仪的出现，免棱镜全站仪的免棱镜视距由初期几十米发展到当前的一千米以上。目前长距离免棱镜全站仪主要有徕卡（Leica）1200系列、拓普康GPT-3000LN系列和天宝5600系列，具有代表的长距离免棱镜全站仪是2004年瑞士徕卡公司在市场上推出的徕卡TPS1202全站仪和2005

年日本拓普康公司推出的 3002LN全站仪。前者采用激光免棱镜测距，在视线良好的条件下，免棱镜距可达400～500米，后者采用脉冲激光测距，在视线良好的条件下，免棱镜测距可达1100米。

免棱镜全站仪对于控制、地形和工程测量都具有重要作用，例如对于人们无法攀登的悬崖陡壁的地形测量、地下大型工程的断面测量、建筑物的变形测量等，采用免棱镜全站仪测量可以大大节约时间，提高劳动效率。尤其是用边角后方交会的方法在地下工程中布设临时控制点，可以将控制点布设洞壁上，避免了掌子头放样控制点的破坏。用边角后方布设控制点放样可大大提高掌子面的放样速度，明显提高生产效率。2005年我们在溪洛渡水电站测量中分别使用了这两种仪器，对这两种仪器的性能进行了对比试验，对这两种仪器的优缺点有一定的了解。目前在工程测量的内业中已经基本上实现了数字化测图，为在工程测量中更好地使用免棱镜全站仪，我们结合数字化制图的过程，撰写了本文。

本文的主要内容有：拓普康3002LN、徕卡1202全站仪的性能比较、数据采集、数据传输，数据格式转换、地形图和工程图的绘制等。其中对于数据处理部分进行了较详细的介绍，可供初次接触该类仪器的同志参考。

葛洲坝工程局、水电六局、水电八局等单位测量人员对本文进行了审阅，并提出了宝贵的意见，在此表示感谢。

2．拓普康3002LN与徕卡1202全站仪性能比较

2．1 拓普康3002LN与徕卡1202全站仪性的外观

拓普康GPT---3002LN 徕卡TPS1202

图 1 拓普康3002LN和徕卡1202全站仪图

2．2 拓普康GPT－3002LN全站仪

GPT—3002LN有双光学系统在无棱镜模式下是窄光束测量，能确保瞄准点正好是被测点。另外一种就是有棱镜模式下的宽光束测量，即使在热闪烁条件下，长距

离测量时该光束仍很稳定，因此可提供精密测量任务。

该仪器有可见激光系统，仪器里面装有一个红色的极小点激光指示器。但该小红点没有徕卡仪器的小红点亮，据我们测试，可以看到30米内的红点位置，可以满足地下大型工程施测断面的需要。

GPT3002LN超长无棱镜测距功能，在气象条件较好的条件下，我们最长测距达到1130米，对于一般的山坡，超长测距会达到500～700米，观测控制点墩台，最远达到810米。

GPT3002NL系列的外形与GPT332W一样，大小也差不多，操作与332W大致相同。不同的是配有大数字健盘和激光测距系统。

具体图形可参看图1的左图。

2．3 徕卡TPS1202全站仪

R1202全站仪属于徕卡TCR1200系列全站仪的一员，可胜任各类徕卡TC型的测量任务,如控制测量、施工放样、参考线放样、地形地籍测量等。

TCR1202具有三轴自动补偿系统，使测量精度安全可靠。

TCR1202全站仪采用独特的绝对编码度盘，图象处理技术，单次测量读取60条编码线，确保高精度测角；开机就测角，无需初始化。

TCR1202系列全站仪配有许多实用的功能和应用程序：如放样、导线测量、隐蔽点测量、参考线放样、DTM放样、定向与高程传递、面积计算、自由设站等。TCR1202全站仪的特点的红外线测距是与望远镜同轴的，在跟踪作业模式下，测量速度会更高。

采用512K标准的PCMCIA卡记录数据；仪器内存；RS232接口实时输出。

2.4 拓普康3002LN和徕卡1202两种全站仪性能比较

1）徕卡1202采用了视窗显示，独特的摩擦制动，激光对中，观测时可以不分正倒镜（正倒镜观测得出的坐标完全相同）等一系列提高观测速度的措施，因此观测效率明显高于其他型号的仪器。拓普康3002LN是在拓普康332W的基础上发展起来的，在拓普康系列的原操作系统的基础上进行了局部的改进，在使用方便快捷上与徕卡1202有明显的差距。

2）徕卡1202的数据传输系统和存储卡（CF卡）比较独特，在损坏后必须找徕卡仪器商配置，使用户感到不便。而拓普康全站仪所有型号的数据传输线、传输方式相同，可以通用，没有专用的CF卡，因此在数据传输方面，拓普康系列全站仪比较方便。

3）徕卡1202在照准目标时发出的红色激光，非常明亮，红色激光点在地下工程的洞壁上很清晰；拓普康3002LN发出的红色激光比较弱，对于地下工程，超出30米，红色激光点就很不清晰。无棱镜测距时，在查找目标方面，徕卡1202明显具有优势。

4）在免棱镜测距时，有时视线需要穿过小孔，例如在地下工程中，观测钢筋网后面的模板尺寸。徕卡1202一般只要激光线能穿过钢筋网，在模板上有红点出现，便能测出观测点坐标。而拓普康3002LN全站仪只有穿过直径大于5厘米的孔时（即激光线需要距离中间障碍物2.5厘米时，才能测出后面激光点的坐标。否则测出的距离或坐标是测站到障碍物的距离。

5）免棱镜长距离测距，徕卡1202观测一个点大约需要1～2秒，而拓普康3002LN 观测一个点大约需要7～8秒，徕卡1202照准目标后立即显示，而拓普康3002LN 需要6秒钟后才显示。在地形测量中徕卡1202占有明显的优势。

6）根据我们的试验，在观测条件良好的条件下，徕卡1202免棱镜最远测距达521米，拓普康3002LN免棱镜测距最远达1130米。

3. 外业数据采集

所谓外业数据采集是指利用全站仪测量观测点的坐标，并将测量结果存储在全站仪内存或CF卡上的过程。数据采集是数字化测图的重要步骤，一般在测量时需现场画出草图，并在草图上标注出典型地物的起始点号，以便内业数字化成图（还有编码成图）。以下分别介绍两种仪器的数据采集步骤。

3．1 拓普康3002LN外业数据采集

3．1．1创建一个新文件或调出一个原有文件

建立一个文件是数字化测图的首要步骤，即在固定的测量范围内的所有测量点坐标必须存储在同一个文件下。建立一个文件的目的是为了调用和使用方便，同一固定地段，两次测量，也需要建立不同的文件名，例如工程测量的收方，就是用同一地段开挖前、开挖后两次数字化地形图，计算出的开挖或填充量。文件名一般以地名加上日期冠名，使用起来比较方便。

如果在一个新的测站点上架设仪器进行数据采集，必须建立一个新的文件名；如果原来测量没有测完，现在又进行补测点，则可以利用原有文件名。

在测站点上安置好仪器并量取仪器高后，按POWER 键打开仪器，进行水平和竖向转动，使仪器进入正常测量模式：

*1）要创建一个新文件或直接输入文件名，可按F1（输入）键，然后键入文件名。

*2）如果一个文件已被选定，则在该文件的左边显示一个符号“*”。

*3）按F2（查找）键，可查看箭头所标定文件的数据内容。

3．1．2测站设置

测站设置是将测站点的坐标（X/Y/Z）和起始方向输入全站仪内存，为施测点坐标计算准备起算数据。一般全站仪都可以事先存入已知点的坐标，因此测站设置测站点的设置有两种方法：直接由键盘输入和利用内存中的坐标数据来设定。下面以直接由键盘输入为例介绍设置测站的步骤。

3．1．3数据采集

所谓数据采集就是将施测测点，并将测量结果存入全站仪内存或CF卡。其操作过程如下：

3．2 徕卡1202全站仪的数据采集

徕卡1202全站仪的显示屏较大，具有视窗的特点，打开仪器后显示6个图标：①测量②程序运用③管理目录④输入输出⑤配置设置⑥工具栏

这六个图标就是六个菜单，打开测量菜单，显示开始测量菜单

采集数据的步骤是建立作业、设站和测量，其中作业就是建立或调用文件。

徕卡1202全站仪是全中文界面，一般操作人员能根据仪器的提示完成数据采集的过程。因此这部分省略。

4．数据传输

外业数据采集完成后，要通过数据电缆将外业所测的碎部点数据自全站仪传输到计算机并以数据文件（ *.dat）的形式保存的过程数据传输。我国数字化成图通常采用南方CASS软件，因此本文介绍的拓普康全站仪数据传输，都是在CASS 软件下进行的。对于徕卡1202采用专用的“TGO徕卡综合办公室”软件包或CF 卡直接将观测数据传入计算机，一般不能用CASS软件传输。

4．1计算机接受数据的操作步骤：

4．1．1用拓普康仪器箱内传输线将计算机和仪器连接，打开仪器和计算机。

在计算机上打开南方CASS软件，进入CASS6.0软件系统，执行“数据（D）→读取全站仪→菜单命令，如下图所示：

通过点击可以改变存储数据文件的路径（目录）；

在栏中输入传输的数据所要存储的文件名（缺省文件后缀为DAT）。

在屏幕下方命令行提示：

请选择通讯口：1.串口COM1 2.串口COM2 <1>

缺省选择串口COM1直接按回车，命令行提示：

请设置拓普康GTS-200通讯参数为：9600（波特率），N（校验），8（数据位），1（停止位）

按回车确认，屏示信息窗口：

4．2全站仪发送数据的操作步骤：

注：

*1）按F键，可以设置全站仪的通讯参数；

*2）按F1键，可以直接输入文件名；

*3）取消发送可按F4（停止）键。

4．3数据传输应注意的问题：

（1）全站仪的通讯参数设置应与CASS6.0软件系统所要求的一致，即： 9600（波特率），N（校验），8（数据位），1（停止位）；

（2）确保微机与全站仪的数据传输电缆的连接；

（3）要先在微机上按回车键确认接收数据，然后在全站仪按[是]键开始发送数据。这样才能保证接收数据的完整性。

数据传输正确时，可以在CASS软件界面上看到数据传输。

4．4徕卡全站仪的数据输入

徕卡1202全站仪采用专用的“LGO徕卡综合办公室”软件包或CF卡直接将观测数据传入计算机，一般不能用CASS软件传输。通常采用CF卡，直接将数据导入计算机的Excel

进行处理后生成*.dat文件。过程和拓普康全站仪类似，这里省略。

5．内业编辑成图

5．1新建或打开已有图形

（1）新建图形文件：执行“文件→新建图形文件…”菜单命令，

直接按回车确认，新建缺省文件名为acadiso.dwt的图形文件。

（2）打开已有图形文件：执行“文件→打开已有图形…”菜单命令，屏示：通过点击可以改变搜索图形文件的路径（目录）；找到需要的图形文件后，单击打开按钮或双击文件名即可打开该图形文件。

5．2展绘点位和点号

（1）改变比例尺：对于新建的图形文件，在展点前要首先确定绘图比例尺：执行“绘图处理→改变当前图形比例尺”菜单命令，屏幕下方命令行提示：

输入新比例尺<1：500> 1：

输入比例尺分母回车确认，命令行提示：

是否自动改变符号大小? (1)是 (2)否 <1>

缺省回车确认或输入2再回车否认即可。

（2）展绘点位和点号：执行“绘图处理→展高程点→”菜单命令，屏示对话框如下：

点击“搜索(I)”栏的按钮（如上图）选择测点坐标数据文件所在的目录，之后在文件名列表中选择所要的坐标数据文件，点击按钮执行展点命令。

5．3连线编辑

完成展点后图形中显示出所展测点的点位和点号，下一步的连线编辑工作就是根据现场的地形情况来绘制地形图。这项工作的基本步骤是：首先在“屏幕菜单”中或者采用快捷键选择绘制地貌或地物的命令，再依次在图上选取组成所

绘内容的点位，最后确认完成绘制。下面以几种常用的地形和地物目标为例介绍如下。

点击滚动条或者上一组和下一组按钮可以寻找所要绘制的目标，在文字内容栏或者图形示例栏选择所要绘制的目标。如选择四点房屋点击确定按钮，进行下一步命令行提示：

1.已知三点/

2.已知两点及宽度/

3.已知四点<1>：

选择绘制方法，以“2.已知两点及宽度”为例，输入2后确认回车，命令行提示：输入点：

采用对象捕捉的方法在图上精确选择或者根据实地丈量结果在屏幕上直接点击拾取房屋一边的两点，之后命令行提示：

输入宽度<米，左+/右->：

采用对象捕捉的方法在图上精确选择或者根据实地丈量结果在屏幕上直接点击拾取自然斜坡坡底线的第一个点，之后命令行提示：

指定点：

输入点：

采用同样的方法选择自然斜坡坡底线的第二个点，之后命令行提示：

指定下一个点或[圆弧(A)/闭合(C)/半宽(H)/长度(L)/放弃(U)/宽度(W)]：

闭合C/隔一闭合G/隔一点J/微导线A/曲线边长Q/交会B/回退U/<指定点>：

采用同样的方法依次选择自然斜坡坡底线的第三直至最后一个点，回车确认，命令行提示：

5．4展绘高程点并且绘制等高线

完成地貌地物的连线编辑后，下一步是展绘高程点和绘制等高线的工作。

（1）首先要关闭测点点号和点位的图层，常用如下方法：

在工具栏中点击的按钮打开图层管理状态栏如下：

选择ZDH图层并且点击其图层开关指示灯使之变暗，即可把测点点号和点位的图层ZDH关闭。可以采用同样的方法打开或关闭其他图层。

（2）展绘高程点：执行“绘图处理→展点→高程点”菜单命令，屏示对话框如下：

点击“搜索(I)”栏的按钮（如上图）选择测点坐标数据文件所在的目录，之后在文件名列表中选择所要的坐标数据文件，点击按钮执行展点命令后，命令行提示：

注记高程点的距离（米）：

根据需要输入高程点的注记间距，回车确认即完成高程点的展绘。

（2）绘制等高线：

（3）在“屏幕菜单”中选择“等高线S”，屏示对话框如下：

在文字内容栏或者图形示例栏选择等高线，点击确定按钮，进行下一步命令行提示：

输入由图面建立DTM：

输入相应点后回车确认，命令行提示：

第（2）点：直接回车，然后把要建立三角网的高程点匡起来然后用鼠标反键后会出现接这回车就可以建立三角网了。

接着根据图上的三角网来修改不合格的三角网把错误的三角形删掉，根据实际地形和图上地形适当修改三角形修改完三角形后要记得把修改后的三角网存盘，不然的话就会出现和没秀该一样的等高线图形。

然后绘制等高线，

点击后会提示输入 1米后回车，后接着回车，这样等高线就绘制成功。

图上的等高线以及地物地貌绘制和编辑完成后，要对高程点进行适当合理的取舍处理，使图面清晰美观。

5．5图幅分幅

（1）图形分幅：

在图形分幅前，您应作好分幅的准备工作。您应了解您图形数据文件中的最小坐标和最大坐标。注意：在CASS4.0软件下侧信息栏显示的坐标和测量坐标是相反的，即CASS4.0系统上前面的数为Y坐标（东方向），后面的数为X坐标（北方向）。

将鼠标移至“绘图处理”菜单项，点击左键，弹出下拉菜单，选择“图幅整饰”下面的“批量分幅”，命令区提示：

请选择图幅尺寸:(1)50*50 (2)50*40 <1>按要求选择。此处直接回车默认选1。请输入分幅图目录名:输入分幅图存放的目录名，回车。

输入测区一角:在图形左下角点击左键。

输入测区另一角: 在图形右上角点击左键。

这样在所设目录下就产生了各个分幅图，自动以各个分幅图的左下角的东坐标和北坐标结合起来命名，如：“29.50-39.50”、“29.50-40.00”等。如果要求输入分幅图目录名时直接回车，则各个分幅图自动保存在指定的目录下。

（2）图幅整饰：

首先选择“文件”的“打开已有图形…”项，把图形分幅时所保存的图形打开，再选择“绘图处理”中“图幅整饰”的“标准图幅（50350CM）”项（当然也可按要求选择“图幅整饰”的其它选项），显示如下图所示的对话框：

输入图幅的名字、邻近图名、测量员、制图员、审核员后用鼠标单击“确定”按扭即可，汉字输入时，请用“CTRL+空格键”进入WINDOWS的汉字输入状态。确定后系统提示：

请输入内图框西南角坐标(东,北): 输入图形左下角测量坐标，回车。

是否删除图框外实体? (1)否(2)是<1>按要求选择。

回车确认后就完成标准图幅的整饰。

另外，可以根据实际情况将cass40blocks目录下的标准图幅模版文件（其中AC50TK为50350CM标准图幅，AC45TK为40350CM标准图幅）进行修改。

6．1 在隧道测量中它的绘图和地形图的绘制有很大的差别，以下简单介绍隧道断面绘制的方法

1) 通过全站仪把数据传输到计算机后为 GSI 格式，在通过计算机里的CASS60的功能然后点击上的选择文件，在里面选择要转换的GSI的数据文件。

接着在上点击选择文件，就可以把你要转换的数据文件储存到选择的文件夹里。最后点击转换，这样转换任务就完成了。

转换后的数据文件名后缀为.DAT ，一般先改为后缀为CSV的文件打开文件夹：

这样的话可以很其次的看到错误的数据，方便作图人员处理错误的测量数据。但是，这种程序的要求就是要在测量断面的时候用隧洞的相对坐标才能进行转换。2）一次绘制多个断面图或单个的断面图绘制方法。

在葛洲坝测量队在工作中对CASS的运用数据格式，和断面的数据要求，用QBASIC编程对数据进行处理转换。

其程序为：

750 : l1 = 9999: k = 0

758 : OPEN “c:sdsjzh111.dat” FOR INPUT AS #1: OPEN “c:sdsjzh223.hdm” FOR OUTPUT AS #2

759 : DO UNTIL EOF(1)

760 : INPUT #1, a$, w$, g, f, h

770 : IF ABS(l1 – f) < .5 THEN 2645

773 : k = k + 1: l1 = f

790 : PRINT #2, “begin,”; f; “:”; k

795 : PRINT #2, 0; “,”; INT(h / 10 + .5) * 10

2645 : PRINT #2, g; “,”; h

2800 : LOOP

2802 : PRINT

2805 : CLOSE #1, #2

2806 : END

运用这种程序的转换有一种不好的方法，就是要对所要转换的数据文件进行处理后从能从中转换不然的话就会生成错误的断面。

首先要把所要转换的.DAT文件全部复制，粘贴到程序里的.dat文件名的目录下面。

然后打开程序：

回车后直接就会进入下一个界面，点击FILE后在点击OPEN，会出现

在点击ZH.BAS这样就能点击OK了，在在菜单行下点击RUN会如图所示

这样就说明数据转换成功。然后打开文件夹里的HDM文件。就可以进行查看里面的HDM文件的数据文件了。如图：

查看上面的里程文件的数据是否正确，正确的话就可以在CASS60里面进行多条断面线的绘制工作。

首先打开，CASS60然后点击工程运用（C）à绘断面图à根据里程文件绘制。

如图：

然后选定要绘制断面的HDM文件，

把比例尺该为横向1000 ，纵向1000 后点击确定。选择要绘制断面的一角后就会把所要绘制的断面图展现出来。如图：

在根据图上的高程和中心线来把展出的图形粘贴到相对的设计图形上面就完成了展图的工作。

7．1出图

用鼠标左键点取“文件”菜单下的“用绘图仪或打印机出图”，进行绘图。

选好图纸尺寸、图纸方向之后，用鼠标左键点击“窗选”按钮，用鼠标圈定绘图范围。将“打印比例”一项选为“2：1”（表示满足1：500比例尺的打印要求），通过“部分预览”和“全部预览”可以查看出图效果，满意后就可选定“确定”按钮进行绘图了。

3．8作图中应注意的问题

（1）千万别忘了存盘（其实在操作过程中也要不断地进行存盘，以防操作不慎导致丢失）。正式工作时，最好不要把数据文件或图形保存在CASS6.0或其子目录下，应该创建工作目录。比如在C盘根目录下创建DATA目录存放数据文件，在C盘根目录下创建DWG目录存放图形文件。

（2）在执行各项命令时，每一步都要注意看下面命令区的提示，当出现“Command：”提示时，要求输入新的命令，出现“Select objects:”提示时，要求选择对象，等等。当一个命令没执行完时最好不要执行另一个命令，若要强行终止，可按键盘左上角的“Esc”键或按“Ctrl”的同时按下“C”键，直到出现“Command：”提示为止。

参考文献

1.南方CASS6.0用户手册，南方测绘仪器有限公司，2004