摘要：全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，它是一種可以同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理，由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作，故被稱為“全站儀”。

關鍵詞：光速值、棱鏡常數(shù)、HA+i-t

全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統(tǒng)，即水平角測量系統(tǒng)、豎直角測量系統(tǒng)、水平補償系統(tǒng)和測距系統(tǒng)。通過鍵盤可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過I/O接口接入總線與微處理機聯(lián)系起來。

微處理機（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器）、運算器和控制器組成。微處理機的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動儀器進行測量工作，執(zhí)行測量過程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲存等工作，保證整個光電測量工作有條不紊地進行。輸入輸出設備是與外部設備連接的裝置（接口），輸入輸出設備使全站儀能與磁卡和微機等設備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。

目前，世界上許多著名的測繪儀器生產(chǎn)廠商均生產(chǎn)有各種型號的全站儀。

（一）全站儀的主要分類：

電磁波測距按測程來分，有短程(＜3km)、中程(3—15km)和遠程(＞15km)之分。

按測距精度來分，有Ⅰ級(5mm)、Ⅱ級(5mm—10mm)和Ⅲ級(＞10mm)。

按載波來分，采用微波段的電磁波作為載波的稱為微波測距儀；采用光波作為裁波的稱為光電測距儀。光電測距儀所使用的光源有激光光源和紅外光源(普通光源已淘汰)，采用紅外線波段作為載波的稱為紅外測距儀。由于紅外測距儀是以砷化稼(GaAs)發(fā)光二極管所發(fā)的熒光作為載波源，發(fā)出的紅外線的強度能隨注入電信號的強度而變化，因此它兼有載波源和調制器的雙重功能。GaAs發(fā)光二極管體積小，亮度高，功耗小，壽命長，且能連續(xù)發(fā)光，所以紅外測距儀獲得了更為迅速的發(fā)展。本節(jié)討論的就是紅外光電測距儀。

（二）測距原理

欲測定A、B兩點間的距離D，安置儀器于A點，安置反射鏡于B點。儀器發(fā)射的光束由A至B，經(jīng)反射鏡反射后又返回到儀器。設光速c為已知，如果光束在待測距離D上往返傳播的時間 。已知，則距離D可由下式求出D=ct/2

式中c＝c。／n，c。為真空中的光速值，其值為299792458m／s,，n為大氣折射率，它與測距儀所用光源的波長，測線上的氣溫t, 氣壓P和濕度e有關。

測定距離的精度，主要取決于測定時間 的精度，例如要求保證±lcm的測距精度，時間測定要求準確到6．7×10—lls，這是難以做到的。因此，大多采用間接測定法來測定 。間接測定的方法有下列兩種：

1．脈沖式測距

由測距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測目標反射后，再由測距儀的接收系統(tǒng)接收，測出這一光脈沖往返所需時間間隔( )的鐘脈沖的個數(shù)以求得距離D。由于計數(shù)器的頻率一殷為300MHz(300×106Hz)，測距精度為O.5m，精度較低。

2．相位式測距

由測距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調制光波，測出該調制光波在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相依移，以測定距離D。紅外光電測距儀一般都采用相位測距法。

在砷化镕(GaAs)發(fā)光二極管上加了頻率為f的交變電壓(即注入交變電流)后，它發(fā)出的光強就隨注入的交變電流呈正弦變化，這種光稱為調制光。測距儀在A點發(fā)出的調制光在待測距離上傳播，經(jīng)反射鏡反射后被接收器所接收，然后用相位計將發(fā)射信號與接受信號進行相位比較，由顯示器顯出調制光在待測距離往、返傳播所引起的相位移φ。

（三）全站儀的常規(guī)操作與使用

不同型號的全站儀，其具體操作方法會有較大的差異。下面簡要介紹全站儀的基本操作與使用方法。

1.全站儀的基本操作與使用方法

1）水平角測量

（1）按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準第一個目標A。

（2）設置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00″。

（3）照準第二個目標B，此時顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。

2）距離測量

（1）設置棱鏡常數(shù)

測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。

（2）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值

光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設置的一個標準值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結果進行改正。

（3）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。

（4）距離測量

照準目標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。

全站儀的測距模式一般有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是常用的測距模式，測量時間約2.5S，小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動目標或放樣時連續(xù)測距，小顯示一般為1cm，每次測距時間約0.3S；粗測模式，測量時間約0.7S，小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。應注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。

3）坐標測量

（1）設定測站點度盤讀數(shù)為其方位角。當設定后視點的坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。

（2）設置棱鏡常數(shù)。

（3）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。

（4）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。

（5）照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標。

經(jīng)緯儀是可以在垂直平面內轉動的那臺

水準儀原理：肯定能測。原理與望遠鏡測量距離相同，只是測量距離精度遠低于經(jīng)緯儀。

（四）全站儀使用技巧

1、在已知兩點不能通視的情況下的測量，采用后方交會法：

主要用于在測量中，儀器無法在已知點上架設，或架設后無法看到其它已知坐標點，而架設在任意地點完成設站。

該方法參與的已知點越多，設站精度越高。步驟：在任意點架設儀器（與已知兩點A/B角度大于15度），輸入A照準，輸入B照準，自動完成測站設置，用B點作為后視點。兩個點夠用，3個點精度高點，4個點更好。

2、快速高程測量方法：

傳統(tǒng)的測量方法是水準測量、三角高程測量。兩種方法雖然各有特色，但都存在著不足。水準測量是一種直接測高法，測定高差的精度是較高的，但水準測量受地形起伏的限制，外業(yè)工作量大，施測速度較慢。三角高程測量是一種間接測高法，它不受地形起伏的限制，且施測速度較快。

經(jīng)過長期摸索，總結出一種新的方法進行三角高程測量。這種方法既結合了水準測量的任一置站的特點，又減少了三角高程的誤差來源，同時每次測量時還不必量取儀器高、棱鏡高。使三角高程測量精度進一步提高，施測速度更快。如果我們能將全站儀象水準儀一樣任意置點，而不是將它置在已知高程點上，同時又在不量取儀器高和棱鏡高的情況下，利用三角高程測量原理測出待測點的高程，那么施測的速度將更快。假設B點的高程已知，A點的高程為未知，這里要通過全站儀測定其它待測點的高程。首先由（1）式可知：

HA=HB-(Dtan а+i-t) （2）

上式除了Dtanа即V的值可以用儀器直接測出外，i,t都是未知的。但有一點可以確定即儀器一旦置好，i值也將隨之不變，同時選取跟蹤桿作為反射棱鏡，假定t值也固定不變。從（2）可知：

HA+i-t=HB-Dtan а=W （3）

由(3)可知，基于上面的假設，HA+i-t在任一測站上也是固定不變的.而且可以計算出它的值W。

這一新方法的操作過程如下

1、 儀器任一置點，但所選點位要求能和已知高程點 通視。

2、 用儀器照準已知高程點，測出V的值，并算出W的值。（此時與儀器高程測定有關的常數(shù)如測站點高程，儀器高，棱鏡高均為任一值。施測前不必設定。）

3、 將儀器測站點高程重新設定為W，儀器高和棱鏡高設為0即可。

4、 照準待測點測出其高程。

下面從理論上分析一下這種方法是否正確。

結合（1），（3）

HB′=W+D′tan а′ (4)

HB′為待測點的高程

W為測站中設定的測站點高程

D′為測站點到待測點的水平距離

а′為測站點到待測點的觀測垂直角

從(4)可知，不同待測點的高程隨著測站點到其的水平距離或觀測垂直角的變化而改變。

將（3）代入（4）可知：

HB′=HA+i-t+D′tan а′ （5）

按三角高程測量原理可知

HB′=W+D′tan а′+i′-t′ (6)

將（3）代入（6）可知：

HB′=HA+i-t+D′tan а′+i′-t′ (7)

這里i′,t′為0,所以：

HB′=HA+i-t+D′tan а′ (8)

由(5),(8)可知,兩種方法測出的待測點高程在理論上是一致的。也就是說我們采取這種方法進行三角高程測量是正確的。

綜上所述：將全站儀任一置點，同時不量取儀器高，棱鏡高。仍然可以測出待測點的高程。測出的結果從理論上分析比傳統(tǒng)的三角高程測量精度更高，因為它減少了誤差來源。整個過程不必用鋼尺量取儀器高，棱鏡高，也就減少了這方面造成的誤差。同時需要指出的是，在實際測量中，棱鏡高還可以根據(jù)實際情況改變，只要記錄下相對于初值t增大或減小的數(shù)值，就可在測量的基礎上計算出待測點的實際高程。