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第一单 测量仪器检校 第一节 全站仪、水准仪结构原理 1.1全站仪概述 全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。是一种集光、机械、电子部件为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。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。 因全站仪具有多功能、高效率的特性，目前几乎可以用在所有的测量领域。 全站仪是人们在角度测量自动化的过程中应用而生的，各类电子经纬仪在各种测绘作业中起着巨大的作用。 全站仪的发展经历了从组合式即光电测距仪与光学经纬仪组合，或光电测距仪与电子经纬仪组合，到整体式即将光电测距仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪等几个阶段。 最初速测仪的距离测量是通过光学方法来实现的，我们称这种速测仪为“光学速测仪”。实际上，“光学速测仪”就是指带有视距丝的经纬仪，被测点的平面位置由方向测量及光学视距来确定，而高程则是用三角测量方法来确定的。 带有“视距丝”的光学速测仪，由于其快速、简易，而在短距离（100米以内）、低精度 （1/200(1/500）的测量中，如碎部点测定中，有其优势，得到了广泛的应用。 随着电子测距技术的出现，大大地推动了速测仪的发展。用电磁波测距仪代替光学视距经纬仪，使得测程更大、测量时间更短、精度更高。人们将距离由电磁波测距仪测定的速测仪笼统地称之为“电子速测仪”（Electronic Tachymeter）。 随着电子测角技术的出现。 这一“电子速测仪”的概念又相应地发生了变化，根据测角方法的不同分为半站型电子速测仪和全站型电子速测仪。半站型电子速测仪是指用光学方法测角的电子速测仪，也有称之为“测距经纬仪”。这种速测仪出现的较早，并且进行了不断的改进，可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪，对斜距进行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐标差，这些结果都可自动地传输到外部存储器中。全站型电子速测仪则是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于全站型电子速测仪完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以人们也通常称之为全站型电子速测仪或简称全站仪。 近年来，随着微电子技术、电子计算技术、电子记录技术的迅速发展和广泛应用，全世界众多测绘仪器制造厂家不断推出各种型号的全站仪，以满足各类用户各种用途的需要。特别是新一代的智能型全站仪，不仅测量速度快、精度高，还内置有微处理器和存储器，以及功能强大的系统软件和丰富多彩应用程序，可实现设计、计算、放样等许多高级功能，将全站仪的发展推向了一个崭新的阶段。 1.1全站仪的分类 全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。 全站仪按结构组成分为组合式（Modular）（）（Integrated）（（）（）： ； ； ； ； ； ； 图1全站仪设计框架 其中： (1)电源部分是可充电电池，为各部分供电； (2)测角部分为电子经纬仪，可以测定水平角、竖直角，设置方位角； (3)补偿部分可以实现仪器垂直轴倾斜误差对水平、垂直角度测量影响的自动补偿改正； (4)测距部分为光电测距仪，可以测定两点之间的距离； (5)中央处理器接受输入指令、控制各种观测作业方式、进行数据处理等； (6)输入、输出包括键盘、显示屏、双向数据通讯接口。 从总体上看，全站仪的组成可分为两大部分： 一是为采集数据而设置的专用设备，主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统、自动补偿设备等。 二是测量过程的控制设备，主要用于有序地实现上述每一专用设备的功能，包括与测量数据相连接的外围设备及进行计算、产生指令的微处理机等。 只有上面两大部分有机结合才能真正地体现“全站”功能，既要自动完成数据采集，又要自动处理数据和控制整个测量过程。 1.2.2全站仪的基本结构 全站仪按其结构可分为组合式（积木式）与整体式两种。 (1)组合式全站仪 组合式全站仪由测距头、光学经纬仪及电子计算部分拼装组合而成。这种全站仪的出现较早，经不断地改进可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪并对倾斜距离进行计算处理，最后得出平面距离、高差、方位角和坐标差，这些结果可自动地传输到外部存储器中，后来发展为把测距头、电子经纬仪及电子计算部分拼装组合在一起。其优点是能通过不同的构件进行多样组合，当个别构件损坏时，可以用其他构件代替，具有很强的灵活性。早期的全站仪都采用这种结构。 如图2是日本索佳公司生产的REDmini短程测距仪，仪器测程为O.8km。测距仪的支座下有插孔及制紧螺旋，可使测距仪牢固地安装在经纬仪的支架上方。旋紧