理学全站仪.pptx
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1、2024/6/25 周二测量学第四章1全站仪简介测绘工程系2024/6/25 周二测量学第四章2l全站型电子速测仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储等单元组成的三维坐标测量系统,能自动显示测量结果,能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于仪器较完善地实现了测量和处理过程的电子一体化,通常称之 为 全 站 型 电 子 速 测 仪(ElectronicTotalStation)或简称全站仪。第第部分部分全站仪简介全站仪简介2024/6/25 周二测量学第四章3一、全站仪的组成一、全站仪的组成显示器键盘只读存储器随机存储器输入/输出I/O单元微处理器水平角测量单元垂直角测量单元距离测量单元
2、自动补偿单元光电测量系统微处理器及软件w w全站仪实际上是一种将光电测距仪和电子经纬仪合为一体的仪器,是由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。l)采集数据设备采集数据设备:主要有电子测角系统、电子测距系统、还有自动补偿设备等。2)微处理器微处理器:微处理器是全站仪的核心装置,主要由中央处理器,随机储存器和只读存储器等构成,测量时,微处理器根据键盘或程序的指令控制各分系统的测量工作,进行必要的逻辑和数值运算以及数字存储、处理、管理、传输、显示等。2024/6/25 周二测量学第四章43)输输入入输输出出设设备备:是是与与外外部部设设备备连连接接的的装装置置(接接口口),使使全站仪能与磁卡和
3、微机等设备交互通讯、传输数据。全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。其其中中又又把把外外围围设设备备与与微微处处理理机机统统称称为为过过程程控控制制机机。只只有有上上面面几几部部分分有有机机结结合合,才才能能真真正正地地体体现现“全全站站”功功能能,即即既既要要自自动动完完成成数数据据采采集集,又又要要自自动动处处理理数数据据和和控控制制整整个个测测量量过过程。程。2024/6/25 周二测量学第四章5二二 全站仪的精度等级及主要技术指标全站仪的精度等级及主要技术指标 全站仪及电子经纬仪的精度等级划四级,并使其分别靠向我国已有的经纬仪系列 DJ1DJ15,详见表1-1。2024/6/2
4、5 周二测量学第四章6 全站仪的精度等级是由两部分确定,即测角标准偏差和测距标准偏差。当两项指标达到表1中所列的范围内时,该仪器的精度等级即可确定。每台全站仪出厂时均有一个标称精度值,该值是根据西德DIN18723标准进行评定的。通过我国的实际试验,现实测值小于标称值,为标称值的一半左右,这也说明我们如此划分全站仪的精度等级是完全可以满足我们的现行标准的。2024/6/25 周二测量学第四章7 技术指标:主要体现在:望远镜(如放大率等)、测角部(精度、测量时间等)、测距部(精度、测量时间、测距范围等)、电源系统(工作时间等)、软件与数据传输(内置程序多少、数据内存多少等)、其他(显示器、灵敏度
5、、重量等),其中最主要的是其测角和测距精度。如索佳某一型号的技术参数(126页)2024/6/25 周二测量学第四章8三三 全站仪分类全站仪分类分类标准很多,如:1)按照精度:2)按照产地:如日本的宾得、索佳、拓普康、尼康,美国的天宝、瑞士的徕卡等系列,我国南方公司的(1996年生产了第一台全站NTS2O2)。2024/6/25 周二测量学第四章9 3)按照电子测角系统和电子测距系统的结合方式:积木式和整体式。积木式(积木式(Modular),),也称组合式,它是指电子经纬仪和测距仪可以分离开使用,照准部与测距轴不共轴。作业时,测距仪安装在电子经纬仪上,相互之间用电缆实现数据通讯,作业结束后卸
6、下分别装箱。这种仪器可根据作业精度要求,用户可以选择不同测角、测距设备进行组合,灵活性较好。整体式(整体式(integrated),),也称集成式,它是将电子经纬仪和测距仪融为一体,共用一个光学望远镜,使用起来更方便。4)按照特有功能:带内存、防水型、防爆型、电脑型、带马达的(测量机器人)。2024/6/25 周二测量学第四章10四四 全站仪的应用介绍全站仪的应用介绍 全站仪应用非常广泛,如在变形观测中的应用、在测设公路中线上的应用、在大面积室内装修工程中的应用、在贯通测量中的应用、在水准法测量高程的应用、在测量道路横断面的应用、在数字测图的应用、在坐标法进行线路详细测设中的应用、在坐标测量和
7、放样中的应用、自由设站的应用、程序测量功能在工程测量中的应用等。2024/6/25 周二测量学第四章11构造构造2024/6/25 周二测量学第四章122024/6/25 周二测量学第四章132024/6/25 周二测量学第四章142024/6/25 周二测量学第四章15数据通讯数据通讯2024/6/25 周二测量学第四章16通讯参数通讯参数2024/6/25 周二测量学第四章17棱镜、基座、反光镜棱镜、基座、反光镜2024/6/25 周二测量学第四章18五五 全站仪的特点全站仪的特点1仪器操作简单,高效。全站仪具有现代测量工作所需的所有功能2快速安置:简单地整平和对中后,开机后便可工作。仪器
8、具有专门的动态角扫描系统,因此无需初始化。关机后,仍会保留水平和垂直度盘的方向值。电子“气泡”有图示显示并能使仪器始终保持精密置平。3适应性强:全站仪是为适应恶劣环境操作所制造的仪器。它们经受过全面的测试以便适应各种作业条件,例如,雨天、潮湿、冲撞、尘土和高温等,因此,它们能在最苛刻的环境下完成作业任务。2024/6/25 周二测量学第四章194全站仪设有双向倾斜补偿器,可以自动对水平和竖直方向进行修正,以消除竖轴倾斜误差的影响。还可进行地球曲率改正、折光误差以及温度、气压改正。6具有双向通讯功能,可将测量数据传输给电子手簿或外部计算机,也可接受电子手簿和外部计算机的指令和数据。5控制面板具有
9、人机对话功能。控制面板由键盘和主,副显示窗组成。除照准以外的各种测量功能和参数均可通过键盘来实现,仪器的两侧均有控制面板,操作十分方便。数据存储与通讯数据存储与通讯操作面板操作面板电子电子电子电子补偿器补偿器2024/6/25 周二测量学第四章20六六 全站仪与经纬仪相比全站仪与经纬仪相比全站仪与经纬仪相比具有以下优点:1.度盘的电子化读数不但提高了效率,还大大降低了误读的机率;2.测量结果自动记录在“电子手簿”中,减少了读数的错误和记录的粗差,提高了功效;3.利用全站仪中的微处理器,通过传感器可以自动的改正仪器轴系误差,提高测量精度;4.距离改正,高差计算和坐标计算在仪器上自动完成,减少了内
10、业计算工作量;5.角度测量中自动扫描整个度盘,并求出平均值作为结果,消除了度盘的刻 划误差和偏心差。2024/6/25 周二测量学第四章21Topcon(日日)Trimble(德蔡司德蔡司)苏一光 RTS702 南方NTS-202/205全站仪 七、常见全站仪七、常见全站仪徕卡 TC4022024/6/25 周二测量学第四章22宾得R-300X全站仪 索佳030R系列全站仪 尼康全站仪DTM-300 光谱FOCUS 11 科力达 KTS-322 博飞 BTS-6082C 大地DTM612A 常见全站仪常见全站仪2024/6/25 周二测量学第四章23(一)(一)GTS-330GTS_330N教
11、学演示模拟器GTS330N全站仪用户手册1.pdf全站仪测回法测角.wmv2024/6/25 周二测量学第四章24(二)(二)SET210、510索佳SET210_510_610全站仪说明书.pdf(三)徕卡TPS1200徕卡徕卡TPS1200自动搜索演示自动搜索演示.mpg2024/6/25 周二测量学第四章25八、新技术和发展趋势八、新技术和发展趋势1.目标的自动识别与照准目标的自动识别与照准 自动目标识别并驱动轴系照准目标,把测量员从全站仪测量工作中最为繁重的人工照准目标中解脱出来,使测量员可以远离测站。广角 CCD 用于搜寻棱镜(17,35M像素)聚焦视准 CCD 用于棱镜测量(47”
12、,35M像素)2024/6/25 周二测量学第四章262.全站仪的无合作目标测距全站仪的无合作目标测距激光指示器可根据不同的需求打开/关闭2024/6/25 周二测量学第四章273.全站仪的自动控制全站仪的自动控制(1)计算机在线控制GeoCOM 方式(2)机载软件控制GeoBASIC 方式(3)Modem控制镜站方式测测 量量 4.全站仪全站仪GPS陀螺仪陀螺仪2024/6/25 周二测量学第四章28三同轴望远镜三同轴望远镜2024/6/25 周二测量学第四章29电子补偿器电子补偿器l竖轴倾斜量视准轴方向CC和横轴方向HH,双轴。l电子补偿器单轴补偿(CC),双轴补偿(CC,HH)。l类型摆
13、式,液体。l液体补偿器的补偿范围一般为34。l双轴倾斜量被传输到仪器微处理器,l自动改正水平方向与垂直方向观测值。2024/6/25 周二测量学第四章30操作面板操作面板2024/6/25 周二测量学第四章31数据存储与通讯数据存储与通讯l内存可存储至少3000个点的测量数据与坐标数据,l有些配有CF卡或SD卡来增加存储容量。l一个RS232C串行通讯接口,l使用专用数据线与计算机的COM口连接,l使用数据通讯软件实现全站仪与PC机的双向数据传输2024/6/25 周二测量学第四章32第部分 全站仪原理光电测距电子测角全站仪基本功能全站仪拓展功能2024/6/25 周二测量学第四章33一一 光
14、电测距光电测距电磁波测距(electro-magneticdistancemeasuring,简称EDM)是用电磁波(光波或微波)作为载波,传输测距信号,以测量两点间距离的一种方法。EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低等优点。AB两点距离:两点距离:D c0t/2/nc 2997924581.2米米/秒秒,电磁波信号在真空中的传播速度;电磁波信号在真空中的传播速度;t 测量测量2D所需的时间;所需的时间;n=f(,t,p)1,大气折射率。大气折射率。基本原理:基本原理:2024/6/25 周二测量学第四章34(一一)电磁波测距技术发展电磁波测距技术发展1948年,瑞典AGA(阿嘎)公司
15、(现更名为Geotronics(捷创力)公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪。它采用白炽灯发射的光波作载波,应用了大量的电子管元件,仪器相当笨重且功耗大。为避开白天太阳光对测距信号的干扰,只能在夜间作业,测距操作和计算都比较复杂。1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器,1962年砷化镓半导体激光器研制成功。与白炽灯比较,激光器的优点是发散角小、大气穿透力强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件,白天测程为40km,夜间测程达60km,测
16、距精度(5mm+1ppm),主机重量23kg。我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光测距仪,1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件,白天测程为20km,测距精度(5mm+1ppm),主机重量16.3kg。2024/6/25 周二测量学第四章35随着半导体技术的发展,从60年代末70年代初起,采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。红外测距仪有体积小,重量轻,功耗小,测距快,自动化程度高等优点。由于红外光的发散角比激光大,所以红外测距仪的测程一般小于15km。现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机
17、软硬件制造在一起,形成了全站仪,并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。(二二)测距仪分类测距仪分类(一)(一)按光源分类(按光源分类(按其所采用的载波)1.微波测距仪(microwaveEDMinstrument):用微波段的无线电波作为载波;2.激光测距仪(laserEDMinstrument):采用固体激光器、气体激光器或半导体激光器发出的方向性强、亮度高、相干性好的激光作光源;3.红外测距仪(infraredEDMinstrument):采用砷化镓发光二极管发出不可见的红外光作光源,0.850.93m.激光测距仪、红外测距仪又统称为光电测距仪。微波和激光测
18、距仪多属于长程测距,一般用于大地测量;红外测距仪属于中、短程测距仪(测程为15km以下),工程测量等。2024/6/25 周二测量学第四章36(二二)按测程分类按测程分类1.短程光电测距仪:短程光电测距仪:测程小于3公里,用于工程测量。2.中程光电测距仪:中程光电测距仪:测程为315公里,通常用于一般等级控制测量。3.远程光电测距仪远程光电测距仪:测程大于15公里,通常用于国家三角网及特级导线.(三)三)按测距精度分类按测距精度分类 测距精度按1公里测距中误差(即mD=A+BD,当D=1km时),划分为3级:级:mD 5mm;级:5mmmD10mm;级:10mmmD20mm。其中:A为固定误差
19、,以mm为单位;B为每公里的比例误差系数,以mm/km为单位;D为测距边长,以km为单位。1967年第年第13届国际计量会议定义届国际计量会议定义:1秒是相应于铯原子基态的两个超精细能量秒是相应于铯原子基态的两个超精细能量级间的跃迁辐射的级间的跃迁辐射的9192631770个周期的时间个周期的时间.1983年第年第17届国际计量会议定义届国际计量会议定义:1米是光在真空中于米是光在真空中于1299792458秒的时秒的时间间隔内所经路径的长度间间隔内所经路径的长度.2024/6/25 周二测量学第四章372024/6/25 周二测量学第四章38瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪用5mw氦
20、氖气体激光器白天测40km,夜间可测60km精度:5mm+1ppm2024/6/25 周二测量学第四章39T2+DI10,1968年Wild推出的第一台红外测距仪Wild生产的微波测距仪2024/6/25 周二测量学第四章40WildDI3000WildDI3000脉冲测距仪脉冲测距仪2024/6/25 周二测量学第四章41(三三)光电测距的原理光电测距的原理(1)脉冲式光电测距仪)脉冲式光电测距仪光电测距的精度主要取决于测量时间的精度。在电子测距中测量时间一般采用以下两种方法:直接测定时间:如电子脉冲法。间接的测定时间:相位法(通过测量电磁波信号往返传播所产生的相位移来间接的测定时间)。20
21、24/6/25 周二测量学第四章42脉冲式光电测距仪2024/6/25 周二测量学第四章43讨论l电子计数器只能记忆整数钟脉冲数。lq有1钟脉冲误差,距离测量误差mD=0.5CT0=0.5C/f0lf0=15MHz,C=299792458m,mD=19.986m。l如令mD=0.01m,f0=0.5C/mD=14989MHzl人类可做到的石英晶振频率为110-6级的l最高频率为300MHz,测距误差mD=0.5C/f0=0.5m。l徕卡脉冲测距仪DI3000解决方案l核心技术一个特殊的充放电电容器,l放电时间T是充电时间t的数千倍。l用测距时间t2D对电容器充电,然后放电,l通过填充钟脉冲测量
22、放电时间T2D,l设t2D=T2D/3000,等价将充电时间误差缩小3000倍。lf0=15MHz,mD=19.986m/3000=0.007mm。2024/6/25 周二测量学第四章44图为测距仪发出经调制的按正弦波变化的调制信号的往返传播情况。v信号的周期为T,一个周期信号的相位变化为2,v信号往返所产生的相位移为:(2)相位法测距仪)相位法测距仪2024/6/25 周二测量学第四章45式中式中 f调制信号的频率;调制信号的频率;t调制信号往返传播的时间;调制信号往返传播的时间;c调制信号在大气中的传播速度;调制信号在大气中的传播速度;N 。令。令 u,上式可写成,上式可写成:,为调制正弦
23、波信号的波长;为调制正弦波信号的波长;Du(N N)()(414)公式推导2024/6/25 周二测量学第四章46Du(NN)可以理解为用一把长度为“u ”的“光尺”量距,N为整尺段数,N为不足一整尺段的尾数,相当于钢尺量距D=nl+q。取c=3 X 105km/s,可求出与测尺长度相应的测尺频率的关系,如下表所示:仪器的测相系统存在测相误差,其值一般达103,可见它对测距精度的影响将随测尺长度的增长而增大。仪器用于测量相位的装置(相位计)只能测量出 ,即即尺段尾数N(N=/2 /2 ),而不能测量整周数N。要N=0,则必须选用较长的测尺长度,即较低的调制频率(或称测尺频率)。为解决扩大测程与
24、提高精度的矛盾,可以采用一组测尺配合测距,以短测尺(精测尺精测尺)保证精度,用长测尺(粗测尺粗测尺)保证测程,如同钟表上时、分、秒针互相配合来确定十二小时内的准确时间一样。2024/6/25 周二测量学第四章47例例2024/6/25 周二测量学第四章48v检验时机:对新购置的仪器或经过修理的测距仪,在使用前一般要进行全面检验。v检验的项目:很多,其中加常数、乘常数是仪器的两项主要系统误差。(四四)测距仪的检验测距仪的检验1.加常数加常数 K 及简易测定及简易测定 加常数的成因:是由于仪器电子中心与其机械中心不重合而形成的。简易测定:在地面上用木桩标出一直线ABC,桩顶用小钉表示点位。用测距仪
25、分别测量出AB、BC、AC的长度,则AC+K=(AB+K)+(BC+K)K=AC(AB+BC)这种方法简便,但只能用于粗略测定或检查加常数的变动情况。2.乘常数乘常数 R 的概念的概念乘常数产生:主要是由于测距频率偏移而产生的。乘常数,就是当频率偏离其标准值而引起一个计算改正数的乘系数,也称比例因子。3.加常数和乘常数的同时测定加常数和乘常数的同时测定 最常用的是六段基线全组合比较法,对观测数据采用一元回归拟合法处理。2024/6/25 周二测量学第四章49(一)测距成果化算简单项目:(一)测距成果化算简单项目:气象改正、加常数改正、乘常数改正、倾斜改正气象改正、加常数改正、乘常数改正、倾斜改
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