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§1.1 全站仪的概念

1 、什么是全站仪

速测术与速测仪

全站仪 — 全站型电子速测仪

4.4 全站仪测量

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§1.1 全站仪的概念

速测术与速测仪

在经典测量中，人们把快速测量距离和方位的方法称为速测法，或称速测术（ Tachymetry ）。把快速测量距离和方位的仪器称之为速测仪 (Tachymeter) 。

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4.4 全站仪测量 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（ Electronic Total Station ）或简称全站仪。

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全站仪由以下两大部分组成：

l ）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。

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§2.1 全站仪的基本结构—硬件部分

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

自动补偿单元

光电测量系统微处理器及软件

全站仪的组成

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4.4.3 全站仪的分类

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（ 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。

常见的有日本（ SOKKIA ） SET 系列、拓普康（ TOPOCON ） GTS 系列、尼康（ NIKON ） DTM 系列、瑞士徕卡（ LEICA ） TPS 系列，我国的 NTS 和 ETD 系列。随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型、马达驱动型等等各种类型的全站仪，使得这一最常规的测量仪器越来越满足各项测绘工作的需求，发挥更大的作用。

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二、徕卡全站仪新家族

TCx05

System- andApplication Functionality

Accuracy

7" 5" 3" 2" 1" 0.5"

low

PrecisionSeries

Basic Series

Performance Series

Professional Series

TPS300

TPS700

TPS1100

TPS2000

Theodolite SeriesT100

Building and ConstructionApplications

Building and ConstructionApplications

Land & EngineeringSurveying

Land & EngineeringSurveying

Systems and Monitoring ApplicationsSystems and Monitoring Applicationshigh

全站仪系列

4.4.3 全站仪的分类

8Geosystems

30 40 50 徕卡 TPS 产品范围

系统- 和应用功能

精度7" 5" 3" 2" 1" 0.5"

强

弱

精密系列

工程系列

实用系列

专业系列

TPS300

TPS700

TPS1100

TPS2000

基本型系列TPS100 工程型

传统测量

系统应用

TPS5000

TPS400

4.4.3 全站仪的分类

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一、 徕卡全站仪发展简史

1982 1986 1991 1994 1999

TC2000

•单轴补偿•彩色组合功能键操作（ DOS方式）

T3000

•双轴补偿•彩色组合功能键操作（ DOS方式）

TC1610

•双轴补偿•菜单功能键操作

TPS1000

•双轴补偿•软功能键操作 (图标操作 )

•自动目标识别

TPS1100

•双轴补偿•软功能键操作(图标操作 )

•自动目标识别• 无合作目标 测距

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二、徕卡全站仪新家族 徕卡系列全站仪

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4.4.4 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，仪器一开机后便可工作。仪器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。<4> 、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。 <5> 、控制面板具有人机对话功能。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。 <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。

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§1.2 全站仪的发展历史与趋势

机械经纬仪 光学经纬仪 全站仪

全站仪与经纬仪相比

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全站仪与经纬仪相比具有以下优点 : 1 、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。 2 、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 ;3 、距离改正 ,高差计算和坐标计算在仪器上自动完成 ,减少了内业计算工作量 ;4 、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。

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三、徕卡全站仪—新技术的领导先驱

（一） 度盘的电子化读数

电子度盘读数系统

把操作者从繁重的度盘人工读数中解脱出来。

不但提高了效率，还大大降低了误读的机率。

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三、徕卡全站仪—新技术的领导先驱

（二）三轴误差的自动补偿与改正

液体补偿器

有效的轴系自动补偿与改正，是实现高精度测角的有力保证。

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三、徕卡全站仪—新技术的领导先驱

（三）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一项操作——人工照准目标中解脱出来，使测量员可以远离测站。

从此，全站仪的“自动化”又上了一个新的台阶。

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三、徕卡全站仪—新技术的领导先驱

（四）全站仪的无合作目标测距

有的时候，在目标点上要摆反射棱镜是比较麻烦的，甚至是不可能的，此时要测距怎么办呢？

现在有同轴型的全站仪，可以无合作目标测距，即所谓的“测站”单人测量系统。

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三、徕卡全站仪—新技术的领导先驱

（五）全站仪的自动控制

远离测站的几种测量操作方式：

（ 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

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三、徕卡全站仪—新技术领导先驱 （六）超站仪

徕卡 GLPS：精确自动定位和定向的仪器。

全站仪（激光测距） 陀螺仪 GPS

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四、全站仪的发展趋势

—— 测量机器人的来临！

1 、度盘读数自动化！

2、目标照准自动化！

3、基座安平自动化！

4、仪器对中自动化？

5、仪高量取自动化？

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四、全站仪的发展趋势

—— 全站仪的本地化！

产自瑞士的全球第一台具有完全中文概念的徕卡全站仪： TPS400

哇噻！！！

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§2.1 全站仪的基本结构—软件部分

SYSTEMstartup simple

measurement

CODING

FUNCTIONS

MENU

PROGRAMSEDM

SETUP

全站仪功能菜单

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全站仪功能菜单 全站仪系统启动

SETUP

设置

RECORD

记录数据

PROG

应用程序

XFER

文件传输

EDIT

编辑文件

JOB

创建作业

打开作业

删除作业SYSOPTN

系统设置JOB OPTN

作业设置SCALE

比例因子EMP/PRES

温度 /气压

测量程序

放样程序

对边测量

悬高测量

面积计算

自由设站

交会定点

导线测量

坐标反算

导线平差

……

SEND

下载文件

RECEIVE

上装文件

PRINT

打印文件至串行口至并行口至数据卡

PORT

设置通讯参数

RAW

编辑观测值

POINTS

编辑坐标数据

PTLIB

编辑控制点

CODE

编码编辑

……

OCC PT 测站点输入 后方交会 测站高程测定BKS PT 输入后视点BSOBS 记录后视观测角FS OBS记录后视观测值SS OBS点到线测量

……X-SECT记录断面测量

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§3.1 徕卡全站仪系统软件与应用程序库SYSTEM STARTUP(go and measure)

MENU

Data Management

SystemSettings

Calibrations

FUNCTIONS

IR <=>RL

REC

Laserpointer On/Off

Tracking Mode On/Off

3D-Offset

Check Tie

REM Height

Delete Last Record

PROGRAMS

Surveying

Setting Out

Tie Distance

Area

EDM

Distancerelated

parametersand settings

Laser Plummet

+Intensity

Tubular Electronic

Level

SETUP

Coding“Quick Coding”

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§2.3 全站仪测角原理

全站仪的测角原理

静态度盘测角

动态度盘测角

编码度盘测角

光栅度盘测角

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一、编码度盘测角原理

扇区型码盘

条码型码盘

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二、编码度盘与光栅度盘测角特点比较

比较项目 编码度盘 光栅度盘

测角方式 绝对式 增量式

关机后角度信息 保留 不保留

误差与躁声 不积累 积累

制造工艺 复杂 简单

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三、电子测角中的轴系补偿与改正

新型液态双轴自动补偿系统

补偿：（ 1） 垂直轴倾斜对垂直度盘读数的影响

（ 2） 垂直轴倾斜对水平度盘读数的影响

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三、电子测角中的轴系补偿与改正

轴系改正：（ 1） 视准轴误差（ C）的改正

（ 2） 垂直度盘指标差（ I）的改正

（ 3） 水平轴倾斜误差（ i）的改正

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三、电子测角中的轴系补偿与改正

补偿 改正 垂直角 水平角 基准线on on V+i+L Hz+C+k+T 铅垂线

on off V+i+L Hz 铅垂线

off on V+i Hz+C+k 垂直轴

off off V+i Hz 垂直轴

i — 垂直度盘指标差， L — 补偿器零点指标差， C — 视准差

k — 水平轴倾斜对水平角的影响， T — 垂直轴倾斜对水平角的影响

轴系补偿与改正开关的不同设置对测角的影响

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四、自动目标识别与照准

自动目标识别的类型：

1 ）配合式目标识别；

2 ）自主式目标识别。

徕卡 ATR自动目标照准：

1 ）搜索过程；

2 ）目标照准过程；

3 ）测量过程。

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§2.4 全站仪的数据通讯

1．电源2．空3．地4．数据接收（ TH_RXD）5 ．数据发送 (TH_TXD)

注：经纬仪插座

徕卡全站仪联机通讯接口定义

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§2.4 全站仪的数据通讯

例： GIS8 数据记录格式

11....+00000D19 21.022+16641826 22.022+09635023 31..00+00006649 58..16+00000344

徕卡全站仪数据记录结构：

由若干数据块组成；

数据块中包含若干字；

每字都由字索引开头。

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§2.5 徕卡全站仪的技术特点

之一 ：创新的概念

具有微机概念的全站仪• 不断升级的操作系统• 丰富的应用软件

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§2.5 徕卡全站仪的技术特点

之二：先进的技术（ 1 ）

• 世界最好的机械轴系•无极微动螺旋驱动

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§2.5 徕卡全站仪的技术特点

之二：先进的技术（ 2 ）

• 动态频率校准技术• 激光无合作目标的相位法测距

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§2.5 徕卡全站仪的技术特点

之二：先进的技术（ 3 ）

• 无需零位探测的绝对编码测角• 徕卡独特的轴系补偿与改正系统• 智能型目标自动识别

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§2.5 徕卡全站仪的技术特点

之三：开放的思维

• 与其它设备的开放性 —— 数据格式的兼容• 对用户的开放性 —— 强大的自主开发工具

开放的测量世界

Open Surveying World

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§3.2 机载软件开发工具 — GeoBASIC

应用程序开发过程

原程序编写

原程序编译

仿真试运行 Leica survey Office

( 上载 )

*.gba / *.len

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§3.2 在线控制软件开发工具 — GeoCOM特 点：

1 、开发的软件在 PC 机中运行

2 、开发环境借助 VB 、 VC等。

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§3.2 在线控制软件开发工具 — GeoCOM

开发环境的配置（ VB例）

把 GeoCOM 中的“ Geocom32.lib” 复制到计算机操作系统 windows9 的 system 的目录下；

把 GeoCOM 中“ Stubs32.bas” 添加到 VB开发环境的“工程”主菜单下的“添加模块”之中。

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第四全站仪测量系统应用举例章 全站仪测量系统的开发与应用

§4.4.1 大型油罐容积标定系统

§4.4.2 地下顶管施工自动引导测量系统

§4.4.3 自动变形监测系统 — ADMS

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§4.1 大型油罐容积标定系统

• 系统主要设备：

1、徕卡 TCRM/TCRA系列全站仪

2、机载水平平行断面测量软件

3、容积标定后处理软件

4 、便携式计算机

• 依据标准：

国际 ISO7507-4和国标 GB/T13235.3 标准

全站仪测量系统应用举例 大型油罐容积标定系统 全站仪测量系统的开发与应用

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• 现场数据采集：

在 GeoBASIC 开发的机载软件“ Hz-

Profile” 控制下，全过程全自动数据采集。

大型油罐容积标定系统 全站仪测量系统的开发与应用

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全站仪测量系统应用举例地下顶管施工自动引导测量系统

顶管施工示意图

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全站仪控制箱

T1

β1

A

S1

β2

T2S2

β3

T3 S3

β4

T4

S4

P

计算机控制箱

AC 220V

仪器站

信号控制箱

工业用计算机

地下顶管施工自动引导测量系统管施工自动引导测量系统

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全站仪测量系统应用举例自动变形监测系统 — ADMS章 全站仪测量系统的开发与应用3 自动变形监测系统— ADMS ADMS （ Automatic Deformation Monitoring System ）自动变形监测软件是在学习、消化、吸收瑞士 Leica 公司研制的自动极坐标测量系统 APSWin（ Automatic Polar System for Windows ）的基础上，通过实际的工程应用，并结合国内用户的实际需求，研制出的本地化的智能型自动变形监测中文软件。

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§4.3 自动变形监测系统— ADMS

自动全站仪

通讯及供电

控制计算机

基准点 1

基准点 2

基准点 n

变形点 1

变形点 m

监测站

控制机房

基岩上

变形体

ADMS 系统配置图

全站仪测量系统应用举例自动变形监测系统 — ADMS章 全站仪测量系统的开发与应用3 自动变形监测系统— ADMS

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§4.3 自动变形监测系统— ADMS

ADMS 自动测量界面

全站仪测量系统应用举例自动变形监测系统 — ADMS章

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§4.4 全站仪测量系统应用举例

1 、大坝及边坡监测

全站仪测量系统应用举例自动变形监测系统 — ADMS章 全站仪测量系统的开发与应用3 自动变形监测系统— ADMS

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3、地铁形变监测2 、大桥变形监测

§4.4 全站仪测量系统应用举例

全站仪测量系统应用举例自动变形监测系统 — ADMS章 全站仪测量系统的开发与应用3 自动变形监测系统— ADMS

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ELECTRONIC TOTAL STATIONS - AISI

1 The AISI is an electronic theodolite used to measure horizontal and vertical angles and distances. It represents these measurements on a display panel and can concurrently transfer them to a portable data-recording unit (DRU). The DRU can then transfer the data to an external microprocessor for printing, plotting, and further refinement by surveying software.

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AISI DESCRIPTION

2.The AISI has two modes—a construction-survey mode with a range of 2 kilometers and a topographic-survey mode with a range of 7 kilometers. The AISI mounts on standard military tripods and consists of the following modular subassemblies:

•An electronic theodolite (a digital, automatic angle- and distance-reading/recording instrument with an electronic display/control panel).

•A DRU (an external memory device for storing data from the theodolite).

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3. The AISI interfaces with microprocessors, printers, and plotters. It transfers digital data directly from its DRU (via a cable interface) to the microprocessor. The data is then refined by a fully integrated, 3D, ground-modeling, drafting-design system. The data can also be manually input to any CAD software program.

AISI DESCRIPTION

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4. The AISI measures distances from 2 meters to 7 kilometers with a digital readout of 1 millimeter and is accurate to ±2 millimeters + 3 ppm over the measured distance. The horizontal and vertical angles are measured to an accuracy of 1″ of arc. The AISI has an electronic leveling device called a dual-axis compensator and adjusts for horizontal and vertical leveling with errors of 6″ or less. The system has built-in communications with a range of 1 mile, an illuminated reticle for night operations, a 60-kilobyte memory capacity, and an alphanumeric keyboard and is powered by two dual-voltage, rechargeable, 12-volt nicad battery packs.

AISI DESCRIPTION