摘要：全站仪是全站型电子速测仪的简称，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。

关键词：光速值、棱镜常数、HA+i-t

全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来。

微处理机（CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。

目前，世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。

（一）全站仪的主要分类：

电磁波测距按测程来分，有短程(＜3km)、中程(3—15km)和远程(＞15km)之分。

按测距精度来分，有Ⅰ级(5mm)、Ⅱ级(5mm—10mm)和Ⅲ级(＞10mm)。

按载波来分，采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪；采用光波作为裁波的称为光电测距仪。光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源(普通光源已淘汰)，采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪。由于红外测距仪是以砷化稼(GaAs)发光二极管所发的荧光作为载波源，发出的红外线的强度能随注入电信号的强度而变化，因此它兼有载波源和调制器的双重功能。GaAs发光二极管体积小，亮度高，功耗小，寿命长，且能连续发光，所以红外测距仪获得了更为迅速的发展。本节讨论的就是红外光电测距仪。

（二）测距原理

欲测定A、B两点间的距离D，安置仪器于A点，安置反射镜于B点。仪器发射的光束由A至B，经反射镜反射后又返回到仪器。设光速c为已知，如果光束在待测距离D上往返传播的时间 。已知，则距离D可由下式求出D=ct/2

式中c＝c。／n，c。为真空中的光速值，其值为299792458m／s,，n为大气折射率，它与测距仪所用光源的波长，测线上的气温t, 气压P和湿度e有关。

测定距离的精度，主要取决于测定时间 的精度，例如要求保证±lcm的测距精度，时间测定要求准确到6．7×10—lls，这是难以做到的。因此，大多采用间接测定法来测定 。间接测定的方法有下列两种：

1．脉冲式测距

由测距仪的发射系统发出光脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔( )的钟脉冲的个数以求得距离D。由于计数器的频率一殷为300MHz(300×106Hz)，测距精度为O.5m，精度较低。

2．相位式测距

由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的相依移，以测定距离D。红外光电测距仪一般都采用相位测距法。

在砷化镕(GaAs)发光二极管上加了频率为f的交变电压(即注入交变电流)后，它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化，这种光称为调制光。测距仪在A点发出的调制光在待测距离上传播，经反射镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移φ。

（三）全站仪的常规操作与使用

不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法。

1.全站仪的基本操作与使用方法

1）水平角测量

（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。

（2）设置A方向的水平度盘读数为0°00′00″。

（3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。

2）距离测量

（1）设置棱镜常数

测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。

（2）设置大气改正值或气温、气压值

光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。

（3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

（4）距离测量

照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。

全站仪的测距模式一般有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是常用的测距模式，测量时间约2.5S，小显示单位1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S；粗测模式，测量时间约0.7S，小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。

3）坐标测量

（1）设定测站点度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。

（2）设置棱镜常数。

（3）设置大气改正值或气温、气压值。

（4）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

（5）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。

经纬仪是可以在垂直平面内转动的那台

水准仪原理：肯定能测。原理与望远镜测量距离相同，只是测量距离精度远低于经纬仪。

（四）全站仪使用技巧

1、在已知两点不能通视的情况下的测量，采用后方交会法：

主要用于在测量中，仪器无法在已知点上架设，或架设后无法看到其它已知坐标点，而架设在任意地点完成设站。

该方法参与的已知点越多，设站精度越高。步骤：在任意点架设仪器（与已知两点A/B角度大于15度），输入A照准，输入B照准，自动完成测站设置，用B点作为后视点。两个点够用，3个点精度高点，4个点更好。

2、快速高程测量方法：

传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。两种方法虽然各有特色，但都存在着不足。水准测量是一种直接测高法，测定高差的精度是较高的，但水准测量受地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度较慢。三角高程测量是一种间接测高法，它不受地形起伏的限制，且施测速度较快。

经过长期摸索，总结出一种新的方法进行三角高程测量。这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点，又减少了三角高程的误差来源，同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。使三角高程测量精度进一步提高，施测速度更快。如果我们能将全站仪象水准仪一样任意置点，而不是将它置在已知高程点上，同时又在不量取仪器高和棱镜高的情况下，利用三角高程测量原理测出待测点的高程，那么施测的速度将更快。假设B点的高程已知，A点的高程为未知，这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。首先由（1）式可知：

HA=HB-(Dtan а+i-t) （2）

上式除了Dtanа即V的值可以用仪器直接测出外，i,t都是未知的。但有一点可以确定即仪器一旦置好，i值也将随之不变，同时选取跟踪杆作为反射棱镜，假定t值也固定不变。从（2）可知：

HA+i-t=HB-Dtan а=W （3）

由(3)可知，基于上面的假设，HA+i-t在任一测站上也是固定不变的.而且可以计算出它的值W。

这一新方法的操作过程如下

1、 仪器任一置点，但所选点位要求能和已知高程点 通视。

2、 用仪器照准已知高程点，测出V的值，并算出W的值。（此时与仪器高程测定有关的常数如测站点高程，仪器高，棱镜高均为任一值。施测前不必设定。）

3、 将仪器测站点高程重新设定为W，仪器高和棱镜高设为0即可。

4、 照准待测点测出其高程。

下面从理论上分析一下这种方法是否正确。

结合（1），（3）

HB′=W+D′tan а′ (4)

HB′为待测点的高程

W为测站中设定的测站点高程

D′为测站点到待测点的水平距离

а′为测站点到待测点的观测垂直角

从(4)可知，不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。

将（3）代入（4）可知：

HB′=HA+i-t+D′tan а′ （5）

按三角高程测量原理可知

HB′=W+D′tan а′+i′-t′ (6)

将（3）代入（6）可知：

HB′=HA+i-t+D′tan а′+i′-t′ (7)

这里i′,t′为0,所以：

HB′=HA+i-t+D′tan а′ (8)

由(5),(8)可知,两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。也就是说我们采取这种方法进行三角高程测量是正确的。

综上所述：将全站仪任一置点，同时不量取仪器高，棱镜高。仍然可以测出待测点的高程。测出的结果从理论上分析比传统的三角高程测量精度更高，因为它减少了误差来源。整个过程不必用钢尺量取仪器高，棱镜高，也就减少了这方面造成的误差。同时需要指出的是，在实际测量中，棱镜高还可以根据实际情况改变，只要记录下相对于初值t增大或减小的数值，就可在测量的基础上计算出待测点的实际高程。