2.2 全站仪简介、系统组成及其基本原理

　　2.2.1 全站仪的分类

　　八十年代末、九十年代初，人们根据电子测角系统和电子测距系统的发展不平衡，将全站仪分成两大类，即积木式和整体式。

　　积木式(modular)，也称组合式，它是指电子经纬仪和测距仪既可分离游客组合。用户可以根据实际工作的要求，选择测角、测距设备进行组合。

 

1.       粗瞄器

2.       内装倒向光装置（选件）

3.       垂直微动螺旋

4.       电池

5.       geb111电池盒垫块

6.       电池盒

7.       目镜

8.       调焦环

9.       螺丝固定的可拆卸仪器提把

10.   rs232串行接口

11.   脚螺旋

12.   望远镜物镜

13.   显示屏

14.   键盘

15.   圆水准器

16.   电源开关

17.   热健

18.   水平为动螺旋

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2.4 　莱卡全站仪的重要部件图

　　整体式(integrated)，也称集成式，它是指电子经纬仪和测距仪做成一个整体，无法分离。wWW.11665.com

　　九十年代以来，基本上都发展为整体式全站仪。随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求与其它工业技术的应用，全站仪出现了一个新的发展时期，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型等等的全站仪，使得全站仪这一最常规的测量仪器越来越能满足各项测绘工作的需求，发挥更大的作用。

　　2.2.2 全站仪简介、系统组成

　　此次论文实地操作部分主要使用的是莱卡tc405型全站仪。其简介、操作说明及组成部分的详细内容可参考其使用说明书[3]，再这里就不做赘述了。其重要部件如图2.4：

　　2.2.3 全站仪的基本原理与功能

　　全站仪是一个由测距仪、电子经纬仪、电子补偿器、微处理机组合的一个整体。测量功能可分为基本测量功能和程序测量功能。基本测量功能包括电子测距、电子测角（ 水平角、垂直角）； 程序测量功能包括水平距离和高差的切换显示、三维坐标测量、对边测量、放样测量、偏心测量、后方交会测量、面积计算等。特别注意的是只要开机，电子测角系统即开始工作并实时显示观测数据；其它测量功能只是测距及数据处理。它可以同时测量空间目标的距离和角度数据，直接得到三维坐标数据。全站仪测图的基本流程如图2.5：

图2.5 　全站仪测图的基本流程

　　2.3 cass软件的介绍[4]

　　2.3.1 测绘软件的选择

　　对于一个测绘单位而言，数字测图的一个重要的问题是选择好适合于本单位使用的测绘软件。因为往往的这个单位用起来很好的软件，到了别的单位却不一定适用，所以每个单位对于软件的选择问题应具体问题具体分析，不能人云亦云。

　　衡量一个成图软件的标准，首先要看该软件是否适合本单位的实际情况；二要看其可操作性，是否界面友好，简便易学等等；三要看其提供的功能是否适合于本单位。

　　目前各个测绘单位所使用的成图软件，可谓五花八门，林林总总。但基本上为两种类型，一是系统（单位）自行开发的，另一种是由专门的测绘软件开发商开发，而以商业目的的提供给广大用户使用的，也是个测绘单位用得比较多的。在本文中所讲到的是后一种软件。

　　现在市场上的测绘软件用得最多的主要有三种：一是以清华山维公司与清华大学土木系联合开发的测霸epsw（electronic planetable surveying and mapping system）系列；二是武汉瑞得测绘自动化公司的rdms系列；三是广州南方测绘仪器公司与广州开思公司的cass系列与scs系列。下面简单早已下比较分析。

　　对于已经熟悉auto cad的用户而言，cass系列与scs系列是一个不错的选折，因为它们基于auto cad平台开发的，auto cad的所有功能它都可以用，而auto cad则是世界上大家所共认的绘图平台，其编辑功能是有目共睹的[5]。

　　cass与scs的功能差不多，各有所长与所短。cass的服务可以说是一个电话随叫随到，而scs的服务在近段时间内是无法与其相提并论的。它们均提供三种作业方式：电子平板方式、原图数字化方式及内外业一体化。再cad的基础上，开发了许多功能，如量算定点、图形复制、绘制多功能复合线等。除此之外，还提供了地藉表格会制与图纸管理等功能。对于那些即想用电子平板方式作业，又能在市内编辑成图的单位而言，可以选它。

　　当然这些软件功能会随着时间的推移而逐步完善。对这些软件的认识也只是本人的一管之见。
　　2.3.2 cass软件开发的背景

　　目前市场上的数字成图软件较多，cass软件便是其中之一。该软件是南方测绘仪器有限公司在autocad2002上开发的新一代数字化地形地籍成图软件， 它彻底打通了数字化成图系统与,gis的接口，是信息产业部门认可并普遍使用的通用软件，可实现地形地物数据的自动输入、处理、分析、显示、输出，其市场占有率较高。

　　2.3.3 cass软件安装要求

　　1.硬件环境

　　cass软件安装环境要求：cpu主频在赛扬433以上；内存在64mb以上；硬盘存储空间至少200mb以上的剩余空间；显示驱动至少256色、800x600的分辨率；支持windows的显示适配器；鼠标或其他指点设备。

　　2. 软件环境

　　cass软件的系统安装平台为windows nt4.0、windows 9x/me/2000/xp，autocad2002/ autocad2000/ autocad r14[5]。

　　3. cass的主要功能介绍

　　cass的安装应该在安装完autocad2002并运行一次后才可进行。cass操作界面主要分为3个部分：顶部下拉菜单、右侧屏幕菜单和工具条。共有11项下拉菜单，右侧屏幕菜单可选择相应地形图图式符号。每个菜单项均以对话框或命令行提示的方式与用户交互应答，操作灵活方便，简单易学。几乎所有的cass命令及autocad2002的编辑命令都包含在顶部的下拉菜单中， 如文件管理、数据处理、图形编辑、工程应用等命令。

　　2.4 本章小节

　　第3章 gps(rtk)与全站仪联合数字测图的实施

　　3.1数字测图的外业工作的实施

　　3.1.1作业技术依据

　　《全球定位系统城市测量技术规程》(cjj 73 — 79) [6] ; 《城市测量规范》(cij 8 —99) [7], 《1 ∶500 , 1 ∶1000 , 1 ∶2000 地形图图式》; gb/ t7929 —1995 [8]。平面基准采用1954 年北京坐标系;高程基准采用1956 年黄海高程系。

　　3.1.2    gps(rtk) 配合全站仪的施测过程介绍

首先要确定作业的先后流程, 该测区我们制定的作业流程图如图3.1：

图3.1　rtk 配合全站仪的施测流程图

　　3.1.3测区的基本情况：

　　本测区位于黑龙江工程学院院内，交通较为便利，测区地势较为平坦, 测区内树木较多给测量工作带来一定的困难。测区布设4个已知的三等gps控制点，作为测区平面控制的起算点。

　　3.1.4 控制测量

　　1.控制测量分类[9]

　　地形测图控制测量是为测绘地形图而建立平面和高程控制网的测量工作，内容分为基本控制（又称等级控制）和图根控制。基本控制是整个测区控制测量的基础。图根控制是直接为地形测图服务的控制网。基本控制网的建立要根据测区面积的大小,以满足当前需要为主,兼顾远景发展。一般先建立控制全局的首级网，然后再根据需要加密，也可一次建立足够密度的全面网。平面控制网可采用测角网、测边网或边角网，建成区多采用导线网。在已建有国家或当地平面控制网点的测区内进行测量时，应与之进行联结。当已建网精度能满足需要时，直接利用加密或进行必要改算后加密；当精度不能满足需要时，可选用一点的坐标及一条边的方位角作为起算数据建立独立网。同样要在整个测区内建立高程控制网，应用水准测量方法施测并与附近国家或当地水准点进行联测，以取得统一的高程系统。

　　在数字测图工作中，控制测量的工作与传统的控制测量相比，应该更简便，当然，在新规范中，对这一方面的要求没有多大的改动，但根据本人的实际工作经验及积累，有一些限制条件是可以放宽的，特别是图根控制。

　　随着gps技术的发展成熟及全站仪的普及，三角测量现在已基本淡出了控制测量这个舞台。所以对大多数的人员而言，无疑大大的减轻了工作强度。去掉了三角测量的种种枷锁的限制，取而代之的是更为灵活的gps网及导线（网）测量。在文本中，仅就图根测量及图根加密作一探讨。

　　现在各测绘单位所使用的电子全站仪的精度一般为6″、3+5ppm以下，加上是电子自动读数，所以他的实际精度要较其标准精度高，相对于光学经纬仪而言，就更具有优势。
　　众所周知，在传统测图中，地面点平面位置的误差受下列误差的影响：

1.        图根点的展会误差m展

2.        测定地物点的距离误差m距

3.        测定地物点的方向误差m刺m绘

4.        地形图上地物点的刺点误差m刺

5.        清绘时所造成的误差m绘

　　综上所述，地形图上地物点平面位置的误差可用3.1式表示：

m2物=m2展+m2距+m2向+m2刺+m2绘+m2物                       （3.1）

以1:1000比例尺，最大视距为100米为例，根据经验，有下表：

表3.1 地面点平面位置的误差

误差（mm）

m展

m距

m向

m刺

m绘

m物

数值

0.18

0.39

0.18

0.20

0.08

0.51

 
而在数字测图中，因为是计算机自动展点，所以图根点与地物点的展绘误差可忽略不计，看作0。则剩下的m距、m向。取方向中误差为标称精度的3倍极限，因为是半测回测角，所以方向的误差为6x2x3=17″，去碎部点至测站的距离为300m，则m向=17/206265x300=0.024m，测距仪的标称精度3+5ppm。顾及测量中棱镜不到位等各项因素的影响，取经验值0.020m。则该实测的该平面点相对于图根点的误差为0.032m。

　　由上可见，在视线良好的情况下，由于全站仪相对于经纬仪测角、测距精度的提高及计算机的应用，测量碎部点的距离可以放大，图根点的密度可以作相应的降低，边长可以放宽至100到300米。对于支站，也可以不受2站的限制，根据本人的实践，支3到4站的精度还是可以达到要求的。当然，在城市密集建筑区和通视不好的条件下，顾及以后地形图修测或工程放羊的要求，图根点的密度应增加。

　　2.gps(rtk)点的选择及gps控制网的布设

考虑测区范围较小,依据全球定位系统测量规范及gps点位布设的要求，本次布网以e 级gps 控制网作为测区的首级控制。该网布设了4个e级gps控制点，分布在测区的边界的主干道上。本gps 控制网以同步环为基本单元,采用边连接方式。将两个已知点和两个待定点联结成如图3.3的网型：

图3.2 gps网型

　　3.gps的外业观测

　　采用三台南方gps接收机按照规范和要求已静态方式进行同步观测。观测时按照观测前做好的观测计划利用对讲机相互联络, 同时开机并认真及时地逐项填写测量手簿中的各项内容。

　　4.gps基线向量的解算

　　gps 基线向量的解算采用南方公司提供的随机软件进行。对当天采集的数据在当天晚上及时地传输到计算机中, 并检查外业记录和输入点号、点名。检查测前和测后天线高是否有变, 取其均值输入天线高, 对同步环、异步环闭合差及复测基线进行检查, 以便发现不合格成果。根据情况决定淘汰、重测或补测, 该网各条基线均符合精度要求。

　　5.gps 平差计算及检核

　　gps 控制网的平差计算也采用南方公司提供的随机软件进行。三维无约束平差采用wgs84 椭球, 参考坐标系采用wgs84 坐标系。根据基线解算成果, 首先进行三维无约束平差, 然后以g16和g17两个三等已知gps 点的平面坐标和高程作为该网的起始数据进行三维约束平差。

　　6.高程检测

　　在测图前, 们用rtk对两个已知的水准点进行检测，g16点的已知高成为100.00m检测值为100.01；g17点已知高程为99.99m检测值为100.01m与已知值相比较，均在限差范围内，说明利用rtk 进行图根高程测量精度是可靠的。

　　7.图根控制测量

　　观测待定点之前我们设置机内精度，我们设置机内精度指标预设位点位中误差+2.0cm，高程中误差+3.0cm 。观测时注意点位几何图形强度因子，每个控制点观测两次，双观测值的点位坐标差值≤+5cm ，取中数作为最终结果。为了科研需要，所有控制点均施测水准高程（外围三等内部四等），所以我们在观测时随时检查点的rtk高程。在数字测图时，对所有的控制电（包括e级点）进行了rtk观测。经过比较后可以看出，平面精度完全可以满足城市一等要求，待定点举起算点（基准点）超过1公里时，rtk观测高程百分之九时可以满足四等要求（作业半径小于6公里），rtk高程完全可以满足图根点和地形测图的需要。

　　3.1.5 碎部测量

　　数字测图中，碎部测量的主要方法为极坐标法，在实测得多数碎部点的坐标后，可以用软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或两算定点等方法来取得其余各点的坐标，在辅以软件中的偏移、拷贝、延伸等功能，得到最后的图形。

　　在本次地形图测绘中，没有专门进行图根控制测量这一环节，而是利用rtk实时动态定位功能随时为全站一测图提供图根点。

　　按照《城市测量规范》中地形测量的要求进行地形图的碎部测量。测量方法是全站型电子速测仪与动态全球定位系统gps —rt k 联合进行地形要素的自动采集和存储,并通过成图软件进行机助成图。对于开阔的地段(主要是田野、公路、河流、沟、渠、塘等) 直接采用全球卫星定位系统中的实时动态定位(rt k) 测量模式进行全数字野外数据采集。实地绘制地形草图,对于树木较多或房屋密集的村庄等采用rtk 给定图根点位,利用全站仪采集地形、地物等特征点,实地绘制草图,回到室内将野外采集的坐标数据通过数据传输线传输到计算机,根据实地绘制成草图,经人机交互编辑后由计算机自动生成数字地图。

　　3.1.6外业操作的一些注意事项

　　1.在地形测图中, 对全球卫星定位系统基准站的要求[10]：

　　(1)应将基准站架设在测区的中央, 并远离高压线和无线电发射塔50 m 以上。根据已知点进行点位校正和检核rtk的可靠性。

　　(2)基准站上的仪器应精确对中, 严格整平, 整平精度偏差不超过半格, 对中不超过1 mm 。

　　(3)接收机接收卫星的高度角应设置为15°。

　　(4)基准站天线高度应在3 个方向上量取3 次, 互差< 3 mm , 取其平均值作为基准站的天线高度, 取至mm 。

　　2.在地形测图中对流动站的技术要求：

　　(1) 卫星高度角≥13°。

(2) 观测卫星个数不< 5 颗。

(3) 流动站应在基准站控制转换范围以内, 距离基准参考站< 10 km 。

(4) 每次观测前, 应先对已知点或已测点进行检测, 直到满足精度要求后再继续测量。

(5) rtk 固定时才能进行测量。

(6) 测点相对图根点的相对中误差不得> 图上012 mm (实地20 cm)

(7)运用rtk 给定图根点时, 应尽量选择通视良好, 且易于仪器搬运和操作的图根点, 因此平房以及十字交通路口是比较理想的图根点选择的位置, 切记给定后视点作为检测。