索佳NET05全站仪水准测量精度分析及应用
摘要：目前高精度的高程仍以水准测量为主，在山区地形起伏较大时水准测量难度比较大，主要采用三角高程测量。本论文主要利用索佳NET05全站仪采用三角高程测量原理进行高差测量，通过实例分析可以得出，在一定情况下索佳NET05全站仪可以替代三等水准测量，能够满足相应的精度要求。本文利用全站仪所测的高程作为起点，对地表岩移进行观测，通过分析得出矿区地表岩移沉降符合规程要求。
关键词：全站仪；三角高程；精度
引言
近几年全站仪在工程施工测量中的广泛应用，以及随着生产力和科学技术的发展，国民经济各部门和各学科对工程测量提出了新的要求。索佳NET05全站仪属于精密仪器中的代表，是一种集激光、计算机、微子通讯、精密机械加工等高精尖技术于一体的先进量仪器，自动化程度高、功能多、精度好。高程测量方法主要有几何水准测量、三角高程测量、物理测量、GPS高程测量方法。三角高程测量方法是一种间接测量方法，通过观测的距离和角度，根据三角函数原理计算出两点之间的高差[1]。
本论文主要是利用索佳NET05全站仪，采用三角高程测量方法把矿区工业广场楼顶的水准原点，采用符合水准路线推算出地面点的高程。利用地面点的高程进行矿区周围采空区的地表岩层移动，通过分析得出地表变化规律明显，符合规程要求。
1 三角高程测量
1.1 三角高程测量原理
常见的三角高程测量方法有单向观测法、中间法和对向观测法[1,2]。下面具体来看一下三角高程测量原理。（如图1）
图1三角高程测量原理
（1）测定地面A、B两点间高差h，首先在A点安置仪器，在B点竖立标尺，量取仪器望远镜旋转轴中心I至地面点A的仪器高i，用望远镜十字丝的横丝照准B点标尺上的一点M，M至B点的垂直高度称为目标高v，测出倾斜视线与水平线间所夹的竖直角a，测出A、B两点间的水平距离为D，由图可得两点间的高差h为：
（1）
任务 2.2全站仪观测水平角度 教案首页
课堂教学方案、时间分配 一、小组汇报、新课导入（共10 min） 随机抽取两个小组汇报他们在分组研讨、完成任务单的过程，以及他们遇到的问题和困惑，大多数同学都会对如何对往测高差、返测高差两个符号不同的值如何取平均值，为什么高差中数符号与往测一致，转点设置到底有什么技巧，为什么测量时要强调将水准仪架设在前后视的中间位置等问题感到不解和困惑。采取设疑式导入新课，让同学们带着好奇之心进入课堂学习，引入本次新课。 二、教师讲解内容（共30min） 全站仪，即全站型电子速测仪。它是随着计算机和电子测距技术的发展，近代电子科技与光学经纬仪结合的新一代既能测角又能测距的仪器，它是在电子经纬仪的基础上增加了电子测距的功能，使得仪器不仅能够测角，而且也能测距，并且测量的距离长、时间短、精度高。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较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称全站仪。 1.全站仪的组成 全站仪主要由两大部分组成： a.采集数据的专用设备 主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统及自动补偿设备等。 b.过程控制机 过程控制机包括与测量数据相联接的外围设备及进行计算、产生指令的微处理机。它主要用于有序地实现每一专用设备的功能。 2.全站仪的分类 全站仪的分类根据系统的组合不同分为组合式和整体式两类。⑴组合式，也称积木式，它是指电子经纬仪和测距仪既可以分离也可以组合。用户可以根据实际工
工程测量中如何有效提高全站仪的测量精度 摘要：将全站仪置一已知坐标点，同时不量取仪器高，棱镜高。仍然可以测出待测点的坐标和高程。测出的结果从理论上分析比传统的测量精度更高，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。有效的提高了全站仪的测量精度。 关键词：有效全站仪测量精度新方法 １引言 工程测量中：点、线、面是测量放样人员的三大基准。 几何学中把面归结为线移动的轨迹，把线总结为点的堆积。从这一理论可以判断空间中的几何关系最终是以点来确定的。而在测量学中又把空间一点分解为平面坐标和高程。全站仪的出现使测量工作进入了一个新的领域，它可以自动测算待测点的所有要素。从而减轻了外业人员的工作任务。本文是通过多年测量实践，总结出的几点关于全站仪在工程测量中精度的结论．供测量操作着参考．2测量工作的传统办法 要确定空间一点，首先通过仪器观测出空间一点P（Xp,Yp）与已知一条边两端A（Xa,Ya）和B（Xb,Yb）连线的夹角a和b，通过前方交会法即可得到平面坐标P（Xp,Yp），如图1所示。其次要求出空间一点的高程可如图２所示，设A，B为地面上高度不同的两点。已知A点高程H a，只要知道A点对B点的高差H ab即可由H b=H a+H a b得到B点的高程H b。
首先我们假设A，B两点相距不太远，可以将水准面看成水准面，也不考虑大气折光的影响。为了确定高差h ab，可在A点架设全站仪，在B点竖立跟踪杆，观测垂直角а，并直接量取仪器高i和棱镜高t，若A，B两点间的水平距离为D，则h ab=V+i-t 故 H b=H a+Dtanа+i-t（1）这就是三角高程测量的基本公式，但它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的。因此，只有当A，B两点间的距离很短时，才比较准确。当A，B两点距离较远时，就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了。这里不叙述如何进行球差和气差的改正，只就三角高程测量新法的一般原理进行阐述。我们从传统的三角高程测量方法中我们可以看出，它具备以下两个特点： 1、全站仪必须架设在高程已知的点上； 2、要测出待测点的高程，必须量取仪器高和棱镜高。 3、全站仪测量的新方法 如果我们能将全站仪象经纬仪一样架设在已知坐标点上，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，测出待测点的坐标和高程，那么施测的精度将更高。如图2，假设B 点的高程已知，A点的坐标已知，这里要通过全站仪测定其它待测点的坐标和高程：首先在Ａ点上架设全站仪，设站时不设置高程，也不用定向，由（1）式可知: H a=H b-(Dtanа+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： H a+i-t=H b-D tanа=W （3） 由(3)可知，基于上面的假设，H a+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、仪器架设在已知坐标的点上，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，然后后视已知方向定向，仪器高和棱镜高设为0即可。 4、照准待测点测出其坐标和高程。 下面从理论上分析一下这种方法是否正确。 1、坐标测量是依照常规测量的，没有可疑点。 2、高程测量结合（1），（3） H b′=W+D′tanа′(4) H b′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
SOKKIA 500全站仪简明操作手册 1、键基本操作： 开机和关机 开机：按『ON』键 关机：按住『ON』键后按照明键『』 显示窗照明 打开或关闭：按照明键『』 软键盘操作 『F1』~『F4』键：用于对显示窗底行所对应菜单项的确认或选择。 『FUNC』键：用于更换显示窗上所显示的内容以及菜单项，注意：显示窗右下脚所显示的页码（如：P1）随『FUNC』键的操作在改变。 另外：在进行设置坐标信息时，『F1』~『F4』键分别对应字母或数字，且随『FUNC』键的操作『F1』~『F4』键分别对应字母或数字在改变。 『BS』键：用于在进行设置坐标信息时，删除光标左边的一个字符。 『ESC』键：取消输入数据内容，或退出当前屏幕，如果连续按『ESC』，则退出到状态模式。 『SFT』键：用于进行字母大小写切换。 『』键：回车键（确认键）。 『』『』『』『』四个键为光标移动键，又称方向键，可选择其它 项。 模式转换 『CNFG』键：由状态模式转化为设置模式。 『MEAS』键：由状态模式转化为测量模式。 『MEM』键：由状态模式转化为存储模式。 『ESC』键：由各模返回状态模式。 注：中文版全站仪屏幕显示『CNFG』为『配置』，『MEAS』为『测量』，『MEM』为『内存』 2、施测前基本操作步骤： 第一步：仪器对中、整平，进行精平时，进入测量模式P2页，选择『倾斜』菜单项，可显示水平气泡倾斜度。 第二步：按『ON』键开机，正常模式下屏幕显示如右图：
当水平度盘指标设置为“Manual”时，屏幕上“HAR 0 SET”不显示，当垂直度盘指标设置为“Manual”时，屏幕显示如下图：有关度盘指标设置见状态模式下进入『配置』菜单，通过方向键来选择V index 和H index项，通常设置为“AUTO”。 第三步：仪器复位。松开水平、垂直制动钮，分别将仪器照准部与望远镜旋转一周，且分别听到蜂鸣声后，仪器复位完成。自动进入测量模式，屏 幕显示为： 若仪器显示出“Out of range”表明仪器尚未整平好，需要重新整平， 再第二步、第三步工作。 声明：如果开机后不进行仪器复位工作，将看不到仪器中的所有菜单项。 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第四步：仪器内部参数设置。在测量模式第一页（屏幕右下角会显示“P1“符号）下，按『FUNC』键进入第二页（P2），再按屏幕底行显示的『改正』项进入如下屏幕： 其中：Mode表示测距模式， 包括Finr”r”(重复精测)/Fine Avg(平均精测)、Fine”s”(单次精测)/Rapid”r”(重复粗测)、Rapid”s”(单次粗测)/Tracking（跟踪测）。 Reflector表示反射镜类型 包括Prism*(棱镜)/sheet(反射片)。 PC（棱镜常数）：根据棱镜进行选择，SET500配套棱镜选择－30。 Temp(温度)：施测时的温度。 Press(气压)：施测时气压，缺省为1013Hp。 Ppm（气象改正数）：一般为0，它可根据输入的温度、气压值进行自动改正。 第五步：单位设置。在设置模式下选取『Unit』进入单位设置屏幕； 其中：Temp项选℃，Press项选hpa，Angle项选degree，Dist项选meter。
全站仪的坐标测量如何使用？ 如：测站点坐标为（500，300，362），后视点坐标为（500，445，456），测点坐标为（471.7，777.9，385）（以CAD画出的）。如何直接测出测点坐标？ 全站仪的坐标测量你应该好好看看使用说明书！ 一般来说分为这样几步： 1、输入坐标，测站点、后视点及要测的碎布点事先是家里输入进去的。具体在说明书里的数据录入这一块。 2、到了野外，首先是一起对中整平，开机后，进入坐标测量。 3、设置测站点。 4、设置后视点，这是很关键的是仪器不同，方法不同。 一般都要，拟设好后视点后，要对后视点进行一次测量，这个过程实际就是陪准坐标系统。关键关键！配好以后一起会将测量的后视点坐标直接显示出来，你可以和已有的坐标对照一下。一般来说。二者之差不大于5cm就可以拉 5、测量 一般全站仪测角精度都不是很高 还有对中误差，后视误差等等等等等 要求精度高可以用GPS静态测量 内容：了解全站仪的分类、等级、主要技术指标；掌握全站仪的基本操作，测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法；了解全站仪的对边测量、悬高测量、面积测量等方法。 重点：全站仪的基本操作，测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法。 难点：全站仪测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法。 教学方法：采取演示法教学。讲解拓普康全站仪使用，在课堂上每讲一项功能后，利用多媒体课室的优点，现场演示一次，并将操作过程通过投影仪投影到屏幕上，起到直观、形象的效果，使学生能迅速掌握全站仪的使用。 § 7.1 全站仪（total station）的功能介绍
随着科学技术的不断发展，由光电测距仪，电子经纬仪，微处理仪及数据记录装置融为一体的电子速测仪（简称全站仪）正日臻成熟，逐步普及。这标志着测绘仪器的研究水平制造技术、科技含量、适用性程度等，都达到了一个新的阶段。 全站仪是指能自动地测量角度和距离，并能按一定程序和格式将测量数据传送给相应的数据采集器。全站仪自动化程度高，功能多，精度好，通过配置适当的接口，可使野外采集的测量数据直接进入计算机进行数据处理或进入自动化绘图系统。与传统的方法相比，省去了大量的中间人工操作环节，使劳动效率和经济效益明显提高，同时也避免了人工操作，记录等过程中差错率较高的缺陷。 全站仪的厂家很多，主要的厂家及相应生产的全站仪系列有：瑞士徕卡公司生产的TC 系列全站仪；日本TOPCN （拓普康）公司生产的GTS 系列；索佳公司生产的SET 系列；宾得公司生产的PCS 系列；尼康公司生产的DMT 系列及瑞典捷创力公司生产的GDM 系列全站仪。我国南方测绘仪器公司90 年代生产的NTS 系列全站仪填补了我国的空白，正以崭新的面貌走向国内国际市场。 全站仪的工作特点： 1、能同时测角、测距并自动记录测量数据； 2、设有各种野外应用程序，能在测量现场得到归算结果； 3、能实现数据流； 一、TOPCON 全站仪构造简介 图1为宾得全站仪PTS-V2 ，图2为尼康C-100 全站仪，图3为智能全站仪GTS-710，图4为蔡司Elta R系列工程全站仪，图5为徕卡TPS1100系列智能全站仪。 二、全站仪的功能介绍 1、角度测量（angle observation）
水准仪测量高程的方法和步骤 内容：理解水准测量的基本原理；掌握DS3 型微倾式水准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。 重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。 难点：水准仪的检验与校正。 §2.1 高程测量（Height Measurement ）的概念 测量地面上各点高程的工作, 称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为： （1）水准测量(leveling) （2）三角高程测量(trigonometric leveling) （3）气压高程测量(air pressure leveling) （4）GPS 测量(GPS leveling) §2.2 水准测量原理 一、基本原理 水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。
a ——后视读数A ——后视点 b ——前视读数B ——前视点 1、A、B两点间高差： 2、测得两点间高差后，若已知A 点高程，则可得B点的高程：。 3、视线高程： 4、转点TP(turning point) 的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。 二、连续水准测量
如图所示，在实际水准测量中，A 、B 两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿A 、B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到A 、B 两点间的高差值，有： h 1 = a 1 －b 1 h 2 = a 2 －b 2 …… 则：h AB = h 1 + h 2 +…… + h n = Σ h = Σ a －Σ b 结论：A 、B 两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。 § 2.3 水准仪和水准尺 一、水准仪(level) 如图所示，由望远镜、水准器和基座三部分组成。
电子全站仪（30系列）操作手册 适用型号：SET230R/R3 SET330R/R3 SET530R/R3 SET630R 一、注意事项（2） 1．第一次使用仪器前，应松开底座开关钮上的紧固螺母；2．禁止带三脚架一起搬动仪器； 3．取电池前一定要关断电源； 4．激光束不能对着人，有害，更不能从目镜去看； 5．仪器每天用完入箱前，应取出电池。` 二、基本操作（5） 1．基本键操作（5.1） ·开关电源 按{ON}：电源开； 按住{ON}再按{灯}：电源关。 ·开关屏幕 按{灯}，屏幕背景灯亮灭； 按住{灯}直到滴滴响声，开关激光束。 ·软键操作（软键指在屏幕底部的键） 按{F1}-{F4}，选择需要的软键； {FUNC}键用于在测量方式[MEAS]状态下的屏幕翻页（当多于4个软键时）；
·输入字母和数字 {F1}-{F4}：输入分布在软键上的数字和字母； {FUNC}：翻页找你需要的字母、数字； （按住一会儿）回上页； 连续按，往前翻。 {BS}：删除左侧字母数字； {ESC}：取消输入数据； {SFT}：选择的接收靶类型显示； {←}：（回车）接受输入的数据。 ·选择键 {▲}/{▼}:光标上下移动； {＜}{＞}：左右移动光标/其它选择； {←}: 确认选择； ·模式转换 [CNFG]：（软键）从主屏模式到设置（Configuration）模式； [MEAS]：从主屏模式到测量（Measure）模式； [MEM]：从主屏模式到存存储（Memory）模式； {ESC}：从各状态返回到主屏状态。 ·其它操作 {ESC}：返回上一屏。 2．屏幕功能
距离：S：斜距；H：水平距；V：参考高度； 竖向角度：ZA：天顶角（Z=0）；VA：竖向角（H=0/H=±90）； 水平角度：按[R/L]转换状态：HAR：水平右转；HAL：水平左传； 按[◢SHV]，转换“S，ZA，H”，到“S，H，V”。 3．开机程序（9） 开机后，仪器自检。 ·若设置了密码，输入密码。 ·（若需盘左盘右测量），选择了“V manual”项的“Yes”，按 照（30）操作。 之后，出现测量模式[MEAS]屏出现； 若出现“Out of range”(超出围)，则需重新整平仪器。 三、测量操作 （一）角度测量（10） 1．测量两点间的水平角（10.1） 使用置零（0SET）功能测量两点间夹角，在任何位置水平 角均可置零。 ·照准第一点； ·在测量模式第一页，按置零[0SET]，闪烁再按[0SET]，初 始角变为0； ·照准第二点，显示的水平角HAR/HAL值就是要测的夹角。 2．设水平角到所需值（HOLD）
水准仪的使用方法及注意事项 水准仪广泛用于建筑行业，是测量水平高低的仪器，具有精度高、使用方便、快速、可靠等优点，使用在引测、大面积场地测量、楼面水平线标志、沉降观测等。现介绍水准仪的使用方法。 一、水准仪器组合： 1.望远镜 2.调整手轮 3.圆水准器 4.微调手轮 5.水平制动手轮 6.管水准器 7.水平微调手轮 8.脚架 二、操作要点： 在未知两点间，摆开三脚架，从仪器箱取出水准仪安放在三脚架上，利用三个机座螺丝调平，使圆气泡居中，跟着调平管水准器。水平制动手轮是调平的，在水平镜内通过三角棱镜反射，水平重合，就是平水。将望远镜对准未知点（1）上的塔尺，再次调平管水平器重合，读出塔尺的读数（后视），把望远镜旋转到未知点（2）的塔尺，调整管水平器，读出塔尺的读数（前视），记到记录本上。 计算公式：两点高差=后视－前视。 三、校正方法： 将仪器摆在两固定点中间，标出两点的水平线，称为a、b线，移动仪器到固定点一端，标出两点的水平线，称为a’、b ’。计算如果a－b≠a’－b ’时，将望远镜横丝对准偏差一半的数值。用校针将水准仪的上下螺钉调整，使管水平泡吻合为止。重复以上做法，直到相等为止。 四、保养与维修 1．水准仪是精密的光学仪器，正确合理使用和保管对仪器精度和寿命有很大的作用； 2．避免阳光直晒，不许可证随便拆卸仪器； 3．每个微调都应轻轻转动，不要用力过大。镜片、光学片不准用手触片； 4．仪器有故障，由熟悉仪器结构者或修理部修理； 5．每次使用完后，应对仪器擦干净，保持干燥。 S3水准仪的结构和使用方法 (一) 水准测量仪器 水准测量用的仪器、工具:水准仪、水准尺和尺垫。 1. 水准尺和尺垫 水准尺是水准测量中用于高差量度的标尺，水准尺制造用材有优质木材、合金材和玻璃钢等几种，有2 m，3 m，5 m等多种长度和整尺、折尺、塔尺等多种类型。水准尺按精度高低可分为精密水准尺和普通水准尺。 (1) 普通水准尺 材料：用木料、铝材和玻璃钢制成。 结构：尺长多为3 m，两根为一副，且为双面（黑、红面）刻划的直尺，每隔1 cm印刷有黑白或红白相间的分划。每分米处注有数字，对一对水准尺而言，黑、红面注记的零点不同。黑面尺的尺底端从零开始注记读数，两尺的红面尺底端分别从常数4687 mm和4787 mm开始，称为尺常数K。即K1=4.687 m，K2=4.787 m。设尺常数是为了检核用。 （2）精密水准尺 材料：框架用木料制成，分划部分用镍铁合金做成带状。 结构：尺长多为3 m，两根为一副。在尺带上有左右两排线状分划，分别称为基本分划和辅助分划，格值1 cm。这种水准尺配合精密水准仪使用。 （3）尺垫（尺台） 水准测量中有许多地方需要设置转点(中间点)，为防止观测过程中尺子下沉而影响读数的准确性，应在转点处放一尺垫。尺垫一般由平面为三角形的铸铁制成，下面有三个尖脚，便于踩入土中，使之稳定。上面有一突起的半球形小包，立水准尺于球顶，尺底部仅接触球顶最高的一点，当水准尺转动方向时，尺底的
(教学设计)2.2全站仪观测水平角度
教学设计 学习领域：工程测量基础总学时60 学习情境2：平面测量学时34 任务2.2 全站仪观测水平 角 学时 4 分组情况 大组：6组 每组 人：7-8 小组：12组人：3-4 教学基本信息分析 学习领域情境分析 本题目“全站仪观测水平角”属于《工程测量基础》中“高程测量”学习情境的一个项目。《工程测量基础》是道路桥梁工程技术专业基础学习领域，是学生获取工程测量中级工的必修课之一。通过本课程学习，要求学生了解测量误差的基本知识，掌握水准测量、角度观测、距离测量与直线定向、导线测量及地形图的判读。具备平面坐标、高程坐标测量、计算及数据处理能力。课程情境划分与课时安排见下表。平面测量高程测量学习情境主要是让学生掌握地面点平面坐标的测量、计算和数据处理。 工程测量基础情境划分与课时安排 学习情境情境描述学时 学习情境1 高程测量 高程测量：通过完成线路的高程测量（五等水准测量、三 四等水准测量、光电测距三角高程测量），使学生在老师的引导 下，了解高程测量的原理，仪器及测量方法。并能自己总结在 测量中产生的误差及克服方法。 22 学习情境2 平面测量 平面测量：通过完成线路的平面测量，使学生在老师的引 下，掌握全站仪测回法测角及测距的功能，并掌握导线测 量的外业工作和内业计算方法。认识GPS接收机的构造，了解 GPS静态测量的原理，从而达到相应的能力要求。 34
学习情境3 地形图的测绘与应用 地形图的测绘与应用：通过地形图的测绘，使学生在老师 的引导下，掌握地形图的基本知识。并能对地形图进行判读和 应用。从而达到相应的能力要求。 4 平面测量情境学习任务设计表 高程测量学习任务设计 序号学时 任务1 经纬仪观测水平角度 6 任务2 全站仪观测水平角度、水平距离 观测水平角4 观测水平距离4 任务3 导线控制测量 16 任务4 GPS测量 4 授课对象分析 高职道路桥梁工程技术专业三年制学生，理论知识虽较扎实，但第一次接触实践性很强的课程，实践动手能力和实践中组长的组织能力不足。经过前面的水准仪操作，学生对测量仪器有了较为深刻的认识，且第一次接触全站仪，大多学生应具有较强的好奇心，教师应借机加强引导增强学生学习的主动性。 教学 “全站仪观测水平角度”任务旨在让同学们掌握如何利用全站仪测量两个点之间的水平距离。当利用盘左盘右采集了
全站仪测距的几点说明 一、全站仪测距的温度和气压改正 通常是开机后将观测时的温度和气压输入全站仪，仪器自动对距离进行温度和气压改正。 测定气温通常使用通风干湿温度计，测定气压通常使用空盒气压表。气压表所用单位有mb（102Pa）和mmHg（）两种，而1mb＝。气温读数至1度，气压读数至1mmHg。 小知识：《温度和气压对测距的影响》 在一般的气象条件下，在1Km的距离上，温度变化1度所产生的测距误差为，气压变化1mmHg所产生的测距误差为，湿度变化1mmHg所产生的测距误差为。湿度的影响很小，可以忽略不计，当在高温、高湿的夏季作业时，就应考虑湿度改正。 注意： 1、只要温度精度达到1度，气压精度达到27mmHg，则可保证1Km的距离上，由此引起的距离误差约在1mm左右。 2、当气温t＝35度，相对湿度为94％，则在1Km距离上湿度影响的改正值约为2mm。由此可见，在高温、高湿的气象条件下作业，对于高精度要求的测量成果，这一因素不能不予以考虑。 3、由于地铁轨道工程测量以“两站一区间”分段进行，从导线复测到控制基标测量，再到加密基标测量所涉及的距离
测量都属短距离测量，上述改正值较小，只要正确设置温度值和气压值即可满足规范要求。 二、全站仪测距的精度问题 测距精度，一般是指经加常数K、乘常数R改正后的观测值的精度。虽然加常数和乘常数分别属于固定误差和比例误差，但不是测距精度的表征，而是需要在观测值中加以改正的系统误差，故从某中意义上来说，与标称误差中的A和B 是有区别的。因为测距的综合精度指标，一般以下式表示：MD＝±（A＋B×10－6D） 每台仪器出厂前就给了A和B之值，再行检验的目的，一方面是通过检验看某台仪器是否符合出厂的精度标准（标称精度），另一方面是看仪器是否还有一定的潜在精度可挖。这与加常数K、乘常数R的检验目的是不一样的。前者是为了检验仪器质量，后者是为了改正观测成果，决不能用检定精度的指标A与B去改正观测成果 小知识：《标称精度》 测距仪都有一个标称精度，他是仪器出厂的合格精度指标，仅一般地说明仪器的性能，而决不能理解为只能达到这样的测距精度，尤其是不能代表现场作业时的边长实测精度。注意： 1、加常数K、乘常数R改正值从仪器的检测结果得来。加常数K与实测距离大小无关，乘常数R应与实测距离相乘得到
水准仪及其使用方法 高程测量是测绘地形图的基本工作之一,另外大量的工程、建筑施工也必须量测地面高程，利用水准仪进行水准测量是精密测量高程的主要方法。 一、水准仪器组合： 1.望远镜 2.调整手轮 3.圆水准器4．微调手轮5．水平制动手轮6．管水准器7.水平微调手轮8.脚架 二、操作要点： 在未知两点间,摆开三脚架，从仪器箱取出水准仪安放在三脚架上,利用三个机座螺丝调平,使圆气泡居中，跟着调平管水准器。水平制动手轮是调平的，在水平镜内通过三角棱镜反射,水平重合,就是平水。将望远镜对准未知点（１)上的塔尺,再次调平管水平器重合,读出塔尺
的读数（后视），把望远镜旋转到未知点(2)的塔尺,调整管水平器,读出塔尺的读数(前视)，记到记录本上。 计算公式:两点高差=后视－前视。 三、校正方法： 将仪器摆在两固定点中间，标出两点的水平线，称为a、b线，移动仪器到固定点一端,标出两点的水平线,称为ａ’、b ’。计算如果a－b≠ａ’－b’时,将望远镜横丝对准偏差一半的数值。用校针将水准仪的上下螺钉调整，使管水平泡吻合为止。重复以上做法,直到相等为止。 四、水准仪的使用方法 水准仪的使用包括:水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数五个步骤。 1. 安置 安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。首先打开三脚架并使高度适中，用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固，然后打开仪器箱,用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上。 2. 粗平?粗平是使仪器的视线粗略水平,利用脚螺旋置园水准气泡居于园指标圈之中。具体方法用仪器练习。在整平过程中,气泡移动的方向与大姆指运动的方向一致。 3. 瞄准?瞄准是用望远镜准确地瞄准目标。首先是把望远镜对向远处明亮的背景,转动目镜调焦螺旋，使十字丝最清晰。再松开固定螺旋，旋转望远镜,使照门和准星的连接对准水准尺,拧紧固定螺旋。最后转动物镜对光螺旋，使水准尺的清晰地落在十字丝平面上，再转动微动螺旋,使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。 ４. 精平 精平是使望远镜的视线精确水平。微倾水准仪,在水准管上部装有一组棱镜,可将水准管气
开机前需要准备的是，去.sokkia../DownloadShow.asp?ID=30 下载数据通讯软件，解压安装后为这三个文件， 下面是仪器开始设站（仪器整平对中），开始测量， 确认测量模式 开机后，点击“配置”→“观测条件”→“测距模式”，确认它的植为斜距，按“ESC”退至 选择工程文件夹 选择“存”→“文件操作”→“文件选取”→用“左右向键”选择将今天测量的容放到那个工作夹里去，这里有JOB1到JOB10个文件夹供你选择 定向及测量 点击如（图） “测量”→“坐标”→“测站定向”→“测站坐标”，后输入数值 （这里的“测站坐标”采用自由坐标系，大家自己选择）设置完成后，点击“OK” 按“ESC”，返回上一级菜单，选择“后视定向”（说明一下，如果整平出现问题，则无法向下继续设置）→“角度定向”（由于初次测量，没有已知坐标点，只能采用角度定向），将仪器十字丝对准你设定的定向点上的棱镜中心→在“HAR中”输入0→按1次“ESC”返回到（图）， →选“测量”→此时可以看到屏幕里有N，E Z，ZA ，→“测量”后将会显示出测量点的NEZ 坐标→点击“记录”用向键和功能键输入点号，此后测量的点号将会累加，注意，每次测量一个点后都要按记录键， 至此，首次实地测量以完成 数据从全站仪器中传出 1（设置通讯），点击“配置”→“通讯设置”→其中各项为：“波特率”：9600bps，“数据位”：8位，“奇偶校验”：NO，“停止位”：1位，“和校验”：NO，“流控”：YES
（图） 2同时将软件设置好，双击刚才三个文件中的最后一个Coord.exe 点击
要求这里的设置和刚才全站仪一样，需要大家注意，COM口的选择。 点击通讯，选择数据下载 后出现
谈全站仪的高程测量精度 本人在从事工程技术管理的工作中，经常听到有测量工程师抱怨说某某全站仪不好用，测高程测不准。于是我问他：测距离准不准？得到回答是，测距离没问题！于是我就奇怪了，为什么测距离准，测高程不准呢？全站仪工作时测得夹角a和距离L，如下图： s H L a H=L*sina S=L*cosa 既然S准确，相应的H也应该准确，因为他们的计算变量都是一样的。但经过本人实际操作，全站仪测高程精度确实比较差。到底是什么原因使得同样的参数，计算出来的结果一个精确，另一个却不精确呢？进过详细分析，本人发现其实并不是仪器的问题，而是误差给大家带来的麻烦：
90sinx cosx Y Y1 Y2 上图是正弦曲线和余弦曲线示意图，我们可以发现在全站仪镜头水平x=0°—竖直x=90°期间y值的变化，当我们在接近0°附近测量时f（x）=cosx相对于g（x）=sinx对x的增量来说不敏感，也就是说，当我们在仪器测量a角时，一个增量Δa引起的S的变化比H的变化小的多，而实际操作中，各位测量工程师也会发现，由于仪器的构造限制，很少有机会在测量的时候使全站仪仰俯超过45°，而真正当仰俯角超过45°，（例如在近距离测量盖梁或者墩顶高程）时，全站仪的高程测量精度并不比水平坐标的测量精度低。例如：sin10.1-sin10=0.00171855，cos10.1-cos10=-0.0003045，这表明在角度误差0.1°的情况下，瞄准接近100米的目标，高程会差17cm，而距离只差3cm，这就是为什么大家都抱怨全站仪测高程不精确的原因。 当然测量高程精度不准还与另外一些因素有关，如：1、仪器高不能准确测得，2、镜杆高度由于标杆底的磨损产生偏差，3、对站标时习惯性只左右对中，不上下对中等。这些原因都可能使全站仪的高
水准仪使用方法及注意事项 水准仪广泛用于建筑行业，是测量水平高低的仪器，具有精度高、使用方便、快速、可靠等优点，使用在引测、大面积场地测量、楼面水平线标志、沉降观测等。现介绍水准仪的使用方法。 一、水准仪器组合： 1.望远镜 2.调整手轮 3.圆水准器 4.微调手轮 5.水平制动手轮 6.管水准器 7.水平微调手轮 8.脚架 二、操作要点： 在未知两点间，摆开三脚架，从仪器箱取出水准仪安放在三脚架上，利用三个机座螺丝调平，使圆气泡居中，跟着调平管水准器。水平制动手轮是调平的，在水平镜内通过三角棱镜反射，水平重合，就是平水。将望远镜对准未知点（1）上的塔尺，再次调平管水平器重合，读出塔尺的读数（后视），把望远镜旋转到未知点（2）的塔尺，调整管水平器，读出塔尺的读数（前视），记到记录本上。 计算公式：两点高差=后视－前视。 三、校正方法： 将仪器摆在两固定点中间，标出两点的水平线，称为a、b线，移动仪器到固定点一端，标出两点的水平线，称为a’、b ’。计算如果a－b≠a’－b ’时，将望远镜横丝对准偏差一半的数值。用校针将水准仪的上下螺钉调整，使管水平泡吻合为止。重复以上做法，直到相等为止。 四、保养与维修 1．水准仪是精密的光学仪器，正确合理使用和保管对仪器精度和寿命有很大的作用； 2．避免阳光直晒，不许可证随便拆卸仪器； 3．每个微调都应轻轻转动，不要用力过大。镜片、光学片不准用手触片； 4．仪器有故障，由熟悉仪器结构者或修理部修理； 5．每次使用完后，应对仪器擦干净，保持干燥。 S3水准仪的结构和使用方法 (一) 水准测量仪器 水准测量用的仪器、工具:水准仪、水准尺和尺垫。 1. 水准尺和尺垫 水准尺是水准测量中用于高差量度的标尺，水准尺制造用材有优质木材、合金材和玻璃钢等几种，有2 m，3 m，5 m等多种长度和整尺、折尺、塔尺等多种类型。水准尺按精度高低可分为精密水准尺和普通水准尺。 (1) 普通水准尺 材料：用木料、铝材和玻璃钢制成。 结构：尺长多为3 m，两根为一副，且为双面（黑、红面）刻划的直尺，每隔1 cm印刷有黑白或红白相间的分划。每分米处注有数字，对一对水准尺而言，黑、红面注记的零点不同。黑面尺的尺底端从零开始注记读数，两尺的红面尺底端分别从常数4687 mm和4787 mm开始，称为尺常数K。即K1=4.687 m，K2=4.787 m。设尺常数是为了检核用。 （2）精密水准尺 材料：框架用木料制成，分划部分用镍铁合金做成带状。 结构：尺长多为3 m，两根为一副。在尺带上有左右两排线状分划，分别称为基本分划和辅助分划，格值1 cm。这种水准尺配合精密水准仪使用。 （3）尺垫（尺台）
水 准 测 量 基本知识 1.水准测量原理 工程上常用的高程测量方法有几何水准测量、三角高程测量、GPS 测高及在特定对象和条件下采用的物理高程测量，其中几何水准测量是目前高程测量中精度最高、应用最普遍的测量方法。 如图2-1所示，设在地面A 、B 两点上竖立标尺（水准尺），在A 、B 两点之间安置水准仪，利用水准仪提供一条水平视线，分别截取A 、B 两点标尺上读数a 、b ，显然 A B H a H b +=+ A 、 B 两点的高差h AB 可写为 AB h a b =- A 点高程H A 已知， 求出 B 点高程 B A AB H H h =+ 我们规定A 点水准尺读数a 为后视读数，B 点水准尺读数b 为前视读数。 图 2-1 如果A 、B 两地距离较远时，可以用连续水准测量的方法。中间可设置转点TP （临时高程传递点，须放置尺垫），如图2-2所示 11h a =， 333h a b =-，……， n n n h a b =-。 123......AB n i h h h h h h =+++=∑
于是，可以求得A 、B 之间的高程差 AB i i h a b =-∑∑ B 点高程 B A AB H H h =+. 图 2-2 2.水准仪介绍： 水准仪是提供水平视线的仪器，按精度分，水准仪通常有DS 05、DS 1、DS 3等几种。其中“D ”和“S ”分别为“”和“水准仪”首字汉语拼音的首字母，而下标是仪器的精度指标，即每千米测量中的偶然误差（以mm 为单位）。目前常用的水准仪从构造上可分为两大类：利用水准管来获得水平视线的“微倾式水准仪”和利用补偿器来获得水平视线的“自动安平水准仪”。此外，还有一种新型的水准仪——“电子水准仪”，它配合条形码标尺，利用数字化图像处理的方法，可自动显示高程和距离，使水准测量实现了自动化。 水准仪主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。 （1） DS 3微倾式水准仪 1.仪器介绍
水准仪的使用方法及注意事项 令狐采学 水准仪广泛用于建筑行业，是测量水平高低的仪器，具有精度高、使用方便、快速、可靠等优点，使用在引测、大面积场地测量、楼面水平线标志、沉降观测等。现介绍水准仪的使用方法。 一、水准仪器组合： 1.望远镜 2.调整手轮 3.圆水准器 4.微调手轮 5.水平制动手轮 6.管水准器 7.水平微调手轮 8.脚架 二、操作要点： 在未知两点间，摆开三脚架，从仪器箱取出水准仪安放在三脚架上，利用三个机座螺丝调平，使圆气泡居中，跟着调平管水准器。水平制动手轮是调平的，在水平镜内通过三角棱镜反射，水平重合，就是平水。将望远镜对准未知点（1）上的塔尺，再次调平管水平器重合，读出塔尺的读数（后视），把望远镜旋转到未知点（2）的塔尺，调整管水平器，读出塔尺的读数（前视），记到记录本上。 计算公式：两点高差=后视－前视。 三、校正方法： 将仪器摆在两固定点中间，标出两点的水平线，称为a、b线，移动仪器到固定点一端，标出两点的水平线，称为a’、b ’。计算如果a－b≠a’－b ’时，将望远镜横丝对准偏差一半的数值。用校针将水准仪的上下螺钉调整，使管水平泡吻合为止。重
复以上做法，直到相等为止。 四、保养与维修 1．水准仪是精密的光学仪器，正确合理使用和保管对仪器精度和寿命有很大的作用； 2．避免阳光直晒，不许可证随便拆卸仪器； 3．每个微调都应轻轻转动，不要用力过大。镜片、光学片不准用手触片； 4．仪器有故障，由熟悉仪器结构者或修理部修理； 5．每次使用完后，应对仪器擦干净，保持干燥。 S3水准仪的结构和使用方法 (一) 水准测量仪器 水准测量用的仪器、工具:水准仪、水准尺和尺垫。 1. 水准尺和尺垫 水准尺是水准测量中用于高差量度的标尺，水准尺制造用材有优质木材、合金材和玻璃钢等几种，有2 m，3 m，5 m等多种长度和整尺、折尺、塔尺等多种类型。水准尺按精度高低可分为精密水准尺和普通水准尺。 (1) 普通水准尺 材料：用木料、铝材和玻璃钢制成。 结构：尺长多为3 m，两根为一副，且为双面（黑、红面）刻划的直尺，每隔1 cm印刷有黑白或红白相间的分划。每分米处注有数字，对一对水准尺而言，黑、红面注记的零点不同。黑面尺
全站仪测距基本原理与方法 全站仪，即全站型电子速测仪。它是随着计算机和电子测距技术的发展，近代电子科技与光学经纬仪结合的新一代既能测角又能测距的仪器，它是在电子经纬仪的基础上增加了电子测距的功能，使得仪器不仅能够测角，而且也能测距，并且测量的距离长、时间短、精度高。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较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称全站仪。 电子测距的基本原理 电子测距即电磁波测距，它是以电磁波作为载波，传输光信号来测量距离的一种方法。它的基本原理是利用仪器发出的光波（光速C已知），通过测定出光波在测线两端点间往返传播的时间t 来测量距离S: S=Ct/2 (4.15) 式中乘以1/2是因为光波经历了两倍的路程。 按这种原理设计制成的仪器叫做电磁波测距仪。根据测定时间的方式不同，又分为脉冲式测距仪和相位式测距仪。脉冲式测距仪是直接测定光波传播的时间，由于这种方式受到脉冲的宽度和电子计数器时间分辨率限制，所以测距精度不高，一般为1～5m。相位式光电测距仪是利用测相电路直接测定光波从起点出发经终点反射回到起点时因往返时间差引起的相位差来计算距离，该法测距精度较高，一般可达5～20mm。目前短程测距仪大都采用相位法计时测距。 通常是开机后将观测时的温度和气压输入全站仪，仪器自动对距离进行温度和气压改正。 测定气温通常使用通风干湿温度计，测定气压通常使用空盒气压表。气压表所用单位有mb （102Pa）和mmHg（133.322Pa）两种，而1mb＝0.7500617mmHg。气温读数至1度，气压读数至1mmHg。小知识：《温度和气压对测距的影响》 在一般的气象条件下，在1Km的距离上，温度变化1度所产生的测距误差为0.95mm，气压变化1mmHg所产生的测距误差为0.37mm，湿度变化1mmHg所产生的测距误差为0.05mm。湿度的影响很小，
水准仪、经纬仪、全站仪的使用方法 水准仪及其使用方法 高程测量是测绘地形图的基本工作之一，另外大量的工程、建筑施工也必须量测地面高程，利用水准仪进行水准测量是精密测量高程的主要方法。 一、水准仪器组合： 1.望远镜 2.调整手轮 3.圆水准器 4.微调手轮 5.水平制动手轮 6.管水准器 7.水平微调手轮 8.脚架 二、操作要点： 在未知两点间，摆开三脚架，从仪器箱取出水准仪安放在三脚架上，利用三个机座螺丝调平，使圆气泡居中，跟着调平管水准器。水平制动手轮是调平的，在水平镜内通过三角棱镜反射，水平重合，就是平水。将望远镜对准未知点（1）上的塔尺，再次调平管水平器重合，读出塔尺的读数（后视），把望远镜旋转到未知点（2）的塔尺，调整管水平器，读出塔尺的读数（前视），记到记录本上。 计算公式：两点高差=后视－前视。 三、校正方法： 将仪器摆在两固定点中间，标出两点的水平线，称为a、b线，移动仪器到固定点一端，标出两点的水平线，称为a’、b ’。计算如果a－b≠a’－b’时，将望远镜横丝对准偏差一半的数值。用校针将水准仪的上下螺钉调整，使管水平泡吻合为止。
重复以上做法，直到相等为止。 四、水准仪的使用方法 水准仪的使用包括：水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数五个步骤。 1. 安置 安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。首先打开三脚架并使高度适中，用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固，然后打开仪器箱，用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上。 2. 粗平 粗平是使仪器的视线粗略水平，利用脚螺旋置园水准气泡居于园指标圈之中。具体方法用仪器练习。在整平过程中，气泡移动的方向与大姆指运动的方向一致。 3. 瞄准 瞄准是用望远镜准确地瞄准目标。首先是把望远镜对向远处明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝最清晰。再松开固定螺旋，旋转望远镜，使照门和准星的连接对准水准尺，拧紧固定螺旋。最后转动物镜对光螺旋，使水准尺的清晰地落在十字丝平面上，再转动微动螺旋，使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。 4. 精平 精平是使望远镜的视线精确水平。微倾水准仪，在水准管上部装有一组棱镜，可将水准管气泡两端，折射到镜管旁的符合水准观察窗内，若气泡居中时，气泡两端的象将符合成一抛物线型，说明视线水平。若气泡两端的象不相符合，说明视线不水平。这时可用右手转动微倾螺旋使气泡两端的象完全符合，仪器便可提供一条水平视线，以满足水准测量基本原理的要求。注意？气泡左半部份的移动方向，总与右手大拇指的方向不一致。 5. 读数 用十字丝，截读水准尺上的读数。现在的水准仪多是倒象望远镜，读数时应由上而下进行。先估读毫米级读数，后报出全部读数。 注意，水准仪使用步骤一定要按上面顺序进行，不能颠倒，特别是读数前的符合水泡调整，一定要在读数前进行。 五、水准仪的测量 测定地面点高程的工作，称为高程测量。高程测量是测量的基本工作之一。高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同，可以分为水准测量、三角高程测量、GPS高程测量和气压高程测量。水准测量是目前精度最高的一种高程测量方法，它广泛应用于国家高程控制测量、工程勘测和施工测量中。 水准测量的原理是利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两个点上的水准尺上的读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程计算待定点高程。 如下图所示，在地面上有A、B两点，已知A点的高程为HA、为求B点的高程HB，在A、B两点之间安骨水准仪，A、B两点亡各竖立一把水准尺，通过水准仪的望远镜读取水平视线分别在A、B两点水准尺上截取的读数为a和b，可以求出A、B两点问的高差为：