徕卡全站仪演示.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,徕卡全站仪培训教材,卜祥钰,目 录,1.,导论,2.,全站仪的基本原理,3.,徕卡全站仪的软件系统,4.,徕卡全站仪的数据通讯,5.,徕卡全站仪的十大技术优势,1.导论,1.1 TPS,的含义及由来,1.2,全站仪的分类（级）,1.3,徕卡全站仪的命名、分类和系列,1.4,徕卡全站仪的发展简史,1.5,徕卡全站仪的特点,1.6,全站仪操作使用的配套概念,1.7,徕卡全站仪对恶劣工作环境的防护,1.1 TPS,的含义及由来,1.1.1,全站仪的概念,在经典测量中，人们把快速测量距离和方位计算待定点座标的方法称为速测法，或称速测术（,Tachymetry,）。而把用于这类快速测量的仪器称之为速测仪,(Tachymeter),。,在现代测量中使用的全站仪是速测仪的发展和典型代表，全站仪（,total station,），又称全站型电子速测仪（,Electronic Tachometer Total Station,），是一种兼有自动测距、自动测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统，广泛应用于控制测量、地形测量、地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等方面。,1.1.2 TPS,系列全站仪与,OSW,1994,年，徕卡提出了“,OSW”,（,Open Survey World,），即开放的测量世界，她是有关测量的一种全新的概念，全新的思想，即通过使用统一标准的数据记录介质、接口和数据格式，把测量和数据处理系统有机地结合起来。“,OSW”,的新概念，为所有徕卡仪器的相互兼容性在理论上奠定了基础。,与此同时，基于“,OSW”,新思想，对应于,GPS,全球定位系统，徕卡又引入了,TPS,全站仪定位系统的概念。“,TPS”,中的“,T”,是速测仪（,Tachymat,）、全站仪（,Total station,）中的字头，定位系统（,Positioning System,）的缩写。在最新的徕卡测量系统网页上，对“,T”,的解释为“,Terrestrial”,的第一个字母，即地面上的或大地的意思。显然，前者是从定位系统所用设备的角度来考虑，后者是从定位系统的对象来考虑，但不管从哪个角度考虑，二者都没有矛盾。,最早出现在市场上的是,TPS1000,系列（,1994,年）。近几年来，继,TPS1000,系列之后，徕卡根据市场的不同需求，又连续推出了更多的,TPS,系列，这些系列种类齐全，技术先进，适应范围广泛，已经成为国内外测绘仪器市场上的主流产品。,徕卡,TPS,系列全站仪见表,1.1,：,系列,类型,编号（对应精度）,TPS1000,TC/TCM*/TCA,1100*/1500*/1700*/1800/2003,TPS100*,TC,605*/805*/905*,TPS300,（基本型）*,TC/TCR,307*/305*/303*/302*,TPS400,TC/TCR,407/405/402,TPS700,（实用型）,TC/TC,705/703/702,TPS1100,（专业型）,TC/TCR/TCRM/TCA/TCRA,1105/1103/1102/1101,TPS1200(,联合作业系统,),TC/TCR/TCRM/TCA/TCRA/TCP/TCRP/,1205/1203/1202/1201,备注：其中*为已停产产品。,从表中可见，徕卡将字母“,TPS”,紧跟序列编号作为其全站仪产品系列的标志。每一种系列都有不同类型的仪器，每一种类型又具有多种等级精度的产品。每一系列中仪器的精度从其编号上就可以看出来，如,TPS1000,系列，,1100/1500/1700,，数字越大，精度越高，而,TPS300/700/1100,系列则是以编号末位来表征其测角精度等级的，末位数越大，精度越低，如,307,就比,302,精度低。,每一种,TPS,系列里的产品，尽管精度、类型可能会有所不同，但其外观、用户界面、键盘布局等几乎一模一样。内部结构除了度盘阵列数有区别外，基本上也一样。这极大地方便了生产、使用、升级、培训和维修。此外，对专业型,TPS,系列产品（,1000/1100,系列）而言，各种等级的产品均可升级成马达驱动或自动目标识别等自动化程度更高的产品。,全站仪的测距仪部分，是一种利用电磁波进行距离测量的仪器。如果按测程分类，测距仪可分为三类：,短程测距仪：测程小于,3km,，一般测距精度为（,（,5mm+5ppm,D,），用于普通工程测量和城市测量；,中程测距仪：测程为,3,15km,，一般测距精度为（,（,5mm+2ppm,D,）,（,（,3mm+2ppm,D,），通常用于一般等级的控制测量；,长程测距仪：测程大于,15km,，一般测距精度为（,（,5mm+1ppm,D,），通常用于国家三角网及特级导线测量。,1.2,全站仪的分类（级）,全站仪按其结构，可分为两类：,整体型（,Integrated,）,测距、测角与电子计算单元和仪器的光学、机械系统设计成一个整体，不可分开。,积木型（,Modular,，有时又称作组合型）,光电测距仪（又称测距头）、电子经纬仪各为一独立的整体。既可单独使用，又可组合在一起使用。在全站仪发展初期，半站型电子速测仪（简称半站仪）较为普及。半站仪是一种以光学方法测角的电子速测仪，它也分为整体型与积木型两种。它工作时，通常情况下是在光学经纬仪上架装测距仪，再加上计算记录部分组成仪器系统，即形成积木型半站仪。也有的是将光学经纬仪与红外测距仪设计成一台独立的仪器，表面上看起来很象整体型全站仪，实际上却是整体型半站仪。在使用半站仪时可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪里去，对斜距进行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐标差，这些结果都可以自动传输到外部记录设备中去。,按照我国国家计量检定规程的规定，全站仪中测距仪和电子经纬仪的准确度等级划分见表,1.2,。,准确度等级,测角标准偏差,(),测距标准偏差,(mm,m1,mD5,1 m2,mD5,2 m6,5mD10,6 m10,mD10,注,:,测角标准偏差实为一测回水平方向标准偏差；,md,为每千米测距标准偏差。,1.3,徕卡全站仪的命名、分类和系列,徕卡全站仪按其结构和功能，其命名和分类为：,积木式,DI,系列测距仪,+T,系列电子经纬仪,DI,系列测距仪,+TM,系列马达驱动型电子经纬仪,整体式,TC,系列标准型全站仪,TCM,系列马达驱动型全站仪,TCR,系列无反射棱镜型全站仪,TCRM,系列无反射棱镜马达驱动型全站仪,TCA,系列马达驱动、自动跟踪型全站仪,TDM,系列马达驱动、工业测量型全站仪,TDA,系列马达驱动、自动跟踪、工业测量型全站仪,上述仪器的命名中，其英文字母分别代表为：,DDistancer/Distomat(,测距仪,),I-Infra-red(,红外光,),T Theodolite(,经纬仪,),，,Total station(,全站仪,),C-Classical(,典型的，标准的,),M-Motorized(,马达驱动的,),Rreflectorless distancer(,无反射镜测距仪，其真实含义是，,仪器集两种测距方式于一身：有反射镜、无反射镜,),A-Automatic target recognition(,自动目标识别,),PPower Search(,超级搜索,),在有的资料中，可以看到徕卡有,TCW,、,TCW,型测距仪。该型号中的“,W”,代表“,WILD”,，即威特。,TCW,最早出现在,1995,年，用以安装在,TPS1000,系列全站仪上来代替原来安装的,DI1600,测距头。,TCW,最早出现在,1998,年，用以安装在,TPS300/700/1100,系列全站仪上，是一种设计水平更高的测距头。,徕卡全站仪中的测距仪部分按载波和发射光源的不同，可分为二类：,激光测距仪,红外测距仪,这两类仪器，基本上属于中、短程仪器。徕卡公司保留下来的长程测距仪只有,DI3000S,激光测距仪系列，其测程最远可达,19Km,。,徕卡全站仪按测角精度（实为方向标准偏差）级别，其分类和型号见表,1.3,：,注：上述所有型号全站仪，其标准测距精度除,TC2003(1mm+1ppmD),、新型,TC1800(1mm+2ppmD),外，均为（,2mm+2ppmD,）。另外，,TCR700,系列现已改为,TCR700XRange,。,其中*为已停产产品,。,1.4,徕卡全站仪的发展简史,1.5,徕卡全站仪的特点,徕卡全站仪是举世公认的当今测绘市场上最好的仪器。之所以最好，是因为她具有许多无以伦比的优秀特性和特点。,1.5.1,高质量、长寿命、可靠性强,早在,1989,年，徕卡公司就获得了,ISO 9001,质量品质证书（注：,ISO,是国际标准化组织的缩写，她的,9000,族质量标准，是当今国际上公认的最为权威的质量标准）。徕卡公司建立的全面质量管理体系,TQM(Total Quality Management),是公司一切工作的基础。徕卡全站仪从设计、生产到检测等各个环节，完全按照全面质量管理中严格的技术标准进行，因此质量可靠，能够在各种环境下工作，甚至在诸如高温、寒泠、潮湿、多雨、灰尘、震动、机械应力和电磁场等十分恶劣的条件下也是一样；寿命长，一般都能工作在十年以上，如高精度全站仪,TC2000,在使用十几年后仍能达到规定的技术指标；性能稳定，用过徕卡全站仪的人都有深刻的感受，即无论是测角还是测距，采集的数据十分稳定，离散性非常小。当测距仪测距的时候，其内符合误差几乎都等于零。,1.5.2,产品多样化、系列化,从前两节可以看出，仅当前市场上流行的徕卡全站仪，就有9种类型、7种测角精度等级、6种TPS系列。测距部分尽管等级少，但最低精度为（2mm+2ppmD），已经等于或超过市场上常见的其它公司产品的最高精度。上述类型、精度、系列的组合体十分庞大，能给用户提供令人满意的选择余地。用户既可选择价格低廉的基本型，又可选择功能强大的专业型；既可选择标准的手动操作型，又可选择马达驱动或自动目标识别型；既可选择低精度全站仪用于施工测量，又可选择高精度全站仪用于空间三维坐标定位。所有这些，正是徕卡一切工作的宗旨成为向全球测量、制图和监控分析领域用户提供创新方案的首选供应商。,1.5.3,实际精度远高于标称指标,为了保证仪器的可靠性和精密度，徕卡全站仪在生产过程中必须满足非常苛刻的技术指标要求，换句话说，徕卡全站仪的标称技术指标规定得非常保守。对,1,秒以上的徕卡全站仪的实测结果表明，大多数测角误差低于我国国家计量标准规定的限差近一倍。如,TC1500,，国家计量标准规定室内一测回标准偏差不大于,1.4,秒，而实测平均结果则在,0.5,秒左右。这从另一个侧面也可以说明，即使工作年久或环境条件恶劣会使仪器性能稍有降低，但由于出厂时精度指标富余量大，用户仍不必担心测量会超限。,1.5.4,使用高科技，开创新技术先河,徕卡全站仪不断采用更加先进的技术，如：,以前的全站仪，制动、微调旋钮分别工作，相互配合来定位目标。而如今的全站仪，采用磨擦制动，无限位微调，极大地方便了用户操作；,电路集成化程度更高，机内电路板数量已降至最低，如新型全站仪，测距部分和电子经纬仪部分各自仅用一块电路板，这必然会降低成本，方便调试和维修；,将红外和激光相位测距方式相互巧妙结合，同轴装在一台全站仪内，既可象传统全站仪那样用棱镜进行测量，也可对近距离自然目标不用棱镜直接测量，这在测绘仪器生产中是个首创；,绝对度盘编码技术，仪器开机后勿需初始化，能保持关机前的角度值；,ATR,自动目标识别技术；,激光对中技术；,自动加温技术；,1.5.5,充分利用计算机功能,当今世界上使用最广泛的就是计算机技术，徕卡充分注意到了这一特点，在全站仪设计中大量使用计算机技术。其控制和运算等部分，实质上就是一台计算机，从而使徕卡全站仪的技术水平高出一筹。如：,用户界面计算机菜单化。徕卡全站仪位于望远镜下的大显示屏，其界面尤如计算机里的菜单，软功能键、对话框简单易懂，一看就知道将要发生的动作。各种功能项进行了合理的安排，并采用了计算机的树状结构，由主菜单向子菜单逐步调用。使用频度最高的按键则直接设计在键盘上，方便用户使用；,调试维修计算机化。早在十几年前，徕卡全站仪就使用专用的计算机软件对全站仪进行调试和维修，所有的项目、测试方法、改正设置、结果分析、存档及调出等等，均可通过相应的计算机软件来完成。这种方法，代表了全站仪技术的发展方向，目前仅有少数厂家可以做到。,向用户免费提供与全站仪配套的计算机软件“测量办公室（,Survey Office,）”，使用户可以自行进行系统软件升级、数据交换、数据通讯等，极大地方便了全站仪的使用。,1.5.6,整体设计更加合理，主要表现在,：,体积小。,90,年代初徕卡全站仪的体形，具有“欧洲风格”，即外形尺寸较日本产品大些。但是到了,TPS300/700/1100,系列，体积大幅度减小，特别适合中国人使用。,重量轻。由于体积减小，重量也明显下降。,95,年推出的,TPS1000,系列，重量为,6.4kg,，而到了,98,年推出的,TPS1100,系列，重量为,4.7kg,，仅为前者的,73%,。,外部结构合理。徕卡全站仪外部结构设计科学，方便使用。如电池装在侧面，提把可以任意卸下，避免了使用提把电池的仪器测天顶时遇到的诸多不便。,早在,TPS1000,系列问世的时候，徕卡就推出了大幅面显示屏，其显示字符为,40,列*,8,行，容纳的信息比老式全站仪几乎增加了一倍。如今，采用大屏幕显示屏已成为各生产厂家更新产品的既定方针，屏幕的大小也成为用户采购全站仪的一个重要参考指标。,1.6,全站仪操作使用的配套概念,全站仪是一台用于野外环境的电子测量设备（安置在脚架上），一般情况下工作，需要有合作目标-反光镜或配觇板（安置在脚架或对中杆架上）；给仪器供电的电池（机内或外接均可），充电器；信息的存储介体（内接PC卡或外接其它设备）以及相应的电缆。,1.6.1,结合全站仪的附件，进行实际演示讲解。,（,1,）电池及其配套,电池是全站仪的一个重要组成部分，就使用方法来说，所有全站仪电池均可分为内电池和外电池。,内电池即机载电池，一般来说，它包含在仪器的基本配置里，不需要单独购买。徕卡全站仪内电池一般使用,12,伏标称电压，,1999,年后新推出的徕卡,TPS300,、,700,、,1100,系列仪器，则使用一种称之为摄像放像机专用的内电池，即,camcorder cam(era)(video cassette)(re)corder,镍锰电池，其标称电压为,6,伏。,外接电池不包含在仪器的基本配置里，需要单独购买。徕卡全站仪的外接电池有两种：,GEB70,，货号为,402 210,，一种小型外接电池，重,1kg,，,12V/2Ah,，使用时挂在角架上，塑料外壳；（请提供图片）,GEB71,，货号为,409 667,，一种大的外接电池，重,3kg,，,12V/7Ah,，充满电可连续用几天，金属外壳。（请提供图片）,外接电池与全站仪连接时必须使用徕卡专用电缆，常用的徕卡专用电缆有两种：,普通电缆，货号为,409 678,，两端为,LEMO,插头，一大一小，习惯上称之为大五芯小五芯插头。大的一端连接电池，小的一端连接全站仪。（请提供图片）,Y,型电缆，货号为,409 684,。除具有普通电缆供电的功能外，多出的一端还可以通过,RS232,串行口与计算机连接。（请提供图片）,老式的,DI4,测距仪使用一种四芯电缆，如今已不多见。,不管哪种徕卡全站仪，均可使用上述,12,伏外接电池。对于徕卡新型,TPS300,、,700,、,1100,全站仪，内部设计有电压转换装置，因此尽管内电池是,6,伏，外接电池使用的还是,12,伏。,1.6.2,全站仪电池使用常识,国内常用的徕卡充电器有：,GKL23,，智能充电器，内有微处理器用来控制和监视充放电过程。它既能识别所连接的电池类型，又能识别充电条件，适时地调整充电电流和时间。它有两种充电功能，其一是快速充电，仅适用于五针插座电池；其二为普通充电，适用于两针插座。（请提供图片）,GKL22,，结构简单，价格便宜的充电器。（请提供图片）,GKL122,，具有快速,/,普通选择的可同时给四块电池充电的充电器。（请提供图片）,GKL111,，结构简单、价格便宜的快速充电器。（请提供图片）,与充电器、电池配套的选件有：,短连接电缆。由于电池上安装的充电插座有两芯和五芯之分，所以在徕卡生产一种小的连接电缆，可以将充电器上的两芯插头转换成五芯插头。这样，一种充电器就可满足两种插口电池的使用。,GD121,充电连接器。与,GKL23,连接，可同时充两块徕卡标准电池；与,GKL122,连接，可同时充四块徕卡电池。,（,2,）电池充电或存放时须注意的问题,新电池应使用普通充电方式充电,14,小时，然后放掉。当这样的充放电进行,2-3,个周期后，电池可达到最大使用容量。对于长期不使用的电池来说，在下次使用前也应进行这样的工作。,若使用,GKL23,对新电池第一次充电时，建议也使用充放电方式。首先把电完全放掉，再使用普通充电方式充,14,个小时。当电池达到最大容量后，即可以使用快速充电方式。若电量还没有达到最大，可再进行充放电过程一次。,温度影响着电池的容量，如，在,-20,时电池的容量只相当于,+20,时的一半。存放电池时，温度越低效果越好，零度以下自放电速度最慢。一块充满电的电池在,+20,存放，三个月时间将会失去,80%,的电量。所以一般在,0-20,条件下存放电池。,当电池经常重复半充电半放电的工作模式时，将会产生记忆效应，即电池在最大容量时也不能提供应有的供电能力，迫使用户不得不经常充电。解决的办法是电池再生，即先将电池完全放电，再充电,14,个小时，连续进行,1-3,周期。对于没有放电装置的用户来说，只能将全站仪开机工作，直到仪器电量消耗完后自动关机。,1.6.3,常用技术术语,轴系关系,:,轴系误差：,测站符号：,1.7,徕卡全站仪对恶劣工作环境的防护,在许多全站仪的使用说明书中，经常可以看到标有符合,IPXX,防水防尘的等级，用以说明全站仪对恶劣工作环境的防护。但,IPXX,是怎么回事，它是否就代表了全站仪所有的防护呢？,当人们讨论对仪器的防护时，防水则是最常谈到的话题。其实，这仅仅是影响仪器工作环境的一个因素。一般来说，影响仪器的工作环境因素被分为三部分：使用不当、气候影响和安全方面的影响。,1,）使用不当,对仪器的撞击,摔落在地,震动影响,运输中野蛮装卸或包装质量差,2,）气候的影响,温度和湿度影响,风和工作地面的沉降,环境造成的污染,阳光的强烈辐射 侵蚀环境,气压,3,）安全方面的影响,仪器对电磁场的适应性（,EMC,）,电源供应，包括正确的连接,阳光的强烈辐射,高分贝的噪音,防火措施不当,非正常触摸,突如其来的碰撞,上述诸多影响仪器工作环境的因素，并不是全部都可以遇到的。仪器需要进行环境防护措施的内容和程度依赖于它所工作的环境。例如，测量员野外工作时遇到的最常见的沉降是因为下雨，这里小雪不包括在内。当我们谈到沉降对工作的影响时，还必须考虑到大雾、冰雹、暴风雪等等。,除沉降可以降低仪器测量精度外，风雨更是危害仪器本身的重要因素。风雨交加可能会使仪器内部浸水并损害仪器。为了对此有一个定量的认识，国际标准,IEC529,定义了仪器封装所应该达到的防护程度。该标准重点定义的就是水和灰尘。为了使标准中所论及的不同的测试之间保持一致性，,IPXX,被用来作为标准的专用术语。标准中有关灰尘防护的划分为,6,级，用,IPXX,中的前一个,X,说明。而有关水的防护为,8,级，用后一个,X,说明。由此也可以知道，按照国际标准，衡量一台仪器或一个密封件的防尘防水水平，其最高级别为,IP68,。下面举例说明防护的程度。,防尘级别的划分中：,IP5X,：灰尘防护，没有大量灰尘的穿透从而影响仪器工作。,IP6X,：严密防护，灰尘不允许穿透仪器。,防水级别的划分中：,IPX3,：在仪器两边垂直方向,60,度角喷淋，不对仪器产生有害的影响。,IPX4,：来自任意方向的溅水，不对仪器产生有害的影响。,IPX5,：来自任意方向水的喷射，不对仪器产生有害的影响。,IPX6,：来自任意方向强水柱的喷射，不对仪器产生有害的影响。,IPX7,：暂时将仪器浸入水中不应引起大量的渗水，从而导致仪器损坏。,IPX8,：连续将仪器浸泡在水中不应引起大量渗水，从而导致仪器损坏。,依据,IEC529,指标来测试仪器的适应性，应在一定的测试条件下进行。在此条件下，温度、水的容积和压力应有一定的规定。一般情况下，,IPX3,就能满足普通下雨条件下仪器的防水需要。,水对仪器机体的渗入原理不同于潮湿。潮湿是当仪器在露天工作时，所需要的另外一种重要的防护方面。一台仪器达到了,IEC529,一定的防护级别，并不等于自动地满足有关潮湿的特殊需要。潮湿通过扩散渗入仪器，因此，除非仪器是严格密封的，否则它将会受到潮湿的影响。一般情况下，一台全站仪不可能严格密封，因为全站仪工作时不少部件必须绕着轴系旋转。,用户通过用盖子、雨伞来保护自己的仪器免受风雨的危害，或者当仪器冒雨使用后很快擦干它。也有的用户严格按照潮湿天气下的作业规程来操作仪器。通常，所有测量仪器都是按照能够经受风雨的要求来进行设计，但这不等于就可以不爱惜它，它毕竟是娇贵的，因此，在作业时一定要注意对仪器工作环境的防护。,1.7.2,徕卡全站仪防护简介,徕卡非常重视其全站仪对恶劣工作环境的防护。全站仪的生产使用了恰到好处的材料，其内部结构件常常使用铝合金。传统的具有钢轴的,T2,固然结实，但太重,一台,T2,的重量超过了包括仪器数据采集器在内的,2,秒全站仪。因此，由原来使用钢而改换成使用合适的铝合金。减少重量的原因还有对热膨胀特性的考虑。铝合金具有平稳和快速导热的能力，正是由于这一点，它可以降低仪器内部的温度梯度，提高仪器适应环境条件的能力。,除使用铝合金外，一些徕卡仪器的侧盖板还常常使用,FRPs,（纤维强化塑料）。至于,FRPs,的强度和耐久性，有人曾做过简单的实验：两个盖板，一个由,FRPs,材料做成，一个由铝合金材料做成。,FRPs,盖板遍涂白色，铝合金盖板由上面一个凹痕识别。两个盖板用机械槌施加同样的力量进行敲打，结果是,FRPs,表现得比铝合金还要好。此外，,FRPs,比铝合金轻，可以容易地被模压成非常复杂的形状。正是由于徕卡仪器的生产采用了上述高级材料，所以对由于使用不当而引起的撞击、振动等有很强的防护能力。,徕卡仪器能适应各种环境条件的挑战。每一台徕卡仪器均以能适应,-4F,+122F,（,-20,50,）的环境要求进行测试和校准，以确保满足所提供的精度指标，这在珠峰、南极的测量中已得到充分验证。徕卡仪器的防水和防恶劣天气的性能良好，这里举例来粗略说明如下：,在每小时,3,英寸的大雨伴随着时速每小时,30,英里的大风环境条件下，徕卡仪器设计标准为可安全工作,15,分钟。通常在此情况下，工作人员迅速将仪器搬进车里所用时间大约为,10,秒钟，而徕卡仪器设计的承受时间比它多了,14,分,50,秒。多年来徕卡仪器的使用已完全证明满足这一标准。然而，有时仍出现仪器因此而损坏，究其原因，倒不是因为下雨，而是因为潮湿。一些工作人员常常把淋湿的仪器放在箱子里，然后密封起来，因而导致损坏。,返回,2.全站仪的基本原理,2.1 全站仪的基本组成,2.2 全站仪的测距原理,2.3 全站仪的测角原理,返回,2.1,全站仪的基本组成,2.1.1,硬件组成框图,:,2.1.2,软件组成框图,2.2,全站仪的测距原理,2.2.1,基本测距原理,通过测定时间间接求距离的原理，即：,测距仪通过直接或间接地测定测距信号在被测距离上的往返传播时间t2D，同时求定测距信号在大气中的传播速度v，即可按下式求得距离D：,式中：,c,电磁波在真空中的速度（,c=299792458 m/s,）,n,大气折射率,0,测距仪载波波长,t,大气中的干温,p,大气中的压强,t,大气中的湿温,2.2.2,基本测距方法,根据测距仪测时求距方式的不同，有以下两种基本测距方法：,（,1,）脉冲法测距时标脉冲电子门计数显示触发器放大器光脉冲发生器光电接收器,测距仪通过直接测定测距信号在被测距离上的往返传播时间,t2D,，同时求定测距信号在大气中的传播速度,v,，然后按（,2.1,）式求得距离,D,。,应用此原理测距的有,DI3000,系列测距仪。该测距仪利用独特的“时间,电压幅值转化”技术精确测时，使脉冲法测距的精度达到了毫米级。,（,2,）相位法测距,目前，世界上绝大部分的测距仪、全站仪都用相位法原理测距。即：,测距仪通过测定测距信号在被测距离上的往返传播产生的相位差，然后根据相位差求得距离,D,。,相位法测距的基本公式：,或,式中：,c,电磁波在真空中的速度（,c=299792458 m/s,）,n,大气折射率,f,测距信号频率,N,相位差中的整周数（,2,的倍数）,相位差中不足,2,的尾数,U,测距仪尺长，,U=,/2,K=,/2,2.2.2,基本测距方法,根据测距仪测时求距方式的不同，有以下两种基本测距方法：,（,1,）脉冲法测距,测距仪通过直接测定测距信号在被测距离上的往返传播时间,t2D,，同时求定测距信号在大气中的传播速度,v,，然后按（,2.1,）式求得距离,D,。,时标脉冲,电子门,计数显示,触发器,放大器,光脉冲发生器,光电接收器,应用此原理测距的有,DI3000,系列测距仪。该测距仪利用独特的“时间,电压幅值转化”技术精确测时，使脉冲法测距的精度达到了毫米级。,（,2,）相位法测距目前，世界上绝大部分的测距仪、全站仪都用相位法原理测距。即：测距仪通过测定测距信号在被测距离上的往返传播产生的相位差，然后根据相位差求得距离,D,。,发射系统,接收系统,测,相,系,统,D,反射器,相位法测距的基本公式：或,式中：,c,电磁波在真空中的速度（,c=299792458 m/s,）,n,大气折射率,f,测距信号频率,N,相位差中的整周数（,2,的倍数）,相位差中不足,2,的尾数,U,测距仪尺长，,U=,/2,K=,/2,2.2.3,测距结果与精度,（,1,）测距结果,地面斜距：气象改正、仪器加乘常数改正、棱镜常数改正、等等；,=,D0,（,1+ppm,10-6,）,+mm,=,仪器显示的斜距,m,D0 =,未加改正的距离,m,ppm=,气象等比例改正系数,mm/km,mm=,棱镜等常数,mm,气象等比例改正系数,mm/km,气象比例改正系数,全站仪在测距作业中必须进行气象改正，即通过测量作业现场的温度,T,（,Temperature,）和气压,P(Pressure),以及湿度,H,（,Humidity,，该项仅在高精度测量时使用），按照一定的气象改正公式，求出气象改正数,ppm,以及距离改正数,D,。,不同厂家的全站仪，其气象改正公式也不同。,全站仪的气象改正是在标准气象条件的基础上进行的。为了便于用户的使用，厂家选定更接近作业现场的气象条件作为仪器标准气象条件。在标准气象条件下，全站仪的气象改正,ppm,值为零。如徕卡全站仪选,T=12,，,P=1013.25mbar(760mmHg),，,H=60%,作为标准气象条件，此时的气象改正值,ppm=0,。也有的厂家温度,T,选,15,（如拓普康）或,20,（如捷创力），但气压,P,一般都选,1013.25mbar,。实际测量时，现场的气象条件一般会与标准气象条件有所不同，因此通常所说的气象改正改的就是对标准气象条件的变化。,可以证明，在标准气象条件的基础上，当温度变化,1,或气压变化,3.4mbar,时，均会产生,1ppm,的改正值。例如，当环境温度为,13,时，徕卡全站仪气象改正值为,1ppm,；,10,度时，为,-2ppm,。,在全站仪的使用手册中，关于气象改正值,ppm,的获得方法一般有三种：,-,用户直接输入温度,T,、气压,P,，由全站仪自动算出（新型全站仪一般都有此功能）；（请给出徕卡全站仪内使用的气象改正公式）,-,根据气象改正图表，由用户查出相应的,ppm,值；,-,厂家提供气象改正公式，由用户通过计算机或计算器算出。,ppm,值的输入方式一般也有三种：,-,在全站仪上设有输入对话框，不但可以直接输入温度,T,、气压,P,，对测得的距离自动进行气象改正，还可以将通过查表或其它方式得出的,ppm,值，直接输入进行改正。如徕卡的,TPS1000,系列；,-,全站仪仅设有,ppm,输入对话框，用户不可以直接输入温度,T,和气压,P,，只能直接输入,ppm,值。如徕卡的,TC905L,；,-,全站仪通过旋转开关输入,ppm,值。这种方式仅在老式仪器中使用，目前已很难见到。,用户在购买全站仪的时候，往往需要配套购买气压计和干湿温度计来测定大气参数。这些配套仪器由于零点误差或振动的影响，可能有较大的仪表误差，所在一定要购买质量可靠的气象仪器，并且定期送当地气象检定部门进行检定。气象仪器的的技术指标依测距精度而定。,见表,2.1,：,在进行气象改正时，经常会遇到单位换算问题。常用的气压换算见表,2.2,表,2.2,在精度要求不高的时候，人们常将,mbar/mmHg4/3,来简化换算。在全站仪的单位（,unit,）设置中，常常要求用户选择,mbar,还是,mmHg,，此时可根据使用的气压计来进行选择。,乘常数比例改正系数,气象改正,ppm,是一种比例改正因子，它随测量现场的温度、气压变化而变化，不是一个固定值。在进行此项改正之后，全站仪尚存在另外一个相对固定的比例改正因子，习惯上把它叫作乘常数，其单位同样是,ppm,。它的作用是用于改正与距离成比例的系统误差，这种误差是由于频率偏移、折射率的偏移、发光管相位不均匀性等原因所引起的。每台仪器均存在着乘常数，只是大小不同而已。一般大的有十几个,ppm,，小的则有零点几,ppm,，甚至可以忽略不计。用户可根据测量任务对精度的要求，来决定是否在数据处理时加上这项改正。,全站仪的乘常数由国家法定计量单位在仪器检定证书上给出，其来源一般有两种：,一是频率法。使用专用频率计通过光电转换装置测出全站仪的频率，将其与仪器标称频率进行比较，求出差值和乘常数。例如，一台徕卡,TC1500,全站仪显示标称频率为,50MHz,，当实测频率比该频率高,100Hz,时，其乘常数为,-,（,100/50,）,10-6,，即,-2ppm,。之所以前面是负号，可以这样理解，实际频率高了，测尺（,1/2,波长）短了，所测得的距离值大了，如,1km,基线的实测值将大于,1km,，因此必须按比例缩小，所以,ppm,的符号是负的。当频率低于标称频率时，显然乘常数的符号是正的。,查阅全站仪的标称频率可以有几种方式：,从对话框中显示，如徕卡的,TPS1000,系列仪器，当按下,DIST,进行测距时，屏幕下行有“,FREQ”,软功能键，迅速按下对应的功能键即可显示仪器当时的测距频率；,通过,TEST,键。老的徕卡测距仪如,DI1600,，设有,INFO,键，按下去可以循环显示有关参数，其中有一个参数即为标称频率；,通过命令形式。如徕卡,DI3000,，键入,SET MODE 49,，屏幕即会显示测距频率；,由生产厂家提供，这也是大多数非徕卡全站仪常用的一种方法。,二是实测法。将全站仪在专用的野外基线（通常,1,3km,，精度不低于,10-6,）上利用六段比较法进行检测，共测,21,条边，经解算求出仪器的乘常数。,对同一台全站仪来说，两种方法提供的乘常数是否一样呢？从理论上来讲，全站仪的乘常数应该对应于频率的偏移且与实测结果相符。但由于影响乘常数的因素比较复杂，近几年大量检测数据表明，有的全站仪符合得较好，如徕卡,TPS1000,系列，频率法和实测法得出的乘常数较为一致；有的全站仪就难以找到规律，如部分仪器频率偏移不大，但实测的乘常数却较显著；部分仪器频率偏移几个,ppm,，实测的乘常数却不显著。正因为如此，国内一些计量检测单位用频率法提供乘常数，有的则用实测法（国家计量检定规程中规定，长距离测距仪的乘常数使用频率法，中、短程测距仪使用实测法），这种情况在使用时应注意。,在目前为止，我们已经知道了三种情况下所使用的,ppm,。需要指出的是，气象改正和乘常数中的,ppm,与全站仪精度表达式中的,ppm,在概念上是完全不同的。前者是系统改正值，属于系统误差的性质。气象条件不同，或许测站现场的,ppm,值改得很大，但并不影响仪器本身的精度；乘常数较大，只要能够准确地进行改正，也不会影响影响仪器的精度（但也不能太大，一般不大于仪器本身标称精度中比例误差系数的三分之二）。而对于后者来说，它属于偶然误差的性质，全站仪手册上的标称值或检定证书上的实测值越大，仪器的精度越低。这两种误差的性质不应混淆。如精度指标中的比例误差部分包含了乘常数的测定误差，而不是乘常数本身。,地面平距：用垂直角改平时的垂直折光影响；,=Y A,X,Y,=X+B,Y2,=,平距,m,=,高差,m,Y=,X=,=,天顶距读数,=,天顶距读数,K=0.13,R=6.37,106 m,投影到高斯平面上的距离,do,。,根据需要，可以将地面距离投影到椭球面上或换算到高斯平面上，有关计算公式请参阅有关文献。,（,2,）测距精度,精度指标,在所有全站仪测距部分标称精度指标的表达式中，均使用,（,A+BD,）的形式，如徕卡,TC2003,系列为,（,1mm+1ppmD,）。显然，该精度表达形式由以下两部分组成：,A,，代表固定误差，单位为,mm,。它主要由仪器加常数的测定误差、对中误差、测相误差等引起。固定误差与测量的距离无关，即不管实际测量距离多长，全站仪将存在不大于该值的固定误差。全站仪的这部分误差一般在,1,5mm,之间；,BD,，代表比例误差。它主要由仪器频率误差、大气折射率误差引起。其中,B,的单位为“,ppm”,（,P,arts,P,er,M,illion,），是百万分之,(,几,),的意思，它广泛地出现在国内外有关技术资料上。它不是我国法定计量单位，而仅仅是人们对这一数学现象的习惯叫法。全站仪,B,的值由生产厂家在用户手册里给定，用来表征比例误差中比例的大小，是个固定值，一般在,1,5ppm,之间；,D,的单位为“,km”,，即,1106mm,，它是一个变化值，根据用户实际测量的距离确定；它同时又是一个通用值，对任何全站仪都一样。由于,D,是通用值，所以比例误差中真正重要的是“,ppm”,有多少，通常人们看比例部分的精度也就是看它的大小，因此也有的全站仪精度表达式中省掉了,D,。,B,和,D,的乘积形成比例误差。一俟距离确定，则比例误差部分就会确定。显然，当,B,为,1ppm,，被测距离,D,为,1km,时，比例误差,BD,就是,1mm,。随着被测距离的变化，全站仪的这部分误差将随之按比例进行变化，例如当,B,仍为,1ppm,，被测距离等于,2km,时，则比例误差为,2mm,。,固定误差与比例误差绝对值之和，再冠以偶然误差,号，即构成全站仪测距精度。如徕卡,TPS1100,系列全站仪测距精度为,（,2mm+2ppmD,）。当被测距离为,1km,时，仪器测距精度为,4mm,，换句话说，全站仪最大测距误差不大于,4mm,；当被测距离为,2km,时，仪器测距精度则为,6mm,，最大测距误差不大于,6mm,。,特别需要指出的是，全站仪的标称精度指标是一种误差限差的概念，也就是说每台全站仪测距误差不得超过生产厂家提供的标称精度指标。所谓不得超过，可能出现的情况是，有的仪器实际误差接近于这个限差，也可能有的小于或远小于这个限差，因此决不能把某台仪器的标称精度当作该仪器的实际精度。没有误差的全站仪是不存在的，但标称精度一样的全站仪其实际精度即存在的实际误差却不同，有的相差还很大。据资料统计表明，相当多的徕卡全站仪的实测精度高于标