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第七章 全站式测量
全站仪
电子经纬仪
采用了光电技术
数字显示
可通过输出端口直接输出测量结果
全站型电子速测仪（Electronic Total Station）
电子测角、电子测距、微处理器、存储单元
自动显示、计算、存贮和交换数据
全站式测量概述
精度等级 一测回水平方向标准偏差 1 km 测距标准偏差
I级
II级
III级
IV级
全站仪的精度等级
全站式测量概述
主要的电子经纬仪与全站仪生产厂商及其产品
瑞士 徕卡Leica 威特WILD 美国 天宝 Trimble 德国 蔡司 Zeiss 日本 尼康 Nikon 日本
索佳
Sokkia
T系列 TC系列 TPS系列 S系列 5600系列 Elta系列 DTM系列 DT系列
SET系列
日本 拓普康 Topcon 日本 宾得 Pentax 瑞典 捷创力 Geodimeter 中国 南方 SOUTH 中国
苏州一光
YG
GTS系列 GPT系列 PTS系列 R系列 GDM系列 ET系列 NTS系列 DT系列
RTS系列
OTS系列
徕卡 TM5100A 和 T3000 电子经纬仪
索佳 DT210 和 DT2E 电子经纬仪
南方 ET-02 和 苏一光 DT 102C 电子经纬仪
南方半站仪 和 Win全站仪
南方 NTS-352 和 NTS-662 全站仪
苏一光全站仪 RTS 612 和 RTS 632
索佳SET4 和 SET2110 全站仪
徕卡 TPS1202 和 TC405 全站仪
徕卡 TC1800 和 TCA2003 全站仪
宾得 PTS-V2 和 R-325M 全站仪
尼康 DTM352C 和 DTM532C 全站仪
拓普康全站仪 GTS-602 和 GTS-332N
蔡司 Elta S 和 Elta C20A 全站仪
天宝 601 和 S6 全站仪
捷创力 GDM620M 和 中纬 ZTS 602 全站仪
电子测角原理
度盘容量：
一、 编码度盘测角原理
分辨率：
1.码区度盘（ 拓普康ET-2）
0
1
0
1
发光管
光电二极管
旋转轴
电子测角原理
2.条码度盘（TC1800）
条码是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成的信息。
1.发光管
2.光路
3.条码度盘
4.线阵CCD
电子测角原理
二、光栅度盘测角原理
莫尔条纹的生成
将两个栅距相同的光栅以很小的交角叠置，两光栅相对运动产生横向莫尔条纹
莫尔条纹具有位移放大作用
1.光栅与莫尔条纹
电子测角原理
莫尔条纹的特性：
莫尔条纹的移动量与光栅的移动量相对应；
莫尔条纹具有位移放大作用；
莫尔条纹具有平均光栅误差的作用；
莫尔条纹便于实现自动化和数字化测量。
放大倍数
2.常见莫尔条纹模数转换装置
反射式
发光二极管
光栅度盘
光电接收管
电子测角原理
透射式
光源
透镜
主光栅
指示光栅
接收物镜
光探测器
拓普康GTS-300
电子测角原理
三、光栅动态测角原理
设单位角度为：
则任一个角度均可表示为：
－利用内外光栅探测器的信号延迟时间来测定。
n －利用四个标志之间的时间间隔来确定和检核
徕卡TC2000
固定光栅探测器
活动光栅探测器
各种度盘测角原理比较
光栅度盘 编码度盘 动态度盘
测角原理 增量式 绝对式 绝对式
关机后角度信息 不保留 保留 保留
测角误差 积累 不积累 不积累
制造工艺 相对简单 相对复杂 相对复杂
电子测角原理
四、角度测量的自动补偿原理
1
2
1
1
2
1
2
2
1
2
发光二极管
接收二极管
Z=P
P
Z
H
H
i
T
T
2
1
T
2
1
T
i
t
i
p
单轴补偿：补偿垂直轴在照准轴方向的倾斜
双轴补偿：补偿垂直轴在照准轴和水平轴两方向的倾斜
全站仪的基本功能
一、角度测量
水平角设置：设置为任意值；角度置零；角度锁定；右角/左角的测量；角度复测。
垂直角显示变换：天顶距 / 高度角 / 倾斜角 / 坡度(％)
角度单位：360°六十进制 / 360°十进制 / 400gon / 6400mil
角度自动补偿：使用电子水准器进行单轴或双轴补偿
全站仪的基本功能
二、距离测量
测程与反射目标（反射片、单棱镜、三棱镜等）和气象条件有关
具有精测、快速测量、跟踪测量、无合作目标等测距模式，适应对测量精度和速度的不同要求
自动对距离进行加乘常数改正、气象改正、球气差改正、斜距改平、投影改正，计算测站与镜站间高差
三、三维坐标测量
设站、定向之后，可自动测定并计算目标点三维坐标
全站仪的基本功能
四、辅助功能
休眠和自动关机功能
显示内容的个性化设置
电子水准器、垂直轴倾斜补偿
照明显示屏、十字丝、面板
导向光功能，放样时引导持镜员快速找到方位
数据管理、传输功能
激光对点器
目标自动识别和照准
全站仪的基本功能
五、机载应用程序
后视定向 自由设站 导线测量
单点放样 对边测量 悬高测量
全站仪的基本功能
五、机载应用程序（续）
偏心观测
多测回水平角观测
面积测量 道路放样 坐标几何计算
全站仪的数据通讯
一、异步串行通讯的基本概念
以字符为单位进行，用一个起始位表示字符开始，用停止位表示字符结束，期间包括数据位和检验位，在时钟的控制下，以一定的速度，由字符低位至高位逐个从端口针上发送（高电平表示0，低电平表示1）。
第n个字符
数据位
低位
高位
起
始
位
校
验
位
停
止
位
空
闲
位
0
0/1
第n+1个字符
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0
1
0/1
1
起
始
位
全站仪的数据通讯
通讯参数：为保证数据的正确传输，设备两端必须设置相同的通讯参数。
波特率：每秒传输的位数，常用的有600、1200、2400、4800、9600、19200
数据位：一个字符使用的位数，传输ASCII码，5到8位
校验位：用来检验数据传输的正确性，分偶校验、奇校验、无校验、标记校验和空校验五种
停止位：表示字符结束，有1、 1.5 、 2位三种
应答方式（流控制／协议／握手）：收发设备控制数据传送的方式，有XON/XOFF、 ACK/NAK、 RTS/CTS、GSI、 None等方式
全站仪的数据通讯
二、全站仪与计算机的连接
1.计算机的RS-232端口
1 2 3 4 5
6 7 8 9
针号 信号名称 缩写名 针号 信号名称 缩写名
1 载波检测 CD 6 数据准备就绪 DSR
2 接收数据 RD 7 请求发送 RTS
3 发送数据 TD 8 清除请求发送 CTS
4 准许发送数据 DTR 9 振铃指示 RI
5 信号地 GND
2. 全站仪的串行接口
全站仪的数据通讯
3.计算机和全站仪的连接
1
2
3
4
5
徕卡全站仪数据端口
1
2
4
5
6
3
拓普康全站仪数据端口
1.地线 GND 5.GND
2.空
3.发送 TD 2.RD
4.接收 RD 3.TD
5.请求 RTS 8.CTS
6.电源 VCC 6.DRS
5.发送 TD 2.RD
4.接收 RD 3.TD
3.地线 GND 5.GND
2.空 4.DTR
1.电源 VCC 6.DSR
7.RTS
8.CTS
全站仪的数据通讯
二、全站仪的数据格式与控制指令（TOPCON全站仪)
1.数据格式
ID 数据/单位 BBC ETX CR/LF
2.控制指令
角度测量 “Z10091”+ETX+CR+LF
单次斜距精测 “Z34093”+ETX+CR+LF
坐标精测 “Z64088”+ETX+CR+LF
向计算机发送数据 “C067”+ETX+CR+LF
应答指令 ACK+“006”+ETX
全站仪的数据通讯
二、全站仪的数据格式与控制指令（TOPCON全站仪)
1.数据格式
ID 数据 BBC ETX CR/LF
30 OPEN “COM1:1200,E,8,1” AS #1 打开串行口
40 AK$=CHR$(6)+”006”+CHR$(3) 构造应答信号
50 FOR I=1 TO 100 : NETX I 延时
60 PRINT #1,”C067”+CHR$(3) 发送测量指令
70 INPUT #1,C$ 接收全站仪应答信号
80 PRINT #1,AK$ 发送应答信号
90 FOR I=1 TO 100 : NETX I 延时
100 IF C$<>CHR$(6)+”006”+CHR$(3) THEN GOTO 60 未收到指令或传输
错误，重发指令
110 INPUT #1,A$ 接收全站仪数据
120 FOR I=1 TO 100 : NETX I 延时
130 PRINT #1,AK$ 发送应答信号
140 PRINT A$ 显示数据
150 END 程序结束
通讯例程（拓普康全站仪）
横向莫尔条纹的位移发大作用
当光栅相对移动一个节距W时，条纹移动一个宽度周期B。
纵向莫尔条纹的位移发大作用
动态测角原理示意
徕卡TPS400全站仪面板
电子气泡
激光对中
电子测角原理
状态 二进制码 Grey码 状态 二进制码 Grey码
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
3 0011 0010 11 1011 1110
4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000
葛莱码相邻两数之间只有一位码发生变化，可以消除粗差
电子测角原理
2.几种补偿系统
（1）Kern E2电子经纬仪的补偿系统
发光二极管
光电探测阵列
补偿器液体盒
1
2
3
4
光电探测阵列
（2）SET C 全站仪的补偿系统

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