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[本章提要 ]
建立高精度平面控制网和进行电磁波测距三角高程时，需要进
行精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本
章主要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理；电磁波测距仪的
误差来源极其影响；地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是
解决平面控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的
斜距观测问题。
第四章 光电测距仪
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知识点
(1)电磁波测距基本原理；
(2)相位式光电测距仪的工作原理 ；
(3)测距误差来源及其影响 ；
(4)观测结果的化算 ；
(5)电子全站仪 。
[习题 ]
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一,电磁波测距基本原理
光电测距仪按仪器测程分类：
?短程光电测距仪：测程在 3km以内, 测距精度一般在 lcm左右 。 如我
国的 HGC-1,DCH-2,DCH3,DCH-05等精度均可达 ± (5mm+5× 10-6)。
?中程光电测距仪：测程在 3～ 15km左右的仪器称为中程光电测距仪
,这类仪器适用于二, 三, 四等控制网的边长测量 。 如我国的 JCY-2
,DCS-1,精度可达 ± （ lOmm+1 × 10-6） 。
?远程激光测距仪：测程在 15km以上的光电测距仪，精度一般可达
± (5mm+1× 10-6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国
研制成功的 JCY-3型等。
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?相位式光电测距仪的基本公式
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式中,—— 测尺长度；
—— 整周数；
—— 不足一周的尾数2/2/ ??? fcL
N
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?测尺频率的选择
直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距
离的方式, 。
间接测尺频率方式,用差频作为测尺频率进行测距的方式 。
测尺频率的确定,一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测
尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率 。
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对于采用直接测尺频率方式的测距仪, 精测尺频率的确定, 依
据测相精度, 主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接, 还要使
确定的测尺长度便于计算 。
例如我国的 HGC-1型及长征 DCH-1型红外测距仪, 确定精测尺长
=10m和粗测尺长 =1000m的精测尺频率和粗测尺频率 。
测尺频率可依下式确定：
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式中, —— 光波在大气中的传播速度；
—— 大气折射率；
—— 光波在真空中的传播速度；
—— 调制频率（测尺频率）。
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二,相位式光电测距仪的工作原理
相位式光电测距仪的工作原理
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相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介
?光源
相位式测距仪的光源, 主要有砷化镓 （ GaAs） 二极管和氦 -氖
（ He-Ne） 气体激光器 。 前者一般用于短程测距仪中, 后者用于中
远程测距仪中 。
?调制器
采用砷化镓 （ GaAs） 二极管发射红外光的红外测距仪, 发射光
强直接由注入电流调制, 发射一种红外调制光, 称为直接调制, 故
不再需要专门的调制器 。 但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距
仪, 必须采用一种调制器, 其作用是将测距信号载在光波上, 使发
射光的振幅随测距信号电压而变化, 成为一种调制光 。
?棱镜反射器
在使用光电测距仪进行精密测距时, 必须在测线的另一端安置
一个反射器, 使发射的调制光经它反射后, 被仪器接收器接收 。
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相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介
?光电转换器件
在光电测距仪中, 接收器的信号为光信号 。 为了将此信号送到
相位器进行相位比较, 必须把光信号变为电信号, 对此要采用光电
转换器件来完成这项工作 。 用于测距仪的光电转换器件通常有光电
二极管, 雪崩光电二极管和光电倍增管 。
?差频测相
目前相位式测距仪都采用差频测相, 即就是使高频测距信号和
高频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频, 成为测距
和基准低频信号 。 在比相时, 由于低频信号的频率大幅度降低 （ 如
精测尺频率为 15MHz,混频后低频为 4kHz时, 降低了 3750倍 ）, 周
期相应扩大, 即表象时间得到放大, 这就大大地提高了测相精度 。
?自动数字测相
随着集成电路和数字技术的发展, 为测距仪向自动化和数字化
方向发展提供了条件 。 目前许多中, 短程测距仪几乎都采用自动数
字测相技术以及距离的数字显示 。 返回本章目 录
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三,测距误差来源及其影响
测距误差的主要来源,
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上式中的各项误差影响, 就其方式来讲, 有些是与距离成比例
的 。 这些误差称为, 比例误差, ；另一些误差影响与距离长短无关 。
称其为, 固定误差, 。 对于 式中 偶然性误差的影响, 我们可以采取
不同条件下的多次观测来削弱其影响；而对系统性误差影响则不然,
但我们可以事先通过精确检定, 缩小这类误差的数值, 达到控制其
影响的目的 。
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比例误差的影响,
?光速值的误差影响
光速值对测距误差的影响甚微, 可以忽略不计 。
?调制频率的误差影响
调制频率的误差, 包括两个方面, 即频率校正的误差 （ 反映了
频率的精确度 ） 和频率的漂移误差 （ 反映了频率稳定度 ） 。 频率误
差影响在精密中远程测距中是不容忽视的, 作业前后应及时进行频
率检校, 必要时还得确定晶体的温度偏频曲线, 以便给以频率改正 。
?大气折射率的误差影响
正确测定测站和镜站上的气象元素, 并使算得的大气折射系数
与传播络径上的实际数值十分接近, 可以大大地减少大气折射的误
差影响, 这对精密中, 远程测距乃是十分重要的 。
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固定误差的影响,
测相误差, 仪器加常数误差和对中误差都属于固定误差 。 在精
密的短程测距时, 这类误差将处于突出的地位 。
?对中误差
在控制测量中, 一般要求对中误差在 3mm以下, 要求归心误差
在 5mm左右 。 但在精密短程测距时, 由于精度要求高, 必须采用强
制归心方法, 最大限度地削弱此项误差影响 。
?仪器加常数误差
经常对加常数进行及时检测, 予以发现并改用新的加常数来避
免这种影响 。
?测相误差
包括测相设备本身的误差, 幅相误差, 照准误差, 信噪比
引起的误差, 周期误差 。
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四,观测结果的化算
频率改正,
频率变化对距离的影响是系统性的 。 通常, 精测尺频率可通过
检测, 用补偿的办法调整到规定的标准值, 这时频率改正就不必加
了 。 但是, 考虑到搬运振动, 晶体老化等原因会导致频率变化, 因
此作业前后常常要进行频率对比, 发现频率变化过大时, 就要考虑
对测得的距离加上频率改正 。
气象改正,
气象改正数随温度和气压的变化而变化, 因此气象元素 （ 温度
和气压 ） 最好是取测线上的平均值来计算 。
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波道弯曲改正,
?由于波道弯曲引起的弧长化为弦长的波道几何改正 。
?由于实际大气折射系数仅用测线两端的中值, 而没有采用严格沿
波道上的积分平均值, 因此产生了所谓折射系数的代表性改正 。
归心改正,
包括高差而引起的倾斜改正, 测线超出参考椭球面而引起的投影改
正, 弦长化为弧长的改正 。
倾斜改正和投影改正,
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椭球面上水平距离的计算,
设参考椭球面上的水平距离以 表示, 则：
式中 为仪器常数, 为仪器周期误差改正 。
应当指出, 以上各项改正并非每项都要计算, 根据仪器
情况, 边的长短和测边精度要求, 有些项实际上不存在或本身过
小而无需计算 。 属于各测回不同的改正计算, 必须在各测回内分
别计算, 而其余的改正项各测回都是一样的 。 则可在最后一次计
算 。
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五,电子全站仪
全站仪的概念,
把电子测距, 电子测角和微处理机结合成一个整体, 能自动记
录, 存储并具备某些固定计算程序的电子速测仪, 因该仪器在一
个测站点能快速进行三维坐标测量, 定位和自动数据采集, 处理,
存储等工作, 较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体
化, 所以称, 全站型电子速测仪,, 通常又称为, 电子全站仪, 或
简称, 全站仪, 。
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全站仪的基本组成及结构,
?全站仪的基本组成
补偿部分
测角部分
测距部分
CPU I/O
接 口
中央处理器 输入输出
电 源
显 示 屏
键 盘
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?全站仪的基本结构
组合式全站仪,组合式结构的全站仪是由测距头, 光学经纬仪及电
子计算部分拼装组合而成 。
整体式全站仪,整体式结构的全站仪是在一个机器外壳内含有电子
测距, 测角, 补偿, 记录, 计算, 存储等部分, 将发射, 接收, 瞄
准光学系统设计成同轴, 共用一个望远镜, 角度和距离测量只需一
次瞄准, 测量结果能自动显示并能与外围设备双向通讯 。
组合式全站仪 整体式全站仪
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?全站仪的精度及等级
全站仪的精度
全站仪是由光电测距, 电子测角, 电子补偿, 微机数据处理
为一体的综合型测量仪器, 其主要精度指标是测距精度和测角
精度 。 如 SET500全站仪的标称精度为：测角精度 =± 5〞 ；测距
精度 =± （ 3+2ppmD） mm。
Dm?
全站仪的等级
国家计量检定规程（ JJG100－ 94）将全站仪准确度等级分划为四
个等级。
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?电脑全站仪的主要特点
1） 电脑操作系统 。 电脑全站仪具有像通常 PC机一样的 DOS操
作系统 。
2） 大屏幕显示 。 可显示数字, 文字, 图像, 也可显示电子
气泡居中情况, 以提高仪器安置的速度与精度, 并采用人机对
话式控制面板 。
3） 大容量的内存 。 一般内存在 IM 以上, 其中主内存有 640K。
数据内存 320K,程序内存 512K,扩展内存 512K。
4） 采用国际计算机通用磁卡 。 所有测量信息都可以文件形
式记入磁卡或电子记录簿, 磁卡采用无触点感应式, 可以长期
保留数据 。
5） 自动补偿功能 。 补偿器装有双轴倾斜传感器, 能直接检
测出仪器的垂直轴,在视准轴方向和横轴方向上的倾斜量, 经
仪器处理计算出改正值并对垂直方向和水平方向值加以改正,
提高测角精度 。
6） 测距时间快, 耗电量少 。
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?全站仪操作应注意事项
理解全站仪的概念
了解工作原理
明确测量功能
熟悉操作步骤
合理设置仪器参数
正确选择测量模式
掌握应用技术
Dm?
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?距离测量
距离测量必须选用与全站仪配套的合作目标, 即反光棱
镜 。 由于电子测距为仪器中心到棱镜中心的倾斜距离, 因此
仪器站和棱镜站均需要精确对中, 整平 。 在距离测量前应进
行气象改正, 棱镜类型, 棱镜常数改正, 测距模式的设置和
测距回光信号的检查, 然后才能进行距离测量 。 仪器的各项
改正是按设置仪器参数, 经微处理器对原始观测数据计算并
改正后, 显示观测数据和计算数据的 。 只有合理设置仪器参
数, 才能得到高精度的观测成果 。
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?全站仪在高程测量的应用
全站仪三角高程测量的技术指标
Dm?
注,1.D为测距边长度, 以千米 （ km） 为单位
2.边长大于 400m时, 应考虑球气差的影响
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基本原理
图中Ａ是高程已知的水准点, Ｅ是待测点, Ｂ, Ｃ, Ｄ
是高程路线的转点, 1,2,3,4为全站仪的设站位置 。
因为用全站仪可以直接读取全站仪中心到棱镜中心的高
差 Δ ｈ, 因此有：
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同理可得,EA
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用全站仪代替水准仪进行高程测量应满足的条件,
（ 1） 全站仪的设站次数为偶数, 否则不能把转点棱镜高抵消
掉；
（ 2） 起始点和终点的棱镜高, 应保持相等；
（ 3） 转点上的棱镜高在仪器搬动过程中保持不变；
（ 4）仪器在一个测站的观测过程中高度保持不变。
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精度分析
垂直角和水平距离观测误差对观测高差的影响
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地球曲率和大气折光的影响
水准测量要求前后视距相等主要是为了抵消 ｉ 角误差, 同时
也为了削弱地球曲率及大气折光的影响, 用全站仪代替水准仪测
量时, 可以设置大气折光系数 ｋ （ 一般取 0.12）, 有仪器自动对
地球曲率及大气折光的影响进行改正 。 如果把视距控制在 200ｍ左
右, 前后视距差在 3ｍ之内, 影响可以忽略不计 。
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棱镜沉降, 仪器沉降, 棱镜倾斜的误差
与水准仪测量类似, 用全站仪代替水准仪进行高程测量时同
样存在棱镜沉降, 仪器沉降的影响, 观测时必须采取一定的措施
来减弱或消除 。
棱镜沉降主要发生在仪器的转站过程中, 提高观测速度, 采用
往返观测的方法也可以抵消部分影响 。
仪器沉降主要发生在一个测回的观测过程中, 在一个测站上要变
换仪器高观测两个测回, 第二测回和第一测回采用相反的观测次
序, 即, 后 — 前 — 前 — 后, 或, 前 — 后 — 后 — 前,, 可以有效的
减弱仪器沉降的影响 。
觇标倾斜的影响与水准测量时水准尺的倾斜相似, 只要仔细检验
对中杆上的圆水准气泡, 在立杆时保证气泡居中就可以消除此影
响 。
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竖直度盘指标差的影响
水准测量时主要存在ｉ角误差的影响, 为了消除ｉ角误差对
水准测量的影响一般要求前后视距相等 。 用全站仪观测时, 类似
的误差是竖直度盘指标差, 如果只用正镜或倒镜观测, 该项误差
的影响不容忽视 。 但是只要采用正倒镜观测, 就可以抵消指标差
的影响 。
竖直度盘指标差的影响
水准测量时主要存在ｉ角误差的影响, 为了消除ｉ角误差对
水准测量的影响一般要求前后视距相等 。 用全站仪观测时, 类似
的误差是竖直度盘指标差, 如果只用正镜或倒镜观测, 该项误差
的影响不容忽视 。 但是只要采用正倒镜观测, 就可以抵消指标差
的影响 。
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垂直轴倾斜误差的影响
全站仪能够进行垂直轴倾斜的自动补偿, 并且补偿后的精度能达到
0.1″, 影响甚微 。 因此, 垂直轴倾斜误差的影响可以忽略不计 。
垂线偏差的影响
在山区和丘陵地区用全站仪代替水准仪进行高程测量有显著的优点,
但由于垂线偏差的变化较大, 使得测点之间所观测的高差不等于这两点之
间的正常高高差, 因此, 必须加一个垂线偏差改正 。
在平原地区, 前视和后视的平均垂线偏差基本相等, 故垂线偏差的影响等
于零 。 在丘陵地区, 垂线偏差的最大值为 2″, 在几百米左右的范围内它
的变化不大, 取 0.2″ (最大值的十分之一 ),ｓ =300ｍ, 对高差的影响为
0.29ｍｍ；在山区, 垂线偏差的最大值为 10″, 在几百米左右的范围内它
的变化量也取最大值的十分之一 (1″ ),ｓ =300ｍ, 则对高差的影响为
1.45ｍｍ 。 在大山区, 垂线偏差的最大值为 20″, 在几百米左右的范围内
它的变化量也取最大值的十分之一 （ 2″ ）,ｓ =300ｍ, 则对高差的影响为
2.91ｍｍ 。
综上所述, 垂线偏差对高程的影响在山区和大山区是很大的, 因此,
在这些地区测量时, 应该适当的减小视线的长度 。
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习 题
1,电磁波测距仪有哪些分类方法？ 各是如何分类的?
2,电磁波测距仪表示标称精度的公式有哪些？
3,为什么电磁波测距仪一般都采用两个以上的测尺频率？ 利用单
一频率能否进行距离测量？ 为什么？
4,相位式测距仪测距的求距基本公式和基本原理是什么？ 试简述其
中的 N值确定方法 。
5,试述相位测距法的测距公式, 并指出其中哪些是已知参数, 哪
些是经测算获得的参数, 它们是如何获得的 。
6,测距误差共有哪些？ 哪些属于比例误差？ 哪些属于固定误差？
7,测距时应采取哪些措施可减小大气折射率误差的影响？
8,测距过程中的照准误差是由什么原因引起的？ 用什么措施避免
或减弱其影响？
9,用光电测距仪进行距离测量时, 在测站上应对测得的倾斜距离
加入哪些改正？
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建立高精度平面控制网和进行电磁波测距三角高程时，需要进
行精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本
章主要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理；电磁波测距仪的
误差来源极其影响；地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是
解决平面控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的
斜距观测问题。
第四章 光电测距仪
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知识点
(1)电磁波测距基本原理；
(2)相位式光电测距仪的工作原理 ；
(3)测距误差来源及其影响 ；
(4)观测结果的化算 ；
(5)电子全站仪 。
[习题 ]
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一,电磁波测距基本原理
光电测距仪按仪器测程分类：
?短程光电测距仪：测程在 3km以内, 测距精度一般在 lcm左右 。 如我
国的 HGC-1,DCH-2,DCH3,DCH-05等精度均可达 ± (5mm+5× 10-6)。
?中程光电测距仪：测程在 3～ 15km左右的仪器称为中程光电测距仪
,这类仪器适用于二, 三, 四等控制网的边长测量 。 如我国的 JCY-2
,DCS-1,精度可达 ± （ lOmm+1 × 10-6） 。
?远程激光测距仪：测程在 15km以上的光电测距仪，精度一般可达
± (5mm+1× 10-6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国
研制成功的 JCY-3型等。
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式中,—— 测尺长度；
—— 整周数；
—— 不足一周的尾数2/2/ ??? fcL
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?测尺频率的选择
直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距
离的方式, 。
间接测尺频率方式,用差频作为测尺频率进行测距的方式 。
测尺频率的确定,一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测
尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率 。
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对于采用直接测尺频率方式的测距仪, 精测尺频率的确定, 依
据测相精度, 主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接, 还要使
确定的测尺长度便于计算 。
例如我国的 HGC-1型及长征 DCH-1型红外测距仪, 确定精测尺长
=10m和粗测尺长 =1000m的精测尺频率和粗测尺频率 。
测尺频率可依下式确定：
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c
L
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式中, —— 光波在大气中的传播速度；
—— 大气折射率；
—— 光波在真空中的传播速度；
—— 调制频率（测尺频率）。
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二,相位式光电测距仪的工作原理
相位式光电测距仪的工作原理
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相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介
?光源
相位式测距仪的光源, 主要有砷化镓 （ GaAs） 二极管和氦 -氖
（ He-Ne） 气体激光器 。 前者一般用于短程测距仪中, 后者用于中
远程测距仪中 。
?调制器
采用砷化镓 （ GaAs） 二极管发射红外光的红外测距仪, 发射光
强直接由注入电流调制, 发射一种红外调制光, 称为直接调制, 故
不再需要专门的调制器 。 但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距
仪, 必须采用一种调制器, 其作用是将测距信号载在光波上, 使发
射光的振幅随测距信号电压而变化, 成为一种调制光 。
?棱镜反射器
在使用光电测距仪进行精密测距时, 必须在测线的另一端安置
一个反射器, 使发射的调制光经它反射后, 被仪器接收器接收 。
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相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介
?光电转换器件
在光电测距仪中, 接收器的信号为光信号 。 为了将此信号送到
相位器进行相位比较, 必须把光信号变为电信号, 对此要采用光电
转换器件来完成这项工作 。 用于测距仪的光电转换器件通常有光电
二极管, 雪崩光电二极管和光电倍增管 。
?差频测相
目前相位式测距仪都采用差频测相, 即就是使高频测距信号和
高频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频, 成为测距
和基准低频信号 。 在比相时, 由于低频信号的频率大幅度降低 （ 如
精测尺频率为 15MHz,混频后低频为 4kHz时, 降低了 3750倍 ）, 周
期相应扩大, 即表象时间得到放大, 这就大大地提高了测相精度 。
?自动数字测相
随着集成电路和数字技术的发展, 为测距仪向自动化和数字化
方向发展提供了条件 。 目前许多中, 短程测距仪几乎都采用自动数
字测相技术以及距离的数字显示 。 返回本章目 录
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三,测距误差来源及其影响
测距误差的主要来源,
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上式中的各项误差影响, 就其方式来讲, 有些是与距离成比例
的 。 这些误差称为, 比例误差, ；另一些误差影响与距离长短无关 。
称其为, 固定误差, 。 对于 式中 偶然性误差的影响, 我们可以采取
不同条件下的多次观测来削弱其影响；而对系统性误差影响则不然,
但我们可以事先通过精确检定, 缩小这类误差的数值, 达到控制其
影响的目的 。
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比例误差的影响,
?光速值的误差影响
光速值对测距误差的影响甚微, 可以忽略不计 。
?调制频率的误差影响
调制频率的误差, 包括两个方面, 即频率校正的误差 （ 反映了
频率的精确度 ） 和频率的漂移误差 （ 反映了频率稳定度 ） 。 频率误
差影响在精密中远程测距中是不容忽视的, 作业前后应及时进行频
率检校, 必要时还得确定晶体的温度偏频曲线, 以便给以频率改正 。
?大气折射率的误差影响
正确测定测站和镜站上的气象元素, 并使算得的大气折射系数
与传播络径上的实际数值十分接近, 可以大大地减少大气折射的误
差影响, 这对精密中, 远程测距乃是十分重要的 。
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固定误差的影响,
测相误差, 仪器加常数误差和对中误差都属于固定误差 。 在精
密的短程测距时, 这类误差将处于突出的地位 。
?对中误差
在控制测量中, 一般要求对中误差在 3mm以下, 要求归心误差
在 5mm左右 。 但在精密短程测距时, 由于精度要求高, 必须采用强
制归心方法, 最大限度地削弱此项误差影响 。
?仪器加常数误差
经常对加常数进行及时检测, 予以发现并改用新的加常数来避
免这种影响 。
?测相误差
包括测相设备本身的误差, 幅相误差, 照准误差, 信噪比
引起的误差, 周期误差 。
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四,观测结果的化算
频率改正,
频率变化对距离的影响是系统性的 。 通常, 精测尺频率可通过
检测, 用补偿的办法调整到规定的标准值, 这时频率改正就不必加
了 。 但是, 考虑到搬运振动, 晶体老化等原因会导致频率变化, 因
此作业前后常常要进行频率对比, 发现频率变化过大时, 就要考虑
对测得的距离加上频率改正 。
气象改正,
气象改正数随温度和气压的变化而变化, 因此气象元素 （ 温度
和气压 ） 最好是取测线上的平均值来计算 。
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波道弯曲改正,
?由于波道弯曲引起的弧长化为弦长的波道几何改正 。
?由于实际大气折射系数仅用测线两端的中值, 而没有采用严格沿
波道上的积分平均值, 因此产生了所谓折射系数的代表性改正 。
归心改正,
包括高差而引起的倾斜改正, 测线超出参考椭球面而引起的投影改
正, 弦长化为弧长的改正 。
倾斜改正和投影改正,
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椭球面上水平距离的计算,
设参考椭球面上的水平距离以 表示, 则：
式中 为仪器常数, 为仪器周期误差改正 。
应当指出, 以上各项改正并非每项都要计算, 根据仪器
情况, 边的长短和测边精度要求, 有些项实际上不存在或本身过
小而无需计算 。 属于各测回不同的改正计算, 必须在各测回内分
别计算, 而其余的改正项各测回都是一样的 。 则可在最后一次计
算 。
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五,电子全站仪
全站仪的概念,
把电子测距, 电子测角和微处理机结合成一个整体, 能自动记
录, 存储并具备某些固定计算程序的电子速测仪, 因该仪器在一
个测站点能快速进行三维坐标测量, 定位和自动数据采集, 处理,
存储等工作, 较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体
化, 所以称, 全站型电子速测仪,, 通常又称为, 电子全站仪, 或
简称, 全站仪, 。
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全站仪的基本组成及结构,
?全站仪的基本组成
补偿部分
测角部分
测距部分
CPU I/O
接 口
中央处理器 输入输出
电 源
显 示 屏
键 盘
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?全站仪的基本结构
组合式全站仪,组合式结构的全站仪是由测距头, 光学经纬仪及电
子计算部分拼装组合而成 。
整体式全站仪,整体式结构的全站仪是在一个机器外壳内含有电子
测距, 测角, 补偿, 记录, 计算, 存储等部分, 将发射, 接收, 瞄
准光学系统设计成同轴, 共用一个望远镜, 角度和距离测量只需一
次瞄准, 测量结果能自动显示并能与外围设备双向通讯 。
组合式全站仪 整体式全站仪
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?全站仪的精度及等级
全站仪的精度
全站仪是由光电测距, 电子测角, 电子补偿, 微机数据处理
为一体的综合型测量仪器, 其主要精度指标是测距精度和测角
精度 。 如 SET500全站仪的标称精度为：测角精度 =± 5〞 ；测距
精度 =± （ 3+2ppmD） mm。
Dm?
全站仪的等级
国家计量检定规程（ JJG100－ 94）将全站仪准确度等级分划为四
个等级。
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?电脑全站仪的主要特点
1） 电脑操作系统 。 电脑全站仪具有像通常 PC机一样的 DOS操
作系统 。
2） 大屏幕显示 。 可显示数字, 文字, 图像, 也可显示电子
气泡居中情况, 以提高仪器安置的速度与精度, 并采用人机对
话式控制面板 。
3） 大容量的内存 。 一般内存在 IM 以上, 其中主内存有 640K。
数据内存 320K,程序内存 512K,扩展内存 512K。
4） 采用国际计算机通用磁卡 。 所有测量信息都可以文件形
式记入磁卡或电子记录簿, 磁卡采用无触点感应式, 可以长期
保留数据 。
5） 自动补偿功能 。 补偿器装有双轴倾斜传感器, 能直接检
测出仪器的垂直轴,在视准轴方向和横轴方向上的倾斜量, 经
仪器处理计算出改正值并对垂直方向和水平方向值加以改正,
提高测角精度 。
6） 测距时间快, 耗电量少 。
Dm?
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?全站仪操作应注意事项
理解全站仪的概念
了解工作原理
明确测量功能
熟悉操作步骤
合理设置仪器参数
正确选择测量模式
掌握应用技术
Dm?
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?距离测量
距离测量必须选用与全站仪配套的合作目标, 即反光棱
镜 。 由于电子测距为仪器中心到棱镜中心的倾斜距离, 因此
仪器站和棱镜站均需要精确对中, 整平 。 在距离测量前应进
行气象改正, 棱镜类型, 棱镜常数改正, 测距模式的设置和
测距回光信号的检查, 然后才能进行距离测量 。 仪器的各项
改正是按设置仪器参数, 经微处理器对原始观测数据计算并
改正后, 显示观测数据和计算数据的 。 只有合理设置仪器参
数, 才能得到高精度的观测成果 。
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?全站仪在高程测量的应用
全站仪三角高程测量的技术指标
Dm?
注,1.D为测距边长度, 以千米 （ km） 为单位
2.边长大于 400m时, 应考虑球气差的影响
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基本原理
图中Ａ是高程已知的水准点, Ｅ是待测点, Ｂ, Ｃ, Ｄ
是高程路线的转点, 1,2,3,4为全站仪的设站位置 。
因为用全站仪可以直接读取全站仪中心到棱镜中心的高
差 Δ ｈ, 因此有：
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同理可得,EA
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用全站仪代替水准仪进行高程测量应满足的条件,
（ 1） 全站仪的设站次数为偶数, 否则不能把转点棱镜高抵消
掉；
（ 2） 起始点和终点的棱镜高, 应保持相等；
（ 3） 转点上的棱镜高在仪器搬动过程中保持不变；
（ 4）仪器在一个测站的观测过程中高度保持不变。
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精度分析
垂直角和水平距离观测误差对观测高差的影响
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地球曲率和大气折光的影响
水准测量要求前后视距相等主要是为了抵消 ｉ 角误差, 同时
也为了削弱地球曲率及大气折光的影响, 用全站仪代替水准仪测
量时, 可以设置大气折光系数 ｋ （ 一般取 0.12）, 有仪器自动对
地球曲率及大气折光的影响进行改正 。 如果把视距控制在 200ｍ左
右, 前后视距差在 3ｍ之内, 影响可以忽略不计 。
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棱镜沉降, 仪器沉降, 棱镜倾斜的误差
与水准仪测量类似, 用全站仪代替水准仪进行高程测量时同
样存在棱镜沉降, 仪器沉降的影响, 观测时必须采取一定的措施
来减弱或消除 。
棱镜沉降主要发生在仪器的转站过程中, 提高观测速度, 采用
往返观测的方法也可以抵消部分影响 。
仪器沉降主要发生在一个测回的观测过程中, 在一个测站上要变
换仪器高观测两个测回, 第二测回和第一测回采用相反的观测次
序, 即, 后 — 前 — 前 — 后, 或, 前 — 后 — 后 — 前,, 可以有效的
减弱仪器沉降的影响 。
觇标倾斜的影响与水准测量时水准尺的倾斜相似, 只要仔细检验
对中杆上的圆水准气泡, 在立杆时保证气泡居中就可以消除此影
响 。
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竖直度盘指标差的影响
水准测量时主要存在ｉ角误差的影响, 为了消除ｉ角误差对
水准测量的影响一般要求前后视距相等 。 用全站仪观测时, 类似
的误差是竖直度盘指标差, 如果只用正镜或倒镜观测, 该项误差
的影响不容忽视 。 但是只要采用正倒镜观测, 就可以抵消指标差
的影响 。
竖直度盘指标差的影响
水准测量时主要存在ｉ角误差的影响, 为了消除ｉ角误差对
水准测量的影响一般要求前后视距相等 。 用全站仪观测时, 类似
的误差是竖直度盘指标差, 如果只用正镜或倒镜观测, 该项误差
的影响不容忽视 。 但是只要采用正倒镜观测, 就可以抵消指标差
的影响 。
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垂直轴倾斜误差的影响
全站仪能够进行垂直轴倾斜的自动补偿, 并且补偿后的精度能达到
0.1″, 影响甚微 。 因此, 垂直轴倾斜误差的影响可以忽略不计 。
垂线偏差的影响
在山区和丘陵地区用全站仪代替水准仪进行高程测量有显著的优点,
但由于垂线偏差的变化较大, 使得测点之间所观测的高差不等于这两点之
间的正常高高差, 因此, 必须加一个垂线偏差改正 。
在平原地区, 前视和后视的平均垂线偏差基本相等, 故垂线偏差的影响等
于零 。 在丘陵地区, 垂线偏差的最大值为 2″, 在几百米左右的范围内它
的变化不大, 取 0.2″ (最大值的十分之一 ),ｓ =300ｍ, 对高差的影响为
0.29ｍｍ；在山区, 垂线偏差的最大值为 10″, 在几百米左右的范围内它
的变化量也取最大值的十分之一 (1″ ),ｓ =300ｍ, 则对高差的影响为
1.45ｍｍ 。 在大山区, 垂线偏差的最大值为 20″, 在几百米左右的范围内
它的变化量也取最大值的十分之一 （ 2″ ）,ｓ =300ｍ, 则对高差的影响为
2.91ｍｍ 。
综上所述, 垂线偏差对高程的影响在山区和大山区是很大的, 因此,
在这些地区测量时, 应该适当的减小视线的长度 。
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习 题
1,电磁波测距仪有哪些分类方法？ 各是如何分类的?
2,电磁波测距仪表示标称精度的公式有哪些？
3,为什么电磁波测距仪一般都采用两个以上的测尺频率？ 利用单
一频率能否进行距离测量？ 为什么？
4,相位式测距仪测距的求距基本公式和基本原理是什么？ 试简述其
中的 N值确定方法 。
5,试述相位测距法的测距公式, 并指出其中哪些是已知参数, 哪
些是经测算获得的参数, 它们是如何获得的 。
6,测距误差共有哪些？ 哪些属于比例误差？ 哪些属于固定误差？
7,测距时应采取哪些措施可减小大气折射率误差的影响？
8,测距过程中的照准误差是由什么原因引起的？ 用什么措施避免
或减弱其影响？
9,用光电测距仪进行距离测量时, 在测站上应对测得的倾斜距离
加入哪些改正？
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