数字测图
第二章 数字测图系统硬件
内容提要
2.1 硬件设备
2.2 全站仪概述
2.2.1 全站仪的发展
2.2.2 全站仪的概念
2.2.3 全站仪的基本组成
2.2.4 全站仪的分类
2.2.5 防水等级
2.3 全站仪测量原理
2.3.1 电子测距原理
2.3.2 电子测角原理和方法
2.4 全站仪部件名称及功能
2.5 全站仪的检校
2.6 使用全站仪测图
2.7 数据通讯
2.7.1 数据通信的基本概念
2.7.2 全站仪通信参数的设置
本章小结
2.1 硬件设备
? 计算机
? 全站仪
? 电子手薄
? 数字化仪
? 扫描仪
? 打印机、绘图仪
自动制图对计算机的要求
? 数字计算
? 数据处理
? 数据库管理
? 设备控制
2.2 全站仪概述
2.2 全站仪概述
2.2.1 全站仪的发展
2.2.2 全站仪的概念
2.2.3 全站仪的基本组成
2.2.4 全站仪的分类
2.2.5 防水等级
2.2.1全站仪的发展
1、游标经纬仪
20年代，游标盘
2、光学经纬仪
40年代。 光电测距、激光测距仪
3、红外测距仪
70年代
4、电子经纬仪 +测距仪 =电子速测仪器
目标：自动化
5、全站型电子速测仪 =全站仪
电子经纬仪 +测距仪 +电子记录
测量、显示、记录水平角、竖直角、水平距离、
斜距、高差、高程、坐标
2.2.2全站仪的概念
１速测法
它是指一种从仪器站同时测定某一点的平面
位置和高程的方法 。 有时, 这种方法也称作
,速测术, 。
２光学速测仪
– 是指带有视距丝的经纬仪, 被测点的平面位
置由方向测量及光学视距来确定, 而高程则
是用三角测量方法来确定的 。
– 由于其快速, 简易, 而在短距离 （ 100米以
内 ）, 低精度 （ l／ 200~ 1／ 500） 的测量中,
如碎部点测定中, 有其优势, 得到了广泛的
应用 。
３电子速测仪
– 用 电磁波测距仪 代替 光学视距经纬仪, 使得
测程更大, 测量时间更短, 精度更高 。 人们
将距离由电磁波测距仪测定的速测仪笼统地
称之为, 电子速测仪,
– 根据测角方法的不同分为 半站型 电子速测仪
和 全站型 电子速测仪 。
４半站型电子速测仪
– 是指用 光学方法测角 的电子速测仪，也有称
之为“测距经纬仪”。
– 可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪,
对斜距进行化算, 最后得出平距, 高差, 方
向角和坐标差 。
５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简称全站仪 。
速测法 光学速测仪
半站型电子速测仪 全站型电子速测仪
( 简称全站仪 )
(Electro nic To tal Stat ion)
电子速测仪
(E le ct ro n ic T a ch ym e te r)
电子速测仪
2.2.3 全站仪的基本组成
– 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系统等组成, 它本身就
是一个带有特殊功能的计算机控制系统 。
总体上全站仪组成：
１为采集数据而设置的专用设备：主要有电子
测角系统, 电子测距系统, 数据存储系统,
还有自动补偿设备等 。
２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 。
– 只有上面两大部分有机结合，才能真正地体
现“全站”功能，即既要自动完成数据采集，
又要自动处理数据和控制整个测量过程。
– 如拓普康 GTS-710系列全站仪的基本组成包
括：控制部分、全站仪部分和电池部分。
2.2.4 全站仪的分类
? 结构形式：
– 组合式：电子经纬仪、红外测距仪、微处理
器、电子记录装置通过连接器构成一个整体
– 整体式：组装在一个仪器外壳内，共用一个
望远镜，测角和测距只需瞄准一次
? 信息输入方式
– 全站型：自动记录角度和距离
– 半全站型：人工读取
积
木
式
整体式
? 普及型
? 防水型
? 防爆型
? 电动型
? 内存型
? 电脑型
整
体
式
2.2.5 防水等级
– 电子测量仪器的防水级别同时也反映了仪器
防潮和防尘的能力, 为此, 国际上制订
IEC529标准 。
– 日本工业标准中将电子仪器的防水保护分为
10个等级, 分别以 IPX1,IPX2…… 表示；见
表 l－ 2。
防水等级
2.3 全站仪测量原理
? 1 电子测距原理
? 2 电子测角原理和方法
2.3.1、电子测距原理
? 1,电磁波的基本知识
? 2、电磁波测距的基本原理
? 3、电子测距基本方法
? 4、电子测距仪的基本组成
1,电磁波的基本知识
? 电磁波的正弦参数
– i=lm· sin（ ω t+φ 0） （ 2-1）
? 波速
– C＝ 29979245m／ s (2-2)
– V ＝ C／ n
– n=f (λ,t,p,e) (2-3)
? 电磁波的传播特性
? 电磁波的发射
? 电磁波的接收
2电磁波测距的基本原理
– D＝ V·t2D／ 2 (2—4)
– 电子测距：利用仪器直接或间接地测出电磁
波在被测距离上往返传播所需的时间 t2D，同
时测出大气温度、湿度、压力，利用公式
（ 2－ 2）、（ 2－ 3）、（ 2－ 4）求出距离。
3 电子测距基本方法
? 脉冲法测距
? 相位法测距
? 干涉法测距
脉冲法测距
脉冲法测距就是直接测定间断脉冲信号在被测距离上
往返传播所需的时间 t2D；利用公式 (2-4)计算距离 D
相位法测距
相位法测距，又叫间接法测距，它不直接测定电磁波往返传播
的时间。而是测定由仪器发出的连续正弦电磁波信号在被测距
离上往返传播而产生的相位变化（即相位差），根据相位差求
得传播时间，从而求得距离 D。
D=λ /2（ N+△ N）
干涉法测距
– 干涉法测距不需要测时, 它是通过光学比对 （ 或
光学信乘 ） 的办法来测距 。
– 两束相干光 i1=A1sin(ω t) i2＝ A2sin(ω t+δ )在
空中相遇将产生干涉现象，叠加后产生合成光
Asin(ω t+φ )，其中 A2=A12+A22+2A1A2cosδ 。
– 干涉法测距的精度很高，可以达到 E-7级，这种测
距技术一般用于计量部门的长度检定及野外基线
的测定等工作。
? 目前，大多数测距仪利用红外线作为载
波，采取相位法测距方式。
4 电子测距仪的基本组成
– 电子测距仪一般由四个部分组成，即发射部分、反射部分、
接收部分、测相部分，各部分又由不同部件组成。
发射部分
? 发射部分由晶体振荡器、发光二极管、
发射光路组成。
反射部分
– 红外测距仪的反射部分很简单，一般均采用角反射棱镜
– 这种反射镜利用了全反射原理，而且具有平行反射的特性，
当任一方向的人射光从四面体的第四面人射时，出时光将
平行于人射光。
接收部分
红外测距仪的接收部分由接收光路和光电二极管组
成，其关键部分是光电二极管。光电二极管是一个
光敏器件，能把光信号转变为电信号。
测相部分
– 测相部分由本机振荡器、基准混频器、测距混频器、
测相器组成。
–
? 参考信号,由晶体振荡器产生的未向外发射的晶振信号；
? 测距信号,由晶体振荡器产生的向外发射晶振信号, 其在
被测距离上进行了往返传播 。
2.3.2、电子测角原理和方法
1、电子测角概述
2、编码盘测角
3、光栅盘测角
4、动态测角
编码度盘测角原理
用四位二进制表示角值，全圆刻成 24= 16个扇形
2 增量式光栅度盘测角原理
W=cosθ ＝ d／ θ
增量式光栅度盘测角原理
拓
普
康GT
S-
21
1D
全
站
仪
2.4 全站仪部件名称及功能
? 常见全站仪列表
? 拓普康 GTS-211D简介
? SET系列全站仪简介
1 常见全站仪列表
常
见
全
站
仪
列
表
2 拓普康 GTS－ 211D电子全站仪
? 有两面操作按键及显示窗，能自动进行水平和垂直倾斜改正，
补偿范围为 ± 3″。
? 测角最小读数为 1″，测角精度为 5″，采用增量法读数。
? 测距的最小读数为 1mm，测距精度为（ 3mm± 2× 10-6 ），单棱
镜测距为 1.1～ 1.2km，三棱镜测距为 1.6～ 1.8km。
? 内有自动记录装置，可记录 2000个测量点。
? 除能进行角度测量、距离测量、坐标测量、偏心测量、悬高测
量和对边测量外，还能进行数据采集，放样及存储管理。
GTS－ 2100系列全站仪操作面板
按键名称及功能
显示窗口内常用符号的意义
3 SET系列全站仪简介
? SET系列是日本索佳出产的一种全站型电子速测仪系列产
品，有 SET2,SET3,SET4,SET2C,SET2B等品种；
? 只是测角精度有 2″,3″,5″之分；
? 测距精度有 3mm＋ 2 x 10－ 6D,5mm＋ 3x10－ 6 D和 5mm＋
5x10－ 6D之别。
? 仪器在正反两侧均分别安置上、下两段式液晶显示器和功
能键盘，既能即时显示水平距离、高差、角度等测定数据，
又能进行正、倒镜观测。
? 垂直度盘补偿器能检测出主机的微小倾斜并自动给予修正；
棱镜常数改正、两差和改正测距单位等均可由内部开关进
行选定；有自动断电装置和自检校装置。
? 仪器测量的数据能通过 RS－ 232C标准接口被电子手簿自
动记录和处理。
SET2C电子速测仪
的部件及其名称
操作面板
操作面板
显示窗口内常用符号的意义
? PPM：气象改正值 PROG：程序模式
? P,C．,棱镜改正常数 REC：记录模式
? ┴十：倾角进行补偿 RCL：调阅模式
? SHFT：第 一功能 Stn：测站坐标
? SO：放样测量模式 BS：后视坐标
? MENU：菜单模式 Pt：坐标放样数据
主显示窗
? 选取选择项 X：照准方向倾角
? ZA：天顶距 Y：横轴方向倾角
? S：斜距
? HAR：右水平角 H：平距
? HAL：左水平角 V：高差
? HARp：复倾角 Ht：仪器高／目标高
? HAh：水平角锁定 D：距离放样数据／偏心距
? 1.照准部水准器的检验与校正
? 2.圆水准器的检验与校正
? 3.十字丝竖丝与水平轴垂直的检验与校正
? 4.十字丝位置的检验与校正
? 5.测距轴与视准轴同轴的检查
? 6.光学对点器的检校
? 7.距离加常数的测定
2.5 全站仪的检校
1.照准部水准器的检验与校正
? 与普通经纬仪照准部水准器检校相同，
即水准轴垂直于垂直轴的检校。
2.圆水准器的检验与校正
? 照准部水准器校正后，使用照准部水准
器仔细地整平仪器，检查圆水准气泡的
位置，若气泡偏离中心，则转动其校正
螺旋，使其气泡居中。
? 注意应使三个校正螺旋的旋松紧程度相
同。
3.十字丝竖丝与水平轴垂直的
检验与校正
? 十字丝竖丝与水平轴垂直的检查方法与普通经
纬仪的此项检查相同。
? 校正方法：旋开望远镜分划权校正盖，用校正
针轻微地松开垂直和水平方向的校正螺旋，将
一小塑料片或木片垫在校正螺旋顶部的一端，
作为缓冲器，轻轻地敲动塑料片或木片，使分
划板微微地转动，使照准点返回偏离十字丝量
的一半，即使十字丝竖丝垂直水平轴。最后以
同样的程度旋紧校正螺旋丝。
4.十字丝位置的检验与校正
? 在距离仪器 50～ 100m处, 设置一清晰目标, 精
确地整平仪器 。 打开开关设置垂直和水平度盘
指标, 盘左照准目标, 读取水平角 al和垂直度
盘读数 b1,用盘右再照准同一目标, 读取水平
角 a2和垂直度盘读数 b2。
? 计算 a2－ a1,此差值在 180° ± 20″以内, 计算
b2＋ b1,此和值在 360° ± 20″以内, 说明十字
丝位置正确, 否则应校正 。
5.测距轴与视准轴同轴的检查
6.光学对点器的检校
? 整平仪器：将光学对点器十字丝中心精确地对准测点
（ 地面标志 ）, 转动照准部 180?,若测点仍位于十字
丝中心, 则无需校正 。 若偏离中心, 则按下述步骤进
行校正 。
? 校正方法：用脚螺旋校正偏离量的一半，旋松光学对
点器的调焦环，用四个校正螺丝校正剩余一半的偏差，
致使十字丝中心精确地与测点吻合。另外，当测点看
上去有一绿色（灰色）区域时，轻轻地松开上（下）
校正螺丝，以同样程度固紧下（上）螺丝；若测点看
上去位于绿线（灰线）上，轻轻地旋转右（左）螺丝，
以同样程度固紧左（右）螺丝。
7.距离加常数的测定
? 在 A点设置仪器, B点安置棱镜, 精确测定 A,B之间的距
离 10次 。 将仪器移至 C点, 精确测定 C,A和 C,B间的距离
各 10次, 分别计算出各点之间的平均距离 AB,CA和 CB，
用下述公式计算距离加常数 C。
? C= AB－ （ CA＋ CB）
? 对 C值测定若干次，若绝大多数都不超过 ± 3mm，取若干
次的平均值作为距离加常数；否则，应与厂商联系。
? 注意：⑴若有棱镜常数，上式计算结果为仪器加常数与棱
镜常数之和。⑵要确保棱镜高度与仪器物镜中心高度相同。
2.6 使用全站仪测图
? 1 示意
? 2 常用术语
? 3 地面控制点的作用
? 4 全站仪数据采集步骤
? 5 测量前的准备
? 6 角度测量
? 7 距离测量
? 8 坐标测量
? 9 专用测量
? 10存储数据卡的使用
1 示意
2常用术语
? 1) 控制点 （ 导线点 ）
? 2) 测站点
? 3) 后视点
? 4) 碎部点
? 5) 距离 （ 平距, 斜距 ） D
HD SD
? 6) 水平角 H
? 7) 竖直角 (天顶距 ) V
A
C
B
b
α
β
V
0 c
90
270
180
3地面控制点的作用
12
11
10
151413
18
17
16
A
B
E
CD
5
6
1
23
4
7
8
9
4 全站仪数据采集步骤
? 1 数据采集准备
– (1) 测站设置
– (2) 参数设置
– (3) 检查内存空间
? 2数据采集操作步骤
– (1) 输入控制点坐标
– (2) 整置仪器
– (3) 输入数据采集文件名
– (4) 输入测站点数据
– (5) 输入后视点数据
– (6) 定向
– (7) 碎部测量
– (8) 数据记录
5测量前的准备
? 1．电池的安装与检查
? 2．垂直度盘和水平度盘指标的设置
? 3．倾角的自动补偿与使用倾角显示进行
整平
? 4．参数设置
6 角度测量
? 地面点的相对位置，在传统的地面测量中都是
通过测量点与点之间的方位（角度）、距离和
高差，根据几何图形来确定，因此地面测量的
几何要素就是方位、距离和高差。
7 距离测量
? 测量距离的方法主要有两种：钢尺丈量和光波
测量仪测量（全站仪测量距离的原理与此相
同）。
? 具体使用那种方法主要看现场的情况，因为现
在绝大多数的测量单位都已经装备了全站仪，
所以钢尺丈量就比较少用了。
8 坐标测量
? 地面点的高程都是相对于某一起算点的垂直距离 。 从
实用出发, 通常是采用平均海水面为基准 。
? 地球表面上任何一点都受到重力的作用, 作用力的方
向就是垂线方向 。 等位面上任何点的垂线都与等位面
正交 。
? 在小范围内, 可以忽略相邻等位面的不平行性, 所要
测的高差就是两点等位面之间的间距 。
? 由已知高程的点通过测量得到被观测点的高程的测量
通常称为水准测量, 使用的仪器是水准仪和水准标尺,
现在由于全站仪的使用, 在地形测量中, 可以同时得
到一个点的大地坐标和高程值 （ 或者是水平角, 天顶
距和距离 ）, 所以水准仪使用的比较少 。
9专用测量
? 专用测量主要包括：后方交会, 导线型坐标测
量, 目标偏心测量, 悬高测量, 对边测量, 放
样测量 。
? 具体操作详见使用说明书。
10存储数据卡的使用
2 数据记录示例
00NMSDR33 V04-04.02 23-Feb-99 08:40 111111
10NM104 121111
06NM1.00000000
01NM:SET2110 V00-21 023881SET2110 V00-21 02388131 0.000
03NM1.230
08TP 123241.561 56498.783 -0.376 WT
08TP 223241.239 56504.815 0.028 11.25WT
08TP 323241.239 56506.871 0.256 WT
08TP 423240.900 56513.735 0.144 WT
08TP 523223.580 56510.638 -1.116 WT
08TP 623223.307 56515.252 -1.203 WT
08TP D123228.367 56737.582 -0.800 11.25WT
08TP 723216.048 56734.335 -1.504 45WT
08TP 823213.596 56731.741 -1.738 45WT
08TP 923213.513 56730.082 -1.869 ST
02TP M9223217.677 55936.355 0.000 1.450 11.25WT
08TP 1023230.626 56055.244 -0.765 WT
……
§ 2.7 数据通讯
? 2.7.1 数据通信的基本概念
– 1 数据通信方式
– 2 数据信息的表示
– 3 数据信息的校验
– 4 数据信息的传输方式
– 5 同步传输与异步传输
– 6 有无应答的数据传输
– 7 数据传输速度
? 2.7.2 全站仪通信参数的设置
1 数据通信方式
? 1 单工方式
? 2 半双工方式
? 3 全双工方式
(1)单工方式
发送单元 接收单元任一时刻
只允许在规定的方向上传输数据，而不允许向相
反方向传输数据。
(2)半双工方式
通信双方中，每一方都具备发送和接收功能，但当一
方是发送单元时，另一方必须是接收单元。
(3)全双工方式
? 任何时刻都允许在两个方向上传输数据。
2 数据信息的表示
? 用二进制来表示字母, 数字和一些特殊符号,
国际上通常使用美国标准信息交换码, 即
ASCll码 。 数据通信时所传输的数据信息的二
进制位数叫做数据位 。 它通常用 7位二进制数
表示, 但有时也用 8位二进制数表示 。
? 例如：字母 A
– ASCll为 41H（ 或 065） 二进制信息为,1000001
? 数字 4
– ASCll为 34H（或 052） 二进制信息为,0110100
3 数据信息的校验
? 校验位，又称奇偶校验位，是指数据传输时接在每个 7
位二进制数据信息后面发送的第八位，它是一种检查
传输数据正确与否的方法。即将 1个二进制数（校验位）
加到发送的二进制信息串后，让所有二进制数（包含
校验位）的总和总保持是奇数或是偶数，以便在接收
单元检核传输的数据是否有误。
? 校验位通常有五种校验方式：
– 1．无校验（ NONE）
– 2．偶校验（ EVEN）
– 3．奇校验（ ODD）
– 4．标记校验（ MARK）
– 5．空号校验（ SPACE）
4 数据信息的传输方式
? 数据传输有串行传输和并行传输两种方式
(1)串行传输 (COM1 COM2)
? 当采用串行方式通信时，数据信息是按二进制位的顺
序由低到高一位一位地在一条信号线上传送 。
? 这种方式传输速度慢，但设备要求简单，价格低廉，
同时由于是在一条线上传输，每一个二进制数无论传
输快慢，但最终均能组成完整而准确的信息，信号质
量高，因此是常用的信息交换方法。
? 与串行传输相对应，在计算机主机上都配有 COM1，
COM2等接口。
(2)并行传输 (LPT1 LPT2)
? 所谓并行传输，
是指通过多条数
据线将数据信息
的各位二进制数
同时并行传送，
每位数要各占用
一条数据线。
并行传输特点
? 这种方式通信速度快, 但各位数据必须要求同时发送,
并按同一速度传送, 接收单元才能收到完整而准确的
信息, 若各位数据发送速度快慢不一时, 就可能收到
错误信息 。 因而, 必须使用专门技术和专门设备进行
接收, 制作成本较大 。
? 与并行传输相对应，在计算机主机上都配有适用于多
种打印机、绘图仪的并行接口，如 LPT1,LPT2等。
5 同步传输与异步传输
? 1．同步传输
? 2．异步传输
（ 1） 同步传输
? 同步传输是指每一个数据位都是用相同的时间间隔发
送，而接收时也必须以发送时的相同时间间隔接收每
一位信息。
（ 2） 异步传输
? 串行通信常采用异步传输方式。
? 由于接收单元不能准确预计什么时候要接收下一个数
据串，因此发送单元在发送任意数据串之前首先发送
一位二进制数进行报警，称为起始位，起始位之值为
,0”。
? 在发送起始位, 0”后，马上就接着发送数据串。
? 当发送数据信息完毕后，相应地在其后加上 1位或 2位
二进制数，用来表示数据传送结束，叫做停止位，其
值为, 1”。
6 有无应答的数据传输
? 数据发送单元可以要求接收单元在接收到数据后发出回答信
号, 也可以不要求发出回答信号 。
? 如果是前者, 发送单元在发送一组数据后, 必须等待接收单
元的回答信号, 即承认信号 （ ACK） 或不承认信号 （ NCK）,
当收到承认信号后, 再传送下一组数据, 如果收到不承认信
号, 发送单元将原数据再传送一次 。
? 如果是后者, 发送单元将不考虑接收单元的反应, 一个接一
个地发送数据 。
7 数据传输速度
? 数据传输速度 （ 也叫波特率 ） 的快慢, 用位／秒 （ b/s）
表示, 即每秒钟传输数据的位数 。
? 例：如果数据传送的速率为 120个字符／ S,而每个字符
又包含 10位 （ 起始位 1位, 数据位 7位, 校验位 1位, 停止
位 1位 ）, 则波特率为 1200（ b/s） 。
? 常见的波特率有,75,150,300,600,1200,1800，
2400,4800,9600等。
2.7.2全站仪通信参数的设置
? 1确认全站仪数据是存放到内存中还是传输到外设, 如果是传输到外设,
就需设置打开 RS－ 232C串口；
? 2设置全站仪测量方式, 一般为, 水平角, 天顶距, 斜距, 测量方式；
? 3设置全站仪测量边长的观测次数, 一般为 l次；
? 4设置全站仪的边长观测方式, 一般在, 精测, 粗测, 跟踪, 中选择
,精测,’ 或, 跟踪, 模式；
? 5设置通信参数的波特率：有 1200,2400,4800,…… ；
? 6设置通信参数的校验方式：有 N（ 无 ）, O（ 奇 ）, E（ 偶 ） 等；
? 7设置通信参数的数据位：有 7位, 8位两种；
? 8设置通信参数的停止位：有 1位, 2位；
? 9设置通信的数据流控制 （ XON／ XOFF）,选, 是, 或, 否, ；
? 10设置通信的数据段落结束或换行标志：有, 回车／换行 （ CR／ LF）,
回车 （ CR）, 换行 （ LF）, 等提供选择 。
? 11设置计算机的通信口是否打开, 一般设为 COM1,并使计算机的各
项通信参数与全站仪一致 。
徕卡（ Leica）全站仪数据通信
? 1．设置波特率语句为,SET MODE 70 RUN no RUN
– no—0,1,2,…, 6,7
? 2．设置校验项语句为,SET MODE 71 RUN nl RUN
– nl＝ 0,1,2
? 3．设置终止符语句为,SET MODE 73 RUN n2 RUN
– n2＝ 0,1
MAPSUV测图软件中全站仪数据通信设置
第二章 数字测图系统硬件
内容提要
2.1 硬件设备
2.2 全站仪概述
2.2.1 全站仪的发展
2.2.2 全站仪的概念
2.2.3 全站仪的基本组成
2.2.4 全站仪的分类
2.2.5 防水等级
2.3 全站仪测量原理
2.3.1 电子测距原理
2.3.2 电子测角原理和方法
2.4 全站仪部件名称及功能
2.5 全站仪的检校
2.6 使用全站仪测图
2.7 数据通讯
2.7.1 数据通信的基本概念
2.7.2 全站仪通信参数的设置
本章小结
2.1 硬件设备
? 计算机
? 全站仪
? 电子手薄
? 数字化仪
? 扫描仪
? 打印机、绘图仪
自动制图对计算机的要求
? 数字计算
? 数据处理
? 数据库管理
? 设备控制
2.2 全站仪概述
2.2 全站仪概述
2.2.1 全站仪的发展
2.2.2 全站仪的概念
2.2.3 全站仪的基本组成
2.2.4 全站仪的分类
2.2.5 防水等级
2.2.1全站仪的发展
1、游标经纬仪
20年代，游标盘
2、光学经纬仪
40年代。 光电测距、激光测距仪
3、红外测距仪
70年代
4、电子经纬仪 +测距仪 =电子速测仪器
目标：自动化
5、全站型电子速测仪 =全站仪
电子经纬仪 +测距仪 +电子记录
测量、显示、记录水平角、竖直角、水平距离、
斜距、高差、高程、坐标
2.2.2全站仪的概念
１速测法
它是指一种从仪器站同时测定某一点的平面
位置和高程的方法 。 有时, 这种方法也称作
,速测术, 。
２光学速测仪
– 是指带有视距丝的经纬仪, 被测点的平面位
置由方向测量及光学视距来确定, 而高程则
是用三角测量方法来确定的 。
– 由于其快速, 简易, 而在短距离 （ 100米以
内 ）, 低精度 （ l／ 200~ 1／ 500） 的测量中,
如碎部点测定中, 有其优势, 得到了广泛的
应用 。
３电子速测仪
– 用 电磁波测距仪 代替 光学视距经纬仪, 使得
测程更大, 测量时间更短, 精度更高 。 人们
将距离由电磁波测距仪测定的速测仪笼统地
称之为, 电子速测仪,
– 根据测角方法的不同分为 半站型 电子速测仪
和 全站型 电子速测仪 。
４半站型电子速测仪
– 是指用 光学方法测角 的电子速测仪，也有称
之为“测距经纬仪”。
– 可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪,
对斜距进行化算, 最后得出平距, 高差, 方
向角和坐标差 。
５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简称全站仪 。
速测法 光学速测仪
半站型电子速测仪 全站型电子速测仪
( 简称全站仪 )
(Electro nic To tal Stat ion)
电子速测仪
(E le ct ro n ic T a ch ym e te r)
电子速测仪
2.2.3 全站仪的基本组成
– 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系统等组成, 它本身就
是一个带有特殊功能的计算机控制系统 。
总体上全站仪组成：
１为采集数据而设置的专用设备：主要有电子
测角系统, 电子测距系统, 数据存储系统,
还有自动补偿设备等 。
２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 。
– 只有上面两大部分有机结合，才能真正地体
现“全站”功能，即既要自动完成数据采集，
又要自动处理数据和控制整个测量过程。
– 如拓普康 GTS-710系列全站仪的基本组成包
括：控制部分、全站仪部分和电池部分。
2.2.4 全站仪的分类
? 结构形式：
– 组合式：电子经纬仪、红外测距仪、微处理
器、电子记录装置通过连接器构成一个整体
– 整体式：组装在一个仪器外壳内，共用一个
望远镜，测角和测距只需瞄准一次
? 信息输入方式
– 全站型：自动记录角度和距离
– 半全站型：人工读取
积
木
式
整体式
? 普及型
? 防水型
? 防爆型
? 电动型
? 内存型
? 电脑型
整
体
式
2.2.5 防水等级
– 电子测量仪器的防水级别同时也反映了仪器
防潮和防尘的能力, 为此, 国际上制订
IEC529标准 。
– 日本工业标准中将电子仪器的防水保护分为
10个等级, 分别以 IPX1,IPX2…… 表示；见
表 l－ 2。
防水等级
2.3 全站仪测量原理
? 1 电子测距原理
? 2 电子测角原理和方法
2.3.1、电子测距原理
? 1,电磁波的基本知识
? 2、电磁波测距的基本原理
? 3、电子测距基本方法
? 4、电子测距仪的基本组成
1,电磁波的基本知识
? 电磁波的正弦参数
– i=lm· sin（ ω t+φ 0） （ 2-1）
? 波速
– C＝ 29979245m／ s (2-2)
– V ＝ C／ n
– n=f (λ,t,p,e) (2-3)
? 电磁波的传播特性
? 电磁波的发射
? 电磁波的接收
2电磁波测距的基本原理
– D＝ V·t2D／ 2 (2—4)
– 电子测距：利用仪器直接或间接地测出电磁
波在被测距离上往返传播所需的时间 t2D，同
时测出大气温度、湿度、压力，利用公式
（ 2－ 2）、（ 2－ 3）、（ 2－ 4）求出距离。
3 电子测距基本方法
? 脉冲法测距
? 相位法测距
? 干涉法测距
脉冲法测距
脉冲法测距就是直接测定间断脉冲信号在被测距离上
往返传播所需的时间 t2D；利用公式 (2-4)计算距离 D
相位法测距
相位法测距，又叫间接法测距，它不直接测定电磁波往返传播
的时间。而是测定由仪器发出的连续正弦电磁波信号在被测距
离上往返传播而产生的相位变化（即相位差），根据相位差求
得传播时间，从而求得距离 D。
D=λ /2（ N+△ N）
干涉法测距
– 干涉法测距不需要测时, 它是通过光学比对 （ 或
光学信乘 ） 的办法来测距 。
– 两束相干光 i1=A1sin(ω t) i2＝ A2sin(ω t+δ )在
空中相遇将产生干涉现象，叠加后产生合成光
Asin(ω t+φ )，其中 A2=A12+A22+2A1A2cosδ 。
– 干涉法测距的精度很高，可以达到 E-7级，这种测
距技术一般用于计量部门的长度检定及野外基线
的测定等工作。
? 目前，大多数测距仪利用红外线作为载
波，采取相位法测距方式。
4 电子测距仪的基本组成
– 电子测距仪一般由四个部分组成，即发射部分、反射部分、
接收部分、测相部分，各部分又由不同部件组成。
发射部分
? 发射部分由晶体振荡器、发光二极管、
发射光路组成。
反射部分
– 红外测距仪的反射部分很简单，一般均采用角反射棱镜
– 这种反射镜利用了全反射原理，而且具有平行反射的特性，
当任一方向的人射光从四面体的第四面人射时，出时光将
平行于人射光。
接收部分
红外测距仪的接收部分由接收光路和光电二极管组
成，其关键部分是光电二极管。光电二极管是一个
光敏器件，能把光信号转变为电信号。
测相部分
– 测相部分由本机振荡器、基准混频器、测距混频器、
测相器组成。
–
? 参考信号,由晶体振荡器产生的未向外发射的晶振信号；
? 测距信号,由晶体振荡器产生的向外发射晶振信号, 其在
被测距离上进行了往返传播 。
2.3.2、电子测角原理和方法
1、电子测角概述
2、编码盘测角
3、光栅盘测角
4、动态测角
编码度盘测角原理
用四位二进制表示角值，全圆刻成 24= 16个扇形
2 增量式光栅度盘测角原理
W=cosθ ＝ d／ θ
增量式光栅度盘测角原理
拓
普
康GT
S-
21
1D
全
站
仪
2.4 全站仪部件名称及功能
? 常见全站仪列表
? 拓普康 GTS-211D简介
? SET系列全站仪简介
1 常见全站仪列表
常
见
全
站
仪
列
表
2 拓普康 GTS－ 211D电子全站仪
? 有两面操作按键及显示窗，能自动进行水平和垂直倾斜改正，
补偿范围为 ± 3″。
? 测角最小读数为 1″，测角精度为 5″，采用增量法读数。
? 测距的最小读数为 1mm，测距精度为（ 3mm± 2× 10-6 ），单棱
镜测距为 1.1～ 1.2km，三棱镜测距为 1.6～ 1.8km。
? 内有自动记录装置，可记录 2000个测量点。
? 除能进行角度测量、距离测量、坐标测量、偏心测量、悬高测
量和对边测量外，还能进行数据采集，放样及存储管理。
GTS－ 2100系列全站仪操作面板
按键名称及功能
显示窗口内常用符号的意义
3 SET系列全站仪简介
? SET系列是日本索佳出产的一种全站型电子速测仪系列产
品，有 SET2,SET3,SET4,SET2C,SET2B等品种；
? 只是测角精度有 2″,3″,5″之分；
? 测距精度有 3mm＋ 2 x 10－ 6D,5mm＋ 3x10－ 6 D和 5mm＋
5x10－ 6D之别。
? 仪器在正反两侧均分别安置上、下两段式液晶显示器和功
能键盘，既能即时显示水平距离、高差、角度等测定数据，
又能进行正、倒镜观测。
? 垂直度盘补偿器能检测出主机的微小倾斜并自动给予修正；
棱镜常数改正、两差和改正测距单位等均可由内部开关进
行选定；有自动断电装置和自检校装置。
? 仪器测量的数据能通过 RS－ 232C标准接口被电子手簿自
动记录和处理。
SET2C电子速测仪
的部件及其名称
操作面板
操作面板
显示窗口内常用符号的意义
? PPM：气象改正值 PROG：程序模式
? P,C．,棱镜改正常数 REC：记录模式
? ┴十：倾角进行补偿 RCL：调阅模式
? SHFT：第 一功能 Stn：测站坐标
? SO：放样测量模式 BS：后视坐标
? MENU：菜单模式 Pt：坐标放样数据
主显示窗
? 选取选择项 X：照准方向倾角
? ZA：天顶距 Y：横轴方向倾角
? S：斜距
? HAR：右水平角 H：平距
? HAL：左水平角 V：高差
? HARp：复倾角 Ht：仪器高／目标高
? HAh：水平角锁定 D：距离放样数据／偏心距
? 1.照准部水准器的检验与校正
? 2.圆水准器的检验与校正
? 3.十字丝竖丝与水平轴垂直的检验与校正
? 4.十字丝位置的检验与校正
? 5.测距轴与视准轴同轴的检查
? 6.光学对点器的检校
? 7.距离加常数的测定
2.5 全站仪的检校
1.照准部水准器的检验与校正
? 与普通经纬仪照准部水准器检校相同，
即水准轴垂直于垂直轴的检校。
2.圆水准器的检验与校正
? 照准部水准器校正后，使用照准部水准
器仔细地整平仪器，检查圆水准气泡的
位置，若气泡偏离中心，则转动其校正
螺旋，使其气泡居中。
? 注意应使三个校正螺旋的旋松紧程度相
同。
3.十字丝竖丝与水平轴垂直的
检验与校正
? 十字丝竖丝与水平轴垂直的检查方法与普通经
纬仪的此项检查相同。
? 校正方法：旋开望远镜分划权校正盖，用校正
针轻微地松开垂直和水平方向的校正螺旋，将
一小塑料片或木片垫在校正螺旋顶部的一端，
作为缓冲器，轻轻地敲动塑料片或木片，使分
划板微微地转动，使照准点返回偏离十字丝量
的一半，即使十字丝竖丝垂直水平轴。最后以
同样的程度旋紧校正螺旋丝。
4.十字丝位置的检验与校正
? 在距离仪器 50～ 100m处, 设置一清晰目标, 精
确地整平仪器 。 打开开关设置垂直和水平度盘
指标, 盘左照准目标, 读取水平角 al和垂直度
盘读数 b1,用盘右再照准同一目标, 读取水平
角 a2和垂直度盘读数 b2。
? 计算 a2－ a1,此差值在 180° ± 20″以内, 计算
b2＋ b1,此和值在 360° ± 20″以内, 说明十字
丝位置正确, 否则应校正 。
5.测距轴与视准轴同轴的检查
6.光学对点器的检校
? 整平仪器：将光学对点器十字丝中心精确地对准测点
（ 地面标志 ）, 转动照准部 180?,若测点仍位于十字
丝中心, 则无需校正 。 若偏离中心, 则按下述步骤进
行校正 。
? 校正方法：用脚螺旋校正偏离量的一半，旋松光学对
点器的调焦环，用四个校正螺丝校正剩余一半的偏差，
致使十字丝中心精确地与测点吻合。另外，当测点看
上去有一绿色（灰色）区域时，轻轻地松开上（下）
校正螺丝，以同样程度固紧下（上）螺丝；若测点看
上去位于绿线（灰线）上，轻轻地旋转右（左）螺丝，
以同样程度固紧左（右）螺丝。
7.距离加常数的测定
? 在 A点设置仪器, B点安置棱镜, 精确测定 A,B之间的距
离 10次 。 将仪器移至 C点, 精确测定 C,A和 C,B间的距离
各 10次, 分别计算出各点之间的平均距离 AB,CA和 CB，
用下述公式计算距离加常数 C。
? C= AB－ （ CA＋ CB）
? 对 C值测定若干次，若绝大多数都不超过 ± 3mm，取若干
次的平均值作为距离加常数；否则，应与厂商联系。
? 注意：⑴若有棱镜常数，上式计算结果为仪器加常数与棱
镜常数之和。⑵要确保棱镜高度与仪器物镜中心高度相同。
2.6 使用全站仪测图
? 1 示意
? 2 常用术语
? 3 地面控制点的作用
? 4 全站仪数据采集步骤
? 5 测量前的准备
? 6 角度测量
? 7 距离测量
? 8 坐标测量
? 9 专用测量
? 10存储数据卡的使用
1 示意
2常用术语
? 1) 控制点 （ 导线点 ）
? 2) 测站点
? 3) 后视点
? 4) 碎部点
? 5) 距离 （ 平距, 斜距 ） D
HD SD
? 6) 水平角 H
? 7) 竖直角 (天顶距 ) V
A
C
B
b
α
β
V
0 c
90
270
180
3地面控制点的作用
12
11
10
151413
18
17
16
A
B
E
CD
5
6
1
23
4
7
8
9
4 全站仪数据采集步骤
? 1 数据采集准备
– (1) 测站设置
– (2) 参数设置
– (3) 检查内存空间
? 2数据采集操作步骤
– (1) 输入控制点坐标
– (2) 整置仪器
– (3) 输入数据采集文件名
– (4) 输入测站点数据
– (5) 输入后视点数据
– (6) 定向
– (7) 碎部测量
– (8) 数据记录
5测量前的准备
? 1．电池的安装与检查
? 2．垂直度盘和水平度盘指标的设置
? 3．倾角的自动补偿与使用倾角显示进行
整平
? 4．参数设置
6 角度测量
? 地面点的相对位置，在传统的地面测量中都是
通过测量点与点之间的方位（角度）、距离和
高差，根据几何图形来确定，因此地面测量的
几何要素就是方位、距离和高差。
7 距离测量
? 测量距离的方法主要有两种：钢尺丈量和光波
测量仪测量（全站仪测量距离的原理与此相
同）。
? 具体使用那种方法主要看现场的情况，因为现
在绝大多数的测量单位都已经装备了全站仪，
所以钢尺丈量就比较少用了。
8 坐标测量
? 地面点的高程都是相对于某一起算点的垂直距离 。 从
实用出发, 通常是采用平均海水面为基准 。
? 地球表面上任何一点都受到重力的作用, 作用力的方
向就是垂线方向 。 等位面上任何点的垂线都与等位面
正交 。
? 在小范围内, 可以忽略相邻等位面的不平行性, 所要
测的高差就是两点等位面之间的间距 。
? 由已知高程的点通过测量得到被观测点的高程的测量
通常称为水准测量, 使用的仪器是水准仪和水准标尺,
现在由于全站仪的使用, 在地形测量中, 可以同时得
到一个点的大地坐标和高程值 （ 或者是水平角, 天顶
距和距离 ）, 所以水准仪使用的比较少 。
9专用测量
? 专用测量主要包括：后方交会, 导线型坐标测
量, 目标偏心测量, 悬高测量, 对边测量, 放
样测量 。
? 具体操作详见使用说明书。
10存储数据卡的使用
2 数据记录示例
00NMSDR33 V04-04.02 23-Feb-99 08:40 111111
10NM104 121111
06NM1.00000000
01NM:SET2110 V00-21 023881SET2110 V00-21 02388131 0.000
03NM1.230
08TP 123241.561 56498.783 -0.376 WT
08TP 223241.239 56504.815 0.028 11.25WT
08TP 323241.239 56506.871 0.256 WT
08TP 423240.900 56513.735 0.144 WT
08TP 523223.580 56510.638 -1.116 WT
08TP 623223.307 56515.252 -1.203 WT
08TP D123228.367 56737.582 -0.800 11.25WT
08TP 723216.048 56734.335 -1.504 45WT
08TP 823213.596 56731.741 -1.738 45WT
08TP 923213.513 56730.082 -1.869 ST
02TP M9223217.677 55936.355 0.000 1.450 11.25WT
08TP 1023230.626 56055.244 -0.765 WT
……
§ 2.7 数据通讯
? 2.7.1 数据通信的基本概念
– 1 数据通信方式
– 2 数据信息的表示
– 3 数据信息的校验
– 4 数据信息的传输方式
– 5 同步传输与异步传输
– 6 有无应答的数据传输
– 7 数据传输速度
? 2.7.2 全站仪通信参数的设置
1 数据通信方式
? 1 单工方式
? 2 半双工方式
? 3 全双工方式
(1)单工方式
发送单元 接收单元任一时刻
只允许在规定的方向上传输数据，而不允许向相
反方向传输数据。
(2)半双工方式
通信双方中，每一方都具备发送和接收功能，但当一
方是发送单元时，另一方必须是接收单元。
(3)全双工方式
? 任何时刻都允许在两个方向上传输数据。
2 数据信息的表示
? 用二进制来表示字母, 数字和一些特殊符号,
国际上通常使用美国标准信息交换码, 即
ASCll码 。 数据通信时所传输的数据信息的二
进制位数叫做数据位 。 它通常用 7位二进制数
表示, 但有时也用 8位二进制数表示 。
? 例如：字母 A
– ASCll为 41H（ 或 065） 二进制信息为,1000001
? 数字 4
– ASCll为 34H（或 052） 二进制信息为,0110100
3 数据信息的校验
? 校验位，又称奇偶校验位，是指数据传输时接在每个 7
位二进制数据信息后面发送的第八位，它是一种检查
传输数据正确与否的方法。即将 1个二进制数（校验位）
加到发送的二进制信息串后，让所有二进制数（包含
校验位）的总和总保持是奇数或是偶数，以便在接收
单元检核传输的数据是否有误。
? 校验位通常有五种校验方式：
– 1．无校验（ NONE）
– 2．偶校验（ EVEN）
– 3．奇校验（ ODD）
– 4．标记校验（ MARK）
– 5．空号校验（ SPACE）
4 数据信息的传输方式
? 数据传输有串行传输和并行传输两种方式
(1)串行传输 (COM1 COM2)
? 当采用串行方式通信时，数据信息是按二进制位的顺
序由低到高一位一位地在一条信号线上传送 。
? 这种方式传输速度慢，但设备要求简单，价格低廉，
同时由于是在一条线上传输，每一个二进制数无论传
输快慢，但最终均能组成完整而准确的信息，信号质
量高，因此是常用的信息交换方法。
? 与串行传输相对应，在计算机主机上都配有 COM1，
COM2等接口。
(2)并行传输 (LPT1 LPT2)
? 所谓并行传输，
是指通过多条数
据线将数据信息
的各位二进制数
同时并行传送，
每位数要各占用
一条数据线。
并行传输特点
? 这种方式通信速度快, 但各位数据必须要求同时发送,
并按同一速度传送, 接收单元才能收到完整而准确的
信息, 若各位数据发送速度快慢不一时, 就可能收到
错误信息 。 因而, 必须使用专门技术和专门设备进行
接收, 制作成本较大 。
? 与并行传输相对应，在计算机主机上都配有适用于多
种打印机、绘图仪的并行接口，如 LPT1,LPT2等。
5 同步传输与异步传输
? 1．同步传输
? 2．异步传输
（ 1） 同步传输
? 同步传输是指每一个数据位都是用相同的时间间隔发
送，而接收时也必须以发送时的相同时间间隔接收每
一位信息。
（ 2） 异步传输
? 串行通信常采用异步传输方式。
? 由于接收单元不能准确预计什么时候要接收下一个数
据串，因此发送单元在发送任意数据串之前首先发送
一位二进制数进行报警，称为起始位，起始位之值为
,0”。
? 在发送起始位, 0”后，马上就接着发送数据串。
? 当发送数据信息完毕后，相应地在其后加上 1位或 2位
二进制数，用来表示数据传送结束，叫做停止位，其
值为, 1”。
6 有无应答的数据传输
? 数据发送单元可以要求接收单元在接收到数据后发出回答信
号, 也可以不要求发出回答信号 。
? 如果是前者, 发送单元在发送一组数据后, 必须等待接收单
元的回答信号, 即承认信号 （ ACK） 或不承认信号 （ NCK）,
当收到承认信号后, 再传送下一组数据, 如果收到不承认信
号, 发送单元将原数据再传送一次 。
? 如果是后者, 发送单元将不考虑接收单元的反应, 一个接一
个地发送数据 。
7 数据传输速度
? 数据传输速度 （ 也叫波特率 ） 的快慢, 用位／秒 （ b/s）
表示, 即每秒钟传输数据的位数 。
? 例：如果数据传送的速率为 120个字符／ S,而每个字符
又包含 10位 （ 起始位 1位, 数据位 7位, 校验位 1位, 停止
位 1位 ）, 则波特率为 1200（ b/s） 。
? 常见的波特率有,75,150,300,600,1200,1800，
2400,4800,9600等。
2.7.2全站仪通信参数的设置
? 1确认全站仪数据是存放到内存中还是传输到外设, 如果是传输到外设,
就需设置打开 RS－ 232C串口；
? 2设置全站仪测量方式, 一般为, 水平角, 天顶距, 斜距, 测量方式；
? 3设置全站仪测量边长的观测次数, 一般为 l次；
? 4设置全站仪的边长观测方式, 一般在, 精测, 粗测, 跟踪, 中选择
,精测,’ 或, 跟踪, 模式；
? 5设置通信参数的波特率：有 1200,2400,4800,…… ；
? 6设置通信参数的校验方式：有 N（ 无 ）, O（ 奇 ）, E（ 偶 ） 等；
? 7设置通信参数的数据位：有 7位, 8位两种；
? 8设置通信参数的停止位：有 1位, 2位；
? 9设置通信的数据流控制 （ XON／ XOFF）,选, 是, 或, 否, ；
? 10设置通信的数据段落结束或换行标志：有, 回车／换行 （ CR／ LF）,
回车 （ CR）, 换行 （ LF）, 等提供选择 。
? 11设置计算机的通信口是否打开, 一般设为 COM1,并使计算机的各
项通信参数与全站仪一致 。
徕卡（ Leica）全站仪数据通信
? 1．设置波特率语句为,SET MODE 70 RUN no RUN
– no—0,1,2,…, 6,7
? 2．设置校验项语句为,SET MODE 71 RUN nl RUN
– nl＝ 0,1,2
? 3．设置终止符语句为,SET MODE 73 RUN n2 RUN
– n2＝ 0,1
MAPSUV测图软件中全站仪数据通信设置
