全站仪在工程中的应用及其精度分析－毕业论文(编辑修改稿)

全站仪在工程中的应用及其精度分析－毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

测距的基本方法可以分为脉冲法测距、相位法测距 、干涉法测距 ： (1)脉冲法测距。 脉冲法测距就是直接测定间断电磁脉冲信号在被测距离上往返传播所需的时间 t2d，利用公式计算距离 D。 其测时方法为：当测距仪向反射器发射一个脉冲信号的同时，还给触发器发出一个触发脉冲，经过触发器去打开电子门，电子门一打开，记时用的时标脉冲就通过电子门进入计数器。 当发向反射器的脉冲信号被反射器反射回测距仪，经过测距仪接 收后．也送入触发器，通过触发器去关闭电子门，电子门被闭合后，时标脉冲就不能通过电子门。 那么计数器上记录下的时标脉冲个数 m，将对应于测距脉冲信号在被测 D上往返传播所需的时间 t2d。 时间越长，通过脉冲信号越多，反之就越少，根据时标脉冲的个数就可以计算出时间 t2d．从而获得距离。 (2)相位法测距。 鉴于简单脉冲法原理的弱点．人们发明了相位法测距，又叫间接法测距。 它不需直接测定电磁波往返传播的时间，而是直接测定由仪器发出的连续正弦电磁被信号在被测距离上往返传播而产生的相位交化 (即相位差 )，根据相位差求得传播时间，从 而求得距离 D。 (3)干涉法测距。 干涉法测距是利用波的干涉原理通过发射波和接收波的干涉实现距离测量。 分两种测量原理：①通过记录被测目标移动时光波移动的周期数来推算距离。 ②测量原理也是将发射波和接收波叠加形成驻波 (干涉 )，通过调整调制频率搜索驻波的波节点的变化来推算被测距离。 电子测角原理 (1)编码度盘测角的基本原理和方法。 利用编码度盘进行测角是电子经纬仪中采用最早 ， 也较为普遍的电子测角方法。 它是以二进制为基础 ， 将光学度盘分为若干区域 ，每一区域可以用某一二进制码来表示。 这样， 当照准方向确定后 ， 方向 的投影落在度盘的某一区域上， 即该方向 与某一二进制码相对应。 通过发光二极管 和接收二极管，将度盘上的二进制码信息传换成电信号 ， 再通过模数转换 ， 得到一可读角值。 由于每一个都单值对应一个编 码输出， 不会由于停电或其它原因而改变 这种对应关系。 另外，利用编码度盘不需 要基准数据， 也没有基准读数方向值的影响 ， 就可以得出绝对方向值。 因此有时人们把这种方法称为绝对式测角法。 (2)光栅度盘测角的基本原理和方法。 在电子经纬仪中， 另一种广泛使用的测角 8 方法是 用光栅度盘测角。 光栅是指均匀有间隔很小栅线的光学玻璃。 若栅线刻在 度盘上就构成了光栅度盘 ， 光栅度盘的栅线可以是直线 ，也可以是曲线。 在电子经纬仪闪光栅度盘上刻的都是辐射状的直线 ，辐射中心通常与度盘的圆心重合， 故也叫中心辐射光栅度盘。 另外， 如按光栅的使用特性，可分为相位光栅和振幅光栅；按光栅度盘读数的光学原理， 可分为透射光栅和反射光栅。 在电子经纬仪中要实现测角 ，通常是由两个光栅度盘构成， 其中一个称为主光栅 ，另一个称为指示光栅。 利用光栅度盘测角就是要测定从起始方向两光栅度盘相对移动的 光栅数， 故这种测角方法也叫增量式测角方法。 (3)动态度盘测角的基本原理和方法。 动态度盘测 角系统主要由光栅度盘及其驱动系统，与仪器底座连接在一起的固定光栅探测器和与照准部连接在一起的活动光栅探测器，以及数字测微系统等组成。 当执行测量指令时，度盘在驱动系统马达的带动下，以一定的速度旋转。 当度盘透光条文通过光电探测器时，输出高电平；不透光条文通过光电探测器时，则输出低电平。 随着度盘的连续旋转，两个探测器分别都输出方波信号。 动态度盘测角的最大特点就是度盘全周分划都参与扫描测角，有效地消除了度盘分划误差的影响。 另外通过对径设置两个探测器，可进一步消除度盘偏心差的影响。 全站仪的基本功能 全站 仪的 基础测量功能主要是测量水平角、竖直角以及距离， 但它还配备有微处理系统，并且有一定的内存运行空间和可移动存储设备 (如 PCMCIA 卡 )，具有典型的PC 微机结构。 因此全站仪像计算机 一样， 可以运 行较为复杂的应用测量程序，对获取的角度和距离等数据作进一步处理，这就形成了相应的专项测量功能。 全站仪的专项测量功能大大减轻了野外测量的劳动强度，极大地提高了测量工作效益，正成为全站仪不可或缺的重要组成部分。 目前，常见的专项测量功能主要有以下几种 [3]： 坐标测定 坐标测定 ， 是通过 在已知点上架设仪器，根据测 站点和定向点的坐标或定向方位角，对任一目标点进行观测，获得目标点的坐标值。 坐标放样 坐标放样，是 已知仪器点坐标和后视点坐标或已知仪器点坐标和后视方位角，即可进行坐标放样，需要时也可进行坐标变换。 9 偏心测量 偏心测量 ,就是反射棱镜不是放置在待测点的铅垂线上而是安置在与待测点相关的某处间接地测定出待测点的位置。 目前全站仪偏心测量 的应用主要 有下列 4 种常用方式 [4]：① 角度偏心测量 ；② 单距偏心测量 ；③ 圆柱偏心测量 ；④ 双距偏心测量 对边测量 对边测量也称为间接测距。 当两 点之间不能直接测距时，可将全站仪安置在能够观测到两点的任意位置，利用全站仪能同时观测仪器与镜站 间 的斜距、竖直角、水平角，间接计算两镜站点问的水平距离。 该方法设站灵活，操作简单， 能 快速的测量出 两个不可通视点之间的水平距离。 三角高程测量 三角高程测量， 是将全站仪安置在已知高程的测点上 ,在待测点上安置棱镜 ,量取仪器高和棱镜高 ,采用单项或对向观测法测定两点间的距离和竖直角 ,按三角原理计算高差。 它在实际的应用中主要有三种方式：① 全站仪单向三角高程测量 、② 全站仪对向三角高程测量 、③ 全站仪中点法高程测量 悬高测量 所 谓悬高测量， 就是测定空中某点距离某个水平面 ( 通常为下面的地面 )的高度。 首先把反射棱镜设立在欲测目标点的天底点 (即过目标点的铅垂线与地面的交点 ),输入反射棱镜高 ， 然后照准反射棱镜进行距离测量 ,再转动望远镜照准目标点 ,便能实时显示出目标点至地面的高度。 自由设站 自由设站即在未知点上安置仪器来确定其坐标，这时要求至少有两个已知点作为后视点，观测水平角、竖直角、距离、仪器高和目标高全部要素，通过计算求得该测站点的坐标。 面积计算 面积 计算 [5]即测定某一多 边形地块的面积 ， 常常用于地籍调查 、 城市规划 、 土方量测算以及资产评估等领域 ， 是一项经常性的工作。 首先将全站仪安置于适当位置 ， 并将地块界址点依序按顺时针方向排列编号为 3„„ n 等 ，然后 将反射棱镜依次置于 1 、 3„„ n点。 当观测完 n个点后 ， 仪器自动显示由此 n个点组成的一个面积。 全站仪在实际工程中的应用 全站仪的普及和使用，给工程测量带来了深刻的变革。 基于全站仪的功能与特性， 10 全站仪将是实现高效率、高精度的最佳选择，这都促使其被广泛地应用 于各个领域。 全站仪 在工程施工中的 应用 全站仪在导线测量中的应用 如图 22， 为 某 村测图时采用 的图根闭合导线 [6 ,7]， 共设 了 30 多个点。 A、B 为已知 点 ， 其坐标 和高程 分别为(XA,YA),HA， (XB,YB),HB。 Si 为待测导线点。 在导线点坐标测量前，先依控制网等级及大致边长在全站仪上设置平距、方位角、高差的误差限以供测站检核。 在已知坐标点 A对中、整平后进入坐标测量程序进行测站数据的输入，后视点 B的设置有两种方式：①输入已知方位角（若为独立坐标系统，初始方位可设置磁北方向）；②输入已知点 B的坐标。 设置距离测量各参数如气温、气压及测量 模式。 输入测站点仪器高 ih、反射镜目标高 th。 在 所有设置完成后，全站仪精确照准后视点 B 点，进行后视点测量检核，至此建站完成。 在坐标测量程序提示下，全站仪精确照准 S1 点，仪器对 S1点进行观测，显示该点坐标值。 然后将仪器搬至 S1 点，调用 S1 点的初测坐标作为测站数据，调用后视点 A点坐标进行方位角设置，输入距离测量各参数仪器高ih 及目标高 th。 按上述方法设置完成后，即可对下一导线点 S2 点进行坐标测量。 就这样依次 采用已知点设站方式依次搬站至 S2， S3，„， Sn3 点 分别以 S1， S2，„，Sn4 点 为已知后视点测得 S3， S4，„， Sn2 的坐标值。 对边测量在测制横断面中的应用 绘制横断面图所需的量为两个 [8]：水平距离和高差， 也就是在横断面方向上， 中桩点到最近变坡点之间 、 相邻变坡点之间的水平距离和高差 ， 或者 ， 中桩点到各个变坡点的水平距离和高差。 而全站仪对边测量刚好可以很方便地获得这两个量。 首先在任意合适位置摆设全站仪 ， 选择对边测量连续式 ， 输入中桩上棱镜高并照准棱镜进行测量。 然后 ， 再按离中桩由近到远的顺序测量横断面左部分的各个变坡点 ， 则可获得图 22 闭合导线 11 横断面左部分的中桩点到最近变坡点之间 、 相邻变坡点之间的水平距离和 高差。 同样操作 ， 可以获得横断面右部分的中桩点到最近变坡点之间 、 相邻变坡点之间的水平距离和高差。 最后 ， 根据获得的数据 ， 选择合适的比例尺后就可以绘制横断面图 ， 绘图既可以在现场边测边绘 ， 也可以在室内绘制 ， 既可以手工绘制 ， 也可以计算机绘制。 如果刚才设站的位置 合适 ， 还可以测制其它位置的横断面图。 当然 ， 也可以选择对边测量放射式测制横断面图 ， 操作方法大同小异。 全站仪在建筑工程放样中的应用 [9] (1)全站仪放样已知方向的长度 ： 由于全站仪一般都具有斜距换算平距功能。 因此 ， 使用全站 仪放样长度的方法很简单。 具体步骤可如下： 如图 23 所示安 图 23 全站仪放样已知方向的长度示意图 置 全站仪于 A 点， 照准放样方向 B， 将温度 湿度、 气压及各种参数输入全站仪中。 在目标方向线 A 上移动反光 镜， 当全站仪平距显示为待放样距离 S 时，固定反光镜， 整平后 ， 松开制动螺旋 ，在三角架上平移反光镜到目标方向、 并使显示器为待放样值 S 为止，固定反光镜。 将反光镜中心投影到地面上定一点 P′， 此点 即为持定点 .其 AP′ 距离为近似的放样值 S。 若要求放样长度精度较高时， 在上述放样后 ， 用归化法进 行改正。 在 P′ 点精确安置反光镜 ,用全站仪测量该距离 ,其值 为 S′ ,差值为 △ S=SS′。 在 AB方向线上， 按 △ S 的符号， 向前 (后 ) 量取 △ S，定点 P,则 P 点为最终点位， AP=S。 (2)全站仪放样已知角度：在一些建筑工程建设过程中，经常需根据已知方向放样出一 个 直角或任意角度，其具体步骤可如下：如图 24 所示安置全站仪于 A 点，将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。 在 B 点 (已知方向点 ) 安置 图 24 全站仪放样已知角度示意图 反光镜。 照准反光镜 B， 并使仪器显示角值为 0176。 00′ 00″。 顺时针转动照准部瞄准另一反光镜，移动这面反光镜，直到全站 仪显示器显示角值为放样的角值 (β )，固定反光镜，将反光镜中心投影到地面上定一点 P，则 AP方向即为要放样的方向。 12 (3)全站仪放样高程点 ：假设建筑工程场地附近有一已知高程点 A， 其高程为 HA，放样的高程点高程为 Hp， 则放样步骤如下 ： 如图 25所示安置全站仪于 A点， 量仪器高，将温度、 湿度、气压及各种参数输入全站仪中。 在放样的 图 25 全站仪放样高程点示意图 地方安置反光镜， 测出反光镜的镜上中心高程 Hi， 并计算 △ h=HiHp。 从反光镜的镜上中心向上 (下 )量取 △ h 定出一点 P， 则此 点即为要放样的高程点。 全站仪在 工程检测 中的 应用 悬高测量在高度检测中的应用 [10] 某炼油厂架设油罐的承重立柱，立柱之间用钢筋以焊接方式联接，起到稳定立柱的作用。 本实例的情况是在已经装配好的立柱上，有部分钢筋预埋件的高度不正确，造成钢筋不能按要求位置焊接，是装配立柱过程中产生的问题，还是立柱预制时预埋件位置有错误。 经了解，立柱的高度是正确的，并且利用附近的可靠高程点和已有资料检查， B 点高度也符合要求。 设计的两根钢筋的长度和角度关系应该在图 26 中的A， D 和 B， C 时位置才 正确。 但在立柱上相应的 A、 C 位置却没有钢筋预埋件 ， 而设在 A′ 和 A″ ， C′ 和 C″ 各点的预埋件却用不上，这一问题可以利用全站仪的悬高测量功能来进行检核 ，得到 A′ B、 A″ B、 C′ D 和 C ″ D的铅锤距离，以此来判断 钢筋预埋件的高度 是否 正确。 全站仪在高层建筑物垂直度检测中的应用 [11] 如图 27所示，为测量高层建筑物某一墙体上两个柱体 12 和 34 的垂直度误差，可建立如图中所示的 XOY 坐标系，该坐标系以该墙体的一个角点为坐标原点 O（本图中O 点与 2 号点共点） ,平行于墙体的方向为 X 轴，过 O点且垂直 墙面的方向为 Y 轴。 若12 和 34 柱体没有垂直度误差，则同一柱体的上部点 1 或 3 应该与其对应的下部点 2或 4 的平面坐标一致；若该柱体存在垂直度误差，则 1 或 3 与其对应的下部点 2 或 图 26 立柱钢筋预埋件高度示意图 13 4 的平面坐标就不一致，此时可根据其 X、 Y 方向坐标。