全站仪在建筑测量与质量控制中的应用

杨佳嘉

（云南工业技师学院，云南曲靖 655000）

1 全站仪

1.1 全站仪的特点

全站仪的光路比较简单，内部配置双肘补偿器，并集成许多数据总线，可与外部数据处理设备连接，实现数据的精确测量与数据处理。全站仪的出现不仅提高了测量速度和测量精度，也节省了计算时间和人工计算成本。全站仪的主要特点有：

（1）应用简单的测量原理完成数据的测量。全站仪应用的原理主要有光学原理和电力电子原理。全站仪的光学器件主要是望远镜，由物镜、聚光棱镜、目镜等组成，主要用作角度测量和距离测量。全站仪的测量光路包括内光路和外光路，主要用来完成距离的测量。

全站仪包括2个电气部分，由光栅度盘或编码度盘、光电测角仪器等组成的角度测量部分和由发光二极管、接收管、电子电路组成的距离测量部分，这2个部分使用串口的方式连接为整体，完成电子经纬仪及测距仪的全部功能。

（2）使用全站仪只需对反射棱镜进行一次照准操作，便能完成对建筑材料的斜距和水平以及垂直角度的测量，并保存测量得到的数据。

（3）方便的通信接口与数据总线。全站仪集成常用的通信接口和数据总线，能与其他外设进行数据互通。将全站仪的主机与外设或计算机连接起来，能够完成数据的采集、处理和管理等一系列操作，完成快速和精确的测量，节省人力物力。

（4）微控制单元（Microcontroller Unit；MCU）控制测量与计算过程。利用MCU控制全站仪的测量和计算，能实现对全站仪的计算和整体测量进行控制，对测量导线进行测量，并进行气象改正、碎部测量和施工放样等计算。

（5）自动测量仪器竖轴和水平轴的倾斜误差。仪器内部设置有双轴补偿器，可自动测量仪器的竖轴和水平轴之间的倾斜误差。

1.2 工作原理

全站仪通过光学部分和电气部分的功能完成角度测量和距离测量，测量原理简单易懂。全站仪集成常用的数据总线和通信接口等，应用方便。

（1）电子测角技术。电子测角技术即是使用电气设备进行角度测量的技术，该技术主要包括2种角度测量原理，一种是利用光栅进行角度测量的原理，光栅测角即是将间隙相同、大小相仿的纹路刻在光学板上，通过光的衍射效应对角度进行测量。光栅测距时要注意径向反光槽必须呈辐射状，避免造成测量角度的不准确。另一种是编码测角，编码测角的原理在应用中与光栅测角相似，2种测角原理的不同点是编码区域所代表的二进制位数不同，编码测角通过从编码板获取相应的数位进制，得到角度的原始数值，通过计算机处理后可得到实际测量的角度值。

（2）相位与脉冲测量技术。相位测量技术和脉冲测量技术是目前应用较广泛的技术。相位测量技术需要依靠全站仪发生连续不断正弦信号，让被测量物体产生相位差，从而计算出距离。全站仪所应用的光源为激光，通过激光器可释放带有脉冲的信号，利用脉冲信号来获取被测量物体的距离的技术就是脉冲测量技术。脉冲测量技术通过计算从物体接受信号到物体反弹信号所经历的时间可确认所测量的数据是否准确，这也是施工现场经常使用脉冲测量的原因之一。

2 全站仪在质量控制中的应用

全站仪广泛应用在建筑测量、高层和大型工程的施工测量工作中。全站仪在建筑测量质量控制中的应用也很多，如复核初始数据、通过坐标放样建立平面控制、高程控制和观测建筑物的沉降与偏移等。

（1）进入测量现场，复核初始数据。进入测量现场，需要对被测量物体的起始数据进行复核，此时可用全站仪确认城市导线点的角度测量、距离测量以及联测数据的精度是否满足测量要求。全站仪测量能够避免当两城市导线点之间距离较远时的普通光学仪器测量出现较大误差的问题，从而提高建筑的质量。

（2）通过坐标放样建立平面控制。坐标放样功能可以准确地测量建筑物的整体平面，在平面控制网的基础上实现对建筑物的定位，主要步骤：通过图纸得出目标点的坐标；利用全站仪形成方格网，确定控制网点；设置全站仪的参数，并输入测站点的坐标、目标高度等；方位角的启动与后视点坐标的输入；启动坐标放样模式，输入待放样点坐标，并设置水平角度为零；通过移动棱镜的方式控制误差在允许范围内。

平面控制网利用整体控制局部和高精度控制低精度的原则作为建筑定位的基本依据。全站仪的坐标放样功能能够方便地测出建筑的平面控制网，并加密为建筑的方格网。

（3）高程控制。全站仪可通过三角高程测距进行高程控制，能够对质量进行高精度的控制，这是将全站仪应用到质量控制中的一大好处。应用全站仪进行高程控制的步骤：在标准点附近设置全站仪；将带棱镜的测杆设置在测试点和标准点；启动全站仪的距离测量模式并队全站仪进行必要的调整；进行全站仪与标准点之间和所要求出的两点之间的水平距离、倾斜距离和高度差；在相应的位置设置水准仪对楼层和其他位置之间的高程进行控制。

高程测量的工作量大，是测量工作的中的重要组成部分。全站仪利用高精度的三角高程测距可高效地实现高程的控制，具有外部干扰少、测量的工作量少和引测速度快等特点。全站仪本身集成了先进的光学设备和电气设备，具有较高的自动化程度，能够在一定程度上减少人为操作带来的测量误差，节省人力物力和财力等。

（4）建筑物的沉降与偏移。大建筑物的安全系数要求很高，必须精确地对大型建筑物进行测量，反复监测，避免因测量误差而产生的安全事故。对大型建筑物进行沉降与偏移的主要步骤：在建筑物周围设置多个监测点观察和测量大型建筑物基坑；计算2个通视的基准点的坐标和高程并记录作为参考依据；将全站仪设置在一个基准点的点位上，另一个基准点则变为后视点；反复检测监测点的三维坐标并记录监测数据；最后对所测量的数据进行比较分析得出建筑物的沉降以及偏移情况，通过反复地对监测和对数据进行比较分析，及时处理建筑物的沉降和偏移情况，则可对建筑物进行有效的控制。

3 使用全站仪的注意事项

（1）全站仪应工作在适当的环境中，如应在使用全站仪前将全站仪与外部的测量环境相适应，全站仪的仪器温度与外部测量环境温度相适应，避免在不合适的环境中使用全站仪，否则可能导致全站仪的工作不稳定，测量的数据不精确等。

（2）全站仪应在合适的温度中使用，外部环境温度和仪器自身的温度过高或过低都会导致仪器的测量精度不够。因此，在使用全站仪进行测量时应尽量避开严寒或者炎热环境。如果必须要在温度不适宜的环境中使用全站仪时，测量人员应及时做好相应的措施，保证测量的准确性。

（3）全站仪应妥善地处理和保管。全站仪应由专业的人员保管，运输时应尽量避免颠簸路段并由专人保护，轻拿轻放，防止过多地振动仪器中的零部件，导致零件损坏不能正常使用和降低测量的精度与准确度等。

（4）维修人员应对全站仪进行定期的检查和维修，一般全站仪每年校验一次，目的是确保仪器中的零部件是完好无损的，能够进行重复测量而不影响测量的精确度。如果没有对全站仪进行检修的话，一般不推荐再次进行测量。

4 结语

全站仪主要由光学器件、电子元件、机械结构等组成，可实现对建筑物的角度和距离的测量，并进行数据处理。全站仪应用简单的测量原理完成数据的测量，其组成结构、操作方法比较简单，并集成有通讯接口和数据总线，实现设备间的数据互通。全站仪在建筑测量质量控制中的应用包括复核初始数据、平面控制、高程控制和建筑物的沉降与偏移。在使用时应注意要将全站仪应工作在适当的环境中，在合适的温度中使用，并妥善处理、保管全站仪和进行定期检修等，保证全站仪的测量精确度。

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