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【摘 要】 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等单元组成的三维坐标测量系统，能自动显示测量结果，能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于仪器较完善地实现了测量和处理过程的电子一体化，所以人们通常称之为全站型电子速测仪，简称全站仪。
【关键词】 全站仪；定位系统；工程测量
一、全站仪的分类
人们根据电子测角系统和电子测距系统的发展，把两种系统结构配置在一起构成全站仪。按其结构形式，全站仪分成两大类：积木式和整体式。
积木式，也称组合式，是指电子经纬仪和测距仪可以分离开使用，照准部与测距轴不共轴。作业时，测距仪安装在电子经纬仪上，相互之间用电缆实现数据通信，作业结束后卸下分别装箱。这种仪器可根据作业精度要求，用户可以选择不同测角、测距设备进行组合，灵活性较好。
整体式，也称集成式，是将电子经纬仪和测距仪融为一体，共用一个光学望远镜，使用起来更方便。
目前世界各仪器厂商生产出各种型号的全站仪，而且品种越来越多，精度越来越高。常见的有日本（SOKKIA）SET系列、拓普康（TOPCON）GTS系列，尼康（NIKON）DTM系列、瑞士徕卡（LEICA）TPS系列，我国的NTS和ETD系列。随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型、马达驱动型等各种类型的全站仪，使得这一最常规的测量仪器越来越能满足各项测绘工作的需求，发挥更大的作用。
全站仪由以下两大部分组成：
①采集数据设备：主要有电子测角系统、电子测距系统，还有自动补偿设备等；
②微处理器：微处理器是全站仪的核心装置，主要由中央处理器、随机储存器和只读存储器等构成，测量时，微处理器根据键盘或程序的指令控制各分系统的测量工作，进行必要的逻辑和数值运算以及数字存储、处理、管理、传输、显示等。
通过上述两大部分有机结合，才真正地体现“全站”功能，既能自动完成数据采集，又能自动处理数据，使整个测量过程工作有序、快速、准确地进行。
二、全站仪的功能
全站仪按数据存储方式分为内存型和电脑型两种。内存型全站仪的所有程序都固化在仪器的存储器中，不能添加或改写，也就是说，只能使用全站议提供的功能，无法扩充。而电脑型全站仪内置操作系统，所有程序均运行于其上，可根据实际需要添加相应程序来扩充其功能，使操作者进一步成为全站仪功能开发的设计者，更好地为工程建设服务。
全站仪的基本功能如下：
1、测角功能：测量水平角、竖直角或天顶距。
2、测距功能：测量平距、斜距或高差。
3、跟踪测量：即跟踪测距和跟踪测角。
4、连续测量：角度或距离分别连续测量或同时连续测量。
5、坐标测量：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，获得目标点的三维坐标值。
6、悬高测量[REM]：可将反射镜立于悬物的垂点下，观测棱镜，再抬高望远镜瞄准悬物，即可得到悬物到地面的高度。
7、对边测量[MLM]：可迅速测出棱镜点到测站点的平距、斜距和高差。
8、后方交会：仪器测站点坐标可以通过观测两坐标值存储于内存中的已知点求得。
9、距离放样：可将设计距离与实际距离进行差值比较迅速将设计距离放到实地。
10、坐标放样：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，即可进行三维坐标放样，需要时也可进行坐标变换。
11、预置参数：可预置温度、气压、棱镜常数等参数。
12、测量的记录、通信传输功能。
全站仪除了上述的功能外，有的全站仪还具有免棱镜测量功能，有的全站仪还具有自动跟踪照准功能，被喻为测量机器人。
三、全站仪在工程测量中的应用
现代电脑型全站仪在一个测站上，不仅能同时测得水平角、竖直角及距离以及根据观测数据自动计算出待定点的三维坐标，还附带许多应用软件，如设计坐标和高程的放样、圆曲线元素的计算和设计数据的放样等，使全站仪在各种工程中得到了广泛的应用，大大提高了工程测量的工作效率和精度。
路线圆曲线测设程序用于圆曲线上里程桩测设，可以通过各种参数的组合对圆弧进行定义，计算圆弧上里程桩的坐标，直接进行放样。
在路线的纵、横断面测量时，可以利用全站仪用三维坐标测量和测设的方法，在测设路线中桩的同时测定其高程，自动记录数据并与计算机联机通信，使测量数据直接进入微机，为路线测量的自动化和路线纵断面图的机助绘制提供了条件。路线横断面测量程序可以自指定的中线里程桩起，自动对整桩编号，利用三维坐标测量程序测定横断面点的坐标，并自动记录。
四、全球定位系统在道路工程测量中的应用
随着国家经济建设的飞速发展，高等级道路建设工程越来越多，道路测设的速度、精确度就显得尤为重要，传统上一般用全站仪或经纬仪进行控制测量和桩点放样。随着全球卫星定位技术GPS的飞速发展，它以高效率、高精度等优点在道路工程上也开始应用。目前GPS实时动态定位技术（RTK测量模式），更是以实时、快速、操作简单而越来越受到工程测量者们的青睐。
GPS定位技术在工程的平面控制测量中，常用的方法是用全站仪或经纬仪加测距仪沿线布设导線，由于路线较长，横向误差容易积累，导线延伸到一定长度，必须符合到国家平面控制点上进行校验校正，由于沿线大多为农村或山林地区，控制点稀少，通视条件差，给导线的连测造成困难。而用GPS进行控制测量，则不受距离和通视条件的限制，可以方便地与国家或城市控制点连测，按路线的进展需要而布设。
GPS控制网的布设应根据沿线地形地物、作业卫星状况，精度要求等因素进行综合设计。因为GPS控制网作为首级控制网时，需采用其他测量方法进行加密，故沿路线两侧每隔5～10km布设一对GPS点，理论上GPS点观测时只需3个GPS点上架设GPS仪同时观测即可确定这3个点的坐标。考虑到测量本身的特点采用4台GPS仪同时观测4个GPS点，这样可大大加快全线的测量速度。GPS静态定位和动态技术相结合的方法可以高效，高精度地完成平面控制测量。
随着GPS技术特别是RTK技术的发展，其初始化时间越来越短，跟踪能力也越来越强，精度越来越高，可靠性越来越强，有着良好的性价比。实时动态定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破。GPS静态定位、准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，同时无法及时对观测数据进行检核，这就难以保证数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题可通过延长时间来保证测量数据的可靠性，但这样一来则降低了GPS测量的工作效率。实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通信是实时动态测量的保证，其原理是了取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示流动站的三维坐标和测量精度。这样就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。
动态定位在工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集诸多方面。动态定位模式可以完成地形测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面测量线等工作。整个测量过程在无须通视的条件下，测量1-3s，精度就可以达到10-30mm，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。RTK技术具有很大的优点：实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果；彻底摆脱了由于精差造成的返工，从而提高了GPS作业效率；作业效率高，每个放样点只需要停留1-2s，流动站小组作业（1-3人）每天可完成中线测量5-10km。若用其进行地形测量，每小组每天可完成0.8-1.5（km）2的地形测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的；在中线放样的同时完成中桩抄平工作；RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势，因此在工程实践得到广泛应用。
【关键词】 全站仪；定位系统；工程测量
一、全站仪的分类
人们根据电子测角系统和电子测距系统的发展，把两种系统结构配置在一起构成全站仪。按其结构形式，全站仪分成两大类：积木式和整体式。
积木式，也称组合式，是指电子经纬仪和测距仪可以分离开使用，照准部与测距轴不共轴。作业时，测距仪安装在电子经纬仪上，相互之间用电缆实现数据通信，作业结束后卸下分别装箱。这种仪器可根据作业精度要求，用户可以选择不同测角、测距设备进行组合，灵活性较好。
整体式，也称集成式，是将电子经纬仪和测距仪融为一体，共用一个光学望远镜，使用起来更方便。
目前世界各仪器厂商生产出各种型号的全站仪，而且品种越来越多，精度越来越高。常见的有日本（SOKKIA）SET系列、拓普康（TOPCON）GTS系列，尼康（NIKON）DTM系列、瑞士徕卡（LEICA）TPS系列，我国的NTS和ETD系列。随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求，出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型、马达驱动型等各种类型的全站仪，使得这一最常规的测量仪器越来越能满足各项测绘工作的需求，发挥更大的作用。
全站仪由以下两大部分组成：
①采集数据设备：主要有电子测角系统、电子测距系统，还有自动补偿设备等；
②微处理器：微处理器是全站仪的核心装置，主要由中央处理器、随机储存器和只读存储器等构成，测量时，微处理器根据键盘或程序的指令控制各分系统的测量工作，进行必要的逻辑和数值运算以及数字存储、处理、管理、传输、显示等。
通过上述两大部分有机结合，才真正地体现“全站”功能，既能自动完成数据采集，又能自动处理数据，使整个测量过程工作有序、快速、准确地进行。
二、全站仪的功能
全站仪按数据存储方式分为内存型和电脑型两种。内存型全站仪的所有程序都固化在仪器的存储器中，不能添加或改写，也就是说，只能使用全站议提供的功能，无法扩充。而电脑型全站仪内置操作系统，所有程序均运行于其上，可根据实际需要添加相应程序来扩充其功能，使操作者进一步成为全站仪功能开发的设计者，更好地为工程建设服务。
全站仪的基本功能如下：
1、测角功能：测量水平角、竖直角或天顶距。
2、测距功能：测量平距、斜距或高差。
3、跟踪测量：即跟踪测距和跟踪测角。
4、连续测量：角度或距离分别连续测量或同时连续测量。
5、坐标测量：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，获得目标点的三维坐标值。
6、悬高测量[REM]：可将反射镜立于悬物的垂点下，观测棱镜，再抬高望远镜瞄准悬物，即可得到悬物到地面的高度。
7、对边测量[MLM]：可迅速测出棱镜点到测站点的平距、斜距和高差。
8、后方交会：仪器测站点坐标可以通过观测两坐标值存储于内存中的已知点求得。
9、距离放样：可将设计距离与实际距离进行差值比较迅速将设计距离放到实地。
10、坐标放样：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，即可进行三维坐标放样，需要时也可进行坐标变换。
11、预置参数：可预置温度、气压、棱镜常数等参数。
12、测量的记录、通信传输功能。
全站仪除了上述的功能外，有的全站仪还具有免棱镜测量功能，有的全站仪还具有自动跟踪照准功能，被喻为测量机器人。
三、全站仪在工程测量中的应用
现代电脑型全站仪在一个测站上，不仅能同时测得水平角、竖直角及距离以及根据观测数据自动计算出待定点的三维坐标，还附带许多应用软件，如设计坐标和高程的放样、圆曲线元素的计算和设计数据的放样等，使全站仪在各种工程中得到了广泛的应用，大大提高了工程测量的工作效率和精度。
路线圆曲线测设程序用于圆曲线上里程桩测设，可以通过各种参数的组合对圆弧进行定义，计算圆弧上里程桩的坐标，直接进行放样。
在路线的纵、横断面测量时，可以利用全站仪用三维坐标测量和测设的方法，在测设路线中桩的同时测定其高程，自动记录数据并与计算机联机通信，使测量数据直接进入微机，为路线测量的自动化和路线纵断面图的机助绘制提供了条件。路线横断面测量程序可以自指定的中线里程桩起，自动对整桩编号，利用三维坐标测量程序测定横断面点的坐标，并自动记录。
四、全球定位系统在道路工程测量中的应用
随着国家经济建设的飞速发展，高等级道路建设工程越来越多，道路测设的速度、精确度就显得尤为重要，传统上一般用全站仪或经纬仪进行控制测量和桩点放样。随着全球卫星定位技术GPS的飞速发展，它以高效率、高精度等优点在道路工程上也开始应用。目前GPS实时动态定位技术（RTK测量模式），更是以实时、快速、操作简单而越来越受到工程测量者们的青睐。
GPS定位技术在工程的平面控制测量中，常用的方法是用全站仪或经纬仪加测距仪沿线布设导線，由于路线较长，横向误差容易积累，导线延伸到一定长度，必须符合到国家平面控制点上进行校验校正，由于沿线大多为农村或山林地区，控制点稀少，通视条件差，给导线的连测造成困难。而用GPS进行控制测量，则不受距离和通视条件的限制，可以方便地与国家或城市控制点连测，按路线的进展需要而布设。
GPS控制网的布设应根据沿线地形地物、作业卫星状况，精度要求等因素进行综合设计。因为GPS控制网作为首级控制网时，需采用其他测量方法进行加密，故沿路线两侧每隔5～10km布设一对GPS点，理论上GPS点观测时只需3个GPS点上架设GPS仪同时观测即可确定这3个点的坐标。考虑到测量本身的特点采用4台GPS仪同时观测4个GPS点，这样可大大加快全线的测量速度。GPS静态定位和动态技术相结合的方法可以高效，高精度地完成平面控制测量。
随着GPS技术特别是RTK技术的发展，其初始化时间越来越短，跟踪能力也越来越强，精度越来越高，可靠性越来越强，有着良好的性价比。实时动态定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破。GPS静态定位、准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，同时无法及时对观测数据进行检核，这就难以保证数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题可通过延长时间来保证测量数据的可靠性，但这样一来则降低了GPS测量的工作效率。实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通信是实时动态测量的保证，其原理是了取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示流动站的三维坐标和测量精度。这样就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。
动态定位在工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集诸多方面。动态定位模式可以完成地形测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面测量线等工作。整个测量过程在无须通视的条件下，测量1-3s，精度就可以达到10-30mm，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。RTK技术具有很大的优点：实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果；彻底摆脱了由于精差造成的返工，从而提高了GPS作业效率；作业效率高，每个放样点只需要停留1-2s，流动站小组作业（1-3人）每天可完成中线测量5-10km。若用其进行地形测量，每小组每天可完成0.8-1.5（km）2的地形测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的；在中线放样的同时完成中桩抄平工作；RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势，因此在工程实践得到广泛应用。