全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。

原理

全站儀是一種集光、機、電為一體的新型測角儀器，與光學經(jīng)緯儀比較電子經(jīng)緯儀將光學度盤換為光電掃描度盤，將人工光學測微讀數(shù)代之以自動記錄和顯示讀數(shù)，使測角操作簡單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。

全站儀與光學經(jīng)緯儀區(qū)別在于度盤讀數(shù)及顯示系統(tǒng)，電子經(jīng)緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數(shù)傳感器進行角度測量的。 根據(jù)測角精度可分為0。5″，1″，2″，3″，5″，10″等幾個等級，

簡史

全站儀是人們在角度測量自動化的過程中應用而生的，各類電子經(jīng)緯儀在各種測繪作業(yè)中起著巨大的作用。

全站儀的發(fā)展經(jīng)歷了從組合式即光電測距儀與光學經(jīng)緯儀組合，或光電測距儀與電子經(jīng)緯儀組合，到整體式即將光電測距儀的光波發(fā)射接收系統(tǒng)的光軸和經(jīng)緯儀的視準軸組合為同軸的整體式全站儀等幾個階段。

最初速測儀的距離測量是通過光學方法來實現(xiàn)的，我們稱這種速測儀為“光學速測儀”。實際上，“光學速測儀”就是指帶有視距絲的經(jīng)緯儀，被測點的平面位置由方向測量及光學視距來確定，而高程則是用三角測量方法來確定的。

帶有“視距絲”的光學速測儀，由于其快速、簡易，而在短距離（100米以內(nèi)）、低精度 （1/200(1/500）的測量中，如碎部點測定中，有其優(yōu)勢，得到了廣泛的應用。

隨著電子測距技術(shù)的出現(xiàn)，大大地推動了速測儀的發(fā)展。用電磁波測距儀代替光學視距經(jīng)緯儀，使得測程更大、測量時間更短、精度更高。人們將距離由電磁波測距儀測定的速測儀籠統(tǒng)地稱之為“電子速測儀”（Electronic Tachymeter）。

然而，隨著電子測角技術(shù)的出現(xiàn)。 這一“電子速測儀”的概念又相應地發(fā)生了變化，根據(jù)測角方法的不同分為半站型電子速測儀和全站型電子速測儀。半站型電子速測儀是指用光學方法測角的電子速測儀，也有稱之為“測距經(jīng)緯儀”。這種速測儀出現(xiàn)較早，并且進行了不斷的改進，可將光學角度讀數(shù)通過鍵盤輸入到測距儀，對斜距進行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐標差，這些結(jié)果都可自動地傳輸?shù)酵獠看鎯ζ髦小Ｈ拘碗娮铀贉y儀則是由電子測角、電子測距、電子計算和數(shù)據(jù)存儲單元等組成的三維坐標測量系統(tǒng)，測量結(jié)果能自動顯示，并能與外圍設備交換信息的多功能測量儀器。由于全站型電子速測儀較完善地實現(xiàn)了測量和處理過程的電子化和一體化，所以人們也通常稱之為全站型電子速測儀或簡稱全站儀。

20世紀八十年代末，人們根據(jù)電子測角系統(tǒng)和電子測距系統(tǒng)的發(fā)展不平衡，將全站儀分成兩大類，即積木式和整體式。

20世紀九十年代以來，基本上都發(fā)展為整體式全站儀。

分類

全站儀采用了光電掃描測角系統(tǒng)，其類型主要有：編碼盤測角系統(tǒng)、光柵盤測角系統(tǒng)及動態(tài)（光柵盤）測角系統(tǒng)等三種。

結(jié)構(gòu)

全站儀幾乎可以用在所有的測量領(lǐng)域。電子全站儀由電源部分、測角系統(tǒng)、測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理部分、通訊接口、及顯示屏、鍵盤等組成。 同電子經(jīng)緯儀、光學經(jīng)緯儀相比，全站儀增加了許多特殊部件，因此而使得全站儀具有比其它測角、測距儀器更多的功能，使用也更方便。這些特殊部件構(gòu)成了全站儀在結(jié)構(gòu)方面獨樹一幟的特點。

1．同軸望遠鏡

全站儀的望遠鏡實現(xiàn)了視準軸、測距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。同軸化的基本原理是：在望遠物鏡與調(diào)焦透鏡間設置分光棱鏡系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)實現(xiàn)望遠鏡的多功能，即既可瞄準目標，使之成像于十字絲分劃板，進行角度測量。同時其測距部分的外光路系統(tǒng)又能使測距部分的光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光在經(jīng)物鏡射向反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反射回來，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；為測距需要在儀器內(nèi)部另設一內(nèi)光路系統(tǒng)，通過分光棱鏡系統(tǒng)中的光導纖維將由光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進行而由內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。

同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實現(xiàn)同時測定水平角、垂直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之全站儀強大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使全站儀使用極其方便。

2．雙軸自動補償

在儀器的檢驗校正中已介紹了雙軸自動補償原理，作業(yè)時若全站儀縱軸傾斜，會引起角度觀測的誤差，盤左、盤右觀測值取中不能使之抵消。而全站儀特有的雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統(tǒng)，可對縱軸的傾斜進行監(jiān)測，并在度盤讀數(shù)中對因縱軸傾斜造成的測角誤差自動加以改正(某些全站儀縱軸最大傾斜可允許至±6′）。，也可通過將由豎軸傾斜引起的角度誤差，由微處理器自動按豎軸傾斜改正計算式計算，并加入度盤讀數(shù)中加以改正，使度盤顯示讀數(shù)為正確值，即所謂縱軸傾斜自動補償。

3．鍵盤

鍵盤是全站儀在測量時輸入操作指令或數(shù)據(jù)的硬件，全站型儀器的鍵盤和顯示屏均為雙面式，便于正、倒鏡作業(yè)時操作。

4．存儲器

全站儀存儲器的作用是將實時采集的測量數(shù)據(jù)存儲起來，再根據(jù)需要傳送到其它設備如計算機等中，供進一步的處理或利用，全站儀的存儲器有內(nèi)存儲器和存儲卡兩種。

全站儀內(nèi)存儲器相當于計算機的內(nèi)存(RAM)，存儲卡是一種外存儲媒體，又稱PC卡，作用相當于計算機的磁盤。

5．通訊接口

全站儀可以通過BS—232C通訊接口和通訊電纜將內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)輸入計算機，或?qū)⒂嬎銠C中的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)通訊電纜傳輸給全站儀，實現(xiàn)雙向信息傳輸。

使用

全站儀具有角度測量、距離(斜距、平距、高差)測量、三維坐標測量、導線測量、交會定點測量和放樣測量等多種用途。內(nèi)置專用軟件后，功能還可進一步拓展。

全站儀的基本操作與使用方法 ：

1）水平角測量

（1）按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準第一個目標A。
（2）設置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00〃。
（3）照準第二個目標B，此時顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。

2）距離測量

（1）設置棱鏡常數(shù)

測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。

（2）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值

光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設置的一個標準值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結(jié)果進行改正。

（3）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。

（4）距離測量

照準目標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。

全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是常用的測距模式，測量時間約2.5S，最小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動目標或放樣時連續(xù)測距，最小顯示一般為1cm，每次測距時間約0.3S；粗測模式，測量時間約0.7S，最小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。

應注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。

3）坐標測量

（1）設定測站點的三維坐標。
（2）設定后視點的坐標或設定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當設定后視點的坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。
（3）設置棱鏡常數(shù)。
（4）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。
（5）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。
（6）照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標。

全站儀的數(shù)據(jù)通訊

全站儀的的數(shù)據(jù)通訊是指全站儀與電子計算機之間進行的雙向數(shù)據(jù)交換。全站儀與計算機之間的數(shù)據(jù)通訊的方式主要有兩種，一種是利用全站儀配置的PCMCIA（personal computer memory card internation association,個人計算機存儲卡國際協(xié)會，簡稱PC卡，也稱存儲卡）卡進行數(shù)字通訊，特點是通用性強，各種電子產(chǎn)品間均可互換使用；另一種是利用全站儀的通訊接口，通過電纜進行數(shù)據(jù)傳輸。

檢驗

(1)照準部水準軸應垂直于豎軸的檢驗和校正檢驗時先將儀器大致整平,轉(zhuǎn)動照準部使其水準管與任意兩個腳螺旋的連線平行,調(diào)整腳螺旋使氣泡居中,然后將照準部旋轉(zhuǎn)180度,若氣泡仍然居中則說明條件滿足,否則應進行校正。

校正的目的是使水準管軸垂直于豎軸．即用校正針撥動水準管一端的校正螺釘，使氣泡向正中間位置退回一半．為使豎軸豎直，再用腳螺旋使氣泡居中即可．此項檢驗與校正必須反復進行，直到滿足條件為止。

（2）十字絲豎絲應垂直于橫軸的檢驗和校正

檢驗時用十字絲豎絲瞄準一清晰小點，使望遠鏡繞橫軸上下轉(zhuǎn)動，如果小點始終在豎絲上移動則條件滿足．否則需要進行校正．

校正時松開四個壓環(huán)螺釘（裝有十字絲環(huán)的目鏡用壓環(huán)和四個壓環(huán)螺釘與望遠鏡筒相連接。轉(zhuǎn)動目鏡筒使小點始終在十字絲豎絲上移動，校好后將壓環(huán)螺釘旋緊。

（3）視準軸應垂直于橫軸的檢驗和校正選擇一水平位置的目標，盤左盤右觀測之，取它們的讀數(shù)（顧及常數(shù)１８０度）即得兩倍的c（c=１／２（ɑ左－ɑ右）

（4）橫軸應垂直于豎軸的檢驗和校正選擇較高墻壁近處安置儀器。以盤左位置瞄準墻壁高處一點p(仰角可以大于３０度)，放平望遠鏡在墻上定出一點m1。倒轉(zhuǎn)望遠鏡，盤右再瞄準p點，又放平望遠鏡在墻上定出另一點m2。如果m1與m2重合，則條件滿足，否則需要校正。校正時，瞄準m1、 m2 的中點m,固定照準部，向上轉(zhuǎn)動望遠鏡，此時十字絲交點將不對準p點。抬高或降低橫軸的一端，使十字絲的交點對準p點。此項檢驗也要反復進行，直到條件滿足為止。以上四項檢驗校正，以一、三、四項較為重要，在觀測期間可以經(jīng)常進行。每項檢驗完畢后必須旋緊有關(guān)的校正螺釘。

前景

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展與應用以及用戶的特殊要求與其它工業(yè)技術(shù)的應用，全站儀出現(xiàn)了一個新的發(fā)展時期，出現(xiàn)了帶內(nèi)存、防水型、防爆型、電腦型等等的全站儀。

目前，世界上最高精度的全站儀：測角精度（一測回方向標準偏差）0.52，測距精度 1mm+1ppm。利用ATR功能，白天和黑夜（無需照明）都可以工作。全站儀已經(jīng)達到令人不可致信的角度和距離測量精度，既可人工操作也可自動操作，既可遠距離遙控運行也可在機載應用程序控制下使用，可使用在精密工程測量、變形監(jiān)測、幾乎是無容許限差的機械引導控制等應用領(lǐng)域。

全站儀這一經(jīng)常規(guī)的測量儀器將越來越滿足各項測繪工作的需求，發(fā)揮更大的作用。