全站儀在建筑測量與質(zhì)量控制中的應(yīng)用

楊佳嘉

（云南工業(yè)技師學(xué)院，云南曲靖 655000）

1 全站儀

1.1 全站儀的特點

全站儀的光路比較簡單，內(nèi)部配置雙肘補償器，并集成許多數(shù)據(jù)總線，可與外部數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確測量與數(shù)據(jù)處理。全站儀的出現(xiàn)不僅提高了測量速度和測量精度，也節(jié)省了計算時間和人工計算成本。全站儀的主要特點有：

（1）應(yīng)用簡單的測量原理完成數(shù)據(jù)的測量。全站儀應(yīng)用的原理主要有光學(xué)原理和電力電子原理。全站儀的光學(xué)器件主要是望遠鏡，由物鏡、聚光棱鏡、目鏡等組成，主要用作角度測量和距離測量。全站儀的測量光路包括內(nèi)光路和外光路，主要用來完成距離的測量。

全站儀包括2個電氣部分，由光柵度盤或編碼度盤、光電測角儀器等組成的角度測量部分和由發(fā)光二極管、接收管、電子電路組成的距離測量部分，這2個部分使用串口的方式連接為整體，完成電子經(jīng)緯儀及測距儀的全部功能。

（2）使用全站儀只需對反射棱鏡進行一次照準(zhǔn)操作，便能完成對建筑材料的斜距和水平以及垂直角度的測量，并保存測量得到的數(shù)據(jù)。

（3）方便的通信接口與數(shù)據(jù)總線。全站儀集成常用的通信接口和數(shù)據(jù)總線，能與其他外設(shè)進行數(shù)據(jù)互通。將全站儀的主機與外設(shè)或計算機連接起來，能夠完成數(shù)據(jù)的采集、處理和管理等一系列操作，完成快速和精確的測量，節(jié)省人力物力。

（4）微控制單元（Microcontroller Unit；MCU）控制測量與計算過程。利用MCU控制全站儀的測量和計算，能實現(xiàn)對全站儀的計算和整體測量進行控制，對測量導(dǎo)線進行測量，并進行氣象改正、碎部測量和施工放樣等計算。

（5）自動測量儀器豎軸和水平軸的傾斜誤差。儀器內(nèi)部設(shè)置有雙軸補償器，可自動測量儀器的豎軸和水平軸之間的傾斜誤差。

1.2 工作原理

全站儀通過光學(xué)部分和電氣部分的功能完成角度測量和距離測量，測量原理簡單易懂。全站儀集成常用的數(shù)據(jù)總線和通信接口等，應(yīng)用方便。

（1）電子測角技術(shù)。電子測角技術(shù)即是使用電氣設(shè)備進行角度測量的技術(shù)，該技術(shù)主要包括2種角度測量原理，一種是利用光柵進行角度測量的原理，光柵測角即是將間隙相同、大小相仿的紋路刻在光學(xué)板上，通過光的衍射效應(yīng)對角度進行測量。光柵測距時要注意徑向反光槽必須呈輻射狀，避免造成測量角度的不準(zhǔn)確。另一種是編碼測角，編碼測角的原理在應(yīng)用中與光柵測角相似，2種測角原理的不同點是編碼區(qū)域所代表的二進制位數(shù)不同，編碼測角通過從編碼板獲取相應(yīng)的數(shù)位進制，得到角度的原始數(shù)值，通過計算機處理后可得到實際測量的角度值。

（2）相位與脈沖測量技術(shù)。相位測量技術(shù)和脈沖測量技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛的技術(shù)。相位測量技術(shù)需要依靠全站儀發(fā)生連續(xù)不斷正弦信號，讓被測量物體產(chǎn)生相位差，從而計算出距離。全站儀所應(yīng)用的光源為激光，通過激光器可釋放帶有脈沖的信號，利用脈沖信號來獲取被測量物體的距離的技術(shù)就是脈沖測量技術(shù)。脈沖測量技術(shù)通過計算從物體接受信號到物體反彈信號所經(jīng)歷的時間可確認所測量的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，這也是施工現(xiàn)場經(jīng)常使用脈沖測量的原因之一。

2 全站儀在質(zhì)量控制中的應(yīng)用

全站儀廣泛應(yīng)用在建筑測量、高層和大型工程的施工測量工作中。全站儀在建筑測量質(zhì)量控制中的應(yīng)用也很多，如復(fù)核初始數(shù)據(jù)、通過坐標(biāo)放樣建立平面控制、高程控制和觀測建筑物的沉降與偏移等。

（1）進入測量現(xiàn)場，復(fù)核初始數(shù)據(jù)。進入測量現(xiàn)場，需要對被測量物體的起始數(shù)據(jù)進行復(fù)核，此時可用全站儀確認城市導(dǎo)線點的角度測量、距離測量以及聯(lián)測數(shù)據(jù)的精度是否滿足測量要求。全站儀測量能夠避免當(dāng)兩城市導(dǎo)線點之間距離較遠時的普通光學(xué)儀器測量出現(xiàn)較大誤差的問題，從而提高建筑的質(zhì)量。

（2）通過坐標(biāo)放樣建立平面控制。坐標(biāo)放樣功能可以準(zhǔn)確地測量建筑物的整體平面，在平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對建筑物的定位，主要步驟：通過圖紙得出目標(biāo)點的坐標(biāo)；利用全站儀形成方格網(wǎng)，確定控制網(wǎng)點；設(shè)置全站儀的參數(shù)，并輸入測站點的坐標(biāo)、目標(biāo)高度等；方位角的啟動與后視點坐標(biāo)的輸入；啟動坐標(biāo)放樣模式，輸入待放樣點坐標(biāo)，并設(shè)置水平角度為零；通過移動棱鏡的方式控制誤差在允許范圍內(nèi)。

平面控制網(wǎng)利用整體控制局部和高精度控制低精度的原則作為建筑定位的基本依據(jù)。全站儀的坐標(biāo)放樣功能能夠方便地測出建筑的平面控制網(wǎng)，并加密為建筑的方格網(wǎng)。

（3）高程控制。全站儀可通過三角高程測距進行高程控制，能夠?qū)|(zhì)量進行高精度的控制，這是將全站儀應(yīng)用到質(zhì)量控制中的一大好處。應(yīng)用全站儀進行高程控制的步驟：在標(biāo)準(zhǔn)點附近設(shè)置全站儀；將帶棱鏡的測桿設(shè)置在測試點和標(biāo)準(zhǔn)點；啟動全站儀的距離測量模式并隊全站儀進行必要的調(diào)整；進行全站儀與標(biāo)準(zhǔn)點之間和所要求出的兩點之間的水平距離、傾斜距離和高度差；在相應(yīng)的位置設(shè)置水準(zhǔn)儀對樓層和其他位置之間的高程進行控制。

高程測量的工作量大，是測量工作的中的重要組成部分。全站儀利用高精度的三角高程測距可高效地實現(xiàn)高程的控制，具有外部干擾少、測量的工作量少和引測速度快等特點。全站儀本身集成了先進的光學(xué)設(shè)備和電氣設(shè)備，具有較高的自動化程度，能夠在一定程度上減少人為操作帶來的測量誤差，節(jié)省人力物力和財力等。

（4）建筑物的沉降與偏移。大建筑物的安全系數(shù)要求很高，必須精確地對大型建筑物進行測量，反復(fù)監(jiān)測，避免因測量誤差而產(chǎn)生的安全事故。對大型建筑物進行沉降與偏移的主要步驟：在建筑物周圍設(shè)置多個監(jiān)測點觀察和測量大型建筑物基坑；計算2個通視的基準(zhǔn)點的坐標(biāo)和高程并記錄作為參考依據(jù)；將全站儀設(shè)置在一個基準(zhǔn)點的點位上，另一個基準(zhǔn)點則變?yōu)楹笠朁c；反復(fù)檢測監(jiān)測點的三維坐標(biāo)并記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)；最后對所測量的數(shù)據(jù)進行比較分析得出建筑物的沉降以及偏移情況，通過反復(fù)地對監(jiān)測和對數(shù)據(jù)進行比較分析，及時處理建筑物的沉降和偏移情況，則可對建筑物進行有效的控制。

3 使用全站儀的注意事項

（1）全站儀應(yīng)工作在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中，如應(yīng)在使用全站儀前將全站儀與外部的測量環(huán)境相適應(yīng)，全站儀的儀器溫度與外部測量環(huán)境溫度相適應(yīng)，避免在不合適的環(huán)境中使用全站儀，否則可能導(dǎo)致全站儀的工作不穩(wěn)定，測量的數(shù)據(jù)不精確等。

（2）全站儀應(yīng)在合適的溫度中使用，外部環(huán)境溫度和儀器自身的溫度過高或過低都會導(dǎo)致儀器的測量精度不夠。因此，在使用全站儀進行測量時應(yīng)盡量避開嚴寒或者炎熱環(huán)境。如果必須要在溫度不適宜的環(huán)境中使用全站儀時，測量人員應(yīng)及時做好相應(yīng)的措施，保證測量的準(zhǔn)確性。

（3）全站儀應(yīng)妥善地處理和保管。全站儀應(yīng)由專業(yè)的人員保管，運輸時應(yīng)盡量避免顛簸路段并由專人保護，輕拿輕放，防止過多地振動儀器中的零部件，導(dǎo)致零件損壞不能正常使用和降低測量的精度與準(zhǔn)確度等。

（4）維修人員應(yīng)對全站儀進行定期的檢查和維修，一般全站儀每年校驗一次，目的是確保儀器中的零部件是完好無損的，能夠進行重復(fù)測量而不影響測量的精確度。如果沒有對全站儀進行檢修的話，一般不推薦再次進行測量。

4 結(jié)語

全站儀主要由光學(xué)器件、電子元件、機械結(jié)構(gòu)等組成，可實現(xiàn)對建筑物的角度和距離的測量，并進行數(shù)據(jù)處理。全站儀應(yīng)用簡單的測量原理完成數(shù)據(jù)的測量，其組成結(jié)構(gòu)、操作方法比較簡單，并集成有通訊接口和數(shù)據(jù)總線，實現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)互通。全站儀在建筑測量質(zhì)量控制中的應(yīng)用包括復(fù)核初始數(shù)據(jù)、平面控制、高程控制和建筑物的沉降與偏移。在使用時應(yīng)注意要將全站儀應(yīng)工作在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中，在合適的溫度中使用，并妥善處理、保管全站儀和進行定期檢修等，保證全站儀的測量精確度。

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