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引言
测量仪器伴随着测量技术的不断发展一直在同步前进，每次测量技术的革命都对测量仪器的精度、自动化程度、可操作性、技术性能等带来新的变化。在众多的测绘仪器中，全站仪成为令人瞩目的焦点。
1全站仪的功能、特点及应用
由于计算机技术、测绘技术的迅猛发展以及测绘仪器的不断更新，全站仪已迅速普及，传统的测图技术已经基本上被数字测图技术所取代，全站仪在现代测绘工作中的应用比例也与日俱增。
1.1全站仪
全站仪即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。它是集电子经纬仪、光电测距仪和微电脑处理器为一体的，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、坐标、高差测量，点位放样、距离放样，面积量算等功能于一体的测绘控制系统。它具有自动化快速三维坐标测量与定位功能，以及外业数据自动化采集和电子记录、内外业一体化的自动流程等特点，深受测绘人的青睐。
1.2全站仪点的放样功能
1.2.1点位放样原理
1)先在放样点的大致位置立棱镜对其进行观测，测出当前棱镜位置的坐标。
2)将当前坐标与放样点的坐标相比较，计算出距离差dD和角度差dHR或纵向差值ΔX和横向差值ΔY。
3)根据距离差dD和角度差dHR或纵向差值ΔX和横向差值ΔY，逐渐找到放样位置。
1.2.2中桩测设的基本程序(线路坐标要统一)
1)测定线路交点(JD)的坐标。
a.图上定出交点(规划部门提供);b.根据沿线布设的(导线)控制点，用全站仪“点的放样”功能，实地测设出交点;c.根据实地情况进行交点位置的调整;d.根据沿线布设的(导线)控制点，用全站仪“坐标测量”功能测量出交点的坐标。若测出了交点的两条直线上的4个坐标，可按数学方法计算出交点坐标。
2)中桩坐标的计算。
直线段中桩——由交点坐标和桩号里程，按“坐标正算”公式，可计算出各种中桩的坐标。
曲线段中桩——先计算出曲线上各中桩在切线支距法坐标系的坐标，再根据“坐标平移与旋转”公式，将切线支距法坐标转换成线路统一的坐标。
3)中桩的实地放样。
架设全站仪在(导线)控制点或交点上，利用全站仪“点位放样”功能，放样出各中桩。如图1所示，D2为测站导线点(仪器架设)，D3为后视导线点。
2全站仪在城市测量中点位中误差分析
2.1全站仪测角误差分析
检验合格的全站仪水平角观测的误差来源主要有:
1)仪器本身的误差(系统误差)。这种误差一般可采用适当的观测方法来消除或减小其影响。
图1中桩放样示意图
2)仪器对中误差对水平角精度的影响，仪器对中误差对水平角精度的影响的公式为： ，其中，e为偏心距，取e=3mm;S1为设站点至后视方向(图根点)之间的距离;S2取全站仪设站点至待测地面点之间的规范规定的最大距离。由公式知，对中误差对水平角精度的影响与两目标之间的距离SAB成正比。
3)目标偏心误差对水平角测角的影响， ，其中，S1，S2的取法同上;e1取仪器设站时照准后视方向的误差，此项误差一般不会超过5mm，取e1=5mm;e2取全站仪在测图中的照准待测点的偏差。因为常规测图中棱镜中心往往不可能与地面点位重合，偏差为棱镜的半径R=50mm，所以，e2=50mm，因为对中误差与目标偏心误差均为“对中”性质的误差，它是属于偶然性的误差，而仪器一旦架设好，测量时会对测站上的所有测角发生影响，根据误差传播定律，则测角中误差 。下面根据《规范》中给出的各比例测图，图根控制测量与各比例测图测距限值，通过计算其结果见表1。
表1计算结果(一)
比例 e/mm e1/mm e2/mm S1/mm S2/mm M中″ M偏″ M标″ M测″ Mβ″
1:500 3 5 50 80 150 8.4 49.5 2 4 50.4
5 10 51.2
1:1000 3 5 50 150 250 4.7 29.6 2 4 30.2
5 10 31.6
1:2000 3 5 50 250 400 2.8 18.5 2 4 19.1
5 10 21.2
2.2全站仪测距的误差估计
目前全站仪大多采用相位式光电测距，其测距误差可分为两部分：一部分是与距离D成正比例的误差，即光速值误差，大气折射率误差和测距频率误差;另一部分是与距离无关的误差，即测相误差，加常数误差，对中误差。测距精度为MD=±(A+B×D)，其中，A为固定误差，mm;B为比例误差系数，mm/km;D为被测距离，km。目前测绘生产单位配备的测图用全站仪的测距标称精度大多为MD=3+2×D。在这里D取测站点到待测点之间的《规范》规定的限值。通过计算得到各比例尺测图中测距中误差值MD。
表2计算结果(二)
比例 距离D MD 标称测角精度/(″) M″β M/mm
1:500 150 3.3 2 50.4 36.8
5 51.2 37.4
1:1000 250 3.5 2 30.2 36.8
5 31.6 38.5
1:2000 400 3.8 2 19.1 37.2
5 21.2 41.3
2.3分析全站仪在城市测量中的点位中误差M
根据前面对测角和测距精度的分析，运用误差传播定律来分析估计全站仪测图在工作中的实测点位中误差(相对于图根点)。
1)建立定点(X，Y)与角度(β)、距离(D)之间的函数关系式，X=Dcosβ，Y=Dsinβ。
2)对上述函数关系式全微分，求出其真误差关系式:ΔX=cosβΔD-D×sinβΔβ;ΔY=sinβΔD+D×cosβΔβ。
3)根据误差传播定律写出中误差平方关系式:
。
。
。
上式就是点位中误差与角度中误差Mβ，距离中误差MD及距离D的关系式，根据上式及《城市测量规范》规定的D的限值，通过计算其结果见表2。
点位误差主要是测角误差引起的，所以在操作过程中应注意提高精度;点位精度随距离的增长而降低;在全站仪中应设置球气差改正，以便使测量成果接近真实值。由以上分析及计算数据可知，全站仪在施工中的点位精度高于《规范》给出的精度要求。
3 结束语
总之，全站仪正越来越多的应用于城市规划测量各项工作中，随着我国基础建设的不断加快，随着测量技术的不断进步，全站仪必将拥有更为广阔的应用前景。
参考文献:
[1]顾孝烈.测量学[M].上海:同济大学出版社，2006.
[2]潘正风，杨正尧.数字测图原理与方法[M].武汉:武汉大学出版社，2002.
[3]杨晓金，蒋新华，张秋民.浅谈全站仪测图精度控制和控制点密度[J].山西建筑，2009，35(14):351-353.
[4]CJJ8-99，城市测量规范[S].
测量仪器伴随着测量技术的不断发展一直在同步前进，每次测量技术的革命都对测量仪器的精度、自动化程度、可操作性、技术性能等带来新的变化。在众多的测绘仪器中，全站仪成为令人瞩目的焦点。
1全站仪的功能、特点及应用
由于计算机技术、测绘技术的迅猛发展以及测绘仪器的不断更新，全站仪已迅速普及，传统的测图技术已经基本上被数字测图技术所取代，全站仪在现代测绘工作中的应用比例也与日俱增。
1.1全站仪
全站仪即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。它是集电子经纬仪、光电测距仪和微电脑处理器为一体的，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、坐标、高差测量，点位放样、距离放样，面积量算等功能于一体的测绘控制系统。它具有自动化快速三维坐标测量与定位功能，以及外业数据自动化采集和电子记录、内外业一体化的自动流程等特点，深受测绘人的青睐。
1.2全站仪点的放样功能
1.2.1点位放样原理
1)先在放样点的大致位置立棱镜对其进行观测，测出当前棱镜位置的坐标。
2)将当前坐标与放样点的坐标相比较，计算出距离差dD和角度差dHR或纵向差值ΔX和横向差值ΔY。
3)根据距离差dD和角度差dHR或纵向差值ΔX和横向差值ΔY，逐渐找到放样位置。
1.2.2中桩测设的基本程序(线路坐标要统一)
1)测定线路交点(JD)的坐标。
a.图上定出交点(规划部门提供);b.根据沿线布设的(导线)控制点，用全站仪“点的放样”功能，实地测设出交点;c.根据实地情况进行交点位置的调整;d.根据沿线布设的(导线)控制点，用全站仪“坐标测量”功能测量出交点的坐标。若测出了交点的两条直线上的4个坐标，可按数学方法计算出交点坐标。
2)中桩坐标的计算。
直线段中桩——由交点坐标和桩号里程，按“坐标正算”公式，可计算出各种中桩的坐标。
曲线段中桩——先计算出曲线上各中桩在切线支距法坐标系的坐标，再根据“坐标平移与旋转”公式，将切线支距法坐标转换成线路统一的坐标。
3)中桩的实地放样。
架设全站仪在(导线)控制点或交点上，利用全站仪“点位放样”功能，放样出各中桩。如图1所示，D2为测站导线点(仪器架设)，D3为后视导线点。
2全站仪在城市测量中点位中误差分析
2.1全站仪测角误差分析
检验合格的全站仪水平角观测的误差来源主要有:
1)仪器本身的误差(系统误差)。这种误差一般可采用适当的观测方法来消除或减小其影响。
图1中桩放样示意图
2)仪器对中误差对水平角精度的影响，仪器对中误差对水平角精度的影响的公式为： ，其中，e为偏心距，取e=3mm;S1为设站点至后视方向(图根点)之间的距离;S2取全站仪设站点至待测地面点之间的规范规定的最大距离。由公式知，对中误差对水平角精度的影响与两目标之间的距离SAB成正比。
3)目标偏心误差对水平角测角的影响， ，其中，S1，S2的取法同上;e1取仪器设站时照准后视方向的误差，此项误差一般不会超过5mm，取e1=5mm;e2取全站仪在测图中的照准待测点的偏差。因为常规测图中棱镜中心往往不可能与地面点位重合，偏差为棱镜的半径R=50mm，所以，e2=50mm，因为对中误差与目标偏心误差均为“对中”性质的误差，它是属于偶然性的误差，而仪器一旦架设好，测量时会对测站上的所有测角发生影响，根据误差传播定律，则测角中误差 。下面根据《规范》中给出的各比例测图，图根控制测量与各比例测图测距限值，通过计算其结果见表1。
表1计算结果(一)
比例 e/mm e1/mm e2/mm S1/mm S2/mm M中″ M偏″ M标″ M测″ Mβ″
1:500 3 5 50 80 150 8.4 49.5 2 4 50.4
5 10 51.2
1:1000 3 5 50 150 250 4.7 29.6 2 4 30.2
5 10 31.6
1:2000 3 5 50 250 400 2.8 18.5 2 4 19.1
5 10 21.2
2.2全站仪测距的误差估计
目前全站仪大多采用相位式光电测距，其测距误差可分为两部分：一部分是与距离D成正比例的误差，即光速值误差，大气折射率误差和测距频率误差;另一部分是与距离无关的误差，即测相误差，加常数误差，对中误差。测距精度为MD=±(A+B×D)，其中，A为固定误差，mm;B为比例误差系数，mm/km;D为被测距离，km。目前测绘生产单位配备的测图用全站仪的测距标称精度大多为MD=3+2×D。在这里D取测站点到待测点之间的《规范》规定的限值。通过计算得到各比例尺测图中测距中误差值MD。
表2计算结果(二)
比例 距离D MD 标称测角精度/(″) M″β M/mm
1:500 150 3.3 2 50.4 36.8
5 51.2 37.4
1:1000 250 3.5 2 30.2 36.8
5 31.6 38.5
1:2000 400 3.8 2 19.1 37.2
5 21.2 41.3
2.3分析全站仪在城市测量中的点位中误差M
根据前面对测角和测距精度的分析，运用误差传播定律来分析估计全站仪测图在工作中的实测点位中误差(相对于图根点)。
1)建立定点(X，Y)与角度(β)、距离(D)之间的函数关系式，X=Dcosβ，Y=Dsinβ。
2)对上述函数关系式全微分，求出其真误差关系式:ΔX=cosβΔD-D×sinβΔβ;ΔY=sinβΔD+D×cosβΔβ。
3)根据误差传播定律写出中误差平方关系式:
。
。
。
上式就是点位中误差与角度中误差Mβ，距离中误差MD及距离D的关系式，根据上式及《城市测量规范》规定的D的限值，通过计算其结果见表2。
点位误差主要是测角误差引起的，所以在操作过程中应注意提高精度;点位精度随距离的增长而降低;在全站仪中应设置球气差改正，以便使测量成果接近真实值。由以上分析及计算数据可知，全站仪在施工中的点位精度高于《规范》给出的精度要求。
3 结束语
总之，全站仪正越来越多的应用于城市规划测量各项工作中，随着我国基础建设的不断加快，随着测量技术的不断进步，全站仪必将拥有更为广阔的应用前景。
参考文献:
[1]顾孝烈.测量学[M].上海:同济大学出版社，2006.
[2]潘正风，杨正尧.数字测图原理与方法[M].武汉:武汉大学出版社，2002.
[3]杨晓金，蒋新华，张秋民.浅谈全站仪测图精度控制和控制点密度[J].山西建筑，2009，35(14):351-353.
[4]CJJ8-99，城市测量规范[S].