项目七 全站仪及其使用

内容提要 本项目共分五个任务，主要介绍了全站仪的结构与功能；全站仪的基本使用方法；全站仪的程序测量；全站仪的存储管理与数据通信；几种新型全站仪。本项目的难点是：全站仪的数据采集，坐标放样，数据通信。

任务一 全站仪的结构与功能

随着光电测距和电子计算机技术的发展，20世纪60年代末出现了把电子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体，能自动记录、存储并具备某些固定计算程序的电子速测仪。因该仪器在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理和存储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，所以称为“全站型电子速测仪（Electronic Total Station）”，通常又称为“电子全站仪”或简称“全站仪”。

一、全站仪的结构

全站仪主要由电子测角、光电测距和数据微处理系统组成，各部分的组成框图如图7-1所示。

按结构形式，全站仪可分为：“组合式”和“整体式”两种类型。组合式全站仪是将电子经纬仪、红外测距仪和微处理器通过一定的连接器构成一个组合体，如图7-2所示。这种仪器的优点是能由系统的现有构件组成，还可通过不同的构件进行灵活多样的组合。当个别构件损坏时，可以用其他构件代替，具有很强的灵活性。这种组合式的速测仪在我国20世纪80年代末和90年代在一些测绘单位使用比较普遍，现在已经被淘汰。

图7-1 全站仪的组成

如图7-3所示，整体式全站仪是在一个仪器外壳内包含有电子经纬仪、红外测距仪和电子微处理器。这种仪器的优点是电子经纬仪和红外测距仪使用共同的光学望远镜，角度测量和距离测量只需瞄准一次，测量结果能自动显示并能与外围设备双向通信，其优点是体积小、结构紧凑、操作方便、精度高。

二、全站仪的功能和特性

目前使用的全站仪一般都具备如下功能和特性。

1.自检与改正功能

仪器误差对测角精度的影响，主要是由仪器的三轴之间关系不正确造成的。在光学经纬仪中主要是通过对三轴之间关系的检验校正，减少仪器误差对测角精度的影响。在全站仪中则主要是通过所谓“自动补偿”实现的。最新的全站仪已实现了“三轴”补偿功能（补偿器的有效工作范围一般为±3′），即全站仪中安装的补偿器，能自动检测或改正由于仪器垂直轴倾斜而引起的测角误差，通过仪器视准轴误差和横轴误差的检测结果计算出误差值，必要时由仪器内置程序对所观测的角度加以改正，从而使观测得到的结果是在正确的轴系关系条件下的观测结果。因此，仅就这点来说，全站仪工作的稳定性和精度可靠性要高于光学经纬仪。

图7-2 组合式全站仪

图7-3 整体式全站仪

2.大容量内存

现在生产的全站仪都配置了内部存储器，而且容量越来越大，从以前只存储几百个点的坐标数据或测量数据，发展到现在储存上万个点的坐标数据或观测数据，有的全站仪内存已经达到了数十兆。

3.双向传输功能

全站仪与计算机之间的通信，不仅可以将全站仪的内存中的数据文件传送到计算机，还可以将计算机中的坐标数据文件和编码库数据或程序传送到全站仪的内存中，或由计算机实时控制全站仪的工作状态，也可以对全站仪内的软件进行升级，拓展其功能。

4.程序化

程序化是指在全站仪的内存中存储了一些常用的测量作业程序，更好地满足了专业测量的要求。全站仪除了具有基本的测量功能，如角度测量、距离测量、坐标测量外，还具有特殊的测量程序，如放样测量、对边测量、悬高测量、后方交会、面积测量、偏心测量等。内置程序能够实时提供观测过程并计算出最终结果。观测者只要能够按仪器中的设定进行观测，即可以现场给出结果，通过程序将内业计算工作直接在外业完成。

5.操作方便

全站仪的发展使得它操作更加方便。现在大多数全站仪都采用了汉化的中文界面，显示屏更大，字体更清晰、美观；操作键采用软键和数字键盘相结合的方式，按键方便，易学易用。

6.智能化

现今推出了许多智能型全站仪，如Leica公司的带目标自动识别、伺服马达驱动与镜站遥控功能的TPS系列和TCA系列；南方公司推出的WindowsCE操作系统、带图形显示、下拉菜单的全中文智能型全站仪。这些仪器的应用，极大地提高了测量自动化的程度，提高了作业效率。

任务二 全站仪的基本使用方法

下面以国产南方NTS-352全站仪为例，介绍全站仪的使用方法。

一、南方NTS-352全站仪简介

图7-4为南方NTS-352全站仪外形，有两面操作按键及显示窗。

仪器的主要性能指标：

测角精度：±2″；测距精度：±（3mm+2ppm·D）

测程：1.8km/一块棱镜，2.6km/三棱镜组

图7-4 南方NTS-352全站仪

仪器具有充足的内存空间，能存储坐标数据8000点，可同时存储测量数据（原始数据）和坐标数据各3000个点。

为了便于观测，仪器双面都有显示窗，如图7-5所示。

图7-5 全站仪显示窗

显示窗采用点阵式液晶显示，可显示4行，每行20个字符。通常前三行显示测量数据，最后一行是测量模式功能键，其他键见图示说明，显示符号的意义见表7-1。

二、全站仪使用的注意事项

全站仪是一种较精密的仪器，使用时要特别注意以下事项：

（1）日光下测量应避免将物镜直接瞄准太阳。若在太阳下作业应给仪器打伞。

（2）仪器不使用时，应将其装入箱内，置于干燥处，注意防震、防尘和防潮。

（3）仪器安装至三脚架或拆卸时，要一只手先握住仪器，以防仪器跌落。

（4）迁站时，务必将仪器从三脚架上取下。

（5）外露光学件需要清洁时，应用脱脂棉或镜头纸轻轻擦净，切不可用其他物品擦拭。

（6）仪器使用完毕后，用绒布或毛刷清除仪器表面灰尘。仪器被雨水淋湿后，切勿通电开机，应用干净软布擦干并在通风处放一段时间。

（7）作业前应仔细全面检查仪器，确信仪器各项指标、功能、电源、初始设置和改正参数均符合要求时再进行作业。

（8）即使发现仪器功能异常，非专业维修人员不可擅自拆开仪器，以免发生不必要的损坏。

（9）每次取下电池盒时，都必须先关掉仪器电源，否则仪器易损坏。在进行测量的过程中，千万不能不关机拔下电池，否则测量数据将会丢失！电池充电应用专用充电器。

三、测量前的准备

将仪器安装在三脚架上，精确整平和对中，以保证测量成果的精度。然后打开电源开关 （“POWER”键），确认棱镜常数值 （psm）和大气改正值 （ppm），并确认显示窗中有足够的电池电量。“❙”表示电池电量，有三个 “❙”表示电池电量充足，有一个 “❙”表示电池电量不足，但还可以测量。当 “❙”出现闪烁或显示 “电池电量不足”（电池用完）时，应及时更换电池或对电池进行充电。

四、工作模式设置

按F4键的同时，打开电源，仪器进入作业模式状态，可进行单位设置、模式设置和其他设置。具体内容见表7-2。

五、角度测量

全站仪的测角是由仪器内集成的电子经纬仪完成的。电子经纬仪的测角与光学经纬仪类似，主要区别在于电子经纬仪采用光电扫描度盘自动计数，自动处理数据，自动显示、储存及输出数据，并且角度测量的三轴误差（视准轴、水平轴和垂直轴）由仪器自动进行改正。

目前，电子经纬仪的测角系统主要有三类，即绝对式编码度盘测角、增量式光栅度盘测角以及动态式测角。NTS-352全站仪采用的是增量式光栅度盘。

全站仪开机后，就进入角度测量模式，或者按键进入角度模式。

1.水平角（右角）和垂直角测量

图7-6 水平角测量

如图7-6所示，欲测定A、B方向的水平夹角β，将全站仪安置在O点上，先照准第一个目标A，按F1（置零）键和F3（是）键设置目标A的水平角为0°00′00″，然后照准第二个目标B，屏幕直接显示目标B的水平角 HR和垂直角V。

2.水平角（右角/左角）测量模式的转换

确认处于角度测量模式，按F4（↓）键两次转到第3页功能，按F2（R/L）键，则右角模式（HR）切换到左角模式（HL）。每次按F2（R/L）键，HR/HL两种模式交替切换。通常使用右角模式观测。

3.水平角读数的设置

水平角读数设置有两种方法：

（1）通过锁定角度值进行设置。确认处于角度测量模式，用水平微动螺旋转到所需的水平角，按F2（锁定）键，这时转动照准部，水平读数不变；照准目标，按F3（是）键，则完成水平角设置。

（2）通过键盘输入进行设置。确认处于角度测量模式，照准目标后按F3（置盘）键，通过键盘输入所要求的水平角读数。

六、距离测量

目前，全站仪内置的测距仪大都采用相位式红外测距仪。距离测量可设为单次测量和N次测量。一般设为单次测量，以节约用电。距离测量有三种测量模式，即精测模式、粗测模式、跟踪模式。一般情况下用精测模式观测，最小显示单位为1mm，测量时间约2.5s。粗测模式最小显示单位为10mm，测量时间约0.7s。跟踪模式用于观测移动目标，最小显示单位为10mm，测量时间约0.3s。

在距离测量前应进行大气改正的设置和棱镜常数的设置，然后才能进行距离测量。由于仪器是利用红外光测距，光速会随着大气的温度和压力而改变，因此必须进行大气改正。仪器一旦设置了大气改正值，即可自动对测距结果实施大气改正。仪器设计是在温度20℃，标准大气压1013hPa时气象改正值为0ppm，其他情况下，可以输入温度、气压值由仪器自动计算，也可以根据公式直接计算出大气改正值（ppm）进行设置。

测距时，应根据使用的棱镜型号进行棱镜常数设置。仪器还可以对大气折光和地球曲率的影响进行自动改正。南方全站仪大气折光系数K有三种可供选择，即K=0.14，K=0.2或不进行两差改正，相关设置在“工作模式设置”中进行。

距离测量的具体步骤：

（1）首先确认处于测角模式，按键进入距离测量模式。

（2）设置温度和大气压。预先测得测站周围的温度和大气压，按F3（S/A）键，进入设置，再按F3（T-P）键，输入温度和大气压；也可以按F2（ppm）键，直接输入大气改正值。

（3）设置棱镜常数。南方全站仪的棱镜常数值为-30mm。在距离测量或坐标测量模式下按F3（S/A）键进入设置，按F1（棱镜）键输入棱镜常数值。

（4）照准棱镜中心后按键，距离测量开始，显示测量的水平距离（HD）；再次按键，显示变为水平角（HR）、垂直角（V）和斜距（SD）。

特别提示：在利用全站仪进行距离测量时，应进行温度改正、气压改正和棱镜常数改正。

任务三 全站仪的程序测量

全站仪的测量功能可分为基本测量功能和程序测量功能。基本测量功能的电子测角、电子测距已经在上一任务进行了介绍。程序测量功能包括坐标测量、放样测量、悬高测量、对边测量、偏心测量、后方交会测量、面积测量等。在这里，只着重介绍坐标测量、放样测量和数据采集。应特别需要注意的是，只要开机，电子测角系统即开始工作，并随仪器望远镜标准目标的变化实时显示观测数据。

一、坐标测量

坐标测量是根据已知点的坐标、已知边的坐标方位角，计算未知点坐标的一种方法。全站仪坐标测量原理是用极坐标法直接测定待定点坐标的，其实质就是在已知测站点，同时采集角度和距离，经微处理器实时进行数据处理，由显示器输出测量结果。实际测量时，需要输入仪器高和棱镜高，以及测站点的坐标，并进行定向后，全站仪可直接测定未知点的坐标。

具体操作步骤如下：

（1）在坐标测量模式下，按F4（↓）键，转到第二页功能，按F3（测站）键输入测站点点号和坐标。

（2）按F2（仪高）键，输入仪器高，按F1（镜高）键，输入棱镜高。

（3）在角度测量模式下，照准定向点（后视点），设定测站点到定向点的水平度盘读数，完成全站仪的定向。

（4）照准立于碎部点的棱镜，按键，开始测量，显示碎部点坐标。

注意：要先设置测站点坐标、仪器高、棱镜高及后视方位角后，才能测定坐标。

二、数据采集

NTS-352全站仪可将测量数据存储在内存中，内存划分为测量数据文件和坐标数据文件。被采集的数据存储在测量数据文件中。在未使用内存于放样模式的情况下，最多可存储3440个点。

（一）数据采集操作步骤

（1）选择数据采集文件，使其所采集数据存储在该文件中。

（2）选择坐标数据文件。可进行测站坐标数据及后视坐标数据的调用（当无需调用已知点坐标数据时，可省略此步骤）。

（3）置测站点。包括仪器高和测站点点号及坐标。

（4）置后视点，通过测量后视点进行定向，确定方位角。

（5）置待测点的棱镜高，开始采集，存储数据。

（二）数据采集操作过程

1.数据采集文件的选择

首先必须选定一个数据采集文件，在启动数据采集模式之后即可出现文件选择显示屏，如图7-7所示，由此可选定一个文件。

图7-7 选择文件

2.坐标文件的选择（供数据采集时调用）

若需调用坐标数据文件中的坐标作为测站点或后视点坐标，则预先应由数据采集菜单的第2页选择一个坐标文件。

3.输入测站点和后视点（定向点）数据

在数据采集模式下输入或改变测站点和定向角数值。

测站点坐标可按如下两种方法设定：

（1）利用内存中的坐标数据来设定。

（2）直接由键盘输入。

后视点定向角可按如下三种方法设定：①利用内存中的坐标数据来设定；②直接键入后视点坐标；③直接键入设置的定向角。

注意：方位角的设置需要通过测量来确定。

4.进行待测点的测量，并存储数据

（1）由数据采集菜单第1页，按F3（测量）键，进入待测点测量。

（2）按F1（输入）键，输入待测点点号后，按F4确认。

（3）按同样方法输入棱镜高，按F3（测量）键。

（4）照准目标点，按F1到F3中的一个键，例如按F2（斜距）键，开始测量，或者按F3（坐标）键，开始测量。测量结束，数据被存储，显示屏变换到下一个镜点；输入下一个镜点数据，如棱镜高，并照准该点，按F4（同前）键，仪器将按照上一个镜点的测量方式进行测量，测量数据被存储。按同样方式继续测量，按ESC键即可结束数据采集模式。

三、放样测量

放样测量就是根据已有的控制点或地物点，按工程设计要求，将建（构）筑物的特征点在实地标定出来。因此，首先要确定特征点或原有建筑物之间的角度、距离和高程关系，这些位置关系称为放样数据，然后利用测量仪器，根据放样数据将特征点测设到实地。放样的基本工作包括角度和距离（斜距、平距）放样、平面位置和高程放样等多种形式。在放样过程中，通过对照准目标点的角度、距离、坐标测量，仪器将显示输入放样值与实测值的差值以指导放样。显示的差值由如下公式计算：

斜距差值=斜距实测值-斜距放样值

平距差值=平距实测值-平距放样值

高程差值=高程实测值-高程放样值

角度差值=角度实测值-角度放样值

南方全站仪的放样功能包括距离放样和坐标放样。

（一）距离放样

该功能可显示出测量的距离与输入的放样距离之差，即测量距离-放样距离=显示值。放样时可选择平距（HD），高差（VD）和斜距（SD）中的任意一种放样模式。

在距离测量模式下按F4（↓）键，进入第2页功能，按F2（放样）键，显示出上次设置的数据。通过按F1～F3键选择测量模式：F1，平距；F2，高差；F3，斜距。然后输入放样距离，照准目标（棱镜）测量开始，屏幕即显示出测量距离与放样距离之差。移动目标棱镜，直至距离差等于0m为止。

（二）坐标放样

1.放样过程

在放样的过程中，有以下几步：

（1）选择放样数据文件，使其放样数据存储在该文件中。

（2）选择坐标数据文件。可进行测站坐标数据及后视坐标数据的调用。

设置测站点，输入测站点的点号、坐标和仪器高。设置测站点的方法有数据采集中所述的两种方法。

（3）设置后视点，确定方位角。

后视点设置有数据采集中所述的三种方法可供选用。

（4）输入所需的放样坐标，开始放样。

2.实施放样的方法

实施放样有两种方法可供选择：

（1）通过点号调用内存中的坐标值。

（2）直接键入坐标值。

3.具体坐标放样过程

（1）由放样菜单第1页按F3（放样）键，选择放样功能，然后按F1（输入）键，输入测站点点号，按F4（“ENT”）键。按同样方法输入棱镜高，当放样点设定后，仪器就进行放样元素的计算：HR——放样点的水平角计算值；HD——仪器到放样点的水平距离计算值。

（2）照准棱镜，按F1角度键，这时屏幕显示：点号——放样点；HR——实际测量的水平角；dHR——对准放样点仪器应转动的水平角；dHR=实际水平角-计算的水平角。

根据显示的dHR值，转动仪器，当dHR=0°00′00″时，即表明放样方向正确。

（3）按F1（距离）键，屏幕显示：HD——实测的水平距离；dHD——对准放样点尚差的水平距离，dHD=实测水平距离—计算水平距离。

保持方向不变，前后移动棱镜，按F1（模式）键进行精测，当显示值dHD为0时，则放样点的距离测设已经完成。

当十字丝对准棱镜中心，并且dHR和dHD均为0时，则放样点的平面位置测设完成。

（4）按F3（坐标）键，即显示坐标值，按F4（继续）键，进入下一个放样点的测设。

任务四 全站仪的存储管理模式与数据通信

一、全站仪的存储管理模式

南方NTS-352全站仪除了可以进行上述测量工作外，还可以进行数据的存储与管理，以及数据通信等工作。在存储管理模式下可使用下列内存项目：

（1）文件状态。显示已存储的测量数据文件和坐标数据文件总数和数据个数，显示剩余内存空间。

（2）查找。查阅记录数据，即可查阅测量数据、坐标数据和编码库。共有三种查阅方式：查阅第一个数据，查阅最后一个数据，按点号或登记号查找数据。在查阅模式下，点名、标识符、编码、仪高和镜高可以被修改，但观测值不可以修改。

（3）文件维护。在此模式下，可以删除文件、编辑文件名和查找文件中的数据。

（4）输入坐标。将控制点或放样点的坐标数据输入并存入坐标数据文件。

（5）删除坐标。删除坐标数据文件中的坐标数据。

（6）输入编码。将编码数据输入并存入编码库文件。

（7）数据传送。可以直接将内存中的测量数据或坐标数据或编码库数据发送到计算机，也可以从计算机将坐标数据或编码库数据直接装入仪器内存，还可进行通信参数的设置。

（8）初始化。用于内存初始化，可以对所有测量数据和坐标数据文件初始化，对编码库数据初始化及对文件数据和编码数据初始化，但测站点坐标、仪器高和棱镜高不会被初始化。

二、数据通信

所谓数据通信，是指计算机与计算机之间，或计算机与数据终端（如全站仪）之间经通信线路而进行的信息交流与传送的通信方式。下面介绍几个数据通信的基本概念。

（一）数据通信方式

数据通信有三种基本方式：单工、半双工和全双工。

1.单工方式

在单工方式下，只允许在规定的方向上传输数据，而不允许向相反方向传输数据。换句话说，数据通信是单方向的通信。在通信双方中，根据数据流向，一方总是发送单元，另一方总是接收单元，绝不允许接收单元发送数据。单工方式好比是只允许车辆单向行驶的单行线路。其通信方式如图7-8所示。

图7-8 单工通信示意图

2.半双工方式

在半双工方式下，通信双方中，每一方都具备发送和接收功能，但当一方是发送单元时，另一方必须是接收单元。同理，当一方由接收单元变为发送单元时，另一方必须从发送单元变为接收单元。即数据通信虽然是双向的，但并非是同时进行的，在任意时刻，只能在一个方向上传输数据。其通信方式如图7-9所示。

3.全双工方式

在全双工方式下，任何时刻都允许在两个方向上传输数据。即发送数据单元在发送数据的同时也可以接收，而接收单元在接收的同时也可以发送数据。而且两个同时发送的信息可以有关也可以彼此无关，如图7-10所示。

图7-9 半双工通信示意图

图7-10 全双工通信示意图

为了便于理解，可以想象两个人打电话时的情景，每一边都可以听到对方的谈话；或者可设想有一条双向多车道高速公路，两个方向都有车流。

（二）数据信息的表示

数据通信所要传输的信息是由一系列字母和数字组成的，而沿着传输线传送时，信息是以电信号形式传送。因此，实际上先要把传送的字符信息转换为二进制形式，再把二进制信息转换为一系列离散的电子脉冲信号，用于表示二进制信息。

用二进制来表示字母、数字和一些特殊符号，国际上通常使用美国标准信息交换码，即ASCII码。数据通信时所传输的数据信息的二进制位数叫做数据位。它通常用7位二进制数表示，但有时也用8位二进制数表示。

例如：字母A ASCII为41H（或065）二进制信息为1000001

数字4 ASCII为34H（或052）二进制信息为0110100

（三）数据信息的校验

数据通信中，数据信号难免会遇到各种干扰。因此，发送单元发出的信息到了接收单元可能就会出现差错，尽管其出现差错的可能性很小，但一旦出现差错，所产生的影响则可能是巨大的。既然无法避免传输的差错，就得设法检测出这种差错，从而克服它们。

校验位，又称奇偶校验位，是指数据传输时接在每个7位二进制数据信息后面发送的第八位，它是一种检查传输数据正确与否的方法。即将1个二进制数（校验位）加到发送的二进制信息串后，让所有二进制数（包含校验位）的总和总保持是奇数或是偶数，以便在接收单元检核传输的数据是否有误。在全站仪数据通信中，校验位通常有三种方式：

（1）无校验（NONE）。这种方式规定发送数据信息时，不使用校验位。这样就使原来校验位所占用的第8位成为可选用的位，这种方法通常用来传送由8位二进制数（而不是7位ASCII码数据）组成的数据信息。这时，数据信息就占用了原来由校验位使用的位置。

（2）偶校验（EVEN）。这是一种最常用的方法，它规定校验位的值与前面所传输的二进制数据信息有关，并且应使校验位和7位二进制数据信息中“1”的总和总为偶数。换而言之，如果二进制数据信息中“1”的总数是偶数，则校验位为“0”，如果二进制数据信息中“1”的总数是奇数，则校验位是“1”。

（3）奇校验（ODD）。这种方法规定校验位的值与它所伴随的二进制数据信息有关，并且应使校验位和7位二进制数据信息中“1”的总和总为奇数。也就是说，如果数据信息中所有二进制数“1”的总数是偶数，则校验位为“1”，如果所有二进制数“1”的总数是奇数，则校验位是“0”。

（四）数据信息的传输方式

数据传输有串行传输和并行传输两种方式，他们的概念与队列行进的一路纵队和几路纵队是类似的。

在队列行进过程中，若按一路纵队前进时会慢一些，但每排仅一人，没有横向对齐问题，因而保持队列比较容易；而按几路纵队走时，会快得多，但每排有多人，存在横向对齐问题，因而保持队列比较困难。

1.串行传输

当采用串行方式通信时，数据信息是按二进制位的顺序由低到高一位一位地在一条信号线上传送。例如对于上例来说，串行传输形式如图7-11所示。

图7-11 串行传输

这种方式传输速度慢，但设备要求简单，价格低廉，同时由于是在一条线上传输，每一个二进制数无论传输快慢，但最终均能组成完整而准确的信息，信号质量高，因此是常用的信息交换方法。

与串行传输相对应，在各种输入、输出设备和计算机系统上常装有串行通信接口。所谓接口是指输入输出设备与计算机主机的连接设备。计算机系统最常用的串行接口是美国电子工业协会EIA规定的RS-232C标准接口，如计算机主机上的COM1和COM2两个标准接口。串行接口用于对通信速度要求不是很高的设备，如数字化仪、全站仪、鼠标等。在这些常用的输入输出设备上都有串行接口，可以很方便地用电缆直接与主机连接。

2.并行传输

所谓并行传输，是指通过多条数据线将数据信息的各位二进制数同时并行传送，每位数要各占用一条数据线，如图7-12所示。

这种方式通信速度快，但各位数据必须要求同时发送，并按同一速度传送，接收单元才能收到完整而准确的信息，若各位数据发送速度快慢不一时，就可能收到错误信息。因而，必须使用专门技术和专门设备进行接收，制作成本较大。这种方式常用于计算机内部指令和数据的传输。

与并行传输相对应，在计算机主机上都配有适用于多种打印机、绘图仪的并行接口，如LPT1、LPT2等。使用通行的并行打印机连接电缆，各种型号的打印机就能与计算机连接使用。

（五）同步传输与异步传输

1.同步传输

图7-12 并行传输

同步传输是指每一个数据位都是用相同的时间间隔发送，而接收时也必须以发送时的相同时间间隔接收每一位信息。也就是说，在同步方式下，接收单元与发送单元都必须在每一个二进制位上保持同步，而不论是否传输数据。

同步传输类似自动扶梯。一部自动扶梯有若干台阶，每一个台阶站一个人或放一件行李（假如分别对应于“1”和“0”），工作时它总是平稳移动，不论是否载人或行李，每隔几秒钟总有一格台阶到达一端。同步传输时，接收单元的时间间隔判别是根据传过来的信息开头中的几个同步信号来判断的，后面的数据前就不再需要加同步信号。其通信方式如图7-13所示。

2.异步传输

串行通信常采用异步传输方式。在这种方式下，由于接收单元不能准确预计什么时候要接收下一个数据串，因此发送单元在发送任意数据串之前首先发送一位二进制数进行报警，称为起始位，起始位之值为“0”。在发送起始位“0”后，马上就接着发送数据串。当发送数据信息完毕后，相应地在其后加上1位或2位二进制数，用来表示数据传送结束，叫做停止位，其值为“1”。

异步传输方式如图7-14所示。

图7-13 同步传输方式

图7-14 异步传输方式

例如：发送一个字母A，其数据信息用7位ASCII码表示，为1000001，假定采用偶校验，再考虑数据的起始位和一位停止位，则数据信息应完整表示为1010000010。假设数据信息发送前后线路都是空闲的，则数据在线路中发送形式如图7-15所示。

（六）有无应答的数据传输

数据发送单元可以要求接收单元在接收到数据后发出回答信号，也可以不要求发出回答信号。如果是前者，发送单元在发送一组数据后，必须等待接收单元的回答信号，即承认信号（ACK）或不承认信号（NCK），当收到承认信号后，再传送下一组数据，如果收到不承认信号，发送单元将原数据再传送一次。如果是后者，发送单元将不考虑接收单元的反应，一个接一个地发送数据。

图7-15 数据在线路中发送形式示意图

（七）数据传输速度

数据传输速度（也叫波特率）的快慢，用位／秒（bit/s）表示，即每秒钟传输数据的位数。

例如：如果数据传送的速率为120个字符/s，而每个字符又包含10位（起始位1位，数据位7位，校验位1位，停止位1位），则波特率为1200（bit／s）。

常见的波特率有75，150，300，600，1200，1800，2400，4800，9600等。

（八）南方全站仪的数据通信

在进行数据通信时，首先要检查通信电缆连接是否正确；其次，要特别注意微机与全站仪的通信参数设置一定要一致，否则将无法进行数据传输。另外，每次野外工作之后要注意及时传送数据到电脑，可以保证仪器有足够内存，同时，也减少了数据丢失的可能性。

1.通信参数的设置

由menu主菜单翻到第3页，按F3（存储管理）键；在存储管理模式下翻到第2页，按F1（数据传输）；在数据传输模式下，按F3（通信参数）。

在通信参数模式下，按F1（波特率）设置波特率；按F2（通信协议）设置通信协议；按F3（字符校验）设置字符校验。

表7-3是部分全站仪的通信参数。

2.数据传输

由menu主菜单翻到第3页，按F3（存储管理）键；在存储管理模式下翻到第2页，按F1（数据传输）；在数据传输模式下，按F1（发送数据），屏幕即显示如图7-16所示。

可按F1至F3中的一个键，如F1发送数据，屏幕即显示如图7-17所示。

选择发送数据类型，并输入待发送的文件名，即可发送数据。

图7-16 数据传输

图7-17 发送数据

特别提示：在进行数据传输时，全站仪和电脑的通信参数设置必须一致，否则数据无法传输。

任务五 几种新型全站仪

一、WINCE全站仪

Win全站仪是指带有WinCE操作系统的全站仪，它使全站仪实现了电脑化、自动化、信息化和网络化。WinCE是专为PDA产品设计的操作系统，最大的特色是桌上型Windows操作系统的缩小版本。与台式机上的Windows系统相比，WinCE不仅具有与Windows相类似的图形用户界面GUI，而且还具有相类似的应用程序接口API，在资料的传输上拥有与现有PC绝对的兼容性，让使用者将在PC上的使用习惯顺利地延续到WinCE上来。

如图7-18所示为南方NTS-960RWINCE全站仪。主要特性如下：

（1）拥有WinCE操作系统，彩色触摸屏，3.5英寸超大液晶显示屏，界面友好，可通过底座的MODEM上因特网，下载网上资料。

（2）NTS-960全站仪除拥有测角、测距、记录的基本功能外，还同时具有：标准测量程序、道路设计与放样程序、横断面设计与放样程序、边坡放样程序等，另外还可以预装南方精灵系列程序。装上精灵系列的Win全站仪兼具全站仪和南方精灵的功能，让用户彻底不再依赖PDA、电缆。

图718 南方NTS960R全站仪

（3）Win全站仪可将测量的数据、地物信息实时显示在屏幕上，并现场成图。

（4）NTS-960系列全站仪具备蓝牙、USB接口，可通过这些接口传输文件、数据等。NTS-960系列全站仪允许用户自由进行二次研发。

二、图像全站仪

图7-19为拓普康公司2005年推出的世界首创的GPT-7000i彩屏WinCE智能脉冲图像全站仪。GPT-7000i全站仪采用WindowsCE操作系统，测距精度为2mm+2ppm（有棱镜）和±5mm（免棱镜），测程为3km（单棱镜）、250m（免棱镜）。主要特性如下：

图7-19 拓普康7000i全站仪

（1）内置两个CCD数码相机（广角和长焦）。

（2）测量坐标与影像数据同步记录。在进行目标点测量、放样的同时，目标点区域周围的数字影像被同步记录下来，使用户方便地重新定位野外控制点，进行内业检查和处理。

（3）线特征自动提取。测量建筑物表面等具有大量明显特征的目标时，能通过影像处理技术，提供独特的自动边缘提取功能，大大提高了免棱镜测量边角点的精度。

（4）图形化操作界面，TFT触摸式彩色液晶显示屏，全面提升作业效率。

（5）高精度长距离无棱镜测距（250m）。

（6）内装功能强大的TopSURV机载软件。

（7）具有CF卡、USB、蓝牙和RC-232C多种数据通信接口。

拓普康GPT-7000i图像全站仪融合了最新的数字影像处理技术，将数字近景摄影测量和工程测量完美结合，它既能提高传统全站仪野外作业效率，也拓展了全站仪的应用领域。

GPT-7000i在测量单点信息的同时记录目标的数字影像，通过摄影测量方法实现了测量信息由点到面的转变，免棱镜测距功能便于测量像控点的坐标，实现无接触测量。GPT-7000i可广泛用于容积计算、数字化城市测量、意外事件现场勘察等，尤其适用于古建筑遗迹的保护与重建。

三、测量机器人

测量机器人实质就是自动电子全站仪，能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标，并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。测量机器人通过CCD影像传感器和其他传感器对现实测量世界中的“目标”进行识别，迅速作出分析、判断与推理，实现自我控制，并自动完成照准、读数等操作，以完全代替人的手工操作。测量机器可广泛应用于自动变形监测、精密轨道测量与监测、自动引导测量、自动扫描测量、精密工程控制网测量等领域。

图7-20为徕卡TPS2003测量机器人，测角精度为0.5″，测距精度为1mm+1ppm，测程为5～2500m。主要特性如下：

图7-20 徕卡TPS2003测量机器人

（1）EGL电子导向光让持镜者迅速找到自己的位置。在望远镜筒的上方安置有两个闪烁的光源，使在目标点上的司镜员很容易地把棱镜移到望远镜的视线上。

（2）依靠高稳定、长寿命的马达驱动装置，特别适用于连续工作的场合，如长期连续变形监测、机械引导等。

（3）自动目标照准（ATR）功能可以使观测者粗略照准目标，并按测距键，全站仪将自动地驱动望远镜去照准棱镜的中心，然后测量距离，并测定望远镜停止位置和棱镜中心之间的偏离量来改正角度观测值。

（4）自动跟踪目标（LOCK模式）可自动锁定棱镜，对移动目标自动跟踪。需要时，简单地按一下键，所有的测量值都记录下来，而不必中断跟踪。

（5）可以利用二次应用开发工具GeoBasic，自主开发量身定做应用系统。

（6）全站仪配有许多实用的功能和应用程序：如放样、导线测量、隐蔽点测量、参考线放样、DTM放样、定向与高程传递、面积计算、自由设站等，满足不同的需要。

四、超站仪

如图7-21所示，超站仪（Smart Station）是徕卡公司推出的地面测量仪器设备，它集成了现代全站仪、GPS等技术发展的多种最新成果，代表了地面测量仪器设备的最先进水平。Smart Station将全站仪与GPS完美结合，无需控制点，只需架设SmartStation，并使用GPS确定该点的准确位置，然后就可以使用全站仪进行测量、放样。仅仅通过简单的安装调试，就可以简单、快速地进行测量作业。

图7-21 超站仪

全站仪的技术指标：有棱镜测距精度，1mm+1.5ppm；无棱镜测距精度，2mm+2ppm；测程，1.5～3000m；无棱镜测距大于1000m，彩色显示屏，触摸屏。

GPS的技术指标：动态，水平精度10mm+1ppm；垂直精度20mm+1ppm；静态，水平精度5mm+0.5ppm，垂直精度10mm+0.5ppm。

主要特点：

（1）轻松点击获取Smart Station站点坐标。使用Smart Station无需考虑控制点，只需要架设好Smart Station，按下GPS键并保持平稳，在基线50km的范围内只需很短时间即可得到厘米级精度的RTK位置信息，然后用全站仪进行测量作业。

（2）GPS完全嵌入全站仪。借助于全站仪中完善的软件，所有的全站仪和GPS操作都可以通过全站仪的键盘进行。所有的数据存入在同一块Compact Flash卡中相同的一个数据库中。测量数据、系统状态信息以及其他任何信息都可在全站仪屏幕上显示出来。全站仪的内置电池也可为GPS的Smart Antenna天线和RKT通信设备供电。所有的组件完美整合在一起，每一个组件都可无缝连接，无需电缆、外部电源以及数据输出设备等。

（3）作为Smart Station使用，或者单独作为全站仪和RTK流动站。Smart Station采用模块化设计，用户可根据需要以任意方式操作设备。在没有控制点的时候使用Smart Station，一旦获得了准确的坐标位置，将Smart Antenna天线安装在对中杆上，配合RX1210控制器和GTX1230传感器，组合成一个完整的RTK流动站。使用Smart Station具备强大的灵活性。

习题

1.全站仪由哪几部分组成？一般具有哪些功能？

2.南方NTS-352全站仪的工作模式设置包括哪些内容？

3.南方NTS-352全站仪如何进行水平角的设置？

4.南方NTS-352全站仪如何进行距离测量？

5.南方NTS-352全站仪如何进行坐标测量？

6.南方NTS-352全站仪如何进行数据采集？

7.南方NTS-352全站仪如何进行坐标放样？

8.数据通信的方式有哪些？

9.什么是波特率？什么是校验位？

10.全站仪在进行数据传输之前应进行哪些设置？