全站儀

全站儀（A total of   stations）基于電磁波測距儀和電子經緯儀的一體化設計，并逐步完善其功能，是一種高精度測量儀器，包括電子測角、電子測距、數據計算部分和通信接口。全站儀可以完成角度測量、距離測量、三維坐標測量、定位、數據采集等測量任務，同時具有自動校正功能、自動補償等高級功能可以在復雜環境下實現高精度、快速穩定的測量。全站儀還可以與計算機連接，實現數據存儲、處理和分析，從而大大提高工作效率，其主要特點包括測量精度高、速度快、操作簡單方便等。根據外觀結構、全站儀按測量功能和測距能力可分為幾類，在測繪中應用廣泛、建筑、交通、水利和其他領域的測量工作。隨著科學技術的發展，現代全站儀也在不斷創新發展，主要是數字化、實時化、集成化、在線和自動化方向的進展。

角度測量

全站儀使用電子經緯儀的測角部分進行角度測量，具有測量水平角和垂直角的能力全站儀在測量角度時，會利用其內角測量部分測量兩點間的視線角度，并自動轉換為水平和垂直，以判斷兩點間的位置和方向關系。此外，它還具有水平角度設置垂直角度顯示轉換角度單位轉換角度自動補償等多種功能。全站儀角度測量由電子經緯儀完成。類似于光學經緯儀的原理，電子經緯儀也可以使用表盤，但不同的是，它不是采用讀取表盤上分割線的方式來獲得角度值，而是通過電信號將表盤上的刻度值轉換成數字并顯示在屏幕上。電子角度測量將角度測量數據數字化，并以數字形式顯示測量結果。電子測角的本質是通過數字角度編碼轉換系統來測量角度，常用的是編碼刻度盤、光柵尺或動態光柵尺等三種轉換系統取代了傳統的光學讀數方法。

距離測量

全站儀有光波測距儀的測距部分，不僅可以測量反射體（斜距）距離，還要根據系統的型號、調整棱鏡的數量和天氣條件，以滿足各種測量目標和工作需要。全站儀還可以轉換測距模式，可以根據具體情況設置為高精度測量和快速測量，可以選擇距離測量的最小分辨率和測距次數，還可以設置測距精度和時間，具有多種修正功能。

全站儀測距是一種測量兩點間距離的方法具體思路是利用目標接收電磁波并反射回儀器位置，通過計算電磁波的傳播時間來獲得距離值。在測距的過程中，全站儀會向目標發射電磁波接收到電磁波后，目標會將其反射回儀器所在的位置儀器會接收反射的電磁波，計算電磁波從儀器到目標再回到儀器的時間延遲最后會根據電磁波的傳播速度和時延計算出儀器到目標的距離。根據測量時間的方式，全站儀測距可分為直接測量脈沖測距法和間接測量相位測距法。直接測距法是指通過計算電磁波在往返傳播過程中的時間差，直接獲得被測距離。相位測距的原理是先測量電磁波的相位差，然后將相位差乘以波長，最后得到測量的距離。兩種測距方法各有優缺點，根據實際情況選擇合適的方法進行測量。

三維坐標測量

設置好測量參數后，可以直接用全站儀測量某一位置的三維坐標，大大提高了測繪工作的效率。在已知點放一個全站儀，然后輸入儀器高度和棱鏡高度，再輸入測站的平面坐標和高程，再放另一個已知點（所謂方位點或后視點），然后使用機載后視定向功能進行定向，將水平刻度盤的讀數設置為測站到定向點的方位角，然后對目標點進行定向（又叫前視點）在反射棱鏡上，并按下測距鍵，就可以得到目標點的三維坐標。

其他功能

除了角度，全站儀、除了距離三維坐標測量等主要功能外，還具有休眠自動關機等功能、顯示內容個性化、電子水準器、照明系統、導向光引導、數據管理等輔助功能。全站儀內部裝有微處理器、存儲器和IO接口可以運行復雜的應用程序，因此具有進一步處理和存儲測量數據的功能，如自由設站、導線測量、偏心測量、懸高測量、面積測量等。

全站儀用于電子測角、電子測距、電子補償、微機處理裝置由四部分組成，它本身是一個具有特殊功能的計算機控制系統，其中微機處理裝置由一個微處理器組成、存儲器、輸入部分和輸出部分。全站儀使用微處理器檢查從數據采集部分獲得的傾斜距離、角度、誤差等信息，得到修正后的觀測數據和計算結果在儀器的存儲器中，固化了用于測量的程序，通過程序實現測試。

角度測量部分是電子經緯儀，用來測量水平角度、垂直角度和設定方位角，并自動完成角度讀取；測距部分是光電測距儀，用來測量兩點之間的距離；補償部分用于實現垂直軸傾斜系統引起的水平角度、垂直角誤差的補償和校正微型計算機用來接收輸入和輸出指令、控制作業方式、進行數據處理等；電源為每個部分供電，使其能夠充電和放電；輸入/輸出包括鍵盤、顯示屏和通信接口是與外部設備連接的設備，使全站儀可以與其他設備交互通信和傳輸數據；以上部分是輸入和輸出（I/O）接口連接到總線并連接到同一個微處理器。

工作特點

采用先進的同軸雙速系統和微動機構，使對準更快更準確。

它有一套完整的人機交互控制界面，包括鍵盤和顯示窗口除瞄準目標外，其他所有測量功能和數據均可通過按鍵完成儀器兩側有控制面板，操作方便。

安裝了雙軸傾斜補償裝置，可在水平和垂直方向自動補償，克服了剛性軸傾斜誤差的影響。

機器中預裝了測量相關的應用程序，可以輕松完成三維坐標測量、放樣測量、后方交會、懸高測量、邊緣測量和其他工作。

該儀器具有雙向可視能力，可以將測試結果傳輸到電子筆記本電腦，也可以接收來自電子筆記本或電腦的命令和數據。

構造特點

同軸望遠鏡。在全站儀光學測距系統中，發射的是被照射物體的視準軸和光電測距系統中的紅外線、接受光軸在一條直線上。在測量過程中，只要將望遠鏡對準目標棱鏡的中心，就可以測量出水角垂直角和斜距。

鍵盤操作。在全站儀中，通過鍵盤輸入命令，按鍵分為硬鍵和軟鍵兩種。每個硬鍵都有一個或多個固定的功能，而軟鍵的功能是由各種菜單下呈現的字符提示決定的軟鍵通常在不同的菜單界面下有不同的功能。

數據存儲與通信。全站儀的數據存儲和通信通過內存和存儲卡進行，采集到的測量數據可以存儲和傳輸，以便進一步處理。內存相當于計算機的內部存儲器，存儲卡是外部存儲介質，可以通過通信接口和線纜實現信息傳輸。

雙軸自動補償。全站儀設有雙軸（或單軸）自動傾斜補償系統可以消除觀測誤差對角度觀測的影響。當全站儀沒有精確調平時，還能自動測量縱軸傾斜的角度值，并自動修正角度觀測值。

按外觀結構分類

積木式（組合式）

早期有幾種類型的全站儀是用積木搭建的，使用的是電子速度計、電子經緯儀和電子記錄儀作為獨立的單元，可以單獨使用，也可以組合成一個完整的全站儀。組件之間使用電纜來完成數據傳輸工作完成后，它們可以單獨拆卸，以便用戶根據作業的精度要求選擇不同的角度測量、測距設備的組合具有良好的適應性。

整體式（集成式）

隨著電子測距儀器體積和重量的不斷減小，大多數新型現代全站儀都會測距、測角、這三個記錄儀有機地結合在一起，這樣測距儀的發射、望遠鏡的接收軸和視準軸成為同軸結構，更好地保證了測距的精度。距離測量部分和角度測量部分共用一個光學望遠鏡來測量距離、所有角度可以一次對準，操作簡單。

按測量功能分類

經典型全站儀

經典全站儀，也叫常規全站儀，用全站儀進行電子測角、一些基本功能，如電子測距和自動數據記錄，也可以執行制造商或用戶自己開發的機載測量程序。

機動型全站儀

電動全站儀將常規全站儀與步進電機相結合，實現全站儀的觀瞄部分和觀測系統的自主旋轉驅動。在計算機的實時監控下，移動全站儀可以根據計算機設定的方位角參數自動標定目標點，也可以實現自動改正、倒鏡測量。

非合作目標全站儀（免棱鏡全站儀）

非合作目標全站儀是指不需要反射棱鏡就可以直接測量一般目標距離的全站儀。因此，非合作目標全站儀在測量不方便安裝反射棱鏡的目標時具有明顯的優勢。

智能型全站儀

智能全站儀將自動物體識別自動調光等新技術引入移動全站儀，可以有效解決自動化過程中依賴人工瞄準等重大缺陷，達到提高其智能化水平的目的。無需人工干預，智能全站儀可以識別多個目標，并使用相應的軟件程序進行控制、瞄準和測量自動化。

按測距能力分類

全站儀利用電磁波進行測距，根據測距范圍可以分為以下三種：短程測距儀、中程測距儀和遠程測距儀。近程測距儀測距范圍小于3km，測距精度一般為正負(5 mm   33565 ppm× d)，用于一般工程測量和城市測量。中距測距儀的測距范圍為3~15km，測距精度一般為正負(5 mm   33562 ppm× d)或者±(3mm   2ppm×D)，通常用于一般的水準控制測量。遠程測距儀測距范圍大于15km，測距精度一般(5毫米lppm×D)，通常用于國家三角測量和特級導線測量。測距精度通常在正負范圍內(A+B×D)其中a代表固定誤差，b是比例誤差系數，d是測量距離。

全站儀已經在各個工程領域發揮了巨大的作用，不僅僅是在測繪領域、建筑、交通、水利、地籍和房產測量也廣泛應用于大型工業生產設備和部件的安裝和調試、船體設計建造、橋梁大壩變形觀測、地質災害監測和體育競賽等。

全站儀可以控制地貌測量中的同時測量和地貌測量；在工程建設過程中，通過規劃的管線、定位道路和建筑物，可以實現工程施工三維坐標的快速施工放樣；在變形觀測中，可以對建筑物和構筑物的變形進行實時動態監測。在控制測量中，測距部分實現了導線測量和正反交的編程，操作簡單、速度快、精度高的特點。在同一個測站中，全站儀可以進行角度測量、距離、高差等測量，并能存儲和傳輸信息通過傳輸裝置，全站儀可以與計算機和繪圖儀連接，形成內外一體的測量系統，大大提高了測量的效率。

現代測繪的任務不僅僅是定位地理位置，還包括采集和管理地理位置屬性數據。現代測繪儀器要能方便采集、存儲、管理、調用和使用不同的屬性數據，使數據可以方便地納入GIS框架，與屬性數據集成，由計算機處理。隨著科技的發展，現代全站儀也在不斷創新發展，其發展趨勢主要有五個方向。

數字化。數字化要求全站儀能夠輸出并由計算機直接處理、傳輸和交換的數字地理數據是全站儀測繪內外業一體化的基礎。

實時化。使測繪儀器具有實時數據處理功能，有助于實時檢查測量質量，提高效率；另一方面，可以根據測量結果直接進行后續工作。

集成化。現代測繪工作的一個顯著特點是分工明確，各種測量相互滲透，這就要求全站儀在硬件上集成功能，軟件上開放，便于各種儀器采集數據的交換和共享，提高測繪工作的效率和進度。

在線化。全站儀對測量數據進行在線處理，提高測量精度和效率，并及時更新GIS數據庫，保持數據的及時性。

自動化。自動化將使全站儀不僅是一個簡單的觀測工具，而且是一個智能的測繪助手，并越來越接近PC桌面系統，以方便用戶發展。

全站儀未來的發展趨勢是解決全站儀復雜的計算問題，將需要外部設備完成的功能全部集成到儀器中，利用近景攝影和GPS技術提高數據采集的精度，在數據處理中應用平差、成圖、編輯、打印，實現自動化和智能化。