能够在一个测站上完成采集水平角、竖直角和倾斜距离三种基本数据的功能，并由这三种基本数据，通过仪器内部的中央处理单元（CPU）计算出平距、高差、高程及坐标等数据。由于只要一次安置仪器便可以完成在该测站上所有的测量工作，故被称为全站型电子速测仪，简称“全站仪”。全站仪作为光电技术的最新产物、智能化的测量产品，是目前各工程单位进行工程测量的重要仪器，它的应用使测量技术人员从繁重的测量工作中解脱出来。电子全站仪是由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组合而成的测量仪器。
图3-3-1 角度测量原理
（a）水平角；（b）竖直角
早期的全站仪是将电子经纬仪与光电测距仪装置在一起，并可以拆卸、分离成经纬仪和测距仪两个独立的部分，称为分体式全站仪。后来又改进为将光电测距仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪，并且配置了电子计算机的中央处理单元、储存单元和输入输出设备（I/O），能根据外业采集的基本数据实时计算并显示出所需要的测量成果。通过输入输出设备，可以与计算机交互通信，使测量数据直接输入计算机进行计算、编辑和绘图。测量作业所需要的已知数据也可以从计算机输入全站仪。这样，不仅使测量的外业工作高效化，而且可以实现整个测量作业的高度自动化。
电子全站仪主要由测量部分、中央处理单元、输入输出设备及电源等部分组成。其结构原理如图3-3-2所示。
图3-3-2 全站仪结构原理
（1）测角部分相当于电子经纬仪，可以测定水平角、竖直角和设置方位角。
（2）测距部分相当于光电测距仪，一般采用红外光源，测定仪器至目标点（设置反光棱镜或反光片）的斜距，并可归算为平距及高差。
（3）中央处理单元接受输入指令，分配各种观测作业，进行测量数据的运算，如多测回取平均值、观测值的各种改正、极坐标法或交会法的坐标计算，以及包括运算功能更为完备的各种软件，在全站仪的数字计算机中还提供有程序存储器。
（4）输入输出设备部分包括键盘、显示屏和接口。从键盘可以输入操作指令、数据和设置参数；显示屏可以显示出仪器当前的工作方式（Mode）、状态、观测数据和运算结果；接口使全站仪能与磁卡、磁盘、微机交互通信，传输数据。
（5）电源部分有可充电式电池，供给其他各部分电源，包括望远镜十字丝和显示屏的照明。
1.全站仪的构造
目前，全站仪在工程中基本得到普及，世界上许多著名测绘仪器厂商均生产各种型号的全站仪。如日本索佳（SOKKIA）、尼康（Nikon）、拓普康（TOPCON）、宾得（PENTAX），瑞士徕卡（Leica），德国蔡司（Zeiss），美国天宝（Trimble），我国南方NTS系列、苏光OTS系列、RTS系列等。各种不同品牌、型号的全站仪其外貌和结构各不相同，但其在使用功能上大同小异。现以南方NTS-300B/R系列全站仪为例进行必要的介绍。
如图3-3-3所示，全站仪由照准部、水平度盘和基座三部分组成。
图3-3-3 南方NTS-300B/R型全站仪的外部结构
（1）照准部。照准部位于水平度盘的上方，主要用于照准目标。照准部的构件最多，主要由望远镜、垂直制微动手轮、水平制微动手轮、键盘、显示屏幕、竖直度盘、支架、照准部水准管、照准部旋转轴、横轴和光学对中器等组成。
全站仪采用的是同轴望远镜，实现了视准轴、测距光波的发射、接收光轴同轴化。同轴化的基本原理是：在望远物镜与调焦透镜之间设置分光棱镜系统，通过该系统实现望远镜的多功能，即可瞄准目标，使之成像于十字丝分划板，进行角度测量。同时，其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后，经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；为测距需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传送给光电二极管接收，进而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。同轴性使得望远镜一次瞄准即可实现同时测定水平角、垂直角和斜距等全部基本测量要素的测定功能。加之全站仪强大、便捷的数据处理功能，使全站仪的使用极其方便。
为控制望远镜的转动以便快速准确地照准目标，照准部上配有垂直制微动手轮。
照准部水准管用来精确整平仪器。水准管是由玻璃管制成的，其上部内壁的纵向按一定半径磨成圆弧。如图3-3-4所示，管内注满酒精和乙醚的混合液，经过加热、封闭、冷却后，管内形成一个气泡。水准管内表面的中点O称为零点，通过零点作圆弧的纵向切线LL称为水准管轴。当气泡中点位于零点时，称为气泡居中，此时水准管轴水平。自零点向两侧每隔2mm刻一个分划，分划值的实际意义可以理解为当气泡移动2mm时，水准管轴所倾斜的角度，分划值越小则水准管灵敏度越高，用它来整平仪器就越精确。
图3-3-4 水准管
键盘是全站仪在测量时输入操作指令或数据的硬件，全站型仪器的键盘和显示屏均为双面式，便于正、倒镜作业时操作。
光学对中器是在架设仪器时，保证水平度盘的中心与地面上待测角的顶点（通常称为测站点）位于同一铅垂线上的装置。目前的许多仪器大多采用激光对点装置。
照准部旋转轴的几何中心线，称为仪器的竖轴。照准部的旋转是其绕竖轴在水平面上的旋转。为控制照准部的旋转，仪器上装有水平制微动手轮。
图3-3-5所示为NTS-300B/R电子全站仪的键盘。位于显示窗底部的F1～F4四个键，称为软键，软键是指可以改变功能的键，其功能以不同的设置而定。
图3-3-5 全站仪操作键盘
全站仪按键的主要功能见表3-3-1。
表3-3-1 全站仪按键主要功能
全站仪测量内容对应的显示符号见表3-3-2。(www.xing528.com)
表3-3-2 测量内容对应的显示符号
（2）水平度盘。水平度盘用于全站仪水平角观测，常用的有光栅度盘和编码度盘。
1）光栅度盘测角原理。光栅就是具有刻制成许多宽度和间隔都相等的直线条纹的光学器件，即它是由许多等间隔的透光的缝隙和不透光的分划线所组成。角度测量的光栅是在度盘径向按等角距离刻制的辐射状的径向光栅。
2）编码度盘测角原理。编码度盘类似普通光学度盘的玻璃码盘，在此平面上分布着若干宽度相同的同心圆环。
（3）基座。基座部分主要由仪器的基座、脚螺旋、基座锁定钮、圆水准器和连接板组成。圆水准器用来粗略整平仪器，脚螺旋用以调节水准管气泡。
2.全站仪的使用
全站仪的操作包括安置仪器及安装电池、对中、整平、照准和读数。其中，对中和整平是在测站点上安置全站仪的基本工作。
（1）安置仪器及安装电池。将仪器安置在三脚架上，在使用仪器测量前首先应检查内部电池充电情况，如电力不足要及时充电，并要用仪器自带的充电器进行充电。整平仪器前应装上电池，因为装上电池后仪器会发生微小的倾斜。观测完毕须将电池从仪器上取下。
（2）对中。对中的目的是使全站仪水平度盘的中心（仪器的竖轴）与测站点位于同一铅垂线上，常用的对中方法有光学对中和激光对中。
光学对中器对中，其做法是：将仪器安置在测站点上，使架头大致水平，三个脚螺旋的高度适中（使其在中间位置最好），目估尽可能使仪器中心位于测站点的铅垂线上，踏实脚架腿。转动光学对中器的目镜调光螺旋，使分划板的中心圈（有的采用十字丝）清晰，再拉出或推进对中器镜筒做物镜调焦，使测站点标志成像清晰；旋转脚螺旋使分划板中心对准测站点，然后用脚架的伸缩螺旋调整架腿高度，使圆水准气泡居中，再用脚螺旋整平照准部水准管；用光学对中器观察测站点是否偏离分划板中心，如果偏离，稍微松开连接螺旋，在架头上移动仪器，分划板中心对准测站点后旋紧连接螺旋，重新整平仪器，直至在整平仪器后，分划板中心对准测站点为止。可以看出，使用光学对中器，对中和整平是同时完成的。
2）激光对中和光学对中大致相同，在此就不多做介绍。
（3）整平。整平的目的是使仪器的竖轴位于铅垂线方向上，即使水平度盘处于水平位置。整平通常是由三个脚螺旋来完成，但由于脚螺旋的调整范围有限，若仪器的竖轴倾斜过大，则无法将其整平。因此，一般先用基座上的圆水准器概略整平。这种概略整平应与仪器的对中同时进行，即挪动或踏实脚架时，须兼顾圆水准器的气泡使之大致居中，只有在已经对中和概略整平的基础上方可进行精确整平。
精确整平的具体过程如下：
1）转动照准部，使照准部水准管与任意两个脚螺旋①、②的连线平行，如图3-3-6（a）所示，两手以相反方向旋转①、②两脚螺旋，使水准管气泡居中，气泡移动方向与左手大拇指转动方向一致。
2）将照准部水平旋转90°，如图3-3-6（b）所示，转动另一个脚螺旋③使水准管气泡居中。
图3-3-6 照准部水准管整平方法
3）以上操作要反复进行，直到照准部水平旋转至任意位置，水准管气泡均居中为止。
需要说明的是，此时的整平一般会破坏已完成的对中，因此，还应再次对中，只需要稍稍松开中心连接螺旋，在架头孔径内平移仪器，使对中器分划板的中心圈（或十字丝）与测站点标志的影像严格重合，旋紧中心连接螺旋。对中和整平是相互影响的，应反复进行直至对中与整平同时满足要求为止。
（4）照准。照准的目的是使要照准的目标点在望远镜中的影像与十字丝的交点重合，照准时先调节望远镜的目镜对光螺旋，使十字丝清晰。然后，利用望远镜上的照门和准星或瞄准器粗略照准目标点，拧紧垂直制动螺旋和水平制动螺旋，进行物镜对光使目标影像清晰，并消除视差。最后，转动水平微动螺旋和垂直微动螺旋，使十字丝的交点与目标点重合。
使用全站仪时，在目标点架设反射棱镜或反射片（图3-3-7）供望远镜照准。在工程测量中，根据测程的不同，可选用单棱镜、三棱镜等。
图3-3-7 反射棱镜
（5）读数。
1）开机和显示屏显示的测量模式。检查已安装上的内部电池，即可打开电源开关。电源开启后主显示窗随即显示仪器型号、编号和软件版本，数秒后发生鸣响，仪器自动转入自检，通过后显示检查合格。数秒后接着显示电池电力情况，若电压过低，则应关机更换电池。全站仪出厂时，开机主显示屏显示的测量模式一般是水平度盘和竖直度盘模式，要进行其他测量可通过菜单进行调节。
2）设置仪器参数。根据测量的具体要求，测量前应通过仪器的键盘操作来选择和设置参数。其主要包括观测条件参数设置、日期和时钟的设置、通信条件参数的设置和计量单位的设置等。
3）其他方面。对于不同型号的全站仪，在必要情况下应根据测量的具体情况进行其他方面的设置。如恢复仪器参数出厂设置、数据初始化设置、水平角恢复、倾角自动补偿、视准差改正及电源自动切断等。
将全站仪测量模式和参数设置好后，从显示屏中读取所需要的数据。
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