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乐投体育官网全站仪概述_百度文库

2020-08-06 热度:

  乐投体育官网? 第1章 1.1 全站仪概述 全站仪的基本概念 在传统的测量中,人们已经提到了“速测法” ,它是指一种从仪器站同时测定某 一点的平面位置和高程的方法。有时,这种方法也称作“速测术” ( Tachymetry ) ,而 速测 仪( Tachy-meter )就是 根据 速 测法 原理 而 设计 的测 量 仪器 。最 初 速测 仪的 距 离 测量 是 通 过 光学 方 法 来 实现 的 , 我 们称 这 种 速 测仪 为 “ 光 学速 测 仪 ” 。 实际 上 , “光 学 速测 仪 ” 就 是指 带 有 视 距丝 的 经 纬 仪, 被 测 点 的平 面 位 置 由方 向 测 量 及光 学 视 距 来 确定 , 而 高 程则 是 用 三 角测 量 方 法 来确 定 。 带 有“ 视 距 丝 ”的 光 学 速 测仪 , 由 于 其快速、简易,而在短距离( 100 m 以内) 、低精度( 1 ∶ 200 ~ 1 ∶ 500 )的测量中(如 碎部点测定中)有其优势,并得到了广泛的应用。 电 子 测距 技 术 的 出现 , 大 大 推动 了 速 测 仪的 发 展 。 用电 磁 波 测 距仪 代 替 光 学 视 距 经纬 仪 , 使 得测 程 更 大 、测 量 时 间 更短 、 精 度 更高 。 人 们 将距 离 由 电 磁波 测 距 仪 测定的速测仪笼统地称为“电子速测仪” ( Electronic Tachymeter ) 。然而,随着电子 测 角技 术 的 出 现, 这 一 “ 电子 速 测 仪 ”的 概 念 又 相应 地 发 生 了变 化 , 根 据测 角 方 法 的 不同 分 为 半 站型 电 子 速 测仪 和 全 站 型电 子 速 测 仪。 半 站 型 电子 速 测 仪 是指 用 光 学 方法测角的电子速测仪,也称之为“测距经纬仪” 。这种速测仪出现较早,并且被不 断 改进 , 可 将 光学 角 度 读 数通 过 键 盘 输入 到 测 距 仪, 对 斜 距 进行 化 算 , 最后 得 出 平 距 、高 差 、 方 向角 和 坐 标 差, 这 些 结 果都 可 自 动 地传 输 到 外 部存 储 器 中 。全 站 型 电 子 速测 仪 则 是 由电 子 测 角 、电 子 测 距 、电 子 计 算 和数 据 存 储 单元 等 组 成 的三 维 坐 标 测 量系 统 , 是 测量 结 果 能 自动 显 示 , 并能 与 外 围 设备 交 换 信 息的 多 功 能 测量 仪 器 。 由 于全 站 型 电 子速 测 仪 较 完善 地 实 现 了测 量 和 处 理过 程 的 电 子化 和 一 体 化, 所 以 人 们也通常称之为全站型电子速测仪或简称全站仪。 全站仪,即全站型电子测距仪( Electronic Total Station ) ,是一种集光、机、电 为一体的高技术测量仪器,是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距) 、高差测量功 能 于一 体 的 测 绘仪 器 系 统 。与 光 学 仪 器相 比 , 电 子仪 器 将 光 学度 盘 换 为 光电 扫 描 度 盘 ,将 人 工 光 学测 微 读 数 代之 以 自 动 记录 和 显 示 读数 , 使 测 角操 作 简 单 化, 且 可 避 免 读数 误 差 的 产生 。 目 前 ,全 站 仪 广 泛应 用 于 各 类工 程 项 目 的勘 测 、 施 工和 变 形 监 测 等工 作 中 , 是测 量 工 作 的主 要 仪 器 。全 站 仪 与 光学 经 纬 仪 的区 别 在 于 度盘 读 数 及 显 示系 统 , 电 子经 纬 仪 的 水平 度 盘 和 竖直 度 盘 及 其读 数 装 置 是分 别 采 用 编码 盘 或 两 ﹌ 001? 个相同的光栅度盘和读数传感器进行角度测量的。 根据测角精度可分为 0.5 ″ , 1″, 2″, 3 ″ , 5 ″ , 7 ″ 等几个等级。 全站仪的测角系统与传统光学经纬仪测角系统相比较,主要有两个方面的不同: ( 1 ) 传 统 的 光 学度 盘 被 绝 对编 码 度 盘 或光 电 增 量 编码 器 所 代 替,乐投体育官网 用 电 子 细分 系 统代替了传统的光学测微器。 ( 2 )由传统的观测者判读观测值及手工记录变为观测者直接读数并自动记录。 全 站 仪的 测 距 系 统与 一 般 测 距仪 基 本 一 致, 只 是 体 积更 小 , 通 常采 用 半 导 体 砷 化 镓发 光 二 极 管作 为 光 源 。不 同 厂 家 生产 的 不 同 类型 及 系 列 的全 站 仪 , 其最 大 测 程 和距离测量误差均有较大变化。 全 站 仪的 记 录 系 统又 称 为 电 子数 据 记 录 器, 它 是 一 种存 储 测 量 资料 的 具 有 特 定 软 件的 硬 件 设 备。 数 据 记 录器 也 有 许 多类 型 , 但 基本 功 能 都 一样 , 起 着 全站 仪 与 电 子 计算 机 之 间 的桥 梁 作 用 。它 使 野 外 记录 工 作 实 现了 自 动 化 ,减 少 了 记 录计 算 的 差 错 ,大 大 提 高 了野 外 作 业 的效 率 。 全 站仪 记 录 系 统主 要 有 三 种形 式 : 接 口式 、 磁 卡 式和内存式。 全 站 仪由 电 子 测 角、 电 子 测 距、 电 子 计 算和 数 据 存 储系 统 等 组 成, 本 身 就 是 一 个带有特殊功能的计算机控制系统。从总体上看,全站仪由下列两大部分组成: ( 1 ) 为 采 集 数 据而 设 置 的 专用 设 备 : 主要 有 电 子 测角 系 统 、 电子 测 距 系 统、 数 据存储系统,还有自动补偿设备等。 ( 2 ) 过 程 控 制 机: 主 要 用 于有 序 地 实 现上 述 每 一 专用 设 备 的 功能 。 过 程 控制 机 包括与测量数据相连接的外围设备及进行计算、产生指令的微处理机。 只 有 上面 两 大 部 分有 机 结 合 ,才 能 真 正 地体 现 “ 全 站” 功 能 , 即既 要 自 动 完 成 数据采集,又要自动处理数据和控制整个测量过程。 1.1.1 全站仪的分类 20 世纪 80 年代末、 90 年代初,人们根据电子 测 角系 统 和 电 子测 距 系 统 的发 展 不 平 衡, 将 全 站 仪 分成两大类,即积木式和整体式。 全站仪采用了光电扫描测角系统,其类型主要 有 编码 盘 测 角 系统 、 光 栅 盘测 角 系 统 及动 态 ( 光 栅 盘)测角系统等三种。 全站仪按其外观结构可分为两类: ( 1 )积木型( Modular ,又称组合型,图 1.1 ) 。 早期的全站仪,大都是积木型结构,即电子速 测 仪、 电 子 经 纬仪 、 电 子 记录 器 各 是 一个 整 体 , 可 图 1.1 组合式全站仪 以 分离 使 用 , 也可 以 通 过 电缆 或 接 口 把它 们 组 合 起来 , 形 成 完整 的 全 站 仪。 可 测 出 002? ﹌? 平 面距 离 、 高 差、 方 位 角 和坐 标 差 , 这些 结 果 可 自动 地 传 输 到外 部 存 储 器中 。 其 优 点 是能 通 过 不 同的 构 件 进 行多 样 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。早期的全站仪都采用这种结构。代表产品有日本索佳生产的 REDmimi 短程测距仪加 DT2 、 DT4 或 DT5 电子经纬仪等。 ( 2 )整体型( Integral ,图 1.2 ) 。 随 着 电子 测 距 仪 进一 步 的 轻 巧化 , 现 代 的全 站 仪 大 都把 测 距 、 测角 和 记 录 单 元 在 光学 、 机 械 等方 面 设 计 成一 个 不 可 分割 的 整 体 ,其 中 测 距 仪的 发 射 轴 、接 收 轴 和 望远镜的视准轴为同轴结构,这对保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。 它 具备 全 站 仪 电子 测 角 、 电子 测 距 和 数据 自 动 记 录等 基 本 功 能, 最 显 著 的特 征 是 能 存储数据。有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序(如偏心测量、对边测 量、悬高测量等) 。代表产品有徕卡 TC 系列、拓普康 GTS-300 系列、南方 NTS-312 等。 图 1.2 整体式全站仪 全站仪按测量功能分类,可分成四类: ( 1 )经典型全站仪( Classical totalstation ) 。 经 典 型全 站 仪 也 称为 常 规 全 站仪 , 具 备 全站 仪 电 子 测角 、 电 子 测距 和 数 据 自 动 记 录等 基 本 功 能, 有 的 还 可以 运 行 厂 家或 用 户 自 主开 发 的 机 载测 量 程 序 。其 经 典 代 表为徕卡公司的 TC 系列全站仪。 ( 2 )机动型全站仪( Motorized totalstation ) 。 在 经 典全 站 仪 的 基础 上 安 装 轴系 步 进 电 机, 可 自 动 驱动 全 站 仪 照准 部 和 望 远 镜 的 旋转 。 在 计 算机 的 在 线 控制 下 , 机 动型 系 列 全 站仪 可 按 计 算机 给 定 的 方向 值 自 动 照准目标,并可实现自动正、倒镜测量。徕卡 TCM 系列全站仪就是典型的机动型全 ﹌ 003? 站仪。 ( 3 )无合作目标型全站仪( Reflector lesstotalstation ) 。 无合作目标型全站仪是指在无反射棱镜的条件下,可对一般的目标直接测距的 全 站仪 。 因 此 ,对 不 便 安 置反 射 棱 镜 的目 标 进 行 测量 , 无 合 作目 标 型 全 站仪 具 有 明 显优势。如徕卡 TCR 系列全站仪,无合作目标距离测程可达 1 000 m ,可广泛用于 地籍测量、房产测量和施工测量等。 ( 4) 智能型全站仪 ( Robotic totalstation ) 。 在自动化全站仪的基础上,仪器安装自 动 目标 识 别 与 照准 的 新 功 能, 因 此 在 自动 化 的 进程 中 , 全 站仪 进 一 步 克服 了 需 要 人工 照 准目标的重大缺陷, 实现了全站仪的智能化。 在 相关 软 件 的 控制 下 , 智 能型 全 站 仪 在无 人 干 预的 条 件 下 可自 动 完 成 多个 目 标 的 识别 、 照准与测量。 因此, 智能型全站仪又称为 “测 量机器人” ,典型的代表有徕卡的 TS60 型全 站仪等(图 1.3 ) 。 全站仪按测距仪测程分类,还可以分为 三类: ( 1 )短距离测距全站仪。 量和城市测量。 ( 2 )中测程全站仪。 测程为 3 ~ 15 km ,一般精度为 ± ( 5 mm+2 ppm ) , ± ( 2 mm+2 ppm ) ,通常用于 一般等级的控制测量。 ( 3 )长测程全站仪。 测程大于 15 km ,一般精度为 ± ( 5 mm+1 ppm ) ,通常用于国家三角网及特级导 线 年代以来,全站仪基本上都发展为整体式全站仪。随着计算机技术的 不 断发 展 与 应 用以 及 用 户 的特 殊 要 求 与其 他 工 业 技术 的 应 用 ,全 站 仪 出 现了 一 个 新 的 发展 时 期 , 出现 了 带 内 存、 防 水 型 、防 爆 型 、 电脑 型 等 的 全站 仪 , 使 得全 站 仪 这 一最常规的测量仪器越来越满足各项测绘工作的需求,发挥更大的作用。 图 1.3 徕卡 TS60 智能全站仪 ,主要用于普通测 测程小于 3 km ,一般精度为 ± ( 5 mm+5 ppm ) ( 1 ppm=10 ? 6 ) 1.1.2 全站仪的结构 全 站 仪几 乎 可 以 用在 所 有 的 测量 领 域 。 电子 全 站 仪 由电 源 部 分 、测 角 系 统 、 测 004? ﹌? 距系统、数据处理部分、通信接口及显示屏、键盘等组成(图 1.4 ) 。同电子经纬仪、 光 学经 纬 仪 相 比, 全 站 仪 增加 了 许 多 特殊 部 件 , 因此 全 站 仪 具有 比 其 他 测角 、 测 距 仪 器更 多 的 功 能, 使 用 也 更方 便 。 这 些特 殊 部 件 构成 了 全 站 仪在 结 构 方 面独 树 一 帜 的特点。 图 1.4 全站仪结构原理 1. 同轴望远镜 全 站 仪的 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 间设 置 分 光 棱镜 系 统 , 通过 该 系 统 实现 望 远 镜 的 多功 能 , 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 也传 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 使 用 极 其方便。 2. 双轴自动补偿器 作 业 时若 全 站 仪 纵轴 倾 斜 , 会引 起 角 度 观测 的 误 差 ,盘 左 、 盘 右观 测 值 取 中 不 能 使之 抵 消 。 而全 站 仪 特 有的 双 轴 ( 或单 轴 ) 倾 斜自 动 补 偿 系统 , 可 对 纵轴 的 倾 斜 进 行监 测 , 并 在度 盘 读 数 中对 因 纵 轴 倾斜 造 成 的 测角 误 差 自 动加 以 改 正 (某 些 全 站 仪纵轴最大倾斜可允许至 ±6 ′ ) 。也可通过将竖轴倾斜引起角度误差,由微处理器自动 ﹌ 005? 按 竖轴 倾 斜 改 正计 算 式 计 算, 并 加 入 度盘 读 数 中 加以 改 正 , 使度 盘 显 示 读数 为 正 确 值,即所谓纵轴倾斜自动补偿。 双轴自动补偿所采用的构造(包括 Topcon , Trimble ) :使用一水泡(该水泡 不 是 从外 部 可 以 看到 的 , 与 检验 校 正 中 所描 述 的 不 是一 个 水 泡 )来 标 定 绝 对水 平 面 , 该 水泡 中 间 填 充液 体 , 两 端是 气 体 。 在水 泡 的 上 部两 侧 各 放 置一 发 光 二 极管 , 而 在 水 泡的 下 部 两 侧各 放 置 一 光电 管 , 用 于接 收 发 光 二极 管 透 过 水泡 发 出 的 光。 通 过 运 算 电路 比 较 两 二极 管 获 得 的光 的 强 度 。当 其 处 在 初始 位 置 , 即绝 对 水 平 时, 将 运 算 值 置零 。 当 作 业中 全 站 仪 器倾 斜 时 , 运算 电 路 实 时计 算 出 光 强的 差 值 , 从而 换 算 成 倾 斜的 位 移 , 将此 信 息 传 达给 控 制 系 统, 以 决 定 自动 补 偿 的 值。 自 动 补 偿的 方 式 除 由 微处 理 器 计 算后 修 正 输 出外 , 还 有 一种 方 式 即 通过 步 进 电 动机 驱 动 微 型丝 杆 , 对 此轴方向上的偏移进行补正,从而使轴时刻保持绝对水平。 3. 键盘 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。 4. 存储器 全 站 仪存 储 器 的 作用 是 将 实 时采 集 的 测 量数 据 存 储 起来 , 再 根 据需 要 传 送 到 其 他 设备 如 计 算 机等 中 , 供 进一 步 处 理 或利 用 。 全 站仪 的 存 储 器有 内 存 储 器和 存 储 卡 两种。全站仪内存储器相当于计算机的内存( RAM ) ,存储卡是一种外存储媒体,又 称 PC 卡,作用相当于计算机的磁盘。 5. 通信接口 全 站 仪可 以 通 过 通信 接 口 和 通信 电 缆 将 内存 中 存 储 的数 据 输 入 计算 机 , 或 将 计 算 机中 的 数 据 和信 息 经 通 信电 缆 传 输 给全 站 仪 , 实现 双 向 信 息传 输 。 通 信接 口 常 用 RS-232 串口,如今很多仪器也可直接采用 USB 接口进行双向数据交换。 1.2 全站仪的发展现状及应用前景 全 站 仪是 一 种 集 光、 机 、 电 为一 体 的 高 技术 测 量 仪 器, 是 集 水 平角 、 垂 直 角 、 距离(斜距、平距) 、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。全站仪的发展经历了从 组 合式 即 光 电 测距 仪 与 光 学经 纬 仪 组 合, 或 光 电 测距 仪 与 电 子经 纬 仪 组 合, 到 整 体 式 即将 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 式全站仪等几个阶段。 1.2.1 全站仪的发展历史 006? ﹌? 全站仪是从光学经纬仪发展而来的。20 世纪 80 年代电子技术飞速发展,电子技 术的应用推动了测绘仪器的快速发展。全站仪的产生过程如图 1.5 所示。 图 1.5 全站仪发展过程 全站仪的发展又经历了四个阶段: ( 1 ) 普 通 型 的 全站 仪 : 这 是初 期 的 全 站仪 , 主 要 是实 现 测 角 、测 距 模 块 的整 体 化 ,仪 器 除 了 具有 基 本 的 测角 和 测 距 功能 外 , 仅 有一 些 简 单 的功 能 , 如 温度 、 气 压 改正,斜距平距互换等,软件的配置十分简单。代表仪器有宾得 PTS- Ⅲ 05 全站仪。 ( 2 ) 功 能 型 的 全站 仪 : 这 类全 站 仪 相 对于 普 通 型 全站 在 功 能 上有 极 大 的 改进 和 增 加, 但 仪 器 自身 没 有 内 存, 测 量 时 要用 纸 本 或 电子 手 簿 记 录数 据 。 代 表仪 器 有 宾 得 PTS-V2 全站仪。 ( 3 ) 磁 卡 型 的 全站 仪 : 该 类仪 器 的 突 出之 处 是 能 用磁 卡 记 录 野外 观 测 数 据。 记 录 在卡 上 的 测 量数 据 , 通 过装 有 卡 驱 的计 算 机 读 取, 但 数 据 读取 缓 慢 。 代表 仪 器 有 索佳 SET-2C 全站仪。 ( 4 )内存式的全站仪:本类仪器有自带的内存,实现了测量数据记录的自动化。 数 据传 输 简 单 快捷 , 通 过 传输 软 件 很 快读 入 电 脑 。同 时 软 件 功能 强 大 , 具有 特 殊 的 测量功能,如放样、坐标测量等。代表仪器有索佳 SET2110 全站仪。 1.2.2 全站仪的比较 1. 各厂家历史及技术特点 徕卡:徕卡( Leica )集团公司的前身是瑞士 WILD 厂,创建于 1921 年, 1987 年获得 ISO-9001 质量认证。1990 年,WILD 厂、瑞士克恩( Kern ) 、德国的 Leitz 及 英国的 Cambridge 合并组建徕卡集团公司。数十年来,徕卡集团公司一直致力于测 绘 仪器 设 计 与 制造 , 追 求 精湛 工 艺 和 优良 质 量 , 今天 它 的 产 品已 拓 展 到 卫星 测 量 、 数字影像处理、信息科学等领域。 蔡司: 蔡司公司是德国一家历史悠久的光学仪器制造厂。 蔡 1846 年机械师卡尔? 司 在德 国 东 部 小城 揶 那 开 办了 一 家 制 造显 微 镜 的 工厂 , 它 就 是蔡 司 公 司 的雏 形 。 经 过一百多年的发展,蔡司公司成长为规模宏大、实力雄厚的公司, Zeiss 也成为世界 ﹌ 007? 著 名商 标 。 蔡 司的 主 要 产 品是 光 学 显 微镜 、 电 子 显微 镜 、 医 用眼 科 及 外 科手 术 显 微 仪器、大地测量仪器、航空摄影测量仪器等。 捷创力:瑞典捷创力是世界上第一家生产光电测距仪的厂家,曾是 AGA 集团的 成员,并用 AGA 作为产品的商标。后来成为实力雄厚的 S-P 集团(即诺贝尔集团) 的成员,其商标改为 Geodimeter 。现已被光谱精密仪器有限公司收购。 拓普康:世界著名的光学工业公司之一。1932 年诞生,经过 70 余年的发展,形 成 了以 光 学 、 电子 技 术 为 核心 , 以 光 、机 、 电 一 体化 设 备 为 特色 的 光 学 先驱 产 业 公 司。 1960 年,拓普康与东芝公司联合,用自己固有的光学机械设计制造的优势,配 以 东芝 公 司 强 大的 电 子 技 术, 生 产 了 一系 列 先 进 的测 量 、 医 疗及 工 业 用 仪器 , 1994 年获得 ISO 9001 质量标准认证。几十年来,拓普康的产品不断更新换代,在测量方 面已形成了完整的 GTS 全站仪系列。 索佳:日本索佳株式会社是当今世界闻名的现代化测量仪器公司,其前身为“测 机舍” ,创建于 1920 年 4 月,是日本国内历史上最长、规模最大、专业化程度最高 的测量仪器公司,1992 年更名为“索佳” 。索佳公司自创建以来,紧跟时代步伐,专 心致志于测量仪器的研制与开发。 1970 年,索佳公司积极将现代电子技术全面引入 测 量仪 器 的 制 造中 , 生 产 出电 子 化 、 智能 化 的 测 绘仪 器 。 现 在, 索 佳 公 司已 发 展 成 一个综合性测绘仪器生产厂家,并全面通过了 ISO 9001 国际质量认证。索佳精湛的 技术、精密的工艺、精巧的造型及良好的售后服务深得用户的信赖。 宾得:即旭精密株式会社,是日本东京 Asahi 光学公司的下属公司,成立于 1933 年,当时称为富士制作所,1949 年易名为富士测量机制株式会社,1979 年更名为旭 精密株式会社, 1994 年 12 月获得国际标准化 ISO 9001 及日本标准化 JISZ-9901 的 质量认证。宾得公司主要生产 PENTAX 牌测量仪器。宾得测量仪器性能优越,精致 耐用。 尼康:日本尼康公司是世界著名的相机公司,创建于 1917 年 7 月 25 日,由三 菱财团( Nitsubishi )投资,合并三个光学仪器厂组成。当时,主要为日本国防部生 产军用光学仪器。 Nikon 的名称由日文“日本” ( Nippon )和“光学” ( kogakn )组合 而成,所以又有人称之为日光公司。尼康公司创建初期,曾聘请几名德国光学技师, 并于 1932 年开始生产尼柯尔( nikkor )镜头。早期产品主要为显微镜、望远镜系列 的 视觉 产 品 , 测量 设 备 和 光学 测 量 仪 器为 辅 助 产 品。 但 它 的 测量 仪 器 也 非常 出 色 , 仪器镜头世界顶尖,其全站仪具有独特的光学系统,简便易用,抗恶劣环境强。 南 方 :南 方 公 司 是目 前 国 内 最大 的 测 绘 仪器 专 业 公 司, 是 由 全 国数 个 分 支 机 构 形成集团公司,集科、工、贸于一体。南方测绘仪器公司创立于 1989 年,经过近 20 年的发展,如今已有 5 个分厂, 15 个分公司,一个软件开发部,一个 GPS 部,年销 售 额超 过 亿 元 。南 方 测 绘 仪器 公 司 大 力推 广 测 绘 仪器 国 产 化 ,为 我 国 测 绘仪 器 制 造 业作出了贡献。 苏州一光:原名第一光学仪器厂,成立于 1958 年,是国内专业生产测绘仪器的 008? ﹌? 厂家,江苏省高新技术企业。产品“ J2-2 光学经纬仪” “ DSZ2 自动安平水准仪”是 客户公认的最优产品。 2000 年以来,公司进军全站仪市场,在国内推出“全中文全 站仪” “ OTS 免棱镜测距全站仪”等产品,填补了国产全站仪的空白,市场占有率逐 年提升。 2. 同精度产品技术指标比较 全 站 仪主 要 精 度 指标 包 括 测 距精 度 和 测 角精 度 。 测 距精 度 分 为 固定 误 差 和 比 例 误差。如 TOPCONGTS-102N 全站仪的标称精度为:测角精度为 ±2 ″ ,测距精度为 ± ( 2+2 ppm× D ) mm 。 《全站型电子测速仪》 ( JJG100 — 2003 ) 对 全 站 仪 准 确 度 等 级 划 分为四个等级(详见表 1.1 ) 。 表 1.1 精度等级 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ 注: 表 中 abs 为 取 绝 对 值 。 全站仪等级划分 测角标 准偏差 abs ( m β ) ≤ 1 ″ 1 ″ abs ( m β ) ≤ 2 ″ 2 ″ abs ( m β ) ≤ 6 ″ 6 ″ abs ( m β ) ≤ 10 ″ 测距标 准误差 ( mm ) abs ( m d ) ≤ 2 abs ( m d ) ≤ 5 5abs ( m d ) ≤ 10 10abs ( m d ) ≤ 20 测 角 标 称 标准 偏差 0.5 ″ 、 1 ″ 1.5 ″ 、 2 ″ 3″、 5″、 6″ 10 ″ 3. 软件方面的比较 徕 卡 的软 件 , 以 前的 是 全 英 文版 , 现 在 都汉 化 了 , 软件 稳 定 性 好, 功 能 齐 全 , 软 件的 设 计 思 路符 合 欧 洲 人习 惯 。 尼 康的 软 件 是 捷创 力 提 供 的, 仪 器 硬 件与 软 件 的 配 置不 十 分 完 善。 拓 普 康 的软 件 比 较 好用 , 它 的 各种 系 列 全 站仪 的 软 件 界面 都 差 不 多 ,菜 单 显 示 非常 直 观 , 操作 简 单 方 便, 符 合 中 国测 量 人 员 的使 用 习 惯 ,但 内 存 文 件的操作不太理想。宾得的软件很好,设计很合理,但有些型号仪器输入不太方便。 索佳软件初期不是很理想,但其新的测量仪器如 SET2110 等,软件操作很方便,考 虑 也很 周 到 。 南方 全 站 仪 软件 操 作 很 简单 方 便 , 稳定 性 好 , 功能 在 不 断 增加 。 苏 一 光 的软 件 和 索 佳模 式 十 分 相似 , 简 单 直观 , 功 能 齐全 , 但 稳 定性 不 是 很 好, 与 硬 件 的匹配不完善,反应稍慢,目前在不断升级当中。 4. 使用方面的比较 徕 卡 全站 仪 是 同 级中 质 量 最 轻的 , 同 时 采用 摩 擦 制 动, 很 顺 手 ,操 作 很 舒 服 , 角度观测不易超限,是让人非常放心的一款仪器。 索佳有用户自定义界面的功能,能提高野外工作效率,大屏幕液晶 8 行显示, 清晰明了。 拓 普 康各 种 型 号 软件 都 差 不 多, 只 要 学 会了 一 个 就 全会 了 , 在 地形 数 据 采 集 方 面优势明显。 ﹌ 009? 尼 康 的全 站 仪 易 学易 用 , 操 作简 便 , 性 能稳 定 , 有 光线 导 向 , 放样 时 很 方 便 。 电池原装进口,很耐用,一块可用 3 ~ 4 天,并且返修率低。 0010? ﹌? 宾得有温度气压自动探测器,并且是双速螺旋微动,功能强大,但界面不太方便。 南方全站仪功能不多,操作简单易学,一用就会。它的 0SET 键(置零)与其他 仪器不同,需两次操作才能实现,减少了误操作。 苏 一 光的 仪 器 键 盘大 , 软 件 与索 佳 相 似 ,操 作 十 分 简单 方 便 , 新型 功 能 多 , 但 是性能不够稳定。 5. 总结 ( 1 ) 欧 洲 品 牌 全站 仪 硬 件 质量 优 良 , 软件 成 熟 稳 定, 抗 恶 劣 环境 能 力 强 ,实 际 精 度高 于 标 称 精度 , 使 用 起来 特 别 放 心, 但 不 是 按中 国 人 的 习惯 设 计 的 ,而 且 价 格 高,没有弹性,适合在大型高精度要求的工程中应用。 ( 2 ) 日 本 品 牌 产品 , 以 拓 普康 、 索 佳 使用 最 为 广 泛, 尤 以 拓 普康 最 受 欢 迎, 它 质量稳定,操作简单,抗恶劣环境强,且价格接近国内产品,属于中等产品。 ( 3 ) 国 内 产 品 :近 几 年 出 现的 品 牌 很 多, 市 面 上 能见 到 的 有 南方 、 中 海 达、 苏 一 光、 博 飞 、 欧波 等 , 但 硬件 不 是 很 稳定 , 有 待 进一 步 提 高 ,适 用 于 中 低等 工 程 。 目 前, 全 站 仪 的发 展 都 达 到了 双 轴 补 偿、 激 光 对 中、 红 外 指 向、 防 尘 放 水以 及 近 距 离的免棱镜等技术。国外产品中,拓普康和徕卡最受肯定,国产的首推南方。 1.2.3 全站仪发展的现状及前景分析 发 展 创造 需 求 , 需求 指 引 发 展, 全 站 仪 作为 最 常 用 的测 量 仪 器 ,从 它 诞 生 的 那 天起,便开始极大地改变着我们的传统作业方式,提高了生产的效率。虽然 GPS 技 术在大地测量领域已广泛应用,但在测绘领域中全站仪依然发挥着极其重要的作用, 因为它有着 GPS 接收机所不具备的一些优点。如价格相对较低、不需对天通视、选 点和布点灵活、带状地形及隐蔽地区适用性强、精度高、数据处理能力强大等。 全 站 仪早 期 的 发 展主 要 体 现 在硬 件 设 备 上, 如 减 轻 质量 、 减 小 体积 等 ; 中 期 的 发 展主 要 体 现 在软 件 功 能 上, 如 水 平 距离 换 算 、 自动 补 偿 改 正、 加 常 数 乘常 数 的 改 正等;现今的发展则是全方位的,如全自动、智能型。因此,全站仪正朝着全自动、 多 功能 、 开 放 性、 智 能 型 、标 准 化 方 向发 展 , 它 将在 地 形 测 量、 工 程 测 量、 工 业 测 量 、建 筑 施 工 测量 和 变 形 观测 等 领 域 中发 挥 越 来 越重 要 的 作 用。 全 站 仪 未来 主 要 有 以下几个发展方向: 1. 全站仪自动补偿功能 在 测 量工 作 中 , 整平 是 必 不 可少 的 , 随 着仪 器 的 发 展, 全 站 仪 的补 偿 功 能 越 来 越 完善 , 原 本 必须 先 粗 平 再精 平 , 先 看圆 水 准 气 泡再 看 长 水 准气 泡 , 经 过反 复 几 次 才 能把 仪 器 整 平。 现 在 不 少仪 器 已 经 用一 个 圆 水 准气 泡 完 全 代替 整 平 , 只要 气 泡 居 中,仪器就能完成整平,其他的用仪器本身的电子气泡补偿,其精度完全可以掌握, 比起原本的整平方法无论在时间上、效率上还是精度上都有很大的提高。 010? ﹌? 2. 全站仪测量自动化 实 时 自动 跟 踪 、 处理 和 接 收 计算 机 控 制 新式 结 构 的 全站 仪 , 仪 器中 安 装 有 驱 动 仪器水平方向 360° 、望远镜竖直方向 360° 旋转的伺服电机,用这种类型的全站仪可 以实现无人值守观测、自动放样、自动检测三轴误差、自动寻找和跟踪目标。因此, 在 变形 观 测 、 动态 定 位 及 在一 些 对 人 体有 害 的 环 境中 应 用 , 将具 有 无 可 比拟 的 优 越 性。图 1.6 为拓普康测量机器人。 图 1.6 拓普康测量机器人 3. 全站仪与 GPS 的合作 伴随工程质量要求的不断提高,单一使用 GPS 接收机或全站仪已经难以满足实际测量工作 的 需要 , 这 样 就会 在 同 一 工程 中 同 时 采用 两 种 仪 器,联合应用,但由于 GPS 与全站仪的开发完全 基 于不 同 的 思 路, 两 者 数 据直 接 共 享 几乎 是 不 可 能实现的。因此,要求全站仪与 GPS 有机结合成 为 一套 设 备 , 便于 突 破 传 统的 作 业 模 式, 实 现 真 正意义上的“联合作业” (例如利用 GPS 接收机 获 取单 点 绝 对 坐标 , 得 出 已知 点 坐 标 ,然 后 在 适 合 的地 方 设 站 ,可 解 决 定 向、 未 知 点 坐标 , 利 用 相应的软件可直接成图和进行各类工程测量) , 实 现 优势 互 补 , 真正 摆 脱 传 统测 量 方 法 的束 缚 。 图 1.7 为徕卡超站仪。 图 1.7 徕卡超站仪 4. 影像全站仪 将 数 码相 机 和 全 站仪 有 机 结 合用 于 三 维 建模 的 测 绘 仪器 , 实 现 工程 测 量 与 数 字 ﹌ 011? 近 景测 量 相 结 合, 利 用 相 应的 三 维 建 模软 件 , 能 对地 形 、 建 筑物 、 文 物 等对 象 快 速 生成高精度可测量的三维数字表面模型。图 1.8 为全站仪数字三维建模。 图 1.8 全站仪数字三维建模 5. 实现数据共享 由于对仪器实时作业的要求, “内业”的“外业化”便显得十分必要。过去从外 业到内业再到外业的工作过程,将被一次性的外业工作所替代,而这种效率的提高, 需 要以 仪 器 间 数据 的 共 享 为基 础 。 这 种数 据 共 享 主要 是 指 全 站仪 和 其 他 类型 的 仪 器 (如 GPS 接收机、数字水准仪)之间的数据交流。通过不同仪器之间的数据交流,从 而减少内业、外业之间的衔接,提高测量工作的自动化水平。 全 站 仪的 广 泛 使 用, 在 很 大 程度 上 节 省 了作 业 时 间 ,提 高 了 测 量精 度 , 因 此 全 站 仪的 发 展 势 在必 行 , 要 朝着 更 高 的 方向 发 展 , 了解 全 站 仪 的结 构 原 理 、全 站 仪 的 重 点发 展 方 向 是非 常 必 要 的。 随 着 计 算机 技 术 的 不断 发 展 与 应用 以 及 用 户的 特 殊 要 求 与其 他 工 业 技术 的 应 用 ,全 站 仪 出 现了 一 个 新 的发 展 时 期 ,出 现 了 带 内存 、 防 水 型 、防 爆 型 、 电脑 型 等 等 的全 站 仪 。 目前 精 度 较 高的 全 站 仪 :测 角 精 度 (一 测 回 方 向标准偏差) 0.5 s ,测距精度 0.5 mm+1 ppm 。利用 AT ( Auto Targets Recognition , 自 动目 标 识 别 )功 能 , 白 天和 黑 夜 ( 无须 照 明 ) 都可 以 工 作 。全 站 仪 已 经达 到 非 常 高 的角 度 和 距 离测 量 精 度 ,既 可 人 工 操作 也 可 自 动操 作 , 既 可远 距 离 遥 控运 行 也 可 在 机载 应 用 程 序控 制 下 使 用, 可 使 用 在精 密 工 程 测量 、 变 形 监测 、 无 容 许限 差 的 机 械 引导 控 制 等 应用 领 域 。 全站 仪 这 一 最常 规 的 测 量仪 器 将 越 来越 满 足 各 项测 绘 工 作 的需求,并发挥更大的作用。 012? ﹌? ? ﹌ 013?

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