淺談全站儀在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用

1、    淺談全站儀在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用    周明【摘 要】當(dāng)今社會(huì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，空間技術(shù)，和現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)體系正在世界范圍內(nèi)發(fā)生一場(chǎng)深刻的革命。而這些變革與測(cè)繪儀器的發(fā)展密切相關(guān)。而在眾多的測(cè)繪儀器中全站儀成為令人矚目的焦點(diǎn)。全站儀是一種光機(jī)電算一體化的高新技術(shù)測(cè)量?jī)x，測(cè)距部分有發(fā)射，接收與瞄準(zhǔn)組成共軸系統(tǒng)，測(cè)角部分由電子測(cè)角系統(tǒng)完成，是一種具有高精度，高效率，各種測(cè)量功能的外業(yè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其大大減輕外業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文分析了全站儀的測(cè)量原理，介紹了其在測(cè)繪中的應(yīng)用，并對(duì)在城市數(shù)字測(cè)圖中的誤差進(jìn)行研究。【關(guān)鍵詞】全站儀；測(cè)量

2、原理；城市數(shù)字測(cè)圖；誤差1.全站儀的測(cè)量原理電子測(cè)距技術(shù)。電子測(cè)距的基本原理是利用電磁波在空氣中傳播的速度為已知這一特性，測(cè)定電磁波在被測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間來(lái)求得距離值。但是，這種直接測(cè)距的方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難，當(dāng)我們要求較高的測(cè)量精度時(shí)，對(duì)測(cè)量時(shí)間的要求很高，這在實(shí)踐過(guò)程中是非常困難的。因此，我們?cè)趯?shí)際的測(cè)距過(guò)程中可以根據(jù)此原理采取改進(jìn)的方法進(jìn)行測(cè)距。在實(shí)際過(guò)程中主要用脈沖法：測(cè)距使用的光源為激光器，它發(fā)射一束極窄的光脈沖射向目標(biāo)，同時(shí)輸出一電脈沖信號(hào)，打開電子門讓標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)脈沖通過(guò)并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。光脈沖被目標(biāo)反射后回到發(fā)射器，同樣產(chǎn)生一電脈沖，關(guān)閉電子門終止時(shí)標(biāo)脈沖通過(guò)。徠

3、卡di3000即是采用了脈沖法的測(cè)距原理，經(jīng)過(guò)技術(shù)革新，脈沖法測(cè)距的精度得到了極大地提高。實(shí)踐表明，其測(cè)量精度并不低于相位法測(cè)距的精度?；緶y(cè)距原理如圖（一）所示：電子測(cè)角技術(shù)。電子測(cè)角，即角度測(cè)量的數(shù)字化，也就是自動(dòng)數(shù)字顯示角度測(cè)量結(jié)果，其實(shí)質(zhì)是用一套角碼轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)。目前，這套轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有兩類：一類是采用編碼度盤的所謂“絕對(duì)法”測(cè)角，一類是采用光柵度盤的所謂“增量法”測(cè)角。光柵度盤測(cè)角原理。光柵就是具有刻制成許多寬度和間隔都相等的直線條紋的光學(xué)器件，即它是由許多等間隔的透光的縫隙和不透光的刻劃線所組成。光通過(guò)光柵時(shí)會(huì)產(chǎn)生光的衍射效應(yīng)。用于透射衍射的光柵稱為透射光柵，用于反

4、射光衍射的光柵稱為反射光柵。光柵有兩個(gè)基本參數(shù)，一是毫米長(zhǎng)度范圍內(nèi)的條紋數(shù)，稱為條紋密度；二是相臨條紋之間的距離，稱為間距。根據(jù)測(cè)量對(duì)象不同，有長(zhǎng)度測(cè)量用的光柵，刻在一直尺上，稱為直線光柵。另一種是用于角度測(cè)量的光柵，是在度盤徑向按等角距離刻制的輻射狀的徑向光柵。如有兩片參數(shù)相同的光柵重疊在一起，并使他們的柵縫間有較小的夾角，那么，在光照明下就會(huì)出現(xiàn)與光柵柵縫相垂直的明暗相間的條紋莫爾條紋。隨著分析光柵對(duì)于度盤光柵的角移，便產(chǎn)生了莫爾干涉條紋在徑向的移動(dòng)，這種移動(dòng)使得在某固定點(diǎn)上接受到的莫爾條紋的光強(qiáng)呈現(xiàn)正弦形的變化。若在該點(diǎn)上設(shè)置光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。則會(huì)輸出正弦電信號(hào)。正弦信號(hào)一周即為一

5、個(gè)莫爾條紋寬m。這相應(yīng)于分析光柵和度盤光柵間相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距d.將正弦電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，整形并由微分電路變成脈沖信號(hào)，則一脈沖就與一定的角度值相當(dāng)。計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)便得到角度。由此看出，光柵度盤的測(cè)角是在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中讀出角度的變化量，因此這種測(cè)角方法屬于“增量法”的測(cè)角。編碼度盤測(cè)角原理。編碼度盤類似于普通光學(xué)度盤的玻璃碼盤，在此平面上分著若干寬度相同的同心圓環(huán)，而每一圓環(huán)又被刻制成若干等長(zhǎng)的透光和不透光區(qū)，這種圓環(huán)稱為編碼度盤的“碼道”。每條碼道代表一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)位，有里到外，位數(shù)由高到低。在碼道數(shù)目一定的條件下，整個(gè)編碼盤可以分成數(shù)目一定，面積相等的扇形區(qū)，稱為編碼盤碼區(qū)。處于同一碼區(qū)內(nèi)的各碼道的

6、透光區(qū)與不透光區(qū)的排列，構(gòu)成編碼盤的一個(gè)編碼，這一碼區(qū)所顯示的角度范圍，稱為編碼度盤的角度分辨率。為了讀取各碼區(qū)的編碼數(shù)，需要編碼度盤的碼道一測(cè)設(shè)置光源。而在對(duì)應(yīng)的碼盤另一側(cè)設(shè)置光電探測(cè)器。每一檢測(cè)器對(duì)應(yīng)一個(gè)光源。碼盤上的發(fā)光二極管和碼盤下的光敏二極管組成測(cè)角的讀定標(biāo)志。把碼盤的透光和不透光，由光電二極管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。以透光表示“1”，不透光表示“o”。這樣碼盤上每一格就對(duì)應(yīng)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)過(guò)譯碼即成十進(jìn)制數(shù)，從而能顯示一個(gè)度盤上讀出的方位或角度數(shù)值。因此，編碼度盤的測(cè)角方式為絕對(duì)法測(cè)角。2.全站儀與rtk在城市測(cè)量中的應(yīng)用為能夠滿足城市測(cè)量的需求，以及在短時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)任務(wù)，使用rtk+全站

7、儀可以滿足這些需求，并且能夠保持更好的精度。城市中高等級(jí)控制點(diǎn)距離遠(yuǎn)、不通視，普通等級(jí)點(diǎn)城市中破壞大、測(cè)量過(guò)程中通視不方便（車、人容易阻擋視線）。完全利用全站儀耗時(shí)間、耗人力，無(wú)法快速測(cè)量。利用rtk+全站儀的方法可以很好的解決這些問(wèn)題。在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)利用rtk布設(shè)控制點(diǎn)、在rtk不容易到達(dá)或局限性較大的地方可在附近布設(shè)控制點(diǎn)在利用全站儀進(jìn)行測(cè)量，這樣可以快速完成各種測(cè)量任務(wù)切精度也可保證。在西北民族大學(xué)的測(cè)量任務(wù)中，由于測(cè)區(qū)地形復(fù)雜、控制點(diǎn)離測(cè)區(qū)較遠(yuǎn)、恢復(fù)點(diǎn)附近高層建筑物多。使用了該方法進(jìn)行樓點(diǎn)位恢復(fù)作業(yè)。在通過(guò)rtk測(cè)量中在受干擾較大的點(diǎn)位上，采取在其附近布設(shè)控制點(diǎn)然后利用全站儀進(jìn)行了點(diǎn)位恢

8、復(fù)，在開闊區(qū)域附近直接利用rtk進(jìn)行了點(diǎn)位的恢復(fù)。然后又直接利用全站儀布導(dǎo)線在放點(diǎn)的方法進(jìn)行了作業(yè)。在完成測(cè)量任務(wù)后對(duì)少數(shù)點(diǎn)利用靜態(tài)gps接受機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)大60分鐘的復(fù)測(cè)，結(jié)果表明利用rtk+全站儀的方法所放點(diǎn)位精度優(yōu)于全站儀布導(dǎo)線放點(diǎn)位的精度。3.全站儀在測(cè)圖點(diǎn)位中誤差分析測(cè)角誤差分析檢驗(yàn)合格的全站儀水平角觀測(cè)的誤差來(lái)源主要有：儀器本身的誤差（系統(tǒng)誤差）。這種誤差一般可采用適當(dāng)?shù)挠^測(cè)方法來(lái)消除或減低其影響，但在全站儀測(cè)圖中對(duì)角度的觀測(cè)都是半測(cè)回，因此，這里還是要考慮其對(duì)測(cè)角精度的影響。在今后的若干年內(nèi)，儀器的開發(fā)和使用將主要表現(xiàn)在軟件技術(shù)中。在來(lái)全站儀的發(fā)展可能將有以下突破。（1）儀器采集數(shù)據(jù)的能力將加強(qiáng)。（2）儀器的自我診斷和改正能力將進(jìn)一步完善，觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度將進(jìn)一步提高。（3）儀器的實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的能力將提高，內(nèi)置應(yīng)用程序?qū)⒃龆?。?）系統(tǒng)集成將受到開發(fā)者和使用者的關(guān)注。（5）儀器間的數(shù)據(jù)直接交換和共享將成為現(xiàn)實(shí)，內(nèi)