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传统测绘仪器种类及应用介绍

电子经纬仪

60年代以来,随着近代光学、电子学的发展,使角度测量向自动化记录方向改进有了技术基础,从而出现了电子经纬仪等自动化测角仪器。电子经纬仪在结构及外现上和光学经纬仪相类似,主要不同点在于读数系统,它采用光电扫描和电子元件进行自动读数和液晶显示。电子测角虽然仍旧是采用度盘来进行,但不是按度盘上的刻划,用光学续数法读取角度值,而是以度盘上取得电信号,再将电信号转换成角度值。

电子测角的度盘主要有编码度盘、光栅度盘和动态测角度盘三种形式。因此,电子测角也就有编码度盘测角,光栅度盘测角和编码度盘结合测角,以及动态测角等四种形式。如瑞士克恩(KERN)厂的E1型和E2型电子经纬仪采用光栅度盘,德国OPTONJ于 19 78年生产的Elta - 2型电子速测仪,采用的是编码度盘,而现在主流速测仪的测角系统大多用的是动态测角系统,测角精度可达在0.5〃。从 9 0年代起,国内厂家如北京光学仪器厂、南方测绘仪器公司生产的电子经纬仪测角精度均在在 5〃左右。

电磁波测距仪

随着各种新颖光源 (激光、红外光等 )的相继出现,物理测距技术也得到了迅速的发展,出现了以激光、红外光和其它光源为载波的光波测距仪和以微波为载波的微波测距仪,通称为电磁波测距仪。

电磁波测距仪的出现,是测距方法的革命,从而开创了距离测量的新纪元。与传统的钢尺或基线尺的量距相比,它具有精度高、作业迅速,受气候、地形影响小等优点。电磁波测距仪的发展很快,世界上第一台测距仪于 1947年由瑞典AGA公司制成,该厂生产的AGA - 8激光测距仪一般被认为是第一代测距仪的代表。这类仪器的测程一般为 20- 60km。由南非 1954年开始研制, 1957年正式生产的微波测距仪,也属于第一代电磁波测距仪,在良好的条件下,其测程可达 66-80km。

第一代测距仪虽然测长边比较精确,但体积大、笨重且造价昂贵。 20世纪60年代中期,电子产品的小型化和小型发光二极管的研制成功,为第二代测距仪的设计提供了条件。第二代测距仪是一种小型、轻便的仪器,而且耗电少,操作简便,但测程较短,一般为 0.5-5km,测距的中误差为正负 2- 10mm + 0。 5- 5ppm。相干激光引入光波测距仪后,就产生了第三代测距仪。这类仪器十分轻便,耗电少、读数方便,测程为 5m -60km,精度高达正负 5mm + 1ppm。

目前,测距仪正在向小型、自动、多功能的方向发展。将测距仪通过接合器,安装在光学经纬仪或电子经纬仪的望远镜支架上,以形成组合型仪器,是半全站型记录或电子速测仪的发展开端。从 80年代起,我国科研单位举行了联合公关,在 80年代中期,已研制出了第一台电磁波测距仪,但由于国内的电子材料的质量等问题,始终未能投入生产。80年代后期,北京光学仪器厂与德国AGA公司合作,组装生产了AGA - 112、AGA - 114等型号的测距仪,在 9 0年代初常州第二无线电厂推出了大地系列的测距仪,标称精度在5mm + 5ppm。

全站仪

全站型电子速测仪是一种集测角,测距、计算记录于一体的新型测量仪器。它不是简单的测距仪与电子经纬仪的集成,而是在整个系统当中安装了一个集成度很高的带有固体存贮器的计算器,对观测的结果进行处理,进行数据的计算,存贮和交换,在实际应用中,只要将各种固定参数 (如测站坐标、仪器高、仪器照准差,指标差、棱镜参数、气温、气压等 )预先置入仪器,然后照准目标上的反射镜,启动仪器,就可获得水平角、水平距或目标的X、Y、Z坐标,且这些观测值都已经过多项改正,并显示在仪器的显示屏上,记录在随机的存贮器或外置的电子手簿当中,并利用随机的软件进行预处理,内业时直接传输到PC(个人电脑 )中,使整个流程自动化,大大提高了作业的精度和效率。

自 60年代德国生产出第一台电子速测仪以来,电子速测仪有了飞速的发展。特别是在中央处理单元 (CPU),内置软件和通迅上有了长足的进步,并且出现了所谓“测量机器人”,即单人电子速测仪,它能够自动跟踪反射器,进行自动测量,如早些时候Geotrohcs公司推出的Geodme ter400和最新型的蔡司马达驱动自动跟踪全站仪EltaS系列的仪器。从 9 0年代起,国内南方测绘仪器公司开始生产的电子经纬仪测角精度均在在 5〃左右。

电子水准仪

随着数字技术的发展,几十年来人们探求的精密水准测量自动化,在 9 0年代初有了突破。自 19 9 0年徕卡公司第一台数字电子水准仪问世,徕卡公司和蔡司公司相继成功地将数字电子水准仪推向市场,实现了水准标尺的精密照准,标尺分划读数和视距的读取、数据储存和处理等数据采集的自动化,从而减轻了水准测量的劳动强度,提高了测量和成果质量。目前的主流产品有徕卡的NA2002、NA3003,蔡司DiNi20、DiNi10,拓普康的DL - 101、DL - 102等数字电子水准仪,它们的光学系统都采用了光学自平水准仪的基本形式,具有典型的交叉吊带补偿器,也可以象光学水准仪一样使用。

标尺采用条码分划,代替人们眼睛的是光电二极管阵列。在水准测量中,条码的像通过一个分光器,将光线分成两束,一束转射到传感光电二极管阵列上,另一束转射到观测镜上。信号的分析和处理采用了相关方法,将存贮在仪器内的基准码与传感器阵列的图象信号进行比较,仪器与标尺之间的高差即是标尺条码象的位移量和因仪器一标尺间距离而产生的条码象的大小的相关函数。将仪器的调焦透镜位置参数作为相关搜索的初始值,求出最佳相关,即可求出高差。电子水准仪自动记录,重量轻,大大降低了观测员的劳动强度,节省了人力,提高了观测速度。

在光电测量仪器蓬勃发展的今天,除了大量出现的种类繁多的测距仪,全站仪等以外,还出现了诸如激光经纬仪、激光准直仪、激光水准仪等光电测量仪器。


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