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全站儀三角高程測量具有>靈活、高效率的特點,已經(jīng)成為高精度高程控制測量的一種有效手段。在施工放樣、地形圖測繪及攝影測量布設(shè)像控點等工程測量技術(shù)領(lǐng)域,所使用的主要設(shè)備是全站儀和實時動態(tài)差分法測量( Real-timekinematic,簡稱RTK)。全站儀集測角、測距于一體,由微處理機控制能自動進(jìn)行測距、測角,能自動歸算水平距離、高差和坐標(biāo),還能進(jìn)行施工放樣,能自動記錄觀測數(shù)據(jù)。RTK 實時動態(tài)差分法是一種新的常用的GPS 測量方法,曾經(jīng)的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要內(nèi)業(yè)解算才能獲得厘米級的精度,而RTK 是能夠在外業(yè)實時得到厘米級定位精度的測量方法,它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法,是GPS 應(yīng)用的重大突破,它的出現(xiàn)為控制測量、地形圖測量、變形監(jiān)測及施工放樣等帶來了新曙光,極大地提高了測量作業(yè)效率。

基于此優(yōu)點,全站儀和RTK 在地面測量中應(yīng)用非常廣泛,技術(shù)也高度成熟,但影響測量精度的問題依然存在。全站儀的儀高、鏡高的量取誤差給三角高程測量的精度帶來一定影響,而且邊長越短,帶來的誤差越大。無論從事何種工程測量在使用全站儀前都要進(jìn)行全站儀的棱鏡高測量這一重要環(huán)節(jié)。

以工程測量為背景,基于激光測距儀量測原理,通過采用"激光測距儀+精度放大裝置+ 顯示屏幕"的集成技術(shù)設(shè)計思想,設(shè)計出了一種高效的便于精確測量高度的對中桿。通過改進(jìn)對中桿提高棱鏡高測量精度,來提高整個測量過程中高程的精度,在不改變?nèi)�站儀結(jié)構(gòu)的情況下,實現(xiàn)提高觀測值本身的精度。從而進(jìn)一步滿足施工放樣、水準(zhǔn)測量、地形圖測繪及像控點的布設(shè)的要求 。

基本原理

對中桿采用"激光測距儀+ 精度放大裝置+顯示屏幕"集成技術(shù)的一體化對中桿,再用控制器處理數(shù)據(jù)及輸出。設(shè)計簡潔清晰,實際作業(yè)中操作簡單,且精度高,經(jīng)過多次實驗論證,能滿足高精度測量工作的需要。

測量人員觀察讀數(shù)的對中桿水準(zhǔn)器位置處安裝顯示屏,當(dāng)需要使用對中桿時,將激光測距裝置安裝在定位器的內(nèi)表面上,定位器找準(zhǔn)地面位置,通過調(diào)節(jié)連接件調(diào)整棱鏡高并固定外管和延伸桿,按下啟動開關(guān)接通供電電源為激光測距裝置供電。

激光發(fā)射器發(fā)出激光信號,該激光信號遇到延伸桿底部的阻擋,信號被反射回來,激光接收器無線獲取激光反射信號,經(jīng)高精度放大電路信號放送入到控制器中處理,其中定位器的高度、延伸桿的高度以及延伸桿到棱鏡中心位置的距離均為固定值,當(dāng)定位器的內(nèi)表面到內(nèi)管底部的距離確定后棱鏡高即可確定,并通過顯示屏將距離信號顯示出來。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

高精度對中桿,分為2 部分,包括可伸縮桿體、帶顯示屏幕的精密激光測距儀。

1、可伸縮桿體: 該部分由兩段直徑大小不同的鋼管或碳纖維管組合而成的伸縮桿。其中第一節(jié)桿是中空桿,其作用不僅能使桿體根據(jù)實際需要自由調(diào)節(jié),而且可讓激光束穿梭于其中來精確量測桿體高度。對中桿從外觀上來看設(shè)計簡單清晰與常見對中桿較為相似,區(qū)別在于水準(zhǔn)器側(cè)面增加液晶屏幕和3 個按鍵;

2、精密激光測距儀: 該部分是對中桿的核心部件,包括激光測距儀、液晶屏幕、按鍵、電池組。

激光測距儀和電池組部分安裝在對中桿底部的可拆卸的定位塊中,液晶屏幕和按鍵安裝在水準(zhǔn)器旁側(cè),顯示界面設(shè)計采用人性化設(shè)計使測量與數(shù)字顯示同步實現(xiàn) 。

高精度對中桿實現(xiàn)

所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足,通過改進(jìn)對中桿,使其能夠運用精密激光測距儀自動量測對中桿高度,采用激光測距的方式提高測量棱鏡高的精度,實現(xiàn)測高精度的提高,進(jìn)而提高整個測量過程的精度。

1、該技術(shù)方案為: 設(shè)計一種能夠激光測高的精密對中桿; 其中對中桿體由中空結(jié)構(gòu)的外管、設(shè)置在外管內(nèi)的延伸桿和與外管底部螺紋配合的定位塊組成。外管上安裝有水準(zhǔn)器,水準(zhǔn)器側(cè)面鑲嵌有顯示屏和啟動開關(guān),定位塊的內(nèi)表面上安裝有激光測距裝置。其中激光測距裝置由激光發(fā)射器和激光接收調(diào)理模塊,以及為其供電電源構(gòu)成。

另外接收調(diào)理模塊由控制器、激光接收器以及高精度放大電路組成,該放大電路與激光接收器出口端相連。高精度放大電路的信號輸出端與控制器連接,顯示屏的信號輸入端與控制器的輸出端相接。啟動開關(guān)串聯(lián)在激光接收調(diào)理模塊供電的供電回路中。

2、在電路結(jié)構(gòu)設(shè)計上,該對中桿高精度放大電路的電路原理: 包括運放U1 和運放U2 部分,其中運放U1 的反相輸入端經(jīng)電阻R4 和電阻R3 與激光接收器的信號輸出端口相接,運放U1 的同相輸入端接地,電阻R4 和電阻R3 的連接端經(jīng)電容C2 接地,運放U1 的輸出端分2 路,一路經(jīng)電阻R1 與運放U1 的反相輸入端相接,另一路經(jīng)電阻R5,電容C1 和電阻R6 與運放U2 的反相輸入端相接; 運放U2 的同相輸入端經(jīng)電阻R7 接地,運放U2 的輸出端分3 路,一路經(jīng)二極管D1 與運放U2 的反相輸入端相接,另一路與二極管D2 的陰極相接,二極管D2 的陽極經(jīng)電阻R2 與運放U2 的反相輸入端相接,第三路為高精度放大電路的信號輸出端。

3、其它元件設(shè)計,其中供電電源為可充電鋰電池; 顯示屏為1. 8 寸TFT 液晶顯示屏; 控制器為微型單片機 。

1、在不改變原有對中桿外

形,通過可拆卸的方式,連接對中桿外管和定位塊,將激光測距裝置安裝在定位塊內(nèi)表面,合理利用中空結(jié)構(gòu)的外管的內(nèi)部腔體,為激光測距裝置提供一個干擾小的工作環(huán)境;

2、通過設(shè)置高精度放大電路,采用兩級運放放大器級聯(lián)的方式對激光接收器接收的微弱電信號進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)換,精度可達(dá)二等水準(zhǔn)測量的標(biāo)準(zhǔn),距離測量精度可根據(jù)實際需求設(shè)置,可靠穩(wěn)定,使用效果好;

3、可通過顯示屏自動獲取棱鏡高,避免人工讀數(shù)帶來的誤差,精度高,實用性強;

4、使用該對中桿配合全站儀中間法。

1、工程測量中高差量測精度關(guān)鍵在于量取儀器高度和棱鏡高度。采用集成設(shè)計思想設(shè)計出的對中桿,通過激光測距自動獲取方式得到的棱鏡高,測量精度更加準(zhǔn)確;

2、此對中桿設(shè)計新穎,操作靈活,安裝布設(shè)方便。在不增加觀測時間,不改變?nèi)�站儀結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)了觀測精度約20%的提高,使得全站儀可以滿足較高測量精度的要求,拓寬了全站儀的適用范圍,也使工程測量在實際工作中變得更加靈活多元 。