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从光学经纬仪到智能全站仪:测绘技术的革命

  全站仪,全称全站型电子速测仪,是一种集光、机、电于一体的高技术测量仪器。它集成了测角、测距、计算和数据存储等功能,广泛应用于各种工程测量、地形测绘、建筑施工等领域。全站仪的发展历史与技术演进可以归纳为以下几个阶段:

  一、发展历史

  1、萌芽阶段(20世纪60年代前)

  1921年,第一台光学经纬仪在瑞士诞生,标志着测角技术的重大进步。

  1960年,第一台红宝石激光器问世,次年产生了世界上第一台激光测距仪,为测距技术的发展奠定了基础。

  1968年,第一台集成了距离测量、角度测量及数据记录功能的商业全站仪诞生,这是全站仪的雏形。

  2、组合式发展阶段(20世纪70年代)

  1977年,全球首款具有机载数据处理功能的全站仪TC1面世,由徕卡公司生产。它集测距、测角、自动计算坐标等功能为一体,大大提高了测绘工作的效率。但由于技术限制,这类全站仪无法储存测量数据,需要借助纸或手簿来手动记录,因此被称为工具型全站仪。

  进入80年代,随着电子技术的发展,全站仪的功能不断完善。虽然相继问世的T2000+DI5(1982)与T3000(1986)在功能上有所突破,但它们仍属于工具型全站仪的范畴,因为并未改变仪器+手簿的使用方式。

  3、整体式发展阶段(20世纪90年代以来)

  90年代之后,全站仪进入整体式发展阶段。整体式全站仪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结构,体积小、结构紧凑、操作方便、精度高。

  1991年,徕卡公司推出TC1610全站仪,除了具备电脑型全站仪的基本特点外,还增加了双轴补偿功能。

  1994年,TPS1000全站仪问世,在TC1610的基础上又增加了软功能键(图标操作)以及自动目标识别的功能。

  1999年,TPS1100全站仪推出,增加了无合作目标功能,即在无反射棱镜的条件下,可对一般的目标直接测距。

  2004年,TPS1200全站仪问世,将高精度、多功能及GNSS定位系统的软硬件精巧地集成在一起,代表了当时全站仪技术的最高水平。

  4、智能化发展阶段(21世纪以来)

  近年来,全站仪朝着智能化方向发展。智能型全站仪在自动化全站仪的基础上,安装了自动目标识别与照准的新功能,克服了需要人工照准目标的重大缺陷。

  在相关软件的控制下,智能型全站仪可以在无人干预的条件下自动完成多个目标的识别、照准与测量。

  越来越多的全站仪使用了可触摸操作的彩屏显示屏,支持蓝牙通讯、遥控测量等功能,数据传输更加方便快捷。

  全站仪的持续工作时间也大大延长,一些全站仪的持续工作时间已达到30个小时,足以满足野外作业的需求。


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  二、技术演进

  1、测角技术的演进

  最初的光学经纬仪采用人工读数的方式,存在读数误差。

  随着电子技术的发展,电子测角技术出现。全站仪采用光电扫描测角系统,如编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态(光栅盘)测角系统等,实现了测角的自动化和高精度。

  现代全站仪还配备了双轴补偿功能,可以自动修正因仪器竖轴和横轴倾斜而产生的角度误差。

  2、测距技术的演进

  最初的速测仪采用光学方法测距,测程短、精度低。

  随着激光测距技术的出现,全站仪开始采用电磁波测距仪代替光学视距经纬仪,测程更大、测量时间更短、精度更高。

  现代全站仪还配备了无合作目标测距功能,可以在无反射棱镜的条件下对一般的目标直接测距,拓宽了测量范围。

  3、数据处理与传输技术的演进

  最初的全站仪无法储存测量数据,需要借助纸或手簿来手动记录。

  随着计算机技术的发展,全站仪开始配备机载软件和数据存储单元,实现了测量数据的自动记录和存储。

  现代全站仪还支持蓝牙通讯、遥控测量等功能,数据传输更加方便快捷。通过传输设备,全站仪可以与计算机、绘图机相连,形成内外一体的测绘系统,大大提高地形图测绘的质量和效率。

  总的来说全站仪的发展历史与技术演进是测绘技术进步的重要标志。从最初的工具型全站仪到整体式全站仪,再到智能化全站仪,全站仪的功能不断完善、精度不断提高、操作更加便捷。随着科技的不断进步和测绘领域需求的不断增加,全站仪将继续朝着数字化、智能化、便携化的方向发展,为测绘工作提供更加高效、精确的解决方案。


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