電子測距儀

電子測距儀有很多種，如：手持測距儀、雷射測距儀、超音波測距儀、紅外測距儀，介紹其中的幾種； 光學測距儀，英文全名“Optical Range Finder”。可直譯為“射程測量儀”它是採用三角函式概念來測算距離的儀器。其概念雖然在18世紀就已經提出，但無奈當時落後的光學鏡頭加工技術難以實現。

基本介紹

• 中文名：電子測距儀
• 外文名：Electronic distance measuring instrument
• 分類：手持測距儀、雷射測距儀
• 原理：光、機、電為一體的新型測角儀器
• 來源：英國的Barr&Stround公司
• 類別：測繪技術

簡介

在測距儀出現以前，巨大的10英寸和12英寸火炮想擊中10000碼以外的目標簡直就是天方夜潭。在使用“測距炮”這種笨辦法的年代裡。火炮僅能擊中2000碼以內的目標。
在19世紀中後期激烈的海上競爭中英法德三國率先裝備測距儀，其第1次參加實戰則是在甲午中日戰爭中的大東溝海戰。日本聯合艦隊在開戰前獲得了產自英國的Barr&Stround公司的F.Q.2型雙像式光學測距儀，並將其裝在第1游擊編隊先導艦“吉野”號上。但在當時缺乏射控管制與指揮系統的大前提下，這套裝備發揮的效果實在微乎其微。
1912年，也就是在無畏級下水的第5年，在被稱為“現代海軍炮術之父”帕西。斯科特勳爵士的設計和指導下，英國維克斯公司製造出了單人控制椅。這套系統包括連線了獨立的槍炮長專用迴旋式測距儀的目鏡，水平角度和俯仰的設定機構以及這些數據的傳輸裝置，還有一個手槍形的擊發開關。這就是世界上第1台“火控指揮儀”。1912年11月21日超無畏艦“雷鳴”號和“獵戶座”號在惡劣的海況下全速平行行駛，在大約8500碼的距離上對著彼此拖帶的靶標炮擊了3分30秒，惡劣的海況使船體難以完成穩定，其間裝備了斯科特式指揮儀的“雷鳴”號發射39發13。5英寸炮彈，其中23發對拖靶形成跨射。而“獵戶座”號的27發中只有4發被判定為跨射。斯科特系統獲得了巨大的成功。
1913年斯科特對該系統進行了改進，偉大的德雷爾火控台誕生。也在這年皇家海軍對自己的主力艦全面換裝這套系統，自“無畏”號誕生7年之後真正意義上“無畏艦時代”來臨。
是否裝備火控指揮系統是區別無畏艦與前無畏艦的主要特徵。　
全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能於一體的測繪儀器系統。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。廣泛用於地上大型建築和地下隧道施工等精密工程測量或變形監測領域。

簡稱測距儀。用電磁波(光波或微波)運載測距信號以測量點間距離的儀器。其測距基本原理為測定傳輸在待測點間的電磁波一次往返所需的時間t，並根據電磁波在大氣中的傳輸速度c，求得距離D=1/2ct。按測定t的方式不同，分為脈衝式測距儀(直接測定t)，相位式測距儀和脈衝式測距儀(間接得到t)。脈衝式測距儀測程遠，目前精度一般較低。相位式測距儀其測程較短而精度高。電磁波測距儀具有測程遠，精度高，受地形影響小，輕便靈活，作業效率高等優點，因而得到了迅速發展，目前已逐步取代鋼尺量距成為測距常規儀器。

原理

全站儀是一種集光、機、電為一體的新型測角儀器，與光學經緯儀比較電子經緯儀將光學度盤換為光電掃描度盤，將人工光學測微讀數代之以自動記錄和顯示讀數，使測角操作簡單化，且可避免讀數誤差的產生。電子經緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數據通訊功能，進一步提高了測量作業的自動化程度。

全站儀與光學經緯儀區別在於度盤讀數及顯示系統，電子經緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數裝置是分別採用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數感測器進行角度測量的。 根據測角精度可分為0。5″，1″，2″，3″，5″，10″等幾個等級，

簡史

全站儀是人們在角度測量自動化的過程中套用而生的，各類電子經緯儀在各種測繪作業中起著巨大的作用。

全站儀的發展經歷了從組合式即光電測距儀與光學經緯儀組合，或光電測距儀與電子經緯儀組合，到整體式即將光電測距儀的光波發射接收系統的光軸和經緯儀的視準軸組合為同軸的整體式全站儀等幾個階段。

最初速測儀的距離測量是通過光學方法來實現的，我們稱這種速測儀為“光學速測儀”。實際上，“光學速測儀”就是指帶有視距絲的經緯儀，被測點的平面位置由方向測量及光學視距來確定，而高程則是用三角測量方法來確定的。

帶有“視距絲”的光學速測儀，由於其快速、簡易，而在短距離（100米以內）、低精度 （1/200(1/500）的測量中，如碎部點測定中，有其優勢，得到了廣泛的套用。

隨著電子測距技術的出現，大大地推動了速測儀的發展。用電磁波測距儀代替光學視距經緯儀，使得測程更大、測量時間更短、精度更高。人們將距離由電磁波測距儀測定的速測儀籠統地稱之為“電子速測儀”（Electronic Tachymeter）。

然而，隨著電子測角技術的出現。 這一“電子速測儀”的概念又相應地發生了變化，根據測角方法的不同分為半站型電子速測儀和全站型電子速測儀。半站型電子速測儀是指用光學方法測角的電子速測儀，也有稱之為“測距經緯儀”。這種速測儀出現較早，並且進行了不斷的改進，可將光學角度讀數通過鍵盤輸入到測距儀，對斜距進行化算，最後得出平距、高差、方向角和坐標差，這些結果都可自動地傳輸到外部存儲器中。全站型電子速測儀則是由電子測角、電子測距、電子計算和數據存儲單元等組成的三維坐標測量系統，測量結果能自動顯示，並能與外圍設備交換信息的多功能測量儀器。由於全站型電子速測儀較完善地實現了測量和處理過程的電子化和一體化，所以人們也通常稱之為全站型電子速測儀或簡稱全站儀。

20世紀八十年代末，人們根據電子測角系統和電子測距系統的發展不平衡，將全站儀分成兩大類，即積木式和整體式。
20世紀九十年代以來，基本上都發展為整體式全站儀。

分類

全站儀採用了光電掃描測角系統，其類型主要有：編碼盤測角系統、光柵盤測角系統及動態（光柵盤）測角系統等三種。

結構

全站儀幾乎可以用在所有的測量領域。電子全站儀由電源部分、測角系統、測距系統、數據處理部分、通訊接口、及顯示屏、鍵盤等組成。
同電子經緯儀、光學經緯儀相比，全站儀增加了許多特殊部件，因此而使得全站儀具有比其它測角、測距儀器更多的功能，使用也更方便。這些特殊部件構成了全站儀在結構方面獨樹一幟的特點。

1．同軸望遠鏡
全站儀的望遠鏡實現了視準軸、測距光波的發射、接收光軸同軸化。同軸化的基本原理是：在望遠物鏡與調焦透鏡間設定分光稜鏡系統，通過該系統實現望遠鏡的多功能，即既可瞄準目標，使之成像於十字絲分劃板，進行角度測量。同時其測距部分的外光路系統又能使測距部分的光敏二極體發射的調製紅外光在經物鏡射向反光稜鏡後，經同一路徑反射回來，再經分光稜鏡作用使回光被光電二極體接收；為測距需要在儀器內部另設一內光路系統，通過分光稜鏡系統中的光導纖維將由光敏二極體發射的調製紅外光傳也送給光電二極體接收 ，進行而由內、外光路調製光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。
同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實現同時測定水平角、垂直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之全站儀強大、便捷的數據處理功能，使全站儀使用極其方便。

2．雙軸自動補償
在儀器的檢驗校正中已介紹了雙軸自動補償原理，作業時若全站儀縱軸傾斜，會引起角度觀測的誤差，盤左、盤右觀測值取中不能使之抵消。而全站儀特有的雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統，可對縱軸的傾斜進行監測，並在度盤讀數中對因縱軸傾斜造成的測角誤差自動加以改正(某些全站儀縱軸最大傾斜可允許至±6′）。，也可通過將由豎軸傾斜引起的角度誤差，由微處理器自動按豎軸傾斜改正計算式計算，並加入度盤讀數中加以改正，使度盤顯示讀數為正確值，即所謂縱軸傾斜自動補償。

3．鍵盤
鍵盤是全站儀在測量時輸入操作指令或數據的硬體，全站型儀器的鍵盤和顯示屏均為雙面式，便於正、倒鏡作業時操作。

4．存儲器
全站儀存儲器的作用是將實時採集的測量數據存儲起來，再根據需要傳送到其它設備如計算機等中，供進一步的處理或利用，全站儀的存儲器有記憶體儲器和存儲卡兩種。
全站儀記憶體儲器相當於計算機的記憶體(RAM)，存儲卡是一種外存儲媒體，又稱PC卡，作用相當於計算機的磁碟。

5．通訊接口
全站儀可以通過BS—232C通訊接口和通訊電纜將記憶體中存儲的數據輸入計算機，或將計算機中的數據和信息經通訊電纜傳輸給全站儀，實現雙向信息傳輸。

使用

全站儀具有角度測量、距離(斜距、平距、高差)測量、三維坐標測量、導線測量、交會定點測量和放樣測量等多種用途。內置專用軟體後，功能還可進一步拓展。
全站儀的基本操作與使用方法 ：
1）水平角測量
（1）按角度測量鍵，使全站儀處於角度測量模式，照準第一個目標A。
（2）設定A方向的水平度盤讀數為0°00′00〃。
（3）照準第二個目標B，此時顯示的水平度盤讀數即為兩方向間的水平夾角。

2）距離測量
（1）設定稜鏡常數
測距前須將稜鏡常數輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。
（2）設定大氣改正值或氣溫、氣壓值
光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設定的一個標準值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），並對測距結果進行改正。
（3）量儀器高、稜鏡高並輸入全站儀。
（4）距離測量
照準目標稜鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。
全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是最常用的測距模式，測量時間約2.5S，最小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用於跟蹤移動目標或放樣時連續測距，最小顯示一般為1cm，每次測距時間約0.3S；粗測模式，測量時間約0.7S，最小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。
應注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設定儀器高和稜鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與稜鏡中心的高差。

3）坐標測量
（1）設定測站點的三維坐標。
（2）設定後視點的坐標或設定後視方向的水平度盤讀數為其方位角。當設定後視點的坐標時，全站儀會自動計算後視方向的方位角，並設定後視方向的水平度盤讀數為其方位角。
（3）設定稜鏡常數。
（4）設定大氣改正值或氣溫、氣壓值。
（5）量儀器高、稜鏡高並輸入全站儀。
（6）照準目標稜鏡，按坐標測量鍵，全站儀開始測距並計算顯示測點的三維坐標。
全站儀的數據通訊
全站儀的的數據通訊是指全站儀與電子計算機之間進行的雙向數據交換。全站儀與計算機之間的數據通訊的方式主要有兩種，一種是利用全站儀配置的PCMCIA（personal computer memory card internation association,個人計算機存儲卡國際協會，簡稱PC卡，也稱存儲卡）卡進行數字通訊，特點是通用性強，各種電子產品間均可互換使用；另一種是利用全站儀的通訊接口，通過電纜進行數據傳輸。

檢驗

(1)照準部水準軸應垂直於豎軸的檢驗和校正檢驗時先將儀器大致整平,轉動照準部使其水準管與任意兩個腳螺旋的連線平行,調整腳螺旋使氣泡居中,然後將照準部旋轉180度,若氣泡仍然居中則說明條件滿足,否則應進行校正。
校正的目的是使水準管軸垂直於豎軸．即用校正針撥動水準管一端的校正螺釘，使氣泡向正中間位置退回一半．為使豎軸豎直，再用腳螺旋使氣泡居中即可．此項檢驗與校正必須反覆進行，直到滿足條件為止。

（2）十字絲豎絲應垂直於橫軸的檢驗和校正
檢驗時用十字絲豎絲瞄準一清晰小點，使望遠鏡繞橫軸上下轉動，如果小點始終在豎絲上移動則條件滿足．否則需要進行校正．
校正時鬆開四個壓環螺釘（裝有十字絲環的目鏡用壓環和四個壓環螺釘與望遠鏡筒相連線。轉動目鏡筒使小點始終在十字絲豎絲上移動，校好後將壓環螺釘旋緊。

（3）視準軸應垂直於橫軸的檢驗和校正選擇一水平位置的目標，盤左盤右觀測之，取它們的讀數（顧及常數180度）即得兩倍的c（c=1/2（ɑ左－ɑ右）

（4）橫軸應垂直於豎軸的檢驗和校正選擇較高牆壁近處安置儀器。以盤左位置瞄準牆壁高處一點p(仰角最好大於30度)，放平望遠鏡在牆上定出一點m1。倒轉望遠鏡，盤右再瞄準p點，又放平望遠鏡在牆上定出另一點m2。如果m1與m2重合，則條件滿足，否則需要校正。校正時，瞄準m1、 m2 的中點m,固定照準部，向上轉動望遠鏡，此時十字絲交點將不對準p點。抬高或降低橫軸的一端，使十字絲的交點對準p點。此項檢驗也要反覆進行，直到條件滿足為止。以上四項檢驗校正，以一、三、四項最為重要，在觀測期間最好經常進行。每項檢驗完畢後必須旋緊有關的校正螺釘。

前景

隨著計算機技術的不斷發展與套用以及用戶的特殊要求與其它工業技術的套用，全站儀出現了一個新的發展時期，出現了帶記憶體、防水型、防爆型、電腦型等等的全站儀。

目前，世界上最高精度的全站儀：測角精度（一測回方向標準偏差）0.52，測距精度 1mm+1ppm。利用ATR功能，白天和黑夜（無需照明）都可以工作。全站儀已經達到令人不可致信的角度和距離測量精度，既可人工操作也可自動操作，既可遠距離遙控運行也可在機載應用程式控制下使用，可使用在精密工程測量、變形監測、幾乎是無容許限差的機械引導控制等套用領域。

全站儀這一最常規的測量儀器將越來越滿足各項測繪工作的需求，發揮更大的作用。