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

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

以工程測(cè)量為背景,基于激光測(cè)距儀量測(cè)原理,通過(guò)采用"激光測(cè)距儀+精度放大裝置+ 顯示屏幕"的集成技術(shù)設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)出了一種高效的便于精確測(cè)量高度的對(duì)中桿。通過(guò)改進(jìn)對(duì)中桿提高棱鏡高測(cè)量精度,來(lái)提高整個(gè)測(cè)量過(guò)程中高程的精度,在不改變?nèi)�站儀結(jié)構(gòu)的情況下,實(shí)現(xiàn)提高觀測(cè)值本身的精度。從而進(jìn)一步滿(mǎn)足施工放樣、水準(zhǔn)測(cè)量、地形圖測(cè)繪及像控點(diǎn)的布設(shè)的要求 。

基本原理

對(duì)中桿采用"激光測(cè)距儀+ 精度放大裝置+顯示屏幕"集成技術(shù)的一體化對(duì)中桿,再用控制器處理數(shù)據(jù)及輸出。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔清晰,實(shí)際作業(yè)中操作簡(jiǎn)單,且精度高,經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)論證,能滿(mǎn)足高精度測(cè)量工作的需要。

測(cè)量人員觀察讀數(shù)的對(duì)中桿水準(zhǔn)器位置處安裝顯示屏,當(dāng)需要使用對(duì)中桿時(shí),將激光測(cè)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(guò)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(dòng)開(kāi)關(guān)接通供電電源為激光測(cè)距裝置供電。

激光發(fā)射器發(fā)出激光信號(hào),該激光信號(hào)遇到延伸桿底部的阻擋,信號(hào)被反射回來(lái),激光接收器無(wú)線(xiàn)獲取激光反射信號(hào),經(jīng)高精度放大電路信號(hào)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(guò)顯示屏將距離信號(hào)顯示出來(lái)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高精度對(duì)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(cè)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(shí)際需要自由調(diào)節(jié),而且可讓激光束穿梭于其中來(lái)精確量測(cè)桿體高度。對(duì)中桿從外觀上來(lái)看設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單清晰與常見(jiàn)對(duì)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(gè)按鍵;

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

激光測(cè)距儀和電池組部分安裝在對(duì)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(jì)采用人性化設(shè)計(jì)使測(cè)量與數(shù)字顯示同步實(shí)現(xiàn) 。

高精度對(duì)中桿實(shí)現(xiàn)

所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足,通過(guò)改進(jìn)對(duì)中桿,使其能夠運(yùn)用精密激光測(cè)距儀自動(dòng)量測(cè)對(duì)中桿高度,采用激光測(cè)距的方式提高測(cè)量棱鏡高的精度,實(shí)現(xiàn)測(cè)高精度的提高,進(jìn)而提高整個(gè)測(cè)量過(guò)程的精度。

1、該技術(shù)方案為: 設(shè)計(jì)一種能夠激光測(cè)高的精密對(duì)中桿; 其中對(duì)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(dòng)開(kāi)關(guān),定位塊的內(nèi)表面上安裝有激光測(cè)距裝置。其中激光測(cè)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(hào)輸出端與控制器連接,顯示屏的信號(hào)輸入端與控制器的輸出端相接。啟動(dòng)開(kāi)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(jì)上,該對(duì)中桿高精度放大電路的電路原理: 包括運(yùn)放U1 和運(yùn)放U2 部分,其中運(yùn)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(hào)輸出端口相接,運(yùn)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(yùn)放U1 的輸出端分2 路,一路經(jīng)電阻R1 與運(yùn)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(yùn)放U2 的反相輸入端相接; 運(yùn)放U2 的同相輸入端經(jīng)電阻R7 接地,運(yùn)放U2 的輸出端分3 路,一路經(jīng)二極管D1 與運(yùn)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(yáng)極經(jīng)電阻R2 與運(yùn)放U2 的反相輸入端相接,第三路為高精度放大電路的信號(hào)輸出端。

3、其它元件設(shè)計(jì),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(jī) 。

1、在不改變?cè)�有�?duì)中桿外

形,通過(guò)可拆卸的方式,連接對(duì)中桿外管和定位塊,將激光測(cè)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(cè)距裝置提供一個(gè)干擾小的工作環(huán)境;

2、通過(guò)設(shè)置高精度放大電路,采用兩級(jí)運(yùn)放放大器級(jí)聯(lián)的方式對(duì)激光接收器接收的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)換,精度可達(dá)二等水準(zhǔn)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn),距離測(cè)量精度可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置,可靠穩(wěn)定,使用效果好;

3、可通過(guò)顯示屏自動(dòng)獲取棱鏡高,避免人工讀數(shù)帶來(lái)的誤差,精度高,實(shí)用性強(qiáng);

4、使用該對(duì)中桿配合全站儀中間法。

1、工程測(cè)量中高差量測(cè)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(jì)思想設(shè)計(jì)出的對(duì)中桿,通過(guò)激光測(cè)距自動(dòng)獲取方式得到的棱鏡高,測(cè)量精度更加準(zhǔn)確;

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