索佳全站仪新技术应用综述.doc

索佳全站仪新技术应用综述徐忠阳 卜飞（株式会社索佳北京代表处 北京建国门外大街1号国贸中心1座510室 100004）摘要：本文在分析索佳全站仪最近几年发展动态的基础上，归纳分析了其新技术应用的特点，特别是在电子测距、电子测角、自动化目标识别与照准、全站仪网上数据传输等方面，介绍了一些新的技术突破要点，供大家参考。关键词：全站仪 电子测角 电子测距 自动目标照准 新技术 应用1引言近年来，日本索佳公司在高端全站仪的研发方面取得了突破性的进展，值得国内测绘仪器行业相关人士的关注。2006年，索佳推出SRX系列自动化全站仪；2008年，索佳又向市场推出NET05 3D自动化全站仪，是目前世界上第2个能生产0.5级全站仪的厂家。特别是NET05的测距精度指标（棱镜：0.8mm+1ppm；反射片：0.5mm+1ppm；无棱镜：1mm+1ppm），更是把全站仪的测距精度推上了一个新的高度。在看到索佳全站仪进步的同时，有必要介绍一下推动该进步的新技术情况，以供业界同行们了解与参考。2RED-tech EX测距新技术简介2003年以来，索佳全站仪的测距技术经历了第一代的RED-tech I、第二代的RED-tech II，发展到了现在的第三代技术RED-tech EX。分析索佳的RED-tech（REvolutionary Digital processing technology）测距技术，总体上有如下几个特点：（1）测距频率高达185MHzRED-tech测距技术的基本原理还是相位法，但第三代的RED-tech EX的测距频率高达185MHz，代表着高端测距技术测距频率不断提高的发展趋势。（2）多个测距调制信号的同步发射与接收一般来讲，在相位法测距过程中，都需要有多个不同频率大小的测距信号参与调制发射与接收。在传统的测距技术中，不同的测距信号在逻辑电路的控制下按一定的次序分时参与调制发射与接收。但在RED-tech测距技术中，实现了所有测距信号的同步调制发射与接收，解调后再分别还原不同测距频率信号的相位差（如图1）。此项突破性技术，极大有利于提高测距速度。图1 RED-tech测距信号同步调制发射示意图（3）棱镜、无棱镜及反射片3种测距模式共用1个发光管早期的全站仪一般只有棱镜目标的红外测距功能，后来随着工业测量的需要，某些全站仪增加了对反射片目标的测距能力。上世纪90年代末，在上述有合作目标（棱镜和反射片）测距功能的基础上，新型全站仪再度集成了无合作目标（无棱镜）测距功能（如图2），并且分别由红外发光管和激光发光管为有合作目标测距和无合作目标测距提供光源。随着索佳RED-tech测距技术的发展，上述双光源模式的无棱镜测距全站仪已经被单光源模式所代替。单光源、多目标类型（棱镜、无棱镜、反射片）测距技术的应用，在原理上更加有利于提高测距与照准的同轴性。后来，新一代的徕卡全站仪也采用了单光源、多目标类型的测距方式。一般来讲，无棱镜测距时追求的是小光斑技术；而棱镜测距时，为了便于寻找棱镜目标而获得返回测距信号，又希望发射光的张角适当扩大。因此，在单光源、多目标类型的测距方式中，需要妥善处理好上述问题。例如根据不同测距目标类型的选择，可以在发射光路中加入或不加入散射透光片来解决。无棱镜测距时的发射角有棱镜测距时的发射角图2 新型的单光源、多目标类型测距技术（4）反射片测距精度高于棱镜测距精度在索佳NET系列全站仪中可以发现一个特点，其反射片的测距精度指标要高于棱镜精度。这一“违反”常规的性能成为了索佳RED-tech测距技术的又一特点。由于各种原因，目前暂不了解其技术细节，但厂家提供的简单说明是在反射片测距中加入的误差预修正技术。考虑到反射片距离测程都不大，大气等环境误差影响相对较小，因此通过与准确基线的比测而预置误差修正参数是可能的。3IACS测角新技术简介IACS是索佳新一代测角技术“自主角度校准系统”（Independent Angle Calibration System）的简称。其基本原理是在绝对编码测角度盘的基础上，内置一个角度基准（已知值），通过该角度基准事先测定并预置度盘在不同位置时的测角误差，并用于实际角度测量时的误差修正。大家知道，测角误差的起因有度盘分划误差、度盘偏心差等。度盘偏心差对测角误差的影响具有正弦三角函数周期性规律的特点，因此传统的方法是通过对径传感器读数取中数来消除度盘偏心差的影响。如图3所示，IACS不仅能准确测定并消除（或减弱）周期性的误差，试验证明IACS对减弱非周期性的测角误差也非常有效。度盘测角误差IACS测定的误差经IACS校准后的测角误差图3 IACS测角误差校准效果图4目标自动照准新技术简介图4 棱镜就近照准示意目前，把具有目标（棱镜）自动照准功能的全站仪称为自动化全站仪，或称为测量机器人。实际上，在棱镜目标自动照准过程中存在一个很重要的问题，就是如何正确识别需要照准的目标，即所谓的先识别、后照准问题。而棱镜目标识别又主要分为2种情况：一是视场中棱镜与非棱镜目标的识别问题；二是视场中出现多个棱镜时如何识别的问题。实际上，第一个问题是全站仪自动化的入门问题，而第二个问题的解决是自动化全站仪走向实用的关键。徕卡是较早推出自动化全站仪的厂家之一，其自动化全站仪识别CCD视场中出现多个棱镜的方法是缩小视场，但是如果缩小后的视场内仍有2个以上的棱镜，就不能再正常测量了。索佳自动化全站仪解决视场内有多个棱镜的识别方法“就近法则”。即通过特别的数学计算规则，查看视场内距离望远镜十字丝中心最近的棱镜是那一个，全站仪就自动驱动轴系照准该棱镜（如图4）。“就近法则”与“小视场”的技术相比，可以识别出间距更小的2个或多个棱镜目标。5全站仪网上数据传输新技术全站仪与外围设备之间的数据传输一般通过RS232通讯端口实施，现代的全站仪还可以利用U盘或CF卡直接实现与计算机之间的数据拷贝。全站仪通过登录因特网，实现网上数据传输则是一项新的技术。索佳在几年前就推出了SFX（Sokkia Field-info eXpress）野外信息速递系统，即在全站仪的操作系统中，增加网络登录功能，通过蓝牙实现全站仪与手机之间的通讯，然后经由手机GPRS功能进入因特网，实现网上数据传递（如图5左图所示）。最近，索佳又展示了通过Wi-Fi无线网卡实现全站仪网上数据传输的最新技术（如图5右图所示）。通过Wi-Fi无线网卡，可以方便地与现有的有线以太网络整合，具有速度快、可靠性高等特点，在开放区域通讯距离可达300多米。Wi-Fi卡图5 索佳全站仪网上数据传输技术6总结（1）在全站仪的测距方面，如何进一步提高测距精度与速度，是将来一段时期测距技术进步的主要方向。因此测距信号的频率将进一步提高，而激光光源的棱镜、无棱镜测距技术的综合应用，将使有棱镜目标的距离测程进一步加大。（2）新的测角技术的应用，特别是误差预修正技术的应用，为简化度盘测角机构的装配、进一步提高测角精度打开了一个新的思路。软件技术的广泛应用必将对硬件制造技术产生深刻的影响。（3）随着技术的进步，世界上能够制造自动化全站仪的厂商越来越多。棱镜目标的自动化识别与照准是全站仪测量技术中的高端命题，新技术的不断出现与应用，必将使自动化全站仪日趋成熟与实用。（4）全站仪实现网上远程数据传输是一个新的理念，实际应用价值与效果如何，需要继续跟踪与了解。参考文献1徐忠阳主编 全站仪原理与应用，解放军出版社，2003年10月2SRX系列全站仪使有手册，索佳测绘仪器贸易（上海）有限公司，2008年5月3NET05/NET1全站仪使用手册，索佳测绘仪器贸易（上海）有限公司，2008年6月The Summary of Innovative Technology in Sokkias Total StationXu Zhongyang Bo Fei（Sokkia Beijing Office, 305C West wing tower of World Trade Center, No.1 Jianguomenwai Street, Beijing, 100004）Abstract：This paper introduce the main point of the new innovative technology in Sokkia total station, such as RED-tech technology of distance measurement, IACS technology of angle measurement, Multiple prism