全站儀的發(fā)展史及性能特征

徐衛(wèi)國(guó)，王曉華，管宏才

（1.湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢，430070；2.商丘師范學(xué)院，河南商丘476000）

全站儀的發(fā)展史及性能特征

徐衛(wèi)國(guó)1，王曉華2，管宏才1

（1.湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢，430070；2.商丘師范學(xué)院，河南商丘476000）

介紹全站儀的基本結(jié)構(gòu)，各廠家的發(fā)展歷史。同時(shí)對(duì)照說(shuō)明各品牌的特征，為選購(gòu)全站儀提供參考意見(jiàn)。

測(cè)量?jī)x器；全站儀；技術(shù)參數(shù)

1 全站儀的基本結(jié)構(gòu)

全站儀的測(cè)角和測(cè)距原理與電子經(jīng)緯儀和測(cè)距儀的原理基本相同，只是結(jié)構(gòu)不同，全站儀是將它們兩者結(jié)合到一起。全站儀由光學(xué)結(jié)構(gòu)和電子電路組成。

1)全站儀的光學(xué)原理。全站儀光路系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。全站儀的望遠(yuǎn)鏡由物鏡、分光棱鏡、聚光棱鏡、目鏡等組成，是角度測(cè)量和距離測(cè)量的光學(xué)部分。可見(jiàn)光通過(guò)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入視場(chǎng)，完成角度測(cè)量的瞄準(zhǔn)工作。物鏡和分光棱鏡組成測(cè)距儀光路，光路包括內(nèi)光路和外光路，光纖連接發(fā)光二極管和接收管形成內(nèi)光路，紅外發(fā)光二極管（LED）發(fā)出的紅外光通過(guò)閘門(mén)的轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)內(nèi)光路和外光路到達(dá)接收二極管，完成距離測(cè)量。

2）電氣部分原理。全站儀電氣部分由兩部分組成，一部分是由光柵度盤(pán)或編碼度盤(pán)、光電測(cè)角儀器、放大、計(jì)數(shù)、顯示、邏輯電路等組成的測(cè)角部分；另一部分是由發(fā)光二極管、接收管、電子電路組成的距離測(cè)量部分，二者之間用串行通訊連接成一個(gè)整體，從而完成電子經(jīng)緯儀及測(cè)距儀的全部功能。

2 全站儀的發(fā)展歷史

全站儀是從光學(xué)經(jīng)緯儀發(fā)展而來(lái)的。全站儀的產(chǎn)生過(guò)程如下：光學(xué)經(jīng)緯儀——電子經(jīng)緯儀——組合式速測(cè)全站儀——半站儀（光經(jīng)+測(cè)距儀）——全站儀。其中在組合式速測(cè)全站儀的出現(xiàn)前還有測(cè)距儀。

全站儀的發(fā)展又經(jīng)歷了四個(gè)階段：

1）普通型的全站儀：這是初期的全站儀，主要是實(shí)現(xiàn)測(cè)角、測(cè)距模塊的整體化，儀器除了具有基本的測(cè)角和測(cè)距功能外，僅有一些簡(jiǎn)單的功能：如溫度、氣壓改正，斜距平距互換等，軟件的配置十分簡(jiǎn)單。代表儀器有賓得PTS-Ⅲ05全站儀。

2）功能型的全站儀：這類(lèi)全站儀在功能上有極大的改進(jìn)和增加，但儀器自身沒(méi)有內(nèi)存，測(cè)量時(shí)要用紙本或電子手簿記錄數(shù)據(jù)，如賓得PTS-V2全站儀。

3）磁卡型的全站儀：該類(lèi)儀器的突出之處是能用磁卡記錄野外觀測(cè)數(shù)據(jù)。記錄在卡上測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)裝有卡驅(qū)的計(jì)算機(jī)讀取，但數(shù)據(jù)讀取緩慢。代表儀器有索佳SET-2C全站儀。

4）內(nèi)存式的全站儀：本類(lèi)儀器有自帶的內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)記錄的自動(dòng)化。數(shù)據(jù)傳輸簡(jiǎn)單快捷，通過(guò)傳輸軟件很快讀入電腦。同時(shí)軟件功能強(qiáng)大，具有特殊的測(cè)量功能：如放樣、坐標(biāo)測(cè)量等。如索佳SET2110。

3 各類(lèi)全站儀的特征

3.1 各廠家歷史及技術(shù)特點(diǎn)[1]

徠卡：前身是瑞士W ILD廠，創(chuàng)建于1921年，1987年獲得ISO-9001質(zhì)量認(rèn)證。1990年，W ILD廠、瑞士克恩（Kern）、西德的Leitz及英國(guó)的Cambridge合并組建徠卡集團(tuán)公司。徠卡集團(tuán)公司一直致力于測(cè)繪儀器設(shè)計(jì)與制造，追求精湛工藝和優(yōu)良質(zhì)量，產(chǎn)品已拓展到衛(wèi)星測(cè)量、數(shù)字影像處理、信息科學(xué)等領(lǐng)域。

蔡司：1846年機(jī)械師卡爾·蔡司在德國(guó)東部小城揶那開(kāi)辦了一家制造顯微鏡的工廠，它就是蔡司公司的雛形。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，蔡司公司成長(zhǎng)為規(guī)模宏大、實(shí)力雄厚的公司，Zeiss也成為世界著名商標(biāo)。蔡司的主要產(chǎn)品是光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、醫(yī)用眼科及外科手術(shù)顯微儀器、大地測(cè)量?jī)x器、航空攝影測(cè)量?jī)x器等。

捷創(chuàng)力：瑞典捷創(chuàng)力是世界上第一家生產(chǎn)光電測(cè)距儀的廠家，曾是AGA集團(tuán)的成員，并用AGA作為產(chǎn)品的商標(biāo)。后來(lái)成為實(shí)力雄厚的 S-P集團(tuán)（即諾貝爾集團(tuán)）的成員，其商標(biāo)改為 Geodimeter?，F(xiàn)已被光譜精密儀器有限公司收購(gòu)。

拓普康：是世界著名的光學(xué)工業(yè)公司之一。1932年誕生，現(xiàn)形成了以光學(xué)、電子技術(shù)為核心，以光、機(jī)、電一體化設(shè)備為特色的光學(xué)先驅(qū)產(chǎn)業(yè)公司。1960年拓普康與東芝公司聯(lián)合，用自己固有的光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的優(yōu)勢(shì)，配以東芝公司強(qiáng)大的電子技術(shù)，生產(chǎn)一系列先進(jìn)的測(cè)量、醫(yī)療及工業(yè)用儀器，1994年獲得ISO9001質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。幾十年來(lái)，拓普康的產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，已形成了完整的GTS全站儀系列。

索佳：日本索佳株式會(huì)社是當(dāng)今世界聞名的現(xiàn)代化測(cè)量?jī)x器公司，其前身為“測(cè)機(jī)舍”，創(chuàng)建于 1920年 4月，是日本國(guó)內(nèi)歷史上最長(zhǎng)、規(guī)模最大、專(zhuān)業(yè)化程度最高的測(cè)量?jī)x器公司，1992年更名為“索佳”。索佳公司自創(chuàng)建以來(lái)，緊跟時(shí)代步伐，專(zhuān)心致志于測(cè)量?jī)x器的研制與開(kāi)發(fā)。1970年，索佳公司積極將現(xiàn)代電子技術(shù)全面引入測(cè)量?jī)x器的制造中，生產(chǎn)出電子化、智能化的測(cè)繪儀器?，F(xiàn)在，索佳公司已發(fā)展成一個(gè)綜合性測(cè)繪儀器生產(chǎn)廠家，并全面通過(guò)了 ISO9001國(guó)際質(zhì)量認(rèn)證。索佳精湛的技術(shù)、精密的工藝、精巧的造型及良好的售后服務(wù)深得用戶的信賴(lài)。

賓得：是日本東京Asahi光學(xué)公司的下屬公司，成立于1933年，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為富士制作所，1949年易名為富士測(cè)量機(jī)制株式會(huì)社，1979年更名為旭精密株式會(huì)社，1994年12月獲得國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化 ISO-9001及日本標(biāo)準(zhǔn)化JISZ-9901的質(zhì)量認(rèn)證。賓得公司主要生產(chǎn)PENTAX牌測(cè)量?jī)x器。賓得測(cè)量?jī)x器性能優(yōu)越，精致耐用。

尼康：日本尼康公司是世界著名的相機(jī)公司，創(chuàng)建于1917年7月25日，由三菱財(cái)團(tuán)投資，合并三個(gè)光學(xué)儀器廠組成。當(dāng)時(shí)，主要為日本國(guó)防部生產(chǎn)軍用光學(xué)儀器。Nikon的名稱(chēng)由日文“日本”（Nippon）和“光學(xué)”（kogakn）組合而成，所以又有人稱(chēng)之為日光公司。創(chuàng)建初期，曾聘請(qǐng)幾名德國(guó)光學(xué)技師，并于1932年開(kāi)始生產(chǎn)尼柯?tīng)枺╪ikkor）鏡頭。他們?cè)缙诋a(chǎn)品主要為顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡系列的視覺(jué)產(chǎn)品，但它的測(cè)量?jī)x器非常出色，儀器鏡頭世界頂尖，其全站儀具有獨(dú)特的光學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)便易用，抗惡劣環(huán)境強(qiáng)。

南方：南方公司是目前國(guó)內(nèi)最大的測(cè)繪儀器專(zhuān)業(yè)公司。與全國(guó)數(shù)個(gè)分支機(jī)構(gòu)形成集團(tuán)公司，集科、工、貿(mào)于一體。南方測(cè)繪儀器公司創(chuàng)立于1989年，經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，如今已有5個(gè)分廠，15個(gè)分公司，1個(gè)軟件開(kāi)發(fā)部，1個(gè) GPS部，年銷(xiāo)售額超過(guò)億元。南方測(cè)繪儀器公司大力推廣測(cè)繪儀器國(guó)產(chǎn)化，為我國(guó)測(cè)繪儀器制造業(yè)作出了貢獻(xiàn)。

蘇州一光:成立于1958年，是國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)測(cè)繪儀器的廠家，江蘇省高新技術(shù)企業(yè)。產(chǎn)品“J2－2光學(xué)經(jīng)緯儀”、“DSZ2自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀”是客戶公認(rèn)的最優(yōu)產(chǎn)品。2000年以來(lái)，公司進(jìn)軍全站儀市場(chǎng)，在國(guó)內(nèi)推出“全中文全站儀”、“OTS免棱鏡測(cè)距全站儀”等產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)全站儀的空白，市場(chǎng)占有率逐年提升。

3.2 同精度產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

各廠家部分同類(lèi)產(chǎn)品（兩秒級(jí)）的參數(shù)指標(biāo)的比較見(jiàn)表1。

從表1中可以看出：不同的產(chǎn)品在技術(shù)指標(biāo)上并沒(méi)有太大的區(qū)別。實(shí)際上，各廠家互相學(xué)習(xí)和借鑒，一種品牌具有的先進(jìn)功能會(huì)在另一品牌新型號(hào)上具備。國(guó)內(nèi)先期儀器，測(cè)距精度、工作溫度、重量等指標(biāo)比國(guó)外的差一點(diǎn)，但其新的產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品水準(zhǔn)。

3.3 軟件方面的特點(diǎn)

徠卡的軟件，以前的是全英文版，現(xiàn)在都漢化了，軟件穩(wěn)定性好，功能齊全，軟件的設(shè)計(jì)思路符合歐洲人習(xí)慣；尼康的軟件是捷創(chuàng)力提供的，儀器硬件與軟件的配置不是十分完善。拓普康的軟件比較好用，它的各種系列全站儀的軟件界面都差不多，菜單顯示非常直觀，操作簡(jiǎn)單方便，符合中國(guó)測(cè)量人員的使用習(xí)慣，但內(nèi)存文件的操作不是太理想；賓得的軟件很好，設(shè)計(jì)很合理，但有些型號(hào)儀器輸入不太方便；索佳軟件初期的不是很理想，但其新的測(cè)量?jī)x器如 SET2110等，軟件操作很方便，考慮也是很周到。

表1 儀器參數(shù)

南方全站儀軟件操作很簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，功能在不斷增加。蘇一光的軟件和索佳模式十分相似，簡(jiǎn)單直觀，功能齊全，但穩(wěn)定性不是很好，與硬件的匹配不是十分完善，反應(yīng)稍慢，目前在不斷升級(jí)當(dāng)中。

3.4 使用方面的特點(diǎn)

徠卡全站儀是同級(jí)中重量最輕的，同時(shí)采用摩擦制動(dòng)，很順手，操作很舒服，角度觀測(cè)不易超限，是非常放心的一款儀器。

索佳有用戶自定義界面的功能，能提高野外工作效率，大屏幕液晶8行顯示，清晰明了。

拓普康各種型號(hào)軟件都差不多，只要學(xué)會(huì)了一個(gè)就全會(huì)了，在地形數(shù)據(jù)采集方面優(yōu)勢(shì)明顯。

尼康的全站儀易學(xué)易用,操作十分簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定，有光線導(dǎo)向，放樣時(shí)很方便。電池原裝進(jìn)口，很耐用，一塊可用3到4 d。并且返修率低。

賓得有溫度氣壓自動(dòng)探測(cè)器，并且是雙速螺旋微動(dòng)，功能強(qiáng)大，但界面不太方便。

南方全站儀功能不太多，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，一用就會(huì)。它的0SET鍵（置零）與其他儀器不同，需兩次操作才能實(shí)現(xiàn)，減少了誤操作。

蘇一光的鍵盤(pán)大，軟件與索佳相似，操作十分簡(jiǎn)單方便，新型功能多。就是性能不是十分穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

1)歐洲品牌全站儀硬件質(zhì)量?jī)?yōu)良，軟件成熟穩(wěn)定，抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)，實(shí)際精度高于標(biāo)稱(chēng)精度，使用起來(lái)放心，但不是按中國(guó)人的習(xí)慣設(shè)計(jì)的，而且價(jià)格高，沒(méi)有彈性，適合在大型高精度要求的工程中應(yīng)用。

2)日本品牌產(chǎn)品，以拓普康、索佳使用最為廣泛，尤以拓普康最受歡迎，它質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，抗惡劣環(huán)境強(qiáng)，且價(jià)格接近國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，屬于中等產(chǎn)品。

3)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品：近幾年出現(xiàn)的牌子很多，市面上能見(jiàn)到的有：南方、蘇一光、博飛、歐波等，但硬件不是很穩(wěn)定，有待進(jìn)一步提高，適用于中低等工程。

目前，全站儀的發(fā)展都達(dá)到了雙軸補(bǔ)償、激光對(duì)中、紅外指向、防塵放水以及近距離的免棱鏡等技術(shù)。國(guó)外產(chǎn)品，拓普康和徠卡最受肯定，國(guó)產(chǎn)的首推南方。

[1] 全賓.國(guó)內(nèi)外全站儀之比較[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2002,（4）：28-31

[2] 藍(lán)榮欽、王賀彤、張向軍.世界各國(guó)部分測(cè)繪單位簡(jiǎn)介[M].北京：解放軍出版社，2000

[3] 聶讓.全站儀與高等級(jí)公路測(cè)量[M].北京：人民出版社，1999.

[4] 周德軍.中國(guó)測(cè)繪行業(yè)機(jī)構(gòu)指南[M].西安：西安地圖出版社，1997

[5] 邱立存.SET5F防爆型全站儀的開(kāi)發(fā)[J].礦山測(cè)量,1998(3)：1-3

[6] 管洪亮.國(guó)外現(xiàn)代測(cè)繪儀器精品集[M].北京：測(cè)繪出版社，1994

Development History of Total-station and Its Characteristics

XU Weiguo1,WANG Xiaohua2,GUAN Hongcai1
(1.Hubei Water Conservancy and Hydroelectric Power Vocational and Technical College,Wuhan 43000,China; 2.Shangqiu Teachers College,Shangqiu 476000,China)

Introduced the basic structure of TotalStation,the history of development of various manufacturers.At the same time comparison shows the characteristics of the br and ,provide a reference for purchasing total station.

measuing instrument;total-station;technical parameters

2009-01-14

P208

B

1672-4623(2010)01-0148-03

徐衛(wèi)國(guó)，工程師，碩士，從事工程測(cè)量教學(xué)。