全站儀的發(fā)展史及性能特征

徐衛(wèi)國，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。同時對照說明各品牌的特征，為選購全站儀提供參考意見。

測量儀器；全站儀；技術(shù)參數(shù)

1 全站儀的基本結(jié)構(gòu)

全站儀的測角和測距原理與電子經(jīng)緯儀和測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，是角度測量和距離測量的光學(xué)部分?？梢姽馔ㄟ^望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入視場，完成角度測量的瞄準(zhǔn)工作。物鏡和分光棱鏡組成測距儀光路，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)出的紅外光通過閘門的轉(zhuǎn)換經(jīng)過內(nèi)光路和外光路到達(dá)接收二極管，完成距離測量。

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或編碼度盤、光電測角儀器、放大、計數(shù)、顯示、邏輯電路等組成的測角部分；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量部分，二者之間用串行通訊連接成一個整體，從而完成電子經(jīng)緯儀及測距儀的全部功能。

2 全站儀的發(fā)展歷史

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

全站儀的發(fā)展又經(jīng)歷了四個階段：

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

2）功能型的全站儀：這類全站儀在功能上有極大的改進(jìn)和增加，但儀器自身沒有內(nèi)存，測量時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：該類儀器的突出之處是能用磁卡記錄野外觀測數(shù)據(jù)。記錄在卡上測量數(shù)據(jù)，通過裝有卡驅(qū)的計算機(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：本類儀器有自帶的內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)記錄的自動化。數(shù)據(jù)傳輸簡單快捷，通過傳輸軟件很快讀入電腦。同時軟件功能強(qiáng)大，具有特殊的測量功能：如放樣、坐標(biāo)測量等。如索佳SET2110。

3 各類全站儀的特征

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)公司一直致力于測繪儀器設(shè)計與制造，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·蔡司在德國東部小城揶那開辦了一家制造顯微鏡的工廠，它就是蔡司公司的雛形。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，蔡司公司成長為規(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、大地測量儀器、航空攝影測量儀器等。

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。現(xiàn)已被光譜精密儀器有限公司收購。

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)計制造的優(yōu)勢，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，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：日本索佳株式會社是當(dāng)今世界聞名的現(xiàn)代化測量儀器公司，其前身為“測機(jī)舍”，創(chuàng)建于 1920年 4月，是日本國內(nèi)歷史上最長、規(guī)模最大、專業(yè)化程度最高的測量儀器公司，1992年更名為“索佳”。索佳公司自創(chuàng)建以來，緊跟時代步伐，專心致志于測量儀器的研制與開發(fā)。1970年，索佳公司積極將現(xiàn)代電子技術(shù)全面引入測量儀器的制造中，生產(chǎn)出電子化、智能化的測繪儀器?，F(xiàn)在，索佳公司已發(fā)展成一個綜合性測繪儀器生產(chǎn)廠家，并全面通過了 ISO9001國際質(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。

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)時稱為富士制作所，1949年易名為富士測量機(jī)制株式會社，1979年更名為旭精密株式會社，1994年12月獲得國際標(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牌測量儀器。賓得測量儀器性能優(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，由三菱財團(tuán)投資，合并三個光學(xué)儀器廠組成。當(dāng)時，主要為日本國防部生產(chǎn)軍用光學(xué)儀器。Nikon的名稱由日文“日本”（Nippon）和“光學(xué)”（kogakn）組合而成，所以又有人稱之為日光公司。創(chuàng)建初期，曾聘請幾名德國光學(xué)技師，并于1932年開始生產(chǎn)尼柯爾（nikkor）鏡頭。他們早期產(chǎn)品主要為顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡系列的視覺產(chǎn)品，但它的測量儀器非常出色，儀器鏡頭世界頂尖，其全站儀具有獨(dú)特的光學(xué)系統(tǒng)，簡便易用，抗惡劣環(huán)境強(qiáng)。

南方：南方公司是目前國內(nèi)最大的測繪儀器專業(yè)公司。與全國數(shù)個分支機(jī)構(gòu)形成集團(tuán)公司，集科、工、貿(mào)于一體。南方測繪儀器公司創(chuàng)立于1989年，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，如今已有5個分廠，15個分公司，1個軟件開發(fā)部，1個 GPS部，年銷售額超過億元。南方測繪儀器公司大力推廣測繪儀器國產(chǎn)化，為我國測繪儀器制造業(yè)作出了貢獻(xiàn)。

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

3.2 同精度產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

各廠家部分同類產(chǎn)品（兩秒級）的參數(shù)指標(biāo)的比較見表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)功能會在另一品牌新型號上具備。國內(nèi)先期儀器，測距精度、工作溫度、重量等指標(biāo)比國外的差一點(diǎn)，但其新的產(chǎn)品已達(dá)到國外產(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，操作簡單方便，符合中國測量人員的使用習(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)計很合理，但有些型號儀器輸入不太方便；索佳軟件初期的不是很理想，但其新的測量儀器如 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，目前在不斷升級當(dāng)中。

3.4 使用方面的特點(diǎn)

徠卡全站儀是同級中重量最輕的，同時采用摩擦制動，很順手，操作很舒服，角度觀測不易超限，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。

拓普康各種型號軟件都差不多，只要學(xué)會了一個就全會了，在地形數(shù)據(jù)采集方面優(yōu)勢明顯。

尼康的全站儀易學(xué)易用,操作十分簡便，性能穩(wěn)定，有光線導(dǎo)向，放樣時很方便。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探測器，并且是雙速螺旋微動，功能強(qiáng)大，但界面不太方便。

南方全站儀功能不太多，操作簡單易學(xué)，一用就會。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。

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

4 結(jié)語

1)歐洲品牌全站儀硬件質(zhì)量優(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)稱精度，使用起來放心，但不是按中國人的習(xí)慣設(shè)計的，而且價格高，沒有彈性，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，操作簡單，抗惡劣環(huán)境強(qiáng)，且價格接近國內(nèi)產(chǎn)品，屬于中等產(chǎn)品。

3)國內(nèi)產(chǎn)品：近幾年出現(xiàn)的牌子很多，市面上能見到的有：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、激光對中、紅外指向、防塵放水以及近距離的免棱鏡等技術(shù)。國外產(chǎn)品，拓普康和徠卡最受肯定，國產(chǎn)的首推南方。

[1] 全賓.國內(nèi)外全站儀之比較[J].測繪技術(shù)裝備，2002,（4）：28-31

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

[3] 聶讓.全站儀與高等級公路測量[M].北京：人民出版社，1999.

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

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

[6] 管洪亮.國外現(xiàn)代測繪儀器精品集[M].北京：測繪出版社，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，工程師，碩士，從事工程測量教學(xué)。