[發(fā)明專利]自動(dòng)測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910307807.9
• 申請(qǐng)日: 2009-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101666642A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁家巍;陳圣紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州市新瑞得儀器有限公司
• 主分類號(hào): G01C5/02
• 分類號(hào): G01C5/02
• 代理公司: 常州市江海陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 蔣全強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自動(dòng)測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，具體涉及一種能自動(dòng)跟蹤水準(zhǔn)尺并自動(dòng)完成測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀。

背景技術(shù)

水準(zhǔn)測(cè)量的基本原理是用水準(zhǔn)儀的水平視線照準(zhǔn)垂直豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)來(lái)測(cè)定兩點(diǎn)間的高差。

水準(zhǔn)測(cè)量有光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量和數(shù)字水準(zhǔn)測(cè)量?jī)煞N方法。

光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量是目前使用的最多、可滿足各種等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量方法，測(cè)量時(shí)使用光學(xué)水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺。光學(xué)水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、分劃板、氣泡式水準(zhǔn)器、外殼和基座組成，望遠(yuǎn)鏡由物鏡、調(diào)焦透鏡、目鏡構(gòu)成，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀還帶有自動(dòng)安平裝置。分劃板上在垂直方向平行等間隔刻有三根水平絲，分別稱為上絲、中絲和下絲。光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量用的水準(zhǔn)尺是在尺身上制有等間隔刻劃和對(duì)刻劃的高度的數(shù)字標(biāo)注，為了便于識(shí)別等間隔刻劃又有幾種不同的圖案.用光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先將水準(zhǔn)儀安裝在三腳架上，并根據(jù)氣泡式水準(zhǔn)器調(diào)平水準(zhǔn)儀，在照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺并調(diào)焦清楚后，根據(jù)水準(zhǔn)儀分劃板上的中絲在水準(zhǔn)尺上的位置，按數(shù)字標(biāo)注讀取高度的大的讀數(shù)部分(米和分米)，再根據(jù)中絲與水準(zhǔn)尺刻劃的距離讀取小的讀數(shù)部分(厘米和毫米，以及小于毫米的部分).根據(jù)水準(zhǔn)儀分劃板上的上絲和下絲讀取的讀數(shù)，按相似三角形的原理即可計(jì)算水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺的距離。根據(jù)不同位置的水準(zhǔn)尺的中絲的讀數(shù)就可獲得不同位置高度的差值.光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量主要山人工完成讀數(shù)，因此測(cè)量的結(jié)果會(huì)帶有觀測(cè)者造成的誤差，而且速度較慢。由于測(cè)量結(jié)果記錄在紙介質(zhì)上，這樣一方面需要山人工將數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，這樣費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且容易出現(xiàn)記錄差錯(cuò)。

數(shù)字水準(zhǔn)測(cè)量可滿足各種等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)量時(shí)使用數(shù)字水準(zhǔn)儀和條碼水準(zhǔn)尺。數(shù)字水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、分劃板、氣泡式水準(zhǔn)器、自動(dòng)安平裝置、圖像采集裝置、計(jì)算機(jī)、電源、外殼和基座組成。條碼水準(zhǔn)尺在尺身上制有按某種方案編碼的非等間隔的條碼刻劃，而且沒(méi)有數(shù)字標(biāo)注。用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先將水準(zhǔn)儀安裝在三腳架上，并根據(jù)氣泡式水準(zhǔn)器調(diào)平水準(zhǔn)儀，在照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺并調(diào)焦清楚后，用計(jì)算機(jī)控制圖像采集裝置獲得視場(chǎng)中的水準(zhǔn)尺的圖像，根據(jù)獲得的圖像、水準(zhǔn)尺的編碼方案以及相應(yīng)的處理方法求得高度和距離。由于其測(cè)量是由機(jī)器自動(dòng)完成的，因此結(jié)果穩(wěn)定，速度較快。

上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于：現(xiàn)有的水準(zhǔn)儀需要至少兩個(gè)人才能完成測(cè)量，其中一個(gè)人負(fù)責(zé)水準(zhǔn)儀的轉(zhuǎn)向、瞄準(zhǔn)和調(diào)焦等工作，另一人負(fù)責(zé)將水準(zhǔn)尺從一點(diǎn)移動(dòng)至另一點(diǎn)上。在人工成本日益高漲的今天，研究一種可以實(shí)現(xiàn)單人操作自動(dòng)測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀有其重要的價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水準(zhǔn)儀，用于自動(dòng)跟蹤水準(zhǔn)尺并自動(dòng)完成自動(dòng)測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，包括：廣角攝像處理系統(tǒng)，用于在水平旋轉(zhuǎn)基座的驅(qū)動(dòng)下四周尋找標(biāo)尺，然后計(jì)算出標(biāo)尺所在的方位和距離；望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦系統(tǒng)，用于根據(jù)所述標(biāo)尺的方位和距離通過(guò)水平旋轉(zhuǎn)基座調(diào)整朝向，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺后自動(dòng)調(diào)焦；CCD裝置，用于在調(diào)焦后通過(guò)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦系統(tǒng)獲取標(biāo)尺的精確圖像；CPU單元，用于根據(jù)所述標(biāo)尺所在的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以使望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺，然后驅(qū)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦系統(tǒng)到相應(yīng)的焦距上，并獲取在CCD裝置中形成標(biāo)尺的圖像，最后計(jì)算出該標(biāo)尺的高程及距離，并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。

進(jìn)一步，所述廣角攝像處理系統(tǒng)包括：廣角透鏡系統(tǒng)、通過(guò)廣角透鏡系統(tǒng)獲取圖像的圖像傳感器和與圖像傳感器相連的中央處理器；廣角攝像處理系統(tǒng)尋找標(biāo)尺并計(jì)算出標(biāo)尺所在的方位和距離的方法如下：所述中央處理器通過(guò)圖像傳感器連續(xù)獲取四周圖像，直至所述中央處理器得到一張外界含有標(biāo)尺的圖像時(shí)止；所述中央處理器通過(guò)圖像匹配算法找到標(biāo)尺并得到其在照片中的位置坐標(biāo)：

X1＝n1*P，

Y1＝n2*P，

其中，P為圖像傳感器的一個(gè)像素寬度，則可以計(jì)算出標(biāo)尺在水平方向上的方位角即所述方位：β＝((X1-0.5*N*P)/0.5*N*P)*α，其中，N是圖像傳感器的水平像素?cái)?shù)，α為廣角透鏡系統(tǒng)中鏡頭的廣角角度；根據(jù)標(biāo)尺的圖像在照片中的長(zhǎng)寬所占的像素n3，n4可以計(jì)算出標(biāo)尺所在的距離：L＝(H/n3*P)*L′，其中：H為標(biāo)尺實(shí)際高度，L′為攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的放大系數(shù)。