[發(fā)明專利]水準(zhǔn)測量裝置和水準(zhǔn)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080009218.3
• 申請日: 2010-02-19
• 公開（公告）號: CN102334007A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·萊斯
• 申請（專利權(quán)）人: 萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司
• 主分類號: G01C1/04
• 分類號: G01C1/04;G01C1/06;G01C5/00;G01C15/00;G01C15/06
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;宋教花

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的水準(zhǔn)測量裝置和根據(jù)權(quán)利要求11的前序部分的水準(zhǔn)測量或測量方法。

在測量或水準(zhǔn)測量過程中會使用水準(zhǔn)測量裝置和測量桿。水準(zhǔn)測量裝置包括測量望遠(yuǎn)鏡和水平儀形式的裝置，該水平儀形式的裝置例如確保測量望遠(yuǎn)鏡的光軸大體上水平線向。如果將水準(zhǔn)測量裝置安裝在三腳架上，則可以借助于水平校準(zhǔn)后的水平儀通過使用三腳架的三個可調(diào)地腳螺釘來生成測量水平線。除了使用箱式水平儀進(jìn)行粗略的水準(zhǔn)測量以外，也可以進(jìn)行精細(xì)的水準(zhǔn)測量，其中例如采用更加精確的管狀水平儀。借助于補(bǔ)償器，甚至在沒有精確水平儀的情況下可以對水準(zhǔn)測量裝置的目標(biāo)軸進(jìn)行水準(zhǔn)測量。補(bǔ)償器使用重力對使用箱式水平儀進(jìn)行初步水準(zhǔn)測量之后目標(biāo)光束的余下的剩余傾斜度的至少一部分進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償器可以削弱不希望的具有衰減的振蕩。

當(dāng)通過望遠(yuǎn)鏡注視水準(zhǔn)測量桿時，可以確定桿附著點和水平線之間的垂直距離。水平測量桿的高度例如為4m。精確的標(biāo)度至少定位在縱向區(qū)域。刻度的零點就是桿附著點。對于水準(zhǔn)測量桿，多種實施方式是已知的，其中例如后者可以具有箱式水平儀和在后側(cè)的柄。通過對水平儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量使該桿保持垂直。還存在包括至少一個另外刻度的桿。

結(jié)合將可觀測區(qū)域成像到傳感器陣列上并對這個成像進(jìn)行評估的數(shù)字水準(zhǔn)測量裝置，使用相應(yīng)的數(shù)字水準(zhǔn)測量桿。這樣的測量桿可以被裝置自動讀取，并且數(shù)據(jù)可以被評估和保存。為了實現(xiàn)自動水準(zhǔn)測量，除水準(zhǔn)測量裝置的評估和保存元件之外，還需要具有至少一種自動可評估編碼的測量桿。

在已知的數(shù)字水準(zhǔn)測量裝置的情況下，望遠(yuǎn)鏡包括至少一個物鏡、聚焦裝置、分束器、十字線、目鏡和包括傳感器陣列的檢測器。采用該光學(xué)系統(tǒng)，通過眼睛已經(jīng)可以讀取桿。由于部分光在分束器中被偏轉(zhuǎn)到檢測器上用于電子圖像轉(zhuǎn)換，所以數(shù)據(jù)也可以被自動檢測。分束器例如可以體現(xiàn)為這樣的帶通濾波器，使得將電磁輻射的對人眼重要的光譜范圍轉(zhuǎn)送到目鏡而將其他光譜成分提供到傳感器陣列。

由處理器單元對測量順序進(jìn)行控制，該處理器單元不僅實時對測量進(jìn)行評估，還可以提供依賴于周圍條件(如依賴于溫度)的校正，針對此目的，多種評估算法是已知的。這些算法中的大多數(shù)使用一段刻度，并且不僅確定可觀測的高度還確定距離。

檢測器將接收到的編碼后的桿的圖樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。而且，由焦點傳感器記錄聚焦透鏡的位置。可以根據(jù)該位置確定裝置和桿之間的大致距離。在1.80m至100m的距離范圍內(nèi)，聚焦透鏡例如大致移位14mm。在已知的解決方案的情況下，根據(jù)確定聚焦透鏡的位置而導(dǎo)出的距離不能足夠精確地被確定。而且，對聚焦透鏡的調(diào)整是非常耗時的。

在使用數(shù)字水準(zhǔn)測量裝置進(jìn)行測量的過程中，在第一步驟，如同傳統(tǒng)方法的情況，必須對水準(zhǔn)測量桿進(jìn)行瞄準(zhǔn)和聚焦。在測量鍵已經(jīng)被開啟后，對聚焦透鏡的位置進(jìn)行記錄，對補(bǔ)償器進(jìn)行監(jiān)控。在接下來的步驟中，大致確定目標(biāo)高度和距離。最后，在最后的步驟，借助于評估法，更具體而言是相關(guān)法來確定精確的高度和距離。為了能夠執(zhí)行相關(guān)，有必要存儲對應(yīng)于水準(zhǔn)測量桿的成像的基準(zhǔn)信號。例如通過移動測量信號直至基準(zhǔn)信號和測量信號對應(yīng)地盡量好，可以確定高度。測量信號的移動對應(yīng)于所尋求的高度。由于測量信號被成像為取決于距離的不同大小，所以測量信號的標(biāo)度必須預(yù)先匹配到基準(zhǔn)信號的標(biāo)度。

例如從專利文獻(xiàn)DE?3618513?C2、DE?19833996?C1、EP?1066497?B1和DE19804198?B4可獲知數(shù)字水準(zhǔn)測量裝置，其中在后兩篇文獻(xiàn)中的檢測器包括二維傳感器陣列。EP?0066497?B1描述了一種評估方法，其中確定或補(bǔ)償測量桿的傾斜位置。而且，提出了一種用于精確地確定距離的額外的距離測量裝置，其增加了裝置和評估費用。DE?19804198?B4描述了借助于傅里葉變換對圖像信號進(jìn)行評估的實施方式，其提高了與測量桿的基準(zhǔn)信號的相關(guān)性。

EP?0808447描述了一種裝置，其中成像光學(xué)單元具有多個不同的成像瞳孔區(qū)，為該瞳孔區(qū)分配在空間分辨光電檢測器或空間分辨光電檢測器的部分區(qū)域，使得成像光學(xué)單元能夠從不同距離范圍內(nèi)同時成像。這種裝置的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，并且存在不被任何瞳孔區(qū)清楚地成像的距離范圍。

對已知的解決方法而言，提供與其到水準(zhǔn)測量裝置的距離無關(guān)的可觀測測量桿的可評估信息是復(fù)雜的。而且，當(dāng)確定高度時，不可能在花費較少費用的情況下來校正望遠(yuǎn)鏡或水準(zhǔn)測量裝置的偏離水平線向的小的偏移。