測量系統的製作方法

2023-07-29 10:32:56

專利名稱：測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量系統，具體地，涉及一種使用具有追蹤功能 的測量儀器的測量系統。
背景技術：
作為用於測量距離、水平角度和垂直角度的測量儀器，具有追蹤 功能的測量儀器在過去已經是眾所周知。在這種類型的測量儀器裡， 對象反射體(目標)例如三面直角稜鏡由設置在測量儀器上的校準望遠 鏡校準。從校準望遠鏡投射出追蹤光，且當目標移動時，接收來自目 標的反射光，從而能自動地追蹤該目標。
一般說來，在具有追蹤功能的測量儀器裡，在測量儀器側不分派 操作人員，而測量操作員在目標側工作。目標由測量操作員支撐或目 標被支撐在工程機械上並被移動。
如果目標的移動速度超過測量儀器的跟隨速度並且目標脫離校 準望遠鏡的-見野，或者萬一障礙物(例如樹、車輛、人等)臨時進入測 量儀器和目標之間的空間，並且障礙物擋住了校準望遠鏡的光徑，則
測量儀器不能接收來自目標的反射光，並可能中斷自動追蹤。
發生這種情況的原因是，在通常使用的校準望遠鏡裡，視場角(視 角)小至大約1°,並且用來檢測用於自動追蹤的反射光的範圍過於狹 窄。
當對目標的自動追蹤^皮中斷時，測量儀器開始運轉以搜索目標。 在搜索操作中，校準望遠鏡在預定的範圍內沿上下及左右方向旋轉， 同時4殳射用於掃描的追蹤光，然後;f企測到目標。
在傳統的搜索方法裡，通過使用由位於測量儀器側的校準望遠鏡
最近所檢測到的位置作為參考(圖6(A))，以在預定的水平角度範圍內改變傾斜角而執行搜索，或者從最近片企測的位置(圖6(B))以螺旋形的 方式執行搜索或類型操作，然後檢測到已經從視野中消失的目標12。
如上面所述，校準望遠鏡的視場角較小，為了重新檢測目標，有 必要具有更細的掃描間距。為此，當自動追蹤被中斷時，需要^f艮多時 間來再次檢測目標和啟動自動追蹤操作。此外，在光徑被障礙物頻繁 擋住的工作條件下，問題是測量操作的工作效率被大大地降低了 。
在JP-A-2004-132914中公開了具有追蹤功能且當追蹤操作被中 斷時執行搜索的測量儀器。

發明內容
本發明的目標是提供具有測量儀器的測量系統，該測量儀器具有 追蹤功能，通過該測量^f義器，有可能在目標/人糹見野裡消失時迅速地重 新檢測到目標，並有可能執行自動追蹤，以減少恢復自動追蹤前所需 的時間，並提高測量操作的效率。
為了實現上述目標，本發明提供了一種測量系統，該測量系統包 括測量儀器和提供在目標側的可移動側控制裝置；該測量儀器通過向 目標投射距離測量光來領'i量距離和角度,— 並可以測量目標的三維位置 數據且具有追蹤目標的功能。該測量儀器具有通信裝置和第一控制算 法單元，該通信裝置可將測量儀器所測量的目標的三維位置數據傳輸 到可移動側控制裝置；該第一控制算法單元用來控制通過測量儀器對 目標的搜索。該可移動側控制裝置具有目標的位移量檢測裝置和第二 控制算法單元；該第二控制算法單元用於基於來自位移量檢測裝置的 目標檢測信號來計算目標的位移量，並且用來基於目標的位移量和基 於三維位置數據計算目標位置，並且如果測量儀器不能追蹤目標，則 獲得從可移動側控制裝置傳輸的目標位置，並且第一控制算法單元以 目標位置作為起點開始搜索目標。本發明也提供了如上所描述的測量 系統，該測量系統包括測量儀器和提供在目標側的可移動側控制裝 置，該測量儀器通過向目標投射距離測量光來測量距離和角度，並可測量目標的三維位置數據且具有追蹤目標的功能。該測量儀器具有通 信裝置和第一控制算法單元，該通信裝置可將測量儀器所測量的目標
的三維位置數據傳輸到可移動側控制裝置；該第一控制算法單元用來
控制通過測量儀器對目標的搜索。該可移動側控制裝置具有目標的位
移量檢測裝置和第二控制算法單元；該第二控制算法單元用來基於來 自位移量檢測裝置的目標檢測信號來計算目標的位移量，並且如果測 量儀器不能追蹤目標，則獲得從可移動側控制裝置傳輸的目標的位移 量。該第一控制算法單元基於目標的位移量計算最近所測量的目標的 三維位置數據並計算目標位置，並以目標位置作為起點開始目標的搜 索。此外，本發明提供了如上所描述的測量系統，其中該位移量檢測 裝置為加速度傳感器。
本發明提供一種測量系統，該測量系統包括測量儀器和提供在目 標側的可移動側控制裝置，該測量儀器通過向目標投射距離測量光來 測量距離和角度，並可測量目標的三維位置數據且具有追蹤目標的功 能。該測量儀器具有通信裝置和第一控制算法單元，該通信裝置能夠 將測量儀器所測得的目標的三維位置數據傳輸到可移動側控制裝置； 該第一控制算法單元用來控制通過測量儀器對標的搜索—。該T移動 側控制裝置具有目標的位移量檢測裝置和第二控制算法單元；該第二 控制算法單元用來基於來自位移量檢測裝置的目標檢測信號來計算 目標位移量，並且用來基於目標的位移量和三維位置數據來計算目標 位置，並且如果測量儀器不能追蹤目標，則獲得從可移動側控制裝置 傳輸的目標位置，並且第一控制算法單元以目標位置作為起點開始搜 索目標。因而所獲得的目標位置為目標的當前位置或者是非常接近目 標的當前位置的位置。結果，可在最小的搜索範圍內檢測到目標，並 且可迅速啟動追蹤操作。
此外，本發明提供了如上所述的測量系統，該測量系統包括測量 儀器和提供在目標側的可移動側控制裝置，該測量儀器通過向目標投 射距離測量光來測量距離和角度，並可測量目標的三維位置數據且具有追蹤目標的功能。該測量儀器具有通信裝置和第一控制算法單元， 該通信裝置能夠將測量儀器所測得的目標的三維位置數據傳輸到可
移動側控制裝置；該第一控制算法單元用來控制通過測量儀器對目標
的搜索。該可移動側控制裝置具有目標的位移量檢測裝置和第二控制
算法單元；該第二控制算法單元用來基於來自位移量檢測裝置的目標 檢測信號來計算目標的位移量，並且如果測量儀器不能追蹤目標，則 獲得從可移動側控制裝置傳輸的目標的位移量，該第一控制算法單元 基於最近所測量的目標的三維位置數據和目標的位移量計算目標位 置，並以目標位置作為起點開始搜索目標。因而所獲得的目標位置為 目標的當前位置或者是非常接近目標當前位置的位置。結果，可在最 小的搜索範圍內檢測到目標，並且可迅速啟動追蹤操作。
此外，根據本發明，該位移量^r測裝置為加速度傳感器，且位移 量檢測裝置可通過使用低成本的檢測器而提供。


圖1為顯示了根據本發明一個實施例的測量系統的示例的示意
臥 --------一 ---------- ---------
圖2為用於該測量系統中的測量儀器的示例的透視圖3為顯示本發明的該實施例的一般特徵的框圖4為顯示本發明的該實施例的操作的流程圖5為顯示本發明的該實施例的操作的流程圖；以及
圖6(A)和圖6(B)各代表了在測量儀器錯過目標時搜索的一個方面。
具體實施例方式
通過參考附圖，將在下面給出關於用來實施本發明的最好方面的 描述。
首先，參考圖1至圖3，將給出應用到本發明的測量系統的一般
7特徵的描述。
圖1示出了根據本發明的測量系統的示例。該圖描繪了本發明用 於使用建築機械10(例如推土機)的土木工程時的情況。
測量儀器1通過三腳架11安裝在已知點上。目標12和可移動側
控制裝置16安裝在杆14上，該杆14豎在推土機伊板(推土妒)13上。
圖2示出了對其應用了本發明的測量儀器1。例如，所使用的測 量儀器l為全站儀。將脈衝雷射束投射到測量點。接收來自測量點的 脈衝反射光，並對每個脈衝測量距離。對距離測量的結果進行平均， 從而以高精度實施距離測量。
測量儀器1主要包括安裝在三腳架ll(圖l)上的調平單元(leveling unit)2、安裝在調平單元2上的底座單元3、繞垂直軸線可旋轉地安裝 在底座單元3上的框架單元4，以及繞水平軸線可旋轉地安裝在框架 單元4上的望遠l^單元5。
框架單元4包括第一顯示單元6和第一操作輸入單元7。該望遠 鏡單元5設有用於校準被測量對象的望遠鏡8,並具有距離測量單元 21(將在後文介紹)，其通常與望遠鏡8共享光學系統。
測量儀器1設有—作—為通信裝置的,一充線電單—元15。—到—目標1—2 的距離和目標12的水平角度以及垂直角度都由測量儀器1測量。因 而，測量數據(三維位置數據)，例如通過測量獲得的測量距離和測量 角度，由無線電通信裝置傳輸到目標12側。
可移動側控制裝置16安裝在目標12側。該可移動側控制裝置16 安裝在杆14上或者置於工程機械10上。(在圖1中，其安裝在杆14上)。
可移動側控制裝置16具有用於執行到測量儀器1的數據通信及 來自測量儀器1的數據通信的通信單元。可移動側控制裝置16還設 有位置測量裝置，該位置測量裝置用於基於從測量儀器1接收的三維 位置數據確定目標12的移動方向和移動距離。
現在參考圖3，將給出關於根據本發明的測量系統的大致布置的描述。
測量系統主要包括測量儀器1、目標12和可移動側控制裝置16。 首先，將對測量儀器1進行描述。
望遠鏡單元5結合有具有距離測量光光學系統的距離測量單元
21,並且該距離測量單元21投射距離測量光22且從目標22接收反 射光22'。因而，可實現對目標12的電光(光波)距離測量。另外，望 遠鏡單元5有圖象拾取單元23 ，在該圖像拾取單元23裡使用距離測 量光學系統以及普通光學系統。
框架單元4設有用來在水平方向旋轉框架單元4的水平驅動單元 24。框架單元4還設有水平角度測量單元25，其檢測框架單元4相對
架單元4還設有垂直驅動單元26,其用於繞水平軸線旋轉望遠鏡單元 5,且框架單元4還設有垂直角度測量單元27，其檢測望遠鏡單元5 的垂直角度並測量校準方向上的垂直角度。距離測量單元21、水平角 度測量單元25和垂直角度測量單元27 —起形成測量單元。
框架單元4結合有控制裝置28。通過控制水平驅動單元24和垂 直驅—動單元26 — 的驅動，控_制裝置28使框架單元4、望遠鏡單元5旋 轉，並在預定方向上校準望遠鏡單元5,且在預定範圍內掃描光。此 外，控制裝置28切換望遠鏡8的光放大倍率或通過圖象拾取單元23 在校準方向上獲得圖象。此外，通過控制所獲圖象的電處理放大倍率 切換，可獲得具有所需放大倍率的圖象。同樣，通過控制距離測量單 元21，測量到目標12的距離。
第一控制算法單元29判斷距離測量單元21是否接收到了來自目 標12的反射光22'以及是否正在測量距離或未測量距離，即，是否執 行了追蹤操作。
圖象拾取單元23具有光電檢測元件(未示出)。該光電片企測元件是 像素的集合，例如CCD、 CMOS等。可識別接收光的像素的位置。圖 象處理單元31基於來自像素的信號確定像素的視場角，並進一步計控制裝置28主要包括第一控制算法單元29、距離測量控制單元 30、圖象處理單元31、第一存儲單元32、笫一顯示單元6、第一操作 輸入單元7、第一無線電單元15等。
來自距離測量單元21、水平角度測量單元25和垂直角度測量單 元27的測量結果輸入到第一控制算法單元29，並且測量距離、水平 角度和垂直角度。因而，所獲得的測量數據(三維位置數據)經第一控 制算法單元29存儲在第一存儲單元32中，並顯示在第一顯示單元6 上。基於來自圖象處理單元31的信號，第一控制算法單元29通過驅 動水平驅動單元24和垂直驅動單元26來執行追蹤目標，使得目標12 位於校準的中心且第一控制算法單元29通過控制距離測量控制單元 30測量距離。
目標是否正在被追蹤或未被追蹤的判斷結果和測量數據從第一 無線電通信單元15被傳輸到可移動側控制裝置16。
第一存儲單元32具有用來存儲不同程序的程序存儲區和用來存 儲諸如測量結果的數據存儲區。在程序存儲區，存儲有以下程序測 量所必需的計算程序、通過閨象處理以檢測目標12——的—位置的圖象處 理程序(如將在以下描述)、用來追蹤測量點(目標)的序列程序、當啟動 測量時如果目標12消失在^L野之外用來搜索目標12的搜索程序、用 來在第一顯示單元6上顯示圖象的圖象顯示程序、用來執行進出可移 動側控制裝置16的通信的通信程序以及其它程序。
接下來，將給出關於可移動側控制裝置16的描述。
可移動側控制裝置16主要包括第二控制算法單元35、第二存儲 單元36、第二無線電單元37、位移量檢測裝置38等。
在第二存儲單元36中，存儲有不同的程序。這些程序包括用 來執行進出測量儀器1的通信的通信程序、基於來自位移量檢測裝置 38的信號計算移動方向和已移動距離的位置計算程序。第二存儲單元 36具有在第二存儲單元36的一部分上的數據存儲區。在該數據存儲區，存儲有從測量儀器1傳輸來的測量數據和由位置計算程序計算的 目標12的位置數據。
位移量檢測裝置38例如為加速度傳感器，並檢測目標12的加速 度。基於來自位移量檢測裝置38的加速度信號，第二控制算法單元 35求加速度的積分，並計算速度和距離。因而，通過預定時間點可計 算出移動方向和已移動距離，並且計算結果存儲在第二存儲單元36 內。
第二無線電單元37接收從測量儀器1傳輸來的目標12的三維位 置數據，並且所接收的數據存儲在第二存儲單元36中。
現在參考圖4和圖5，將給出根據本發明的操作的描述。圖4示 出了測量儀器1的序列，而圖5示出了目標12和可移動側控制裝置 16的序列。
目標12安裝在測量點處，並打開給測量儀器1的動力。
首先，將給出關於測量儀器1的操作的描述。
(步驟01)通過望遠鏡8，在可進行追蹤的範圍內捕獲目標12。目 標12的圖象被圖象拾取單元23接收。
(步驟02)基於—目標—12的困象,通過固—象處理單元31—確定—耳標位 置，並將望遠鏡8校準到目標12。
(步驟03)當望遠鏡8校準到目標12時，測量距離、水平角度和 垂直角度，並可得到目標12的三維位置數據。執行追蹤操作並繼續 測量。目標12的三維位置數據通過第一無線電單元15以一個間隔時 間(例如0.1秒的間隔或0.05秒的間隔)傳輸到可移動側控制裝置16。
(步驟04)如果來自目標12的反射光22'被中斷或被阻止，或如果 來自目標12之外物體的反射光進入，或者在其它情況下，判斷追蹤 操作是否可以繼續。如果可能繼續，將繼續追蹤操作，並且將三維位 置數據傳輸到可移動側控制裝置16(步驟08)。
(步驟05)如果不可能追蹤，即如果不能傳輸三維位置數據，測量 儀器1轉入待機狀態，並等待來自可移動側控制裝置16的目標位置數據的傳輸。
(步驟06和步驟07)當從可移動控制裝置16接收到目標位置數據 時，以該位置數據為起點開始對目標12的搜索。作為搜索的一個方 面，可選擇圖6(A)或圖(B)示出的一個方面或任一方面。
要接收的目標位置是通過可移動側控制裝置16校正目標的最近 位置而獲得的位置，該最近的位置不能被追蹤。消失的目標認為在所 接收的目標位置附近。搜索距離和搜索範圍可減至最小，並且可在短 時間內才企測到目標12。
當在如上文所給出的步驟02中檢測到目標12時，步驟03和後 續的步驟的程序被重複地執行。
接下來，將給出關於目標12和可移動側控制裝置16的操作的描i^。
(步驟ll)開始測量，並且目標12的測量結果(即目標12的三維位 置數據)以預定的時間間隔從測量儀器1中傳輸出，而第二無線電單元 37接收三維位置數據。
(步驟12)因而所接收的三維位置數據存儲在第二存儲單元36內。 另外，持續—地從位移量檢測裝置38—中輸入加—速度信—號。基於加速度 信號，第二控制算法單元35在接收到三維位置數據時計算方向和距 離(已移動距離)。因而，將已移動距離加到三維位置數據上，並且實 時計算目標12的三維位置數據。持續執行已移動距離的計算直到接 收下一個三維位置數據為止。當接收到下一個三維位置數據時，重新 開始對已移動距離的計算，並且重寫先前計算的已移動距離和所接收 的三維位置數據。
(步驟13)當在預定時間間隔內已經從測量儀器1接收到三維位置 數據時，第二無線電單元37向第二控制算法單元35輸出"數據已接 收"的信號，且第二控制算法單元35判斷在預定時間間隔內是否已 經接收了三維位置數據。
假如判定在預定時間間隔內已經接收到三維位置數據，則判定追
12蹤操作正在繼續，並基於所接收的三維位置數據和來自位移量檢測裝
置38的信號計算(步驟12)目標12的當前位置(目標位置數據)。
(步驟14)假如判定在預定時間間隔內還沒有接收到三維位置數 據，則從第二存儲單元36調出最近計算的目標12的三維位置數據， 並將目標12的目標位置數據通過第二無線電單元37傳輸到測量儀器 1。
如上所述，當測量儀器1接收目標12的目標位置數據時，以目 標12的目標位置數據作為參考啟動搜索(步驟06和步驟07)。
在如上所述的實施例中，目標12和可移動側控制裝置16安裝在 建築機械上，同時不用說，目標12和可移動側控制裝置16也可安裝 在由測量操作員支撐的杆上，並且操作員可移動該杆。
在上文中，儘管將加速度傳感器用作位移量^r測裝置38,然而， 也可使用陀螺儀、運動傳感器、GPS位置檢測裝置等。
對測量儀器1是否錯過目標12的判斷可在可移動側控制裝置16 上進行。假如來自測量儀器1的三維位置數據在預定時間間隔內沒有 被接收到，可判定不能追蹤目標。另外，從可移動側控制裝置16到 測量儀器1的W標位置數據可通過—判斷—可移動—側控—命I裝置T6處於追 蹤不能作為觸發器的狀態而傳輸到測量儀器1,或者當測量儀器1判 定不可能追蹤時通過請求到可移動側控制裝置16的目標位置數據而 進行傳輸。
同樣，當測量儀器l(即距離測量單元)不能從目標12接收反射光 22，，或當不能執行目標12的距離測量時，可判定測量儀器l錯過了 目標12。另外，當圖象拾取單元23所接收的目標12的圖象偏離可執 行追蹤的範圍時，也可判定錯過了目標。
此外，可以如此設計可移動側控制裝置16基於來自位移量檢 測裝置38的信號僅計算目標12的移動方向和位移量，且當測量儀器 1不能追蹤目標時，將移動方向和位移量傳輸給測量儀器1。因而， 測量儀器1通過這樣接收的目標12的移動方向和移動距離，以及通過最近所測量的目標12的三維位置數據，可計算目標12的當前位置， 並可以計算所獲得的目標12的位置作為起點開始搜索目標。
此外，通信裝置可以是任意無線電通信裝置或光通信裝置。
權利要求
1. 一種測量系統，包括測量儀器和可移動側控制裝置，該測量儀器通過向目標投射距離測量光來測量距離和角度，並能夠測量所述目標的三維位置數據，且具有追蹤所述目標的功能；該可移動側控制裝置提供在所述目標側；其中，所述測量儀器具有第一通信裝置和第一控制算法單元，該第一通信裝置能夠將由所述測量儀器測量的所述目標的三維位置數據傳輸到所述可移動側控制裝置；該第一控制算法單元用來控制通過所述測量儀器對所述目標的搜索，其中，所述可移動側控制裝置具有所述目標的位移量檢測裝置、第二控制算法單元和第二通信裝置；該第二控制算法單元用來基於來自所述位移量檢測裝置的目標檢測信號來計算所述目標的位移量，並且用來基於所述目標的所述位移量和基於所述三維位置數據來計算目標位置，並且其中，如果所述測量儀器不能追蹤所述目標，則獲得從所述可移動側控制裝置傳輸的所述目標位置，並且所述第一控制算法單元以所述目標位置作為起點開始搜索所述目標。
2. —種測量系統，包括測量儀器和可移動側控制裝置，該測量 儀器通過向目標投射距離測量光來測量距離和角度，並能夠測量所述 目標的三維位置數據，且具有追蹤所述目標的功能；該可移動側控制 裝置提供在所述目標側；其中，所述測量儀器具有通信裝置和第一控制算法單元，該通信 裝置能夠將由所述測量儀器測量的所述目標的三維位置數據傳輸到 所述可移動側控制裝置；該第一控制算法單元用來控制通過所述測量 儀器對所述目標的搜索，其中，所述可移動側控制裝置具有所述目標的位移量^r測裝置、 第二控制算法單元和第二通信裝置，該第二控制算法單元用來基於來自所述位移量檢測裝置的目標檢測信號來計算所述目標的位移量，並且其中，如果所述測量儀器不能追蹤所述目標，則獲得從所述 可移動側控制裝置傳輸的所述目標的位移量，所述第一控制算法單元 計算最近測量的所述目標的三維位置數據，並基於所述目標的位移量 計算目標位置，且以所述目標位置作為起點開始搜索所述目標。
3. 根據權利要求1或2所述的測量系統，其特徵在於，所述位移量;f企測裝置為加速度傳感器。
4. 根據權利要求1或2所述的測量系統，其特徵在於，當距離 測量單元不能從目標接收反射光時，做出不可能跟蹤的判斷。
5. 根據權利要求1或2所述的測量系統，其特徵在於，在所述 圖象拾取單元設置可執行跟蹤的範圍，並且當在所述圖象拾取單元接 收的該目標的圖象偏離所述範圍時，做出不可能跟蹤的判斷。
6. —種用於在測量系統中搜索目標的方法，其特徵在於，所述 系統包括測量儀器和可移動側控制裝置，該測量儀器通過向目標投射 距離測量光來測量距離和角度，並能夠測量所述目標的三維位置數 據，且具有追蹤所述目標的功能；該可移動側控制裝置提供在所述目 標側,—並具有位移量檢測裝置；所述方法包括如下步腺:基於當跟蹤已變得不可能時在該時刻所述目標的三維位置婆:據， 並基於當跟蹤已變得不可能時在該時刻的位移量，估計所述目標的當 前位置；以及以所述估計的位置作為起點開始搜索。
全文摘要
本發明涉及測量系統，具體而言，提供了一種測量系統，其包括測量儀器(1)和提供在目標側的可移動側控制裝置(12)；該測量儀器(1)通過向目標(12)投射距離測量光來測量距離和角度，並能夠測量所述目標的三維位置數據，且具有追蹤該目標的功能，其中，所述測量儀器具有通信設備(15)和第一控制算法單元(29)；所述可移動側控制裝置具有目標位移量檢測裝置(38)和第二控制算法單元(35)，如果測量儀器不能追蹤目標，則該第二控制算法單元(35)獲得從可移動側控制裝置傳輸的目標位置，並且第一控制算法單元以目標位置作為起點開始搜索目標。
文檔編號G01S17/00GK101470204SQ200810184470
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月25日 優先權日2007年12月27日
發明者熊谷薰, 齊藤政宏 申請人:株式會社拓普康