測量方法和測量儀器的製作方法
2023-05-01 11:13:06 2
專利名稱：測量方法和測量儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於隨著時間的推移周期性地或連續地測量多個數量的點的測量方法和測量儀器。
背景技術：
為了觀察地面的下沉、觀察地滑、觀察諸如壩的建築工程的提和壁的位移、觀察隧道的壁表面的位移，通過在測量範圍中設立的多個數量的測量點上使用測量儀器，來隨著時間的推移周期性地或連續地執行測量。例如，在建造隧道以修建地下鐵路的情況下，為了觀察所建造的隧道的頂蓬和壁表面是否可以被偏移，在頂蓬和壁表面上安裝多個數量的稜鏡作為靶，以及通過使用測量儀器無需操作者介入地一個接一個地測量所有這些稜鏡的位置偏移(在下文中，這被稱為 「監視測量」)。當執行監視測量時，測量儀器自動地搜索稜鏡，也就是測量點，執行瞄準，測量距離，並實施測量操作。為了獲取初始值以搜索由此設立的測量點，需要在各個測量點上實施教導操作。在傳統教導操作中，操作者通過使用測量儀器來執行對各個測量點的瞄準，測量相對於各個測量點的水平角、垂直角和距離，執行相對於各個測量點的三維測量並將所獲得的測量結果分別設立為各個測量點的初始值。根據此方法，操作者對測量點進行逐個測量。進一步地，因為在測量儀器上提供的瞄準望遠鏡的視角是狹窄的，瞄準需要大量時間， 且工作效率低。結果是，需要大量時間。尤其是，在用於測量操作的時間被限制的情況下， 例如在用於地下鐵路的隧道內執行操作的情況下，測量操作必須在當鐵路沒有運轉的時間段期間完成，以便在隧道的頂蓬和壁表面上執行監視測量，從而需要縮短測量時間。或者，還有如下的另一方法。測量儀器包括廣角照相機，並利用廣角照相機拍攝測量範圍的圖像。然後，測量儀器通過圖像處理從所獲取的圖像提取測量點，檢測測量點的位置。基於從圖像獲得的測量點的位置，測量儀器執行測量點的瞄準，以及在瞄準之後，測量儀器測量相對於各個測量點的水平角、垂直角和距離。在這種情況下，如果圖像拾取的範圍在較寬範圍中擴展，或者如果測量點處於長距離處，則降低了檢測測量點的準確度。並且，測量儀器的廣角照相機和望遠鏡的光軸是偏移的，以及需要校正利用廣角照相機檢測的結果。校正的量是距離的函數，以及如果在圖像處理中的測量點的檢測不與距離測量相關聯，那麼會降低準確度。為此，過去存在無法執行利用測量儀器的瞄準的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種測量方法和測量儀器，利用其在實施監視測量時可以以簡單方式以及在短時間內獲取待測量的對象的位置數據。為了實現上述目的，本發明提供了一種用於在待利用測量儀器測量的多個對象上
3執行監視測量的測量方法，所述測量儀器包括用於在待測量的對象上執行瞄準的望遠鏡； 距離測量單元，用於通過將距離測量光投射通過望遠鏡來測量到各個待測量的對象的距離；圖像拾取單元，用於在瞄準方向上拍攝圖像以及用於獲取數字圖像；角度檢測單元，用於檢測在望遠鏡的瞄準方向上的垂直角度和水平角度；以及自動瞄準單元，用於使得望遠鏡執行對於待測量的對象的自動瞄準，所述測量方法包括在水平方向上和垂直方向上旋轉望遠鏡以及在所設置的預定範圍上進行掃描以便包括待測量的多個對象的步驟；在掃描的過程中利用預定的時間間隔獲取數字圖像的步驟；粗糙測量步驟，該粗糙測量步驟檢測在數字圖像中待測量的對象，以及根據在數字圖像上待測量的對象從瞄準軸的偏離以及還根據來自角度檢測單元的檢測結果來計算待測量的各個對象的垂直角度和水平角度；以及將所計算的垂直和水平角度與待測量的各個對象相關聯以及將垂直和水平角度存儲作為目標值用於自動瞄準的步驟。並且，本發明提供如上所述的測量方法，所述測量方法還包括精確測量步驟，其使得望遠鏡根據所存儲的垂直角度和所存儲的水平角度一個接一個地在待測量的對象上執行自動瞄準，以及執行距離測量和角度測量；以及將在精確測量中獲得的測量結果與待測量的各個對象相關聯以及獲取測量的結果作為初始值的步驟。進一步地，本發明提供如上所述的測量方法，其中，以使得待測量的各個對象的圖像被包括在從時間方面來說彼此相鄰的至少兩個數字圖像中的方式來設置圖像拾取的掃描速度和時間間隔。並且，本發明提供一種測量儀器，其包括用於在待測量的對象上執行瞄準的望遠鏡；距離測量單元，用於通過將距離測量光投射通過望遠鏡來測量到待測量的各個對象的距離；圖像拾取單元，用於在瞄準方向上拍攝圖像，以及用於獲取數字圖像；角度檢測單元，用於檢測在望遠鏡的瞄準方向上的垂直角度和水平角度；自動瞄準單元，用於使得望遠鏡對待測量的對象執行自動瞄準；算術單元，以及存儲單元，其中，所述算術單元使得望遠鏡在水平方向上和垂直方向上旋轉並在所設置的預定範圍上執行掃描以便包括待測量的多個對象，以及使得圖像拾取單元在掃描的過程中以預定的時間間隔來獲取數字圖像， 以及所述算術單元檢測在由此獲取的數字圖像中待測量的對象，基於利用角度檢測器檢測的垂直角度和水平角度並基於在數字圖像上的待測量的各個對象從瞄準軸的偏離來計算待測量的對象的垂直角度和水平角度，將所計算的垂直和水平角度與待測量的各個對象相關聯，以及使得存儲單元存儲待測量的對象的垂直角度和水平角度作為目標值用於自動瞄準。進一步地，本發明提供如上所述的測量儀器，其中，算術單元使得自動瞄準單元基於在存儲單元中存儲的目標值在待測量的對象上順序地自動地執行望遠鏡的瞄準，執行對於距離測量和角度測量的精確測量，將在精確測量中獲得的測量的結果與待測量的對象相關聯，以及獲得測量的結果作為初始值。並且，本發明提供如上所述的測量儀器，其中，算術單元拍攝圖像以便待測量的對象的圖像被包括在從時間方面來說彼此相鄰的至少兩個數字圖像中，以及將相對於在至少該兩個數字圖像中待測量的對象的圖像獲得的垂直角度和水平角度求平均。進一步地，本發明提供一種用於利用測量儀器在待測量的多個對象上執行監視測量的測量方法，所述測量儀器包括用於在待測量的對象上執行瞄準的望遠鏡；距離測量單元，用於通過將距離測量光投射通過望遠鏡來測量到待測量的各個對象的距離；圖像拾取單元，用於在瞄準方向上拍攝圖像以及獲取數字圖像；角度檢測單元，用於檢測在望遠鏡的瞄準方向上的垂直角度和水平角度；以及自動瞄準單元，用於使得望遠鏡執行對待測量的對象的自動瞄準，所述測量方法包括在水平方向上和垂直方向上旋轉望遠鏡的步驟和在所設置的預定範圍上掃描以便包括待測量的多個對象的步驟；在掃描的過程中利用預定的時間間隔來獲取數字圖像的步驟；粗糙測量步驟，其檢測在數字圖像中的待測量的對象， 以及基於在數字圖像上的待測量的對象從瞄準軸的偏離且基於來自角度檢測單元的檢測結果來計算待測量的各個對象的垂直角度和水平角度；以及將所計算的垂直和水平角度與待測量的各個對象相關聯並且存儲垂直和水平角度作為目標值用於自動瞄準的步驟。結果是，操作者無需在教導操作中執行對待測量的各個對象的瞄準，以及能夠自動執行對待測量的多個對象的瞄準。這有助於瞄準操作的過程的緩和，以及瞄準所需的時間的減少，以及工作效率的提高。並且，本發明提供如上所述的測量方法，所述測量方法進一步包括精確測量步驟，其使得望遠鏡基於所存儲的垂直角度和所存儲的水平角度一個接一個地在待測量的對象上執行自動瞄準，以及執行距離測量和角度測量；以及將在精確測量中獲得的測量的結果與待測量的各個對象相關聯並且獲取測量的結果作為初始值的步驟。結果是，當通過在待測量的多個對象上的自動瞄準來執行精確測量時，省略了用於檢測待測量的對象的搜索操作。大量減少了在待測量的多個對象上的精確測量所需的時間。進一步地，本發明提供如上所述的測量方法，其中，以使得待測量的各個對象的圖像被包括在從時間方面來說彼此相鄰的至少兩個數字圖像中的方式來設置圖像拾取的掃描速度和時間間隔。結果是，能夠對檢測的結果求平均，以及能夠提高測量準確度。並且，本發明提供如上所述的測量儀器，所述測量儀器包括用於在待測量的對象上執行瞄準的望遠鏡；距離測量單元，用於通過將距離測量光投射通過望遠鏡來測量到待測量的各個對象的距離；圖像拾取單元，用於在瞄準方向上拍攝圖像以及用於獲取數字圖像；角度檢測單元，用於檢測在望遠鏡的瞄準方向上的垂直角度和水平角度；自動瞄準單元，用於使得望遠鏡對待測量的對象執行自動瞄準；算術單元，以及存儲單元，其中，所述算術單元使得望遠鏡在水平方向上和垂直方向上旋轉並在所設置的預定範圍上執行掃描以便包括待測量的多個對象，並使得圖像拾取單元在掃描過程中以預定時間間隔獲取數字圖像，以及算術單元在由此獲取的數字圖像中檢測待測量的對象，基於利用角度檢測器檢測的垂直角度和水平角度以及還基於在數字圖像上的待測量的各個對象從瞄準軸的偏離來計算待測量的對象的垂直角度和水平角度，將所計算的垂直角度和水平角度與待測量的各個對象相關聯，以及使得存儲單元將待測量的對象的垂直角度和水平角度作為目標值用於自動瞄準。結果是，對於待測量的多個對象能夠預先獲取用於瞄準的目標值，以及操作者無需對待測量的各個對象執行瞄準。能夠自動執行對待測量的多個對象的瞄準。這有助於瞄準操作的緩和，有助於瞄準所需時間的減少，以及有助於工作效率的提高。進一步地，本發明提供一種如上所述的測量儀器，其中，所述算術單元使得自動瞄準單元基於在存儲單元中存儲的目標值在待測量的對象上順序地自動地執行望遠鏡的瞄準，執行對於距離測量和角度測量的精確測量，將在精確測量中獲得的測量的結果與待測量的對象相關聯，以及獲取測量的結果作為初始值。結果是，可以在實施監視測量時高效地設立初始值。
並且，本發明提供如上所述的測量儀器，其中，算術單元拍攝圖像以便待測量的對象的圖像被包括在從時間方面來說彼此鄰近的至少兩個數字圖像中，並將相對於在至少該兩個數字圖像中待測量的對象的圖像獲得的垂直角度和水平角度求平均。結果是，可以提高在目標值上的測量的準確度。
圖1是示出系統結構的示意圖，該系統結構包括根據本發明一個實施例的測量儀器；
圖2是示出在如上所述的測量儀器上提供的光學系統的圖示； 圖3是如上給出的測量儀器的示意性框圖； 圖4是示出本發明的實施例的操作的流程圖5是示出在本實施例中的掃描軌跡、望遠鏡的視野以及反射目標的關係的解釋圖示；以及
圖6的各個圖表示示出本實施例中在望遠鏡的視野與反射目標之間的關係的解釋圖示。圖6 (A)示出其中單個反射目標被包括在望遠鏡的視野中的情況，以及圖6 (B)示出其中兩個反射目標被包括在望遠鏡的視野中的情況。
具體實施例方式下面將參考附圖給出關於本發明的實施例的描述。首先，參考圖1，將給出關於根據本發明的設有測量儀器的測量系統的描述。在圖1中，參考數字1表示待安裝在測量室9中的測量儀器。測量儀器1具有望遠鏡單元2，以及可以在水平方向和垂直方向上旋轉望遠鏡單元2，並且測量儀器1具有自動瞄準功能。數字3表示測量儀器PC。此測量儀器PC 3被電連接到測量儀器1，或者與測量儀器1集成。測量儀器PC 3向測量儀器1發出與測量相關的指令，累積如在測量儀器1 處獲取的測量數據或將測量的數據傳送到基站PC 6。數字4表示電源，以及電源4向測量儀器1和測量儀器PC 3提供電功率。雖然圖中沒有示出，但測量儀器1具有測量功能，且具有水平角度測量單元和垂直角度測量單元(見圖3)用於檢測望遠鏡單元2的瞄準方向。 參考數字5-1、5-2、5-3……5-n分別表示在測量點處安裝的反射目標。基站PC 6被安裝在管理辦公室10處，以管理和掌管隧道、壩等。基站PC 6累積從測量儀器PC 3傳送的監視數據，並將所接收的監視數據與過去接收的監視數據進行比較， 並判斷隧道、壩等的當前狀態。測量儀器PC 3以及基站PC 6能夠按照需要經由諸如LAN、電話線路、無線通信等的通信裝置7向彼此傳送數據通信以及從彼此接收數據通信。圖2示出測量儀器1的光學系統11。在圖2中，參考數字12表示光學系統11的光軸(視軸)，數字13表示用於距離測量的光源，數字14表示用於瞄準的光源，數字15表示用於向著光軸12對來自用於距離測量的光源13的距離測量光進行導引的第一光投射光學系統，數字16表示用於向著光軸12將來自用於瞄準的光源14的瞄準光進行導引的第二光投射光學系統，數字17表示沿著光軸12設置的物鏡，數字18表示在光軸12上設置的聚焦透鏡，以及數字19表示目鏡。
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用於距離測量的光源13發射可見光作為距離測量光，以及用於瞄準的光源14發射諸如紅外光的非可見光作為瞄準光。從用於距離測量的光源13發射的距離測量光以及從用於瞄準的光源14發射的瞄準光被分別沿著光軸12投射。距離測量光的反射光(下文中稱為「反射的距離測量光」)以及瞄準光的反射光(下文中「反射的瞄準光」)進入物鏡17 並被會聚。沿著光軸12，設置二向色稜鏡21。二向色稜鏡21將所反射的瞄準光22進行反射。利用二向色稜鏡21分離所反射的瞄準光22，由此利用反射分離的一部分所反射的瞄準光22進入圖像傳感器23。利用二向色稜鏡21對所反射的距離測量光M進行反射和分離， 以及由此被分離的所反射的距離測量光M進入用於距離測量的光電檢測元件25。在通過二向色稜鏡21之後，自然光22』通過聚焦透鏡18並進入目鏡19。圖像傳感器23是CCD，CMOS傳感器等，其每一個都是例如像素的集合，以及圖像傳感器23輸出數位訊號。能夠在光接收表面(圖像拾取表面)上指定所接收的像素的位置。 進一步地，其被如此設計使得圖像傳感器23的中心與光軸12 —致。通過獲得在圖像傳感器23上的像素的位置，能夠獲取相對於光軸12的場角(也就是從像素的位置獲得的相對於光軸的角度)。光學系統11、圖像傳感器23等一同構成了圖像拾取單元，該圖像拾取單元拍攝數字圖像。在本實施例中，從利用圖像傳感器23獲取的數字圖像中檢測反射目標5，以及其被如此設計使得檢測在圖像上的反射目標5的位置，以及從光軸12的垂直角度和水平角度來檢測反射目標5的位置(垂直角度和水平角度)。圖3是示出測量儀器1的近似系統構造的示意性框圖。在圖3中，參考數字27表示通常用CPU表示的算術單元，數字28表示存儲單元，數字四表示距離測量單元，數字31 表示垂直角度測量單元，數字32表示水平角度測量單元，數字33表示通信單元，數字34表示顯示單元，數字35表示自動瞄準單元，數字36表示用於在垂直方向上旋轉望遠鏡單元2 的垂直電機，數字37表示用於在水平方向上旋轉望遠鏡單元2的水平電機，數字38表示安裝在垂直電機36上的垂直電機編碼器，數字39表示安裝在水平電機37上的水平電機編碼器，以及數字40表示操作單元。距離測量單元四包括用於距離測量的光源13、用於距離測量的光電檢測元件25、 算術單元27、存儲單元觀等，以及距離測量單元四基於如在用於距離測量的光電檢測元件 25處接收的所反射的距離測量光來執行距離測量。自動瞄準單元35包括用於瞄準的光源14、圖像傳感器23、算術單元27、存儲單元 28等。在圖像傳感器23處接收來自反射目標5的反射的瞄準光，以及執行自動瞄準，以便基於光接收的結果瞄準光軸與反射目標5 —致。垂直角度測量單元31測量望遠鏡單元2的瞄準光軸的垂直角度，並將測量的結果發送到算術單元27作為電信號。水平角度測量單元32具有基準點，並測量瞄準光軸相對於基準點的水平角度，以及測量的結果被發送到算術單元27。利用算術單元27來驅動和控制垂直電機36和水平電機37。利用在垂直電機36 上安裝的垂直電機編碼器38來檢測垂直電機36的旋轉量和旋轉速度，以及利用在水平電機37上安裝的水平電機編碼器39來檢測水平電機37的旋轉量和旋轉速度。算術單元27驅動距離測量單元四並根據在存儲單元觀中存儲的程序(稍後描述) 來測量距離，以及驅動自動瞄準單元35並執行自動瞄準。進一步地，算術單元27基於來自
7距離測量單元四、垂直角度測量單元31和水平角度測量單元32的測量結果，分別地執行相對於反射目標5的三維測量。由此獲得的測量的結果被傳送到測量儀器PC 3。在存儲單元觀中，存儲各種類型的程序。這些程序包括測量程序，用於使得測量儀器1執行測量操作並用於獲取各個測量點(也就是反射目標5)的三維數據；以及順序程序，用於順序地搜索測量點並用於實施諸如利用圖像傳感器23獲取圖像的操作；圖像處理程序，用於從利用圖像傳感器23獲取的圖像來檢測反射目標5 ；以及自動瞄準程序，用於基於反射目標5的檢測的結果來執行望遠鏡單元2對反射目標5的瞄準；以及教導程序，用於執行自動瞄準程序和測量程序，以及用於基於在各個反射目標5上測量的數據實施教導操作；監視程序，用於基於教導操作的結果以預定時間間隔實施自動瞄準程序和測量程序，用於檢測各個測量點的位置，以及用於按照時間序列向存儲單元觀存儲檢測的結果；以及其他類型的程序。接著，下面將給出關於測量單元PC 3的描述。測量儀器1執行教導操作或監視操作，以及利用教導操作和監視操作獲得的測量點的數據被傳送到測量儀器PC 3，以及測量儀器PC 3按照時間序列將測量點的數據與各個反射目標5匹配，並按照時間序列保留並存儲測量點的數據。進一步地，測量儀器PC 3具有諸如下述的程序控制程序，用於使得測量儀器1實施教導或監視，以及異常判斷程序，用於基於測量數據來計算是否有位移以及各個反射目標(測量點)的位移程度，以及用於判斷是否有任何異常。接著，參考圖4，將給出關於本實施例的教導操作的描述。(步驟01)指定基準點以及其中存在測量點的範圍(也就是搜索範圍)。作為用於指定範圍的實際方法，例如，望遠鏡單元2被導引到開始點和結束點的位置以執行教導操作， 以及每次的測量角度值從垂直角度測量單元31和水平角度測量單元32獲取。為了將望遠鏡單元2導引到開始點和結束點的位置以實施教導操作，望遠鏡單元2可以由操作者直接移動，或可以利用來自測量儀器PC 3的遠程控制來移動。或者，角度測量值可以由測量儀器1的操作單元40直接指定，或可以利用來自測量儀器PC 3的遠程控制來指定。在顯示單元34被設計成觸控面板的情況下，在顯示單元34上設立開始點和結束點。在基準點和測量點存在於整個圓周上或者存在於廣闊範圍中的情況下，不指定開始點的位置和結束點的位置，以及通過相對於垂直軸在360°的角度來旋轉望遠鏡單元2， 可以在整個圓周上執行教導操作。重要的是，對於梢微寬於其中存在基準點和測量點的範圍的範圍來進行指定，以便能夠可靠地發現所有反射目標5。(步驟02)當完成了搜索範圍的指定時，實施搜索操作，以及在搜索範圍內相對於待測量的對象執行圖像處理，以及基於在望遠鏡單元2的瞄準方向上測量的角度實施粗糙測量。從測量儀器PC 3指示搜索操作的執行和粗糙測量的執行。圖5示出搜索操作的狀況。當指定搜索範圍時，通過使用測量儀器1的搜索功能， 驅動垂直電機36和水平電機37，以及在水平方向上往復地掃描望遠鏡單元2，且在水平掃描結束時以預定角度在垂直方向上旋轉所述望遠鏡單元2。通過在水平方向上往復掃描以及通過在水平掃描結束時在垂直方向上的旋轉，能夠在整個搜索範圍上執行掃描。在此情況下，在垂直方向上的預定的旋轉角度將被設置為小於在望遠鏡單元2的視野42的垂直方向上的視角的角度，以便在上掃描中的視野以及在下掃描中的視野將在預定範圍內被疊置在彼此之上。(步驟03)以預定速度執行掃描，以及在掃描過程期間以預定的時間間隔利用圖像傳感器23獲取圖像數據。然後，從圖像數據檢測在圖像傳感器23的視野中是否有反射目標 5。對掃描的圖案沒有給出指定，但是，望遠鏡單元2的視野42呈圓形。因此，在水平方向上執行掃描的情況下以及在望遠鏡單元2的視野42的上端或下端附近存在反射目標5的情況下，反射目標5僅僅在單個時刻進入視野42。為此，可能不會發現反射目標5。因此， 在水平方向上執行掃描，且在視野42的上-到-底方向上有少許疊置(見圖5)。類似地，在垂直方向上執行掃描的情況下，以圖像能夠被獲取為在視野42的左-到-右方向上在彼此之上疊置少許的方式來設置獲取圖像的時間間隔和掃描速度。(步驟04)在掃描過程期間獲得的圖像中發現反射目標5的情況下，測量和確定在此刻的測量儀器1的測量角度值(Hl，VI)和在反射目標5與圖像傳感器23上的光軸12之間的偏離量(XI，Yl)作為像素位置。(步驟05)從光軸12的偏離量(XI，Yl)被轉換為角度值(場角)(δH1，δν )。在當獲得偏離量時，從垂直角度測量單元31和水平角度測量單元32獲取望遠鏡單元2的光軸12的角度。然後，基於如利用垂直角度測量單元31和水平角度測量單元32檢測的光軸 12的垂直角度和水平角度，並且還基於圖像傳感器23的角度值，根據如下等式在反射目標 5的方向角(TH，TV)上執行角度測量(計算)
THl=Hl+ δ HI; TVl=Vl+ δ Vl
(步驟06)由此計算的反射目標5的方向角(TH，TV)被與相應的反射目標5相關聯，並被傳送到測量儀器PC 3。在測量儀器PC 3處，將識別號碼提供給反射目標5，以及角度測量的結果被與識別號碼相關聯並按照時間序列被記錄。由此記錄的角度測量的結果將是當實施自動瞄準時的目標值，如稍後描述的。(步驟07)判斷是否對所有反射目標5實施了角度測量，以及掃描整個搜索範圍。 然後，在所有反射目標5上執行角度測量。當對所有反射目標5完成了方向角的測量(粗糙測量)時，基於反射目標5的角度測量的結果(目標值)，在各個反射目標5上開始三維測量(精確測量)。(步驟08)基於角度測量的結果，以預定的順序，例如以識別號碼的順序，在目標值的方向上轉動望遠鏡單元2。在此情況下，目標進入望遠鏡單元2的視野內就足夠了。通過基於垂直電機編碼器38和水平電機編碼器39的角度來改變望遠鏡單元2的方向，能夠比其中操作基於垂直角度測量單元31和水平角度測量單元32的角度的情況更快地執行在近似方向上的瞄準。(步驟09)當在其上將要執行瞄準的反射目標5存在於目標值的方向上並且在其上將要執行瞄準的反射目標5進入望遠鏡單元2的視野42中時，檢測在圖像傳感器23的圖像中的反射目標5。然後，獲得反射目標5相對於光軸12的偏離，以及驅動和控制垂直電機36和水平電機37，以便該偏離將是0，並且實施自動瞄準。(步驟10)當完成瞄準時，利用距離測量單元四執行距離測量，以及利用垂直角度測量單元31和水平角度測量單元32在垂直角度和水平角度上實施角度測量。距離測量的結果和角度測量的結果被與反射目標5相關聯作為教導數據，還被與測量時間相關聯，以及被記錄和存儲在存儲單元觀中。教導數據可以經由通信單元33傳送到測量儀器PC 3，以及可以被記錄和存儲在測量儀器PC 3中。(步驟11)當在所有反射目標5上執行了距離測量和角度測量時，完成教導操作， 以及將教導數據存儲在存儲單元觀中或存儲在測量儀器PC 3中。當已經完成了教導操作且獲取了教導數據時，能夠實施自動監視測量。現在，下面將給出關於監視測量的簡要描述。根據本實施例，能夠實施監視測量的三個模式粗糙監視測量、精確監視測量、或粗糙監視測量與精確監視測量的組合。首先，參考圖6，將給出關於第一模式也就是粗糙監視測量的描述。根據來自測量儀器PC 3的用於啟動監視測量的指令，旋轉望遠鏡單元2，以及以預定速度掃描搜索範圍。在掃描過程期間，以預定時間間隔或以預定角度間隔(在圖中，每隔預定的水平旋轉角度)，在利用圖像傳感器23獲得的圖像上執行採樣。利用圖像傳感器 23獲得的最大圖像將等於望遠鏡單元2的視野。從由此採樣的圖像，檢測反射目標5。然後，獲得圖像中的反射目標5的角度值(場角)(δ H， δ V)。進一步地，從採樣時的望遠鏡單元2的場角和瞄準方向，也就是從水平角度和垂直角度(H，V)，確定反射目標5的方向角 (TH，TV)。尤其當測量點被移位時，在從測量儀器1到測量點的水平距離上幾乎沒有改變， 以及獲取這些方向角(TH，TV)作為監視數據。圖6(A)示出一種情況，其中，在處於掃描中的望遠鏡單元2的視野中檢測到單個反射目標。圖6(A)還示出一種情況，其中，單個反射目標5-1被包括在三個圖像中，這三個圖像在掃描過程中從時間角度來說彼此相鄰。因為光軸作為掃描的結果而被移動，所以圖像中的反射目標5的位置被改變。因此，能夠相對於反射目標5-1獲得三個測量值(測量角度)，以及通過諸如最小二乘法的統計處理來對該三個測量值求平均。通過求平均，能夠提高反射目標5-1的測量準確度。因此，採樣的間隔優選是在時間段內在相同的反射目標5上獲得至少兩個圖像的間隔，在所述時間段期間，望遠鏡單元2的視野通過反射目標5。通過幀頻來確定採樣間隔 (即其是在圖像獲取時被確定的)。因此，通過以使得能夠獲取均包括所討論的反射目標的兩個或更多採樣圖像的速度在相同反射目標上進行掃描，以及通過對由此獲得的反射目標 5的兩個或更多方向角求平均，能夠提高監視數據的準確度。圖6(b)示出一種情況，其中，在當前正被掃描的望遠鏡單元2的視野中檢測到兩個反射目標5-1和5-2。當多個反射目標5-1和5-2被包括在圖像中時，為各個反射目標 5-1,5-2獲得關於瞄準軸的圖像中的角度值，以及從角度值和瞄準方向，分別確定反射目標 5-1和5-2的方向角(TH，TV)。然後，對於在搜索範圍中的所有反射目標5，通過監視來測量方向角，以及將監視數據傳送到測量儀器PC 3。在測量儀器PC 3處，將監視數據與教導數據彼此進行比較，以及判斷在測量點處是否有任何改變，或者改變的量是否超出預設的閾值。如果在測量點中有任何改變，或者當改變的量超出閾值時，經由通信裝置7將警報信號從測量儀器PC 3傳送到基站PC 6。在第一模式的粗糙監視測量中，對於各個反射目標5不停止望遠鏡單元2的移動， 以及監視測量的一個周期與在搜索範圍上掃描的時間段相同。因此，能夠大大地使監視測量的周期(循環)變得更短，以及提高工作的質量。在具有較多位移的一部分上的監視測量中，縮短監視測量的周期(循環)，以及更快速且更可靠地檢測測量點的位移。
接著，將給出關於第二模式的精確監視測量的描述。從如上所述的教導過程，知道所有反射目標5的初始狀態下的位置，也就是所有反射目標5的方向角(TH，TV)。因此，基於方向角，以識別號碼的次序，將望遠鏡單元2順序地導引到所有反射目標5。當將望遠鏡單元2導引到反射目標5時，實施自動瞄準。當光軸12與反射目標5 一致時，執行距離測量和角度測量，以及獲取數據作為精確監視數據。精確監視數據被傳送到測量儀器PC 3。將監視數據與教導數據進行比較，以及判斷測量點中是否有任何改變，或者改變的量是否超出預設的閾值。當測量點中有任何改變時，或當改變的量超出閾值時，經由通信裝置7從測量儀器PC 3向基站PC 6發出警報信號。現在，將在下面給出關於第三模式的監視測量的描述，其中，將粗糙監視測量與精確監視測量相組合。首先，在粗糙監視測量的模式中執行監視測量，以及從獲取的採樣圖像確定反射目標5的方向角(TH，TV)。然後，判斷在測量點處是否有任何改變，或者改變的量是否超出預設的閾值。接著，在粗糙監視測量的結果中，在由此測量的反射目標5的方向角(TH，TV) 超出在教導操作時相對於反射目標5的方向角的預設的閾值的情況下，在超出閾值的反射目標5上執行精確監視測量。特別地，基於在超出閾值的反射目標5的教導操作時的方向角，將望遠鏡單元2導引到反射目標5。通過自動瞄準，使得光軸12與反射目標5—致。然後，實施距離測量和角度測量，以及獲取精確監視數據。對於反射目標5，將精確監視數據與教導時的數據進行比較。在測量點處有改變的情況下，或者在改變的量超出閾值的情況下，經由通信裝置7從測量儀器PC 3向基站PC 6 發出警報信號。在第三模式的監視測量中，僅僅在被移位或者看起來被移位超出閾值的反射目標 5上執行精確測量。結果是，在將監視測量準確度維持在高水平的同時，能夠更快速地執行監視測量的操作。如上所述，根據本實施例，能夠完成監視測量的三個模式粗糙監視測量、精確監視測量、以及粗糙監視測量與精確監視測量的組合。
權利要求
1.一種用於在待利用測量儀器測量的多個對象上執行監視測量的測量方法，所述測量儀器包括用於在待測量的對象上執行瞄準的望遠鏡；距離測量單元，用於通過將距離測量光投射通過所述望遠鏡來測量到各個待測量的對象的距離；圖像拾取單元，用於在瞄準方向上拍攝圖像以及用於獲取數字圖像；角度檢測單元，用於檢測在所述望遠鏡的瞄準方向上的垂直角度和水平角度；以及自動瞄準單元，用於使得所述望遠鏡執行對於待測量的對象的自動瞄準，所述測量方法包括在水平方向上和垂直方向上旋轉所述望遠鏡以及在所設置的預定範圍上進行掃描以便包括待測量的多個對象的步驟；在掃描的過程中利用預定的時間間隔獲取數字圖像的步驟；粗糙測量步驟，該粗糙測量步驟檢測在所述數字圖像中待測量的對象，以及根據在所述數字圖像上待測量的對象從瞄準軸的偏離並且還根據來自所述角度檢測單元的檢測結果來計算待測量的各個對象的垂直角度和水平角度；以及將所計算的垂直和水平角度與待測量的各個對象相關聯以及將垂直和水平角度存儲作為目標值用於自動瞄準的步驟。
2.根據權利要求1所述的測量方法，還包括精確測量步驟，所述精確測量步驟使得所述望遠鏡根據所述存儲的垂直角度和所述存儲的水平角度一個接一個地在待測量的對象上執行自動瞄準，以及執行距離測量和角度測量；以及將在精確測量中獲得的測量結果與待測量的各個對象相關聯並且獲取測量的結果作為初始值的步驟。
3.根據權利要求1所述的測量方法，其中，以使得待測量的各個對象的圖像被包括在從時間方面來說彼此相鄰的至少兩個數字圖像中的方式來設置圖像拾取的掃描速度和時間間隔。
4.一種測量儀器，包括用於在待測量的對象上執行瞄準的望遠鏡；距離測量單元，用於通過將距離測量光投射通過所述望遠鏡來測量到待測量的各個對象的距離；圖像拾取單元，用於在瞄準方向上拍攝圖像，以及用於獲取數字圖像；角度檢測單元，用於檢測在所述望遠鏡的瞄準方向上的垂直角度和水平角度；自動瞄準單元，用於使得所述望遠鏡對待測量的對象執行自動瞄準；算術單元，以及存儲單元，其中，所述算術單元使得所述望遠鏡在水平方向上和垂直方向上旋轉並在所設置的預定範圍上執行掃描，以便包括待測量的多個對象，以及使得所述圖像拾取單元在掃描的過程中以預定的時間間隔來獲取數字圖像，以及所述算術單元檢測在由此獲取的數字圖像中待測量的對象，基於利用所述角度檢測器檢測的垂直角度和水平角度並基於在所述數字圖像上的待測量的各個對象從瞄準軸的偏離來計算待測量的對象的垂直角度和水平角度，將所述計算的垂直和水平角度與待測量的各個對象相關聯，以及使得所述存儲單元存儲待測量的對象的所述垂直角度和所述水平角度作為目標值用於自動瞄準。
5.根據權利要求4所述的測量儀器，其中，所述算術單元使得所述自動瞄準單元基於在所述存儲單元中存儲的所述目標值在待測量的對象上順序地自動地執行所述望遠鏡的瞄準，執行對於距離測量和角度測量的精確測量，將在所述精確測量中獲得的測量的結果與待測量的對象相關聯，以及獲取測量的結果作為初始值。
6.根據權利要求4所述的測量儀器，其中，所述算術單元拍攝圖像以便待測量的對象的圖像被包括在從時間方面來說彼此相鄰的至少兩個數字圖像中，並將相對於在至少兩個數字圖像中待測量的對象的圖像獲得的所述垂直角度和所述水平角度求平均。
全文摘要
本發明涉及測量方法和測量儀器。本發明提供一種測量儀器，包括用於在待測量的對象上執行瞄準的望遠鏡；距離測量單元(29)，用於通過將距離測量光投射通過望遠鏡來測量到待測量的各個對象的距離；圖像拾取單元(11、23)，用於在瞄準方向上拍攝圖像，以及用於獲取數字圖像；角度檢測單元(31、32)，用於檢測在所述望遠鏡的瞄準方向上的垂直角度和水平角度；自動瞄準單元(35)，用於使得望遠鏡對待測量的對象執行自動瞄準；算術單元(27)，以及存儲單元(28)。
文檔編號G01C15/00GK102445194SQ20111021501
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月29日 優先權日2010年9月30日
發明者本田肇, 永井勝之 申請人:株式會社拓普康