CN101451836B - 测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量系统,包括测量装置(1)和远程控制装置(16),测量装置包括测量单元(21)、图像拍摄单元(23)、第一无线电单元(33)和第一控制算术单元(29),远程控制装置包括第二无线电单元(37)、第二控制算术单元(35)、第二显示单元(18)和第二操作输入单元(20),当探测结果在跟踪范围内时,第一控制算术单元根据来自目标的反射光的探测结果经由第一无线电单元将测量单元的测量数据传送给远程控制装置,而当探测结果超出跟踪范围时,第一控制算术单元经由第一无线电单元传送由图像拍摄单元采集的图像数据,第二控制算术单元经由第二无线电单元接收所述测量数据和图像数据,其被显示在第二显示单元上。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量系统(surveying system),本发明特别涉及一种用于跟踪目标的测量系统。
背景技术
作为用于测量距离、水平角和垂直角的测量装置,已知过去有一种具有跟踪功能的测量装置。在这种类型的测量装置中,通过在该测量装置上配备的准直望远镜(collimating telescope)对诸如角隅棱镜(cornercube)之类的物体反射器(目标)进行准直。跟踪光(tracking light)从准直望远镜投射,并且当移动目标时,来自目标的反射光被接收,从而能够自动跟踪目标。
通常,在配备有跟踪功能的测量装置中,在安装测量装置的侧上不指派操作员,测量操作员在所述目标的一侧上执行操作。例如,测量操作员握持安装在杆(pole)等上的目标,由远处的控制者来执行操作。再者,测量操作员针对每个测量点移动该目标,而在测量装置中,通过探测来自目标的反射光来跟踪目标。
或者,目标可安装在杆上,该杆竖立在诸如推土机之类的施工机械上需要的位置处。操作员操作诸如推土机之类的该施工机械,由施工机械根据测量装置所形成的基准面(reference plane)或者根据测量结果来执行诸如地面找平(ground leveling)之类的操作。该测量装置与施工机械的移动相结合来跟踪目标。
然而,当目标的移动速度超过测量装置的跟随速度以及当目标移出准直望远镜的视野时,或者当测量装置和目标之间暂时出现诸如树木、车辆、人等障碍物而使得准直望远镜的光路被该障碍物遮断时,该测量装置不能够收到目标的反射光,跟踪可能会中断。
出现这种情况的原因在于,在通常使用的准直望远镜中,视场角(field angle)(视角)就象约为1°那么小,这是由于为了跟踪的目的而探测反射光的范围太窄的原因所致。
当对目标的跟踪中断时,测量装置开始搜索该目标的操作。在搜索操作中,在投射跟踪光,执行扫描,探测目标时,沿从上到下和从左到右方向在预定范围之内旋转准直望远镜。
如上所述,准直望远镜的视场角小。为了重新探测目标,具有更精细的扫描间距和增加扫描操作的次数是必要的。
为此,当跟踪中断时,为了再次发现目标并开始跟踪操作,需要花费大量的时间。此外,在光路被障碍物频繁遮断的工作条件下,存在的问题在于测量操作的工作效率被极大降低了。
日本JP-A-07-198383、JP-A-2000-346645和JP-A-2004-170354披露了该具有跟踪功能的测量装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于跟踪目标的测量系统,通过该测量系统,当测量装置未见到目标而跟踪操作中断时,使测量装置快速返回到能够进行跟踪的状态是可能的。
为了实现上述目的,本发明提供了一种测量系统,该测量系统包括具有用于跟踪目标的功能的测量装置和用于在目标侧远程控制该测量装置的远程控制装置,所述测量装置包括测量单元、图像拍摄单元、第一无线电单元和第一控制算术单元,所述远程控制装置包括第二无线电单元、第二控制算术单元、第二显示单元和第二操作输入单元;当探测结果在跟踪范围内时,第一控制算术单元根据来自目标的反射光的探测结果经由第一无线电单元将测量单元的测量数据传送给远程控制装置,而当探测结果在跟踪范围之外时,第一控制算术单元经由第一无线电单元传送由图像拍摄单元采集的图像数据;所述第二控制算术单元经由第二无线电单元接收测量数据和图像数据,并在第二显示单元上显示所述测量数据或图像数据。
再者,本发明提供了如上述的测量系统,其中,在当显示第二显示单元的图像时的情况下,根据该图像的显示状况,第二操作输入单元经由第二无线电单元将在准直方向的修正数据传送到所述测量装置,第一控制算术单元经由第一无线电单元接收经校正的数据,并且进行该校正以使准直方向在跟踪范围之内。此外,本发明提供了上述测量系统,其中,所述第二显示单元具有触摸板,该触摸板具有作为操作单元来操作的功能,通过标明显示在第二显示单元上的目标的位置,能够获取用以将准直方向指向所述光的准直方向的修正数据。再者,本发明提供了上述测量系统,其中,当在第二显示单元上没有显示所述目标时,从第二操作单元输入的用于放大率改变的命令被传送给测量装置,以使得能够改变图像拍摄单元所获取的图像数据的放大率。此外,本发明提供了上述测量系统,其中,测量单元能够以棱镜测量模式和非棱镜测量模式测量距离,在非棱镜测量模式下图像拍摄单元所采集的图像显示在第二显示单元上,并且通过在所述图像中标明所需要的位置能够测量出至标明的位置的距离。再者,本发明提供了上述测量系统,其中,第二操作输入单元通过标明显示在第二显示单元上的目标的位置能够获得用以将准直方向引向所述目标的准直方向的修正数据。
本发明提供了一种测量系统,该测量系统包括具有用于跟踪目标的功能的测量装置和用于在目标侧远程控制该测量装置的远程控制装置,所述测量装置包括测量单元、图像拍摄单元、第一无线电单元和第一控制算术单元,所述远程控制装置包括第二无线电单元、第二控制算术单元、第二显示单元和第二操作输入单元;当探测结果在跟踪范围内时,所述第一控制算术单元根据来自目标的反射光的探测结果经由第一无线电单元将测量单元的测量数据传送给远程控制装置,而当探测结果在跟踪范围之外时,第一控制算术单元经由第一无线电单元传送由图像拍摄单元获得的图像数据,第二控制算术单元经由第二无线电单元接收测量数据和图像数据,并将测量数据或图像数据显示在第二显示单元上。结果是,操作员可以迅速发现测量装置的跟踪操作中断,并根据图像的状况能够判断关于跟踪操作是在什么条件下被中断的。于是能够采取恰当动作。
再者,本发明提供了上述测量系统,其中,在当显示第二显示单元的图像时的情况下,根据该图像的显示状况,第二操作输入单元经由第二无线电单元将在准直方向的修正数据传送到测量装置,所述第一控制算术单元经由第一无线电单元接收所校正的数据,并进行校正以使准直方向在跟踪范围内。这使向测量装置发出用以恰当校正准直方向的命令使得测量装置能够迅速返回到能够进行跟踪的状态是可能的。
此外,本发明提供了如上所述的测量系统,其中第二显示单元具有触摸板,该触摸板具有可作为操作单元来操作的功能,并且通过标明显示在第二显示单元上的目标的位置能够获取用于将准直方向引向所述光的准直方向的校正数据。这使得向测量装置发出用以恰当校正准直方向的命令使得该测量装置能够迅速返回到能够执行跟踪的状态是可能的。
再者,本发明提供了上述测量系统,其中,当第二显示单元上没有显示所述目标时,从第二操作单元输入的放大率改变的命令被传送给测量装置,使得能够改变由图像拍摄单元获取的图像数据的放大率。结果是,当目标极其偏离跟踪范围时,容易地识别目标的位置是可能的。
此外,本发明提供了上述测量系统,其中,测量单元能够以棱镜测量模式和非棱镜测量模式来测量距离,在非棱镜测量模式下图像拍摄单元所采集的图像显示在第二显示单元上,并且通过在所述图像中标明所需位置而能够测量至标明的位置的距离。因此,甚至在非棱镜测量下在所需位置处执行距离测量操作也是可能的。
附图说明
图1是要用在根据本发明的测量系统中的测量装置的示例透视图;
图2是示出要用在该测量系统上的远程控制装置和目标的透视图;
图3是示出本发明的实施例的方框示意图;
图4是示出本发明的实施例的操作的流程图;
图5是示出本发明的实施例的操作的流程图;
图6(A)是示出图像与目标准直的状态的显示图像的图画;图6(B)是示出目标超出跟踪范围的状态的显示图像的图画;
图7是解释本发明的另一实施例的图画;以及
在本发明的另一个实施例中,图8(A)示出了显示对目标进行了准直的状态所在处的显示图像,而图8(B)是示出目标超出跟踪范围的状态的显示图像的图画。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明最佳实施方式。
根据本发明的测量系统包括提供在目标侧上的远程控制装置和测量装置。该测量装置配备有跟踪功能,测量装置和远程控制装置通过诸如无线电通信装置之类的通信装置能够彼此传送和接收数据。
首先,参照图1,将描述要用在根据本发明的测量系统中的测量装置的示例。
图1所示的测量系统1是全站仪(total station)。脉冲激光光束投射到测量点(目标)上。通过接收来自测量点的脉冲反射光,对于每个脉冲距离可被测量。对距离测量的结果求平均。从而能够非常精确地测量出距离。
测量系统1主要包括安装在三脚架(图中未示)上的找平单元(leveling unit)2、安装在找平单元2上的底座单元(base unit)3、围绕垂直轴旋转安装在底座单元3上的框架单元(frame unit)4和围绕水平轴旋转安装在框架单元4上的望远镜单元5。
框架单元4上配备有第一显示单元6和第一操作输入单元7。望远镜单元5具有用于准直目标的望远镜8和用于通过望远镜8的光学系统在准直方向获取图像的图像拍摄(pickup)单元23(后面描述)。提供在图像拍摄单元23上的光电探测元件(photodetection element)是像素的装配(assembly),例如CCD、CMOS等,能够识别接收光的每个像素的位置,并根据该像素的位置能够获得视场角。图像拍摄单元23不仅可以设计成单个光电探测元件,而且,沿准直方向获取图像的光电探测元件和跟踪用的另一个光电探测元件可以分开设置。
图2示出了要用在根据本发明的测量系统中的远程控制装置16和目标13。
图2示出了目标13安装在杆14上端的情形。目标13配备有多个棱镜15以使得来自测量装置1的跟踪光能够沿所有圆周方向被接收并被反射。
远程控制装置16通过固定夹具17安装在杆14上,当测量操作员在握持杆14时能够单手操纵远程控制装置16。
远程控制装置16具有设计有触摸板(touch panel)的第二显示单元18和配备有操作按钮19等的第二操作输入单元20等。测量装置1和远程控制装置16通过诸如无线电通信装置之类的通信装置相互传送和接收数据。
现在,参照图3,将描述该系统的近似布置。
首先将描述测量装置1。
望远镜单元5与具有测距光光学系统的距离测量单元21合并在一起,该测距单元21投射测距光22并接收来自目标13的反射光22′。因此,能够实现对目标13的电光(electro-optical)(光波)距离测量。另外,望远镜单元5为图像拍摄单元23提供光学系统,该光学系统与测距光光学系统的光学系统是共同的。
框架单元4配备有用于沿水平方向旋转该框架单元4的水平传动(drive)单元24。它还配备有水平角测量单元25,该水平角测量单元25可以探测相对于框架单元4上的底座单元3的水平旋转角,而且还可探测沿准直方向的水平角。再者,框架单元4配备有用于围绕水平轴旋转望远镜单元5的垂直传动单元26,而且它还配备有垂直角测量单元27,该垂直角测量单元27可以探测望远镜单元5的垂直角,并可测量沿准直方向的垂直角。测距单元21、水平角测量单元25和垂直角测量单元27一起构成测量单元。
框架单元4包括控制装置28。该控制装置28控制水平传动单元24和垂直传动单元26的传动,并通过旋转框架单元4和望远镜单元5在预定方向准直望远镜单元5,在预定范围上扫描光,并转换望远镜8的光学放大率(optical magnification),或者通过图像拍摄单元23在准直方向上获取图像。另外,控制装置28控制所获取的图像的电气处理放大率的转换,获得具有所需放大率的图像。再者,控制装置28控制测距单元21。因此,测量出至目标13的距离。
控制装置28主要包括第一控制算术单元29、距离测量控制单元30、图像拍摄控制单元31、第一存储单元32、第一无线电单元33、第一显示单元6以及第一操作输入单元7等。
测量的结果从分别测量距离、水平角和垂直角的测距单元21、水平角测量单元25和垂直角测量单元27被输入到第一控制算术单元29。测量的结果经由第一控制算术单元29存储到第一存储单元32,并显示在第一显示单元6上。
第一存储单元32具有用于存储不同类型程序的程序存储区和用于存储诸如测量结果之类的数据的数据存储区。在程序存储区中存储了各种类型的程序。这些程序包括:测量所必需的计算程序、用于执行图像处理的图像处理程序(后面描述)、用于从经处理的图像中选择测量点并在所选测量点(目标)上执行距离测量的棱镜测量程序、用于在点而不是在所述目标执行测量的非棱镜测量程序、用于在适合于已改变的模式的测量条件下实现测量模式的测量模式转换程序(measurement modechangeover program)、用于跟踪测量点的序列(sequence)程序、用于当测量开始或者当目标丢失时搜索目标13的搜索程序、用于在第一显示单元6上显示图像的图像显示程序以及其它程序。
图像拍摄控制单元31控制图像拍摄单元23的图像的获取,并且处理由此而获取的图像数据。再者,当反射光22′进入图像拍摄单元23的光电探测元件时,图像拍摄控制单元31能够根据来自光电探测元件的光电探测信号计算目标的位置。
图像拍摄控制单元31能够将来自光电探测元件的光电探测信号转换成视频信号并将由此拍摄的图像实时显示在第一显示单元6上。
第一无线电单元33被设计成用来将诸如距离测量数据、角测量数据等测量数据以及图像数据和视频信号传送到远程控制装置16,它还被设计成用以接收来自远程控制装置16的操作命令。
接下来将描述远程控制装置16。
远程控制装置16主要包括第二控制算术单元35、第二存储单元36、第二无线电单元37、第二显示单元18、第二操作输入单元20等。
第二存储单元36中存储了下列程序:用于执行与测量装置1的无线电通信的通信程序、用于将来自第二操作输入单元20的操作或来自第二显示单元(触摸板)18的操作聚合为(converging)控制命令信号并将该控制命令信号经由第二无线电单元37传送到测量装置1的控制命令程序、用于在第二显示单元18上显示来自测量装置1的测量数据或视频信号的图像显示程序、用于计算第二显示单元18上的位置的坐标位置计算程序以及其它程序。第二存储单元36在其一部分上具有数据存储单元,测量数据和与该测量数据相关联的图像数据存储在该数据存储单元中。如果需要的话,还可存储测量进度表、测量地形数据和测量操作辅助数据-诸如测量点。当操作员经由第二操作输入单元20调用(call)时,足够的操作辅助信息就会显示在第二显示单元18上。
现在参照图4和图5,将描述本发明的操作。
目标13安装在测量点处,测量装置1接通电源。
(步骤1)作为接通电源后的初始设置,选择测量模式是棱镜测量模式还是非棱镜测量模式。如果未设置测量模式,则进行自动设置,例如,自动设置成棱镜测量模式(步骤02)。下面将描述首先设置成棱镜测量模式的情况。在初始状态下,将图像拍摄单元23所采集的场景(图像数据)显示在第一显示单元6上。视频数据还被传送到远程控制装置16,于是,相同的场景便显示在第二显示单元18上。在某些情况下,并不显示所述相同的场景,而可以显示测量屏幕(诸如测量点信息)。在这样的情况下,所述相同场景能够通过操作员的输入操作予以显示。
(步骤03)通过望远镜8与目标13保持准直,确信目标13在望远镜8的视场中能够被跟踪的范围之内(例如在准直点周围预定半径内)。然后,开始测量和跟踪。图6示出了初始屏幕。在该屏幕上,能够被跟踪的范围用虚线圈41表示,或者该范围由缺少目标线42的中心部分的标记来标明。
(步骤04和步骤05)基于来自图像拍摄单元23的图像信号,目标13被探测到,根据在目标13的图像上的位置来确定视场角。根据由此获得的视场角,判断目标13的方向是否在目标能够被跟踪的范围中。
(步骤06)如果目标在能够被跟踪的范围之内,则在第一显示单元6和第二显示单元18之中的至少第二显示单元18被改变为棱镜测量屏幕,与所述测量有关的信息(测量数据)显示在第二显示单元18上,所述信息诸如测量位置、距离测量数据、角测量数据等。
(步骤07)校正准直方向,开始测量和跟踪。
(步骤08)跟踪目标,并连续执行距离测量和角测量。第一无线电单元33将测量结果实时传送到第二无线电单元37,测量数据被存储在第二存储单元36上并显示在第二显示单元18上。
(步骤09和步骤10)当从远程控制装置16发出停止跟踪的命令时,确信是否需要将测量模式改变为非棱镜测量模式。如果不需要改变测量模式,则终止测量操作。
(步骤11)根据在步骤04对目标位置的探测,如果目标13的方向在目标能够被跟踪的范围之外,或者目标的移动速度超过测量装置的追赶速度,以及在步骤09连续跟踪情况下障碍物遮断了准直望远镜的光路从而自动跟踪中断的情况下,显示屏幕就被转换(change over)。
当显示屏幕被转换时,由图像拍摄单元23采集的场景被显示在第二显示单元18上。在跟踪中断的情况下,目标在偏离于图6所示的虚线圈41的位置处。
(步骤12)如果即使在显示屏幕已经转换而目标13还没有出现的情况下,改变显示图像的放大率以使能够显示较宽范围中的场景。为了改变放大率,可以改变光学系统的放大率或者可以通过图像数据的数据处理来电气改变放大率。或者,可以同时进行光学放大率的改变和通过数据处理的放大率的改变。
可以通过测量操作员在第二显示单元18上使用触摸笔来操作用于放大率改变的按钮43的操作或者将放大率改变的命令传送到测量装置1来进行放大率的改变。或者,如果借助图像拍摄控制单元31通过图像处理不能在图像数据中探测到目标13,那么可以设计成以使放大率能够被自动改变。
(步骤13)当在第二显示单元18内已经确认了目标13时,可用触摸笔触碰图像上的目标13。第二显示单元18上的被触碰的位置被传送到第二控制算术单元35。在第二控制算术单元35,计算测距单元21的准直中心或准直方向与虚线圈41的偏差,计算的结果作为准直方向校正数据经由第二无线电单元37被发送到第一无线电单元33。
在第二显示单元18没被设计成触摸板的情况下,在观看来自第二操作输入单元20的图像时可以进行沿准直方向的远程控制。第二操作输入单元20包括有按钮、指点装置(鼠标)等。
(步骤14)第一控制算术单元29经由第一无线电单元33接收准直方向的偏差。基于该偏差,驱动水平传动单元24和垂直传动单元26,并校正望远镜8的准直方向。
(步骤15)当判断通过准直方向的校正目标被定位于跟踪范围之内时,测量装置则转换为棱镜测量屏幕(步骤06),并继续测量和跟踪。
接下来将描述在执行上述棱镜测量时期期间,要执行的非棱镜测量的情况。
(步骤10)当通过触摸板操作远程控制装置16的第二显示单元18上的模式转换按钮44时,就会发出棱镜测量中止(suspension)命令并向测量装置1发出测量模式改变命令。
(步骤25)将测量模式改变为非棱镜测量模式。
(步骤26和步骤27)在第二显示单元18上显示场景。调整显示图像的放大率,并显示非棱镜测量所必需范围之内的图像。
(步骤28)通过触摸笔在第二显示单元18上标明测量位置。第二控制算术单元35计算在准直方向上与所标明的测量位置和准直中心的偏差或与虚线圈41的偏差,将计算结果经由第二无线电单元37传送到第一无线电单元33。根据由此传送的偏差,第一控制算术单元29驱动水平传动单元24和垂直传动单元26,使望远镜8指向所标明的点,执行非棱镜测量。测量放入结果从第一无线电单元33传送到远程控制装置16并显示在第二显示单元18上。当要存储测量结果时,如果非棱镜测量的图像与这些测量结果相关联并且这些数据被存储时,那么将更易于随后识别测量的结果。
在要从非棱镜测量模式返回棱镜测量模式的情况下,通过在测量后改变模式而转到步骤02的所述棱镜测量。在要在非棱镜测量模式下终止测量的情况下,通过发出不改变模式的命令而终止测量操作。
图7和图8均表示了把本发明应用于诸如使用施工机械(例如图中所示的推土机46)的地面找平作业之类的土木工程的情况。
远程控制装置16安装在推土机46的驾驶室内,操作员可以在识别第二显示单元18所显示的信息时进行操作,并且它被如此设计以使控制命令能够从远程控制装置16被传送到测量装置1。
支撑目标13的杆14竖立在推土机铲刀(推土铲)47上。已知目标13和推土机铲刀47边缘之间的距离。通过跟踪和测量目标13的位置,能够确定推土机铲刀47边缘的高度,即地面找平表面的高度。
施工工程数据(即土木工程工作所针对的完工数据(finishing data))存储在测量装置1的第一存储单元32中或第二存储单元36中。
施工工程数据充分地显示在第二显示单元18上,图像拍摄单元23所采集的场景以复制形式显示在第二显示单元18上。另外,通过以不同颜色对工程数据进行分类能够确定工程操作中间的状况与操作完成时的状况之间的差异,这有助于操作员工作效率的提高。当操作员选择了非棱镜状况并标明图像上周围某预定点时,能够容易地获得在该预定点处的测量结果,并且能够容易地识别操作员位置和周围情况。
图8(A)示出了测量装置1与目标13准直的状态(能够进行跟踪的状态),而图8(B)示出了测量装置1未见到目标13的状态。
Claims (7)
1.一种测量系统包括,测量装置和用于在目标侧远程控制所述测量装置的远程控制装置,所述测量装置被提供有围绕水平轴和垂直轴旋转地支撑的准直望远镜,
其中,所述测量装置包括测量单元、用于通过所述准直望远镜的光学系统在准直方向上采集图像的图像拍摄单元、第一无线电单元和第一控制算术单元,
以及其中,所述远程控制装置包括第二无线电单元、第二控制算术单元、第二显示单元和第二操作输入单元,
其中,当探测结果在跟踪范围之内时,所述第一控制算术单元根据来自目标的反射光的探测结果经由所述第一无线电单元把所述测量单元的测量数据传送给所述远程控制装置,而当所述探测结果在跟踪范围之外时,所述第一控制算术单元经由所述第一无线电单元传送由所述图像拍摄单元采集的图像数据,
以及其中,所述第二控制算术单元经由所述第二无线电单元接收所述测量数据和所述图像数据,并在所述第二显示单元上显示所述测量数据或所述图像数据。
2.根据权利要求1所述的测量系统,其中,在当显示所述第二显示单元的图像时的情况下,所述第二操作输入单元根据所述图像的显示状况经由所述第二无线电单元将在准直方向的校正数据传送到所述测量装置,
以及其中,所述第一控制算术单元经由所述第一无线电单元接收所校正的数据,以及进行所述校正以使所述准直方向在所述跟踪范围之内。
3.根据权利要求2所述的测量系统,其中,所述第二显示单元具有触摸板,所述触摸板具有作为操作单元来操作的功能,以及通过标明显示在所述第二显示单元上的目标的位置能够获得用以把所述准直方向引向目标的所述准直方向的校正数据。
4.根据权利要求1所述的测量系统,其中,当所述目标没有显示在所述第二显示单元上时,从所述第二操作单元输入的放大率改变的命令被传送给所述测量装置,从而能够改变所述图像拍摄单元所获取的图像数据的放大率。
5.根据权利要求1所述的测量系统,其中,所述测量单元能够以棱镜测量模式和非棱镜测量模式测量距离,
在所述非棱镜测量模式下,所述图像拍摄单元所采集的图像显示在所述第二显示单元上,
以及通过在所述图像中标明需要的位置能够测量至标明的位置的距离。
6.根据权利要求2所述的测量系统,其中,通过所述第二操作输入单元标明显示在所述第二显示单元上的目标的位置能够获得用以把所述准直方向引向所述目标的所述准直方向的校正数据。
7.根据权利要求1所述的测量系统,其中,所述测量装置还包括图像拍摄控制单元,当通过图像处理在图像数据之内没有探测到所述目标的图像时,所述图像拍摄控制单元改变显示图像的放大率。
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