CN101545770A

CN101545770A - 测量系统

Info

Publication number: CN101545770A
Application number: CN200910134698A
Authority: CN
Inventors: 永岛辉一; 筱崎元; 宫尾芳克
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2009-09-30
Also published as: JP5060358B2; AU2009201162B2; JP2009229350A; AU2009201162A8; AU2009201162A1; AU2009201162B8; US20090244277A1; EP2105705A1; EP2105705B1; US8310535B2

Abstract

本发明提供一种测量系统，其包括具有追踪目标(13)的功能的测量装置(1)和用于在目标侧远程地控制测量装置的远程控制装置(16)，其中测量装置包括测定单元(21、25、27)、摄像单元(22、23)、第一无线电单元(33)以及第一控制运算单元(29)，以及远程控制装置包括第二无线电单元(37)、第二控制运算单元(35)、第二显示单元(18)及第二操作输入单元(20)，其中，测量装置经由无线电单元将在摄像单元获得的图像数据发送给远程控制装置，远程控制装置经由第二无线电单元接收图像数据，以及第二显示单元基于图像数据以反转显示的形式显示图像。

Description

测量系统

技术领域

本发明涉及一种测量系统，具体地，本发明涉及一种用于追踪目标的测量系统。

背景技术

作为用于测定距离、水平角(horizontal angle)及仰角(elevation angle)的测量装置，一种具有追踪功能类型的测量装置在过去为众所周知。在这种类型的测量装置中，通过配置在测量装置上的视准望远镜来对诸如角隅棱镜(cornercube)的对象反射镜(目标(target))进行视准。从视准望远镜射出追踪光，且当目标移动时，接收来自该目标的反射光，且该目标被自动地追踪。

在这种具有追踪功能类型的测量装置中，操作者不必位于测量装置侧。测量操作者在目标侧施行操作，而且可由单个操作者来实现测定。例如，测量操作者把持远程控制装置，并且安装于杆等等上的目标由测量操作者把持。通过远程控制装置来操作测量装置，且操作开始。测量操作者在每个测定点安装目标。从远程控制装置发出指令给激光测量装置，然后执行测定。测量操作者按顺序把目标从一个测定点移动到另一个测定点。测量装置检测来自目标的反射光并自动地追踪该目标。

通常，远程控制装置包括显示单元。从激光测量装置传送导引信息到远程控制装置，且用于测定的导引信息被显示在显示单元上。例如，当已经完成对测定点的测定时，显示下一个测定点的坐标、到下一个测定点的距离或者到下一个测定点的移动方向等。

操作者根据导引信息而移动。随后，将目标安装在下一个测定点，并执行测定。

然而，即使在显示单元上显示出到测定点的距离和方向时，也很难在感觉上把握测定点在哪个方向移动以及移动多远。结果，问题就来了，那就是：工作效率相当大地受到测量操作者的技能和经验的影响。

发明内容

本发明的目的是使得能够由单个操作者从远程控制装置对激光测量装置执行远程控制操作，并且高效地执行测定，而不受测量操作者的技能和经验的影响。

为了达到上述目的，本发明提供一种测量系统，该测量系统包括具有追踪目标的功能的测量装置以及用于在目标侧远程地控制测量装置的远程控制装置，其中，测量装置包括测定单元、摄像单元、第一无线电单元及第一控制运算单元，远程控制装置包括第二无线电单元、第二控制运算单元、第二显示单元及第二操作输入单元，其中，测量装置经由无线电单元将在摄像单元获得的图像数据发送给远程控制装置，远程控制装置经由第二无线电单元接收该图像数据，以及第二显示单元基于图像数据以反转显示的方式显示图像。

另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中，第二显示单元能够选择正常的视觉显示或反转显示。另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中，第二显示单元通过所显示的图像中的无限远垂直直线来指示测量设置点的坐标的水平方向。另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中，在所述直线上显示用以指示仰角的方向的标记。另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中测量装置的视准校正方向被显示为从图像的边侧向中心突出的三角形形状标记。另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中将测量装置的视准校正量的大小调整为与突出的标记的顶点的高度相匹配。

本发明提供一种测量系统，该测量系统包括具有追踪目标的功能的测量装置和用于在目标侧远程地控制测量装置的远程控制装置，其中，测量装置包括测定单元、摄像单元、第一无线电单元及第一控制运算单元，以及远程控制装置包括第二无线电单元、第二控制运算单元、第二显示单元及第二操作输入单元，其中，测量装置经由无线电单元将在摄像单元获得的图像数据发送给远程控制装置，远程控制装置经由第二无线电单元接收该图像数据，以及第二显示单元基于图像数据以反转显示的方式显示图像。结果，图像中的操作方向与当测量装置由远程控制装置操作时操作者所辨认出的测量装置的操作方向一致。这使得能够以简单和容易的方式执行操作，并且提高了工作效率。

另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中第二显示单元能够选择正常的视觉显示或反转的显示。结果，能够选择与操作者的视线方向相匹配的图像，还能够提高工作效率。

另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中第二显示单元通过所显示的图像中的无限远垂直直线来指示测量设置点的坐标的水平方向。结果，即使当测量设置点偏离场角(field angle)时，也可辨认出水平方向。另外，因为在直线上显示用以指示仰角方向的标记，还可辨认出校正仰角的方向，从而提高工作效率。

另外，本发明提供如上所述的测量系统，其中，测量装置的视准校正方向被显示为从图像的边侧向中心突出的三角形形状的标记。结果，可在视觉上辨认出对水平角和仰角的视准方向的校正，从而提高工作效率。

另外，本发明提供如上所述的测量装置，其中，将测量装置的视准校正量的大小调整为与突出标记的顶点的高度相匹配。结果，能辨认出视准方向的校正量，从而提高工作效率。

附图说明

图1为根据本发明的用于测量系统中的测量装置的例子的透视图；

图2为示出用于本发明的测量系统中的目标和远程控制装置的透视图；

图3为示出本发明的实施例的大致布置的结构图；

图4为示出远程控制装置的第二显示单元中的显示的例子的说明图；

图5为示出远程控制装置的第二显示单元中的显示的例子的说明图；以及

图6为示出远程控制装置的第二显示单元中的显示的例子的说明图。

具体实施方式

通过参考附图，下面将给出用于实现本发明的最佳方式的说明。

图1示出了测量装置1的例子，测量装置1构成本发明的测量系统的一部分。在本例子中使用的测量装置例如为全站仪(total station)。将脉冲激光束投射到测定点。接收来自测定点的脉冲反射光，并针对每个脉冲执行距离测定。计算距离测定结果的平均值，从而距离被高准确性地测定。

测量装置1主要包括安装于三脚架(未示出)上的水准单元2、装配于水准单元2上的基部单元3、围绕基部单元3上的仰角轴中心可转动地装配的框架单元4以及围绕框架单元4上的水平轴中心可转动地装配的望远镜单元5。

框架单元4包括第一显示单元6和第一操作输入单元7。望远镜单元5包括用于视准要测定的对象的第一望远镜8和用于经由第一望远镜8的光学系统在视准方向上获得图像的第一摄像单元22(将在后面描述)。望远镜单元5还包括用于经由第二望远镜9以及经由第二望远镜9的光学系统在视准方向或在近似视准方向上获得图像的第二摄像单元23(将在后面描述)，其中，第二望远镜9具有比第一望远镜8的放大倍率低的放大倍率及比第一望远镜8的视野宽的视野。例如，用于将所获得的图像输出为数字图像信号的数字照相机被用作第一摄像单元22或第二摄像单元23。

配置在第一摄像单元22和第二摄像单元23中的摄像元件例如为CCD、CMOS等等，它们为像素的集合。可以在摄像元件上识别所接收的像素的位置，并根据该像素的位置获得场角(field angle)。

框架单元4上布置有通信部件，例如无线电单元11。无线电单元11可以将距离测定的结果、在第一摄像单元22或第二摄像单元23获得的图像的数据或者与该测定有关的导引信息发送给远程控制装置(将在后面描述)。

图2示出了用于本发明的测量系统中的目标和远程控制装置。

图2示出了目标13被竖立在杆14的上端部的情形。目标13具有多个棱镜15以使得可从覆盖整个周围的方向接收来自测量装置1的追踪光并可反射所述光。

远程控制装置16经由固定装置17装配于杆14上。即使当测量操作者用一只手握住杆14时，其另一只手也可自由地用于操作。

远程控制装置16包括被设计成触摸面板的第二显示单元18、包括操作按钮19等等的第二操作输入单元20以及诸如无线电部件的通信部件(将在后面描述)。测量装置1和远程控制装置16可经由无线电部件发送和接收数据，且从测量装置1所发送的测定数据、图像数据及导引信息可显示在第二显示单元18上。

现在，参考图3，将给出所述系统的大致布置的说明。

首先，将给出关于测量装置1的说明。

望远镜单元5内置了具有测距光学系统的测距单元21。测距单元21包括测距光学系统，该测距光学系统共用第一望远镜8的光学系统。测距光10为脉冲光，其由测距光学系统射出。接收来自目标13的反射光10’，且对目标13执行电—光测距。电—光测距可以棱镜测定模式和非棱镜测定模式这两种模式执行。

用于在水平方向使框架单元4转动的水平驱动单元24布置于框架单元4上。另外，提供用于检测框架单元4相对于基部单元3的水平转动角以及检测视准方向上的水平角的水平角测定单元25。在框架单元4上，提供用于使望远镜单元5围绕水平轴中心转动的仰角驱动单元26，且布置了用于检测望远镜单元5的仰角以及测定视准方向上的仰角的仰角测定单元27。测距单元21、水平角测定单元25以及仰角测定单元27一起组成了测定单元。

控制装置28被内置在框架单元4中。控制装置28控制对水平驱动单元24和仰角驱动单元26的驱动，并通过转动望远镜单元5来使望远镜单元5在预定的方向上瞄准(视准)。另外，控制装置28在预定范围上施行扫描，并切换第一望远镜8的光学放大倍率。或者，控制装置28通过第一摄像单元22和第二摄像单元23在视准方向上获取图像，且控制装置28切换第一摄像单元22和第二摄像单元23的图像。另外，控制装置28控制对所获取的图像的电处理放大倍率的切换，并获取具有所需放大倍率的图像。另外，控制装置28控制测距单元21并测定到目标13的距离。

控制装置28主要包括第一控制运算单元29、测距控制单元30、摄像控制单元31、第一存储单元32、第一无线电单元33、第一显示单元6、第一操作输入单元7等等。

来自测距单元21、水平角测定单元25和仰角测定单元27的测定结果被输入到第一控制运算单元29。执行对距离、水平角和仰角的测定，测定的结果经由第一控制运算单元29被存储于第一存储单元32中，并显示在第一显示单元6上。

第一存储单元32具有用于存储各种类型的程序的程序存储区，以及存储有设定值和数据(诸如测定结果)的数据存储区。在程序存储区中，存储有各种类型的程序。这些程序包括：测定所需要的计算程序、用于执行图像处理的图像处理程序(将在后面描述)、用于将图像数据转换成视频信号或用于执行显示、反转显示(镜像显示)等等的图像显示程序、用于发送和接收测定数据和图像数据的通信程序、用于从处理过的图像选择测定点并对所选择的测定点(目标13)执行距离测定的棱镜测定程序、用于在除了目标13之外的点执行测定的非棱镜测定程序、用于切换测定模式并获取适于该模式的测定条件的测定模式切换程序、用于追踪测定点的序列程序、用于当操作者在开始测定前错过目标时搜索目标13的搜索程序以及其它程序。

摄像控制单元31对第一摄像单元22和第二摄像单元23进行切换，控制通过第一摄像单元22和第二摄像单元23进行的图像获取，并对所获取的图像数据执行处理。当反射光10’进入第一摄像单元22和第二摄像单元23的光检测元件时，摄像控制单元31可以基于来自光检测元件的光检测信号来计算目标13的位置。

摄像控制单元31将来自光检测元件的光检测信号转换为视频信号，并可以在第一显示单元6上实时显示所拍摄的图像。

第一无线电单元33将测定数据(诸如有关所测得的距离的数据、有关所测得的角度的数据等等)、图像数据及视频信号发送给远程控制装置16，并接收来自远程控制装置16的操作指令。

接下来，将给出关于远程控制装置16的说明。

远程控制装置16主要包括第二控制运算单元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等等。

在第二存储单元36中，存储有各种程序。这些程序包括：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和来自第二显示单元(触摸面板)18的操作转换成控制命令信号并经由第二无线电单元37将控制命令信号发送给测量装置1的控制命令程序、用于将来自测量装置1的测定数据或视频信号显示到第二显示单元18的图像显示程序、以及用于计算在第二显示单元18上的位置的坐标位置计算程序。第二存储单元36具有位于第二存储单元36的一部分上的数据存储单元，且测定数据以及与测定数据有关的图像数据被存储在数据存储单元中。在必要时，存储诸如测定计划(schedule)、所测得的地形数据、测定位置等等的测定操作补充数据。当操作者经由第二操作输入单元20调用时，操作辅助信息显示在第二显示单元18上。

下面将给出关于根据本发明的测量系统的操作的说明。

作为测定的准备，将测量设置点的坐标值输入到测量装置1。可以从第一操作输入单元7输入测量设置点的坐标值，或者可把存储在诸如存储卡的记录介质中的数据读入测量装置1中。操作者通过握住图2所示的杆14来执行测量操作，在杆14上装配有远程控制装置16和目标13。

当测定开始时，经由第二望远镜9通过第二摄像单元23拍摄宽场角图像(场景)，且在第一显示单元6上显示所述图像。将通过第二摄像单元23所拍摄的图像发送给远程控制装置16，并在第二显示单元18上显示。

如图4中所示的，输入的坐标位置由绘图标记41示出。随着与测量装置1的距离的增加，绘图标记41被显示得更小。

测量操作者确认图像中的绘图标记41，估计测量设置点的近似位置，并在确认在图像上的移动方向的同时进行移动。当操作者朝着测量设置点移动了相当大的距离时，操作者背对着测量装置1移动，且测量操作者的视野方向与第二望远镜9的视野方向相同。因此，由第一摄像单元22所拍摄的图像直接显示在第二显示单元18上(正常视觉显示)。

接下来，当测量操作者达到更靠近测量设置点的位置，对准测量装置1，并执行用以确定要设置杆14的位置的操作时，屏幕切换到导引屏幕。

图5示出了导引屏幕。

当屏幕被切换到导引屏幕时，切换摄像单元(除非给出其它指令)，并获取由第一摄像单元22所获得的图像。由第一摄像单元22获得的图像为远视图像(telescopic image)，该图像是经由第一望远镜8而获得的，且其具有使得可以确定杆14(即，目标13)的最后定位的放大倍率。

在导引屏幕上显示镜像图像。也就是，由第一摄像单元22获得的图像通过左右方向反转而被显示在第二显示单元18上(反转显示)。当测量操作者在面对测量装置1时执行操作时，测量操作者的视野的方向与第一摄像单元22的视野的方向相反。因此，在正常视觉的情形中，显示在第二显示单元18上的图像的左右方向与测量操作者所辨认出的实际的左右方向相反。当在导引屏幕上显示镜像图像时，第二显示单元18上的图像的左右方向看起来与测量操作者所辨认出的实际的左右方向一致。因此，当操作者根据第二显示单元18上所显示的图像，即根据图像上的导引而执行操作时，不会感到不一致。

接下来，参考图5，将给出显示在第二显示单元18上的导引功能的说明。

第二显示单元18为触摸面板。图像显示在其上，且可以通过利用触摸区等等来从屏幕执行操作。显示在第二显示单元18上的图像具有图像显示区42和操作按钮区43，在图像显示区中显示从测量装置1所发送的图像数据。在操作按钮区43，具有：用于增大或减小图像的放大倍率的尺寸放大和尺寸缩小按钮44、辉度和亮度调节按钮45、切换到第一摄像单元22和第二摄像单元23的摄像单元切换按钮46、测定开始按钮47、用于存储测定结果的数据记录按钮48、用于切换第二显示单元18的显示的显示切换按钮49(例如，将显示切换到图4的显示)、用于改变测量设置点的测量设置改变按钮51、用于切换测定准确度的测定准确度切换按钮52(即切换到粗测或精测)、用于重复执行测定的重复按钮53、用以要在测定操作终止时操作的终止按钮54。

在图像显示区42上，显示从测量装置1发送的图像(即由第一摄像单元22获得的图像或者由第二摄像单元23获得的图像)，并显示各种导引功能。

在图像显示区42上，显示刻线55。纵向刻线55a与横向刻线55b的交叉点55c为第一望远镜8的视准位置。每条刻线的一半由双线组成，以使得由纵向刻线55a和横向刻线55b所指示的位置能容易地与图像中的视准位置对准。

基于预先在图像中输入的测量设置点的坐标数据，将指示水平方向(图像中的左到右的方向)的水平位置显示线56显示为垂直方向的无限远线。测量设置点的坐标数据不用点来指示，这是因为不可能在测量设置点位于偏离第一望远镜8和第二望远镜9中提供的场角的方向上的情形下被显示在图像上(在下文中，将给出关于第一望远镜8的例子)。通过以从上到下的无限远线显示，水平方向显示在图像显示区42上，而不管视准方向上的仰角大小如何，从而提高了工作效率。

可在水平位置显示线56上指示仰角的位置。仰角的位置可以以仰角显示标记57来显示，如图所示，仰角显示标记57为倒置的等腰三角形形状，以便于仰角显示标记57的下顶点指示仰角的位置。给出横向刻线55b与仰角显示标记57的下顶点之间的距离Δv，作为视准方向相对于测量设置点的坐标的偏差。在仰角显示标记57与交叉点55c重合的情形中，可将仰角显示标记57从图像中除去。

目标13为点，其从测量设置点的实际位置向上偏移与杆14的长度相等的距离。可以通过将目标13和测量设置点之间的位置的偏差考虑进去来确定由仰角显示标记57指示的仰角位置。

接下来，当视准方向大量地偏离场角时，水平位置显示线56不能在图像中显示。于是，显示三角形形状的水平方向显示标记58，水平方向显示标记58通过从位于图像显示区42的左侧或右侧的边线的其中一个的侧边朝向图像的中心而形成。

水平方向显示标记58用于指示用以校正第一望远镜8中的视准方向的方向。参考图5，在图像中视准方向相对于指向测量设置点的方向向左偏，因此必须使第一望远镜8向右方向转动。随后，水平方向显示标记58出现在图像显示区42的左侧边缘，指示第一望远镜8的转动方向。可以布置为使得水平方向显示标记58的顶点的高度H被改变成与要校正的角度的大小相匹配，并且可以从视觉上来执行校正，从而使得可以判断出是应在较大的程度上还是应在较小的程度上进行校正。

在仰角的校正的情形下可以进行类似的显示。那就是，显示仰角方向显示标记(未示出)，该仰角方向显示标记在图像显示单元区的从上到下的方向形成从图像的其中一个边侧朝向图像的中心的三角形形状。例如，当要向下校正第一望远镜8的视准方向时，显示从图像显示区42的上边缘向下突出的三角形形状的仰角方向显示标记。

根据在图像显示区42上显示的导引信息校正第一望远镜8的视准方向。当视准方向与目标13成直线时，通过操作测定开始按钮47来执行棱镜测定。通过操作数据记录按钮48来记录由此得到的测定结果。

从第一望远镜8看到的场景被显示在图像显示区42。通过用触笔指示图像中的任意点，例如点A，对点A执行非棱镜测定。因此，可容易地获得在测量设置点附近的数据。

当操作者移动目标13时，测量装置1通过追踪目标13而进行测定，且实时测定目标13的位置。因此，当想要概略地找到目标13和测量设置点之间的位置关系时，操作显示切换按钮49。概略平面图被显示在第二显示单元18上。在图像中用标记+来显示目标13的位置，且以由标记x所指示的圆来示出测量设置点(参见图6)。

当该测量设置点的测定按原计划被完成时，操作测量设置改变按钮51，转换到对下一个测量设置点的测定操作。因此，一个测量设置点接着另一个测量设置点地按照顺序执行测定。

Claims

1、一种测量系统，包括具有追踪目标的功能的测量装置和用于在目标侧远程地控制测量装置的远程控制装置，其中，

所述测量装置包括：测定单元、摄像单元、第一无线电单元及第一控制运算单元，以及

所述远程控制装置包括：第二无线电单元、第二控制运算单元、第二显示单元及第二操作输入单元，

其中，所述测量装置经由所述无线电单元将在摄像单元获得的图像数据发送给所述远程控制装置，并且

所述远程控制装置经由所述第二无线电单元接收所述图像数据，并且

所述第二显示单元基于所述图像数据以反转显示的形式显示图像。

2、根据权利要求1的测量系统，其中所述第二显示单元能选择正常视觉显示或者反转显示。

3、根据权利要求1的测量系统，其中，所述第二显示单元通过所显示的图像中的无限远的垂直直线来指示测量设置点的坐标的水平方向。

4、根据权利要求3的测量系统，其中，在所述直线上显示用以指示仰角方向的标记。

5、根据权利要求1的测量系统，其中所述测量装置的视准校正方向被显示为从图像的边侧向中心突出的三角形形状的标记。

6、根据权利要求5的测量系统，其中，将所述测量装置的视准校正量的大小调整成与所述突出的标记的顶点的高度相匹配。

7、根据权利要求1的测量系统，其中，所述摄像单元包括用于获得具有高放大倍率的图像的第一摄像单元，和用于获得具有低放大倍率的图像的第二摄像单元，其中，将由第二摄像单元获得的宽场角的图像显示在所述第二显示单元上，在所述宽场角的所述图像中显示用以指示测量设置点的绘图标记，且当离测量装置的距离增加时，所述绘图标记以较小的尺寸显示。

8、根据权利要求1的测量系统，其中，所述远程控制装置能在所述第二显示单元上显示概略平面图，不显示由所述摄像单元获得图像，且在所述概略平面图上显示目标和测量设置点之间的平面位置关系。

9、根据权利要求1的测量系统，其中，所述第二显示单元为触摸面板，以及针对在显示在所述第二显示单元上的图像中指定的点来测定距离。