实验仪器

1、虚拟实验模块

  此虚拟实验模块结合了3ds max建模技术、flash动画制作技术和虚拟现实建模语言,模拟全站仪的测量过程,并且能够在浏览器上进行展示。涉及到的动画有圆水准器气泡居中动画、全站仪照准棱镜动画以及全站仪界面操作动画(主程序为quanzhanyi.html,运行前必须安装3d插件,在VRML工具文件里全站仪虚拟实验模块.rar,建议IE打开程序,然后需允许网页脚本及ActiveX控件)。


(图1:虚拟实验模块)

  全站仪照准棱镜动画特点为:

  (1)键盘上的上、下、左、右键可以控制镜头的移动;
  (2)通过Pg Up键和Pg Dn键控制改变镜头内物体的大小;
  (3)在移动镜头时能够让镜头内的物体影像清晰,镜头之外的情景模糊。

2、全站仪(实体实验部分)

  全站仪不但能同时进行角度、距离测量,而且还可以自动显示、记录、存储所测数据,并能进行简单的数据处理,在野外可直接获得点位的坐标和高程。通过传输设备可把野外观测数据输入到计算机,再经计算机处理后,由绘图仪自动绘出所需比例尺的图件,并由打印机打印出所需成果表册。全站仪可使测绘工作的外业及内业有机结合起来,实现数据采集、传输及处理的有机结合,增强测绘数据的共享性,提高测绘工作效率。

  全站仪由电子测角、电子测距、电子计算机及数据存储系统构成,其本身是一个带有特殊功能的计算控制系统。从总体看,全站仪由两大部分组成。①数据采集专用设备。该部分主要有电子测角系统、电子测距系统、数据记录系统及自动记录设备等;②过程控制机。主要用于有序地实现上述各专用的功能。过程控制机包括与测量数据相联系的外用设备和进行计算、产生指令的微处理机。

  目前世界上许多著名的测绘仪器生产厂家均生产全站仪。所生产的仪器机械结构、测角及测距原理、控制和显示系统不尽相同,但其基本功能和使用方法基本一致。图2为SET2110型全站仪的基本结构部件。


(图2:SET2110型全站仪的部件图)

  仪器结构特点为:

  1)三轴光学系统

  仪器发射光束的轴线、接收光束的轴线均应同视准轴重合,如图3所示。这种特殊的设计可使仪器在一定的竖角范围内(±30°)使用很小的反射片(10mm×10mm),既可进行距离测量,也可直接对被测物体的自然表面进行距离测量。当直接对被测物体的自然表面进行距离测量,而竖直角较大时,其测程将极大缩短。


(图3:三轴光学系统)

  2)轴系误差补偿技术

  SET2110型全站仪采用了轴系误差补偿技术以补偿竖轴倾斜误差、视准轴误差和横轴误差对水平方向及竖直角的影响,从而可使其单面观测结果具有较高的测角精度。这一特点特别适用于工程的施工放样,可以将以往利用光学经纬仪需要正、倒镜放样的工作,缩减成单面进行放样,从而大大提高了工作效率。

  使用具有轴系误差补偿系统的全站仪时必须注意以下几点:

  ①向上(天顶)投点时,应关闭补偿器,并应精确整平仪器;
  ②在放样一条水平直线时,不能简单地采取纵转望远镜的方法,而应采取选转照准部180°的方法进行放样,或者采用纵转望远镜后将水平度盘读数调整至相差180°的位置进行放样。
  ③放样一条竖线时,不能只简单地纵转望远镜,而应采取在纵转望远镜的同时,旋转水平微动螺旋,使显示的水平角读数保持不变。

  3)模块结构的操作菜单

  仪器功能设计采用了模块结构方式(图4),从而有利于使用者操作仪器。


(图4:模块结构)

3、反射棱镜(实体实验部分)

  反射棱镜(图5)的工作原理是光的反射定律和折射定律。光在相同介质中发生反射时,其反射角和入射角相等;光由一种介质垂直入射到另一种介质时不会发生折射。


(图5:反射棱镜)

  在利用反射棱镜(或者反射片)作为反射物进行测距时,反射棱镜接收全站仪发出的光信号,并将其反射回去。全站仪发出光信号,并接收从反射棱镜反射回来的光信号,计算光信号的相位移等,从而间接求得光通过的时间,最后测出全站仪到反射棱镜的距离。全站仪用于外业作业前,应首先确定其棱镜的常数。