专利名称：测量方法和测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于随着时间的推移周期性地或连续地测量多个数量的点的测量方法和测量仪器。
背景技术：
为了观察地面的下沉、观察地滑、观察诸如坝的建筑工程的提和壁的位移、观察隧道的壁表面的位移，通过在测量范围中设立的多个数量的测量点上使用测量仪器，来随着时间的推移周期性地或连续地执行测量。例如，在建造隧道以修建地下铁路的情况下，为了观察所建造的隧道的顶蓬和壁表面是否可以被偏移，在顶蓬和壁表面上安装多个数量的棱镜作为靶，以及通过使用测量仪器无需操作者介入地一个接一个地测量所有这些棱镜的位置偏移(在下文中，这被称为 “监视测量”)。当执行监视测量时，测量仪器自动地搜索棱镜，也就是测量点，执行瞄准，测量距离，并实施测量操作。为了获取初始值以搜索由此设立的测量点，需要在各个测量点上实施教导操作。在传统教导操作中，操作者通过使用测量仪器来执行对各个测量点的瞄准，测量相对于各个测量点的水平角、垂直角和距离，执行相对于各个测量点的三维测量并将所获得的测量结果分别设立为各个测量点的初始值。根据此方法，操作者对测量点进行逐个测量。进一步地，因为在测量仪器上提供的瞄准望远镜的视角是狭窄的，瞄准需要大量时间， 且工作效率低。结果是，需要大量时间。尤其是，在用于测量操作的时间被限制的情况下， 例如在用于地下铁路的隧道内执行操作的情况下，测量操作必须在当铁路没有运转的时间段期间完成，以便在隧道的顶蓬和壁表面上执行监视测量，从而需要缩短测量时间。或者，还有如下的另一方法。测量仪器包括广角照相机，并利用广角照相机拍摄测量范围的图像。然后，测量仪器通过图像处理从所获取的图像提取测量点，检测测量点的位置。基于从图像获得的测量点的位置，测量仪器执行测量点的瞄准，以及在瞄准之后，测量仪器测量相对于各个测量点的水平角、垂直角和距离。在这种情况下，如果图像拾取的范围在较宽范围中扩展，或者如果测量点处于长距离处，则降低了检测测量点的准确度。并且，测量仪器的广角照相机和望远镜的光轴是偏移的，以及需要校正利用广角照相机检测的结果。校正的量是距离的函数，以及如果在图像处理中的测量点的检测不与距离测量相关联，那么会降低准确度。为此，过去存在无法执行利用测量仪器的瞄准的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量方法和测量仪器，利用其在实施监视测量时可以以简单方式以及在短时间内获取待测量的对象的位置数据。为了实现上述目的，本发明提供了一种用于在待利用测量仪器测量的多个对象上
3执行监视测量的测量方法，所述测量仪器包括用于在待测量的对象上执行瞄准的望远镜； 距离测量单元，用于通过将距离测量光投射通过望远镜来测量到各个待测量的对象的距离；图像拾取单元，用于在瞄准方向上拍摄图像以及用于获取数字图像；角度检测单元，用于检测在望远镜的瞄准方向上的垂直角度和水平角度；以及自动瞄准单元，用于使得望远镜执行对于待测量的对象的自动瞄准，所述测量方法包括在水平方向上和垂直方向上旋转望远镜以及在所设置的预定范围上进行扫描以便包括待测量的多个对象的步骤；在扫描的过程中利用预定的时间间隔获取数字图像的步骤；粗糙测量步骤，该粗糙测量步骤检测在数字图像中待测量的对象，以及根据在数字图像上待测量的对象从瞄准轴的偏离以及还根据来自角度检测单元的检测结果来计算待测量的各个对象的垂直角度和水平角度；以及将所计算的垂直和水平角度与待测量的各个对象相关联以及将垂直和水平角度存储作为目标值用于自动瞄准的步骤。并且，本发明提供如上所述的测量方法，所述测量方法还包括精确测量步骤，其使得望远镜根据所存储的垂直角度和所存储的水平角度一个接一个地在待测量的对象上执行自动瞄准，以及执行距离测量和角度测量；以及将在精确测量中获得的测量结果与待测量的各个对象相关联以及获取测量的结果作为初始值的步骤。进一步地，本发明提供如上所述的测量方法，其中，以使得待测量的各个对象的图像被包括在从时间方面来说彼此相邻的至少两个数字图像中的方式来设置图像拾取的扫描速度和时间间隔。并且，本发明提供一种测量仪器，其包括用于在待测量的对象上执行瞄准的望远镜；距离测量单元，用于通过将距离测量光投射通过望远镜来测量到待测量的各个对象的距离；图像拾取单元，用于在瞄准方向上拍摄图像，以及用于获取数字图像；角度检测单元，用于检测在望远镜的瞄准方向上的垂直角度和水平角度；自动瞄准单元，用于使得望远镜对待测量的对象执行自动瞄准；算术单元，以及存储单元，其中，所述算术单元使得望远镜在水平方向上和垂直方向上旋转并在所设置的预定范围上执行扫描以便包括待测量的多个对象，以及使得图像拾取单元在扫描的过程中以预定的时间间隔来获取数字图像， 以及所述算术单元检测在由此获取的数字图像中待测量的对象，基于利用角度检测器检测的垂直角度和水平角度并基于在数字图像上的待测量的各个对象从瞄准轴的偏离来计算待测量的对象的垂直角度和水平角度，将所计算的垂直和水平角度与待测量的各个对象相关联，以及使得存储单元存储待测量的对象的垂直角度和水平角度作为目标值用于自动瞄准。进一步地，本发明提供如上所述的测量仪器，其中，算术单元使得自动瞄准单元基于在存储单元中存储的目标值在待测量的对象上顺序地自动地执行望远镜的瞄准，执行对于距离测量和角度测量的精确测量，将在精确测量中获得的测量的结果与待测量的对象相关联，以及获得测量的结果作为初始值。并且，本发明提供如上所述的测量仪器，其中，算术单元拍摄图像以便待测量的对象的图像被包括在从时间方面来说彼此相邻的至少两个数字图像中，以及将相对于在至少该两个数字图像中待测量的对象的图像获得的垂直角度和水平角度求平均。进一步地，本发明提供一种用于利用测量仪器在待测量的多个对象上执行监视测量的测量方法，所述测量仪器包括用于在待测量的对象上执行瞄准的望远镜；距离测量单元，用于通过将距离测量光投射通过望远镜来测量到待测量的各个对象的距离；图像拾取单元，用于在瞄准方向上拍摄图像以及获取数字图像；角度检测单元，用于检测在望远镜的瞄准方向上的垂直角度和水平角度；以及自动瞄准单元，用于使得望远镜执行对待测量的对象的自动瞄准，所述测量方法包括在水平方向上和垂直方向上旋转望远镜的步骤和在所设置的预定范围上扫描以便包括待测量的多个对象的步骤；在扫描的过程中利用预定的时间间隔来获取数字图像的步骤；粗糙测量步骤，其检测在数字图像中的待测量的对象， 以及基于在数字图像上的待测量的对象从瞄准轴的偏离且基于来自角度检测单元的检测结果来计算待测量的各个对象的垂直角度和水平角度；以及将所计算的垂直和水平角度与待测量的各个对象相关联并且存储垂直和水平角度作为目标值用于自动瞄准的步骤。结果是，操作者无需在教导操作中执行对待测量的各个对象的瞄准，以及能够自动执行对待测量的多个对象的瞄准。这有助于瞄准操作的过程的缓和，以及瞄准所需的时间的减少，以及工作效率的提高。并且，本发明提供如上所述的测量方法，所述测量方法进一步包括精确测量步骤，其使得望远镜基于所存储的垂直角度和所存储的水平角度一个接一个地在待测量的对象上执行自动瞄准，以及执行距离测量和角度测量；以及将在精确测量中获得的测量的结果与待测量的各个对象相关联并且获取测量的结果作为初始值的步骤。结果是，当通过在待测量的多个对象上的自动瞄准来执行精确测量时，省略了用于检测待测量的对象的搜索操作。大量减少了在待测量的多个对象上的精确测量所需的时间。进一步地，本发明提供如上所述的测量方法，其中，以使得待测量的各个对象的图像被包括在从时间方面来说彼此相邻的至少两个数字图像中的方式来设置图像拾取的扫描速度和时间间隔。结果是，能够对检测的结果求平均，以及能够提高测量准确度。并且，本发明提供如上所述的测量仪器，所述测量仪器包括用于在待测量的对象上执行瞄准的望远镜；距离测量单元，用于通过将距离测量光投射通过望远镜来测量到待测量的各个对象的距离；图像拾取单元，用于在瞄准方向上拍摄图像以及用于获取数字图像；角度检测单元，用于检测在望远镜的瞄准方向上的垂直角度和水平角度；自动瞄准单元，用于使得望远镜对待测量的对象执行自动瞄准；算术单元，以及存储单元，其中，所述算术单元使得望远镜在水平方向上和垂直方向上旋转并在所设置的预定范围上执行扫描以便包括待测量的多个对象，并使得图像拾取单元在扫描过程中以预定时间间隔获取数字图像，以及算术单元在由此获取的数字图像中检测待测量的对象，基于利用角度检测器检测的垂直角度和水平角度以及还基于在数字图像上的待测量的各个对象从瞄准轴的偏离来计算待测量的对象的垂直角度和水平角度，将所计算的垂直角度和水平角度与待测量的各个对象相关联，以及使得存储单元将待测量的对象的垂直角度和水平角度作为目标值用于自动瞄准。结果是，对于待测量的多个对象能够预先获取用于瞄准的目标值，以及操作者无需对待测量的各个对象执行瞄准。能够自动执行对待测量的多个对象的瞄准。这有助于瞄准操作的缓和，有助于瞄准所需时间的减少，以及有助于工作效率的提高。进一步地，本发明提供一种如上所述的测量仪器，其中，所述算术单元使得自动瞄准单元基于在存储单元中存储的目标值在待测量的对象上顺序地自动地执行望远镜的瞄准，执行对于距离测量和角度测量的精确测量，将在精确测量中获得的测量的结果与待测量的对象相关联，以及获取测量的结果作为初始值。结果是，可以在实施监视测量时高效地设立初始值。
并且，本发明提供如上所述的测量仪器，其中，算术单元拍摄图像以便待测量的对象的图像被包括在从时间方面来说彼此邻近的至少两个数字图像中，并将相对于在至少该两个数字图像中待测量的对象的图像获得的垂直角度和水平角度求平均。结果是，可以提高在目标值上的测量的准确度。
图1是示出系统结构的示意图，该系统结构包括根据本发明一个实施例的测量仪器；
图2是示出在如上所述的测量仪器上提供的光学系统的图示； 图3是如上给出的测量仪器的示意性框图； 图4是示出本发明的实施例的操作的流程图5是示出在本实施例中的扫描轨迹、望远镜的视野以及反射目标的关系的解释图示；以及
图6的各个图表示示出本实施例中在望远镜的视野与反射目标之间的关系的解释图示。图6 (A)示出其中单个反射目标被包括在望远镜的视野中的情况，以及图6 (B)示出其中两个反射目标被包括在望远镜的视野中的情况。
具体实施例方式下面将参考附图给出关于本发明的实施例的描述。首先，参考图1，将给出关于根据本发明的设有测量仪器的测量系统的描述。在图1中，参考数字1表示待安装在测量室9中的测量仪器。测量仪器1具有望远镜单元2，以及可以在水平方向和垂直方向上旋转望远镜单元2，并且测量仪器1具有自动瞄准功能。数字3表示测量仪器PC。此测量仪器PC 3被电连接到测量仪器1，或者与测量仪器1集成。测量仪器PC 3向测量仪器1发出与测量相关的指令，累积如在测量仪器1 处获取的测量数据或将测量的数据传送到基站PC 6。数字4表示电源，以及电源4向测量仪器1和测量仪器PC 3提供电功率。虽然图中没有示出，但测量仪器1具有测量功能，且具有水平角度测量单元和垂直角度测量单元(见图3)用于检测望远镜单元2的瞄准方向。 参考数字5-1、5-2、5-3……5-n分别表示在测量点处安装的反射目标。基站PC 6被安装在管理办公室10处，以管理和掌管隧道、坝等。基站PC 6累积从测量仪器PC 3传送的监视数据，并将所接收的监视数据与过去接收的监视数据进行比较， 并判断隧道、坝等的当前状态。测量仪器PC 3以及基站PC 6能够按照需要经由诸如LAN、电话线路、无线通信等的通信装置7向彼此传送数据通信以及从彼此接收数据通信。图2示出测量仪器1的光学系统11。在图2中，参考数字12表示光学系统11的光轴(视轴)，数字13表示用于距离测量的光源，数字14表示用于瞄准的光源，数字15表示用于向着光轴12对来自用于距离测量的光源13的距离测量光进行导引的第一光投射光学系统，数字16表示用于向着光轴12将来自用于瞄准的光源14的瞄准光进行导引的第二光投射光学系统，数字17表示沿着光轴12设置的物镜，数字18表示在光轴12上设置的聚焦透镜，以及数字19表示目镜。
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用于距离测量的光源13发射可见光作为距离测量光，以及用于瞄准的光源14发射诸如红外光的非可见光作为瞄准光。从用于距离测量的光源13发射的距离测量光以及从用于瞄准的光源14发射的瞄准光被分别沿着光轴12投射。距离测量光的反射光(下文中称为“反射的距离测量光”)以及瞄准光的反射光(下文中“反射的瞄准光”)进入物镜17 并被会聚。沿着光轴12，设置二向色棱镜21。二向色棱镜21将所反射的瞄准光22进行反射。利用二向色棱镜21分离所反射的瞄准光22，由此利用反射分离的一部分所反射的瞄准光22进入图像传感器23。利用二向色棱镜21对所反射的距离测量光M进行反射和分离， 以及由此被分离的所反射的距离测量光M进入用于距离测量的光电检测元件25。在通过二向色棱镜21之后，自然光22’通过聚焦透镜18并进入目镜19。图像传感器23是CCD，CMOS传感器等，其每一个都是例如像素的集合，以及图像传感器23输出数字信号。能够在光接收表面(图像拾取表面)上指定所接收的像素的位置。 进一步地，其被如此设计使得图像传感器23的中心与光轴12 —致。通过获得在图像传感器23上的像素的位置，能够获取相对于光轴12的场角(也就是从像素的位置获得的相对于光轴的角度)。光学系统11、图像传感器23等一同构成了图像拾取单元，该图像拾取单元拍摄数字图像。在本实施例中，从利用图像传感器23获取的数字图像中检测反射目标5，以及其被如此设计使得检测在图像上的反射目标5的位置，以及从光轴12的垂直角度和水平角度来检测反射目标5的位置(垂直角度和水平角度)。图3是示出测量仪器1的近似系统构造的示意性框图。在图3中，参考数字27表示通常用CPU表示的算术单元，数字28表示存储单元，数字四表示距离测量单元，数字31 表示垂直角度测量单元，数字32表示水平角度测量单元，数字33表示通信单元，数字34表示显示单元，数字35表示自动瞄准单元，数字36表示用于在垂直方向上旋转望远镜单元2 的垂直电机，数字37表示用于在水平方向上旋转望远镜单元2的水平电机，数字38表示安装在垂直电机36上的垂直电机编码器，数字39表示安装在水平电机37上的水平电机编码器，以及数字40表示操作单元。距离测量单元四包括用于距离测量的光源13、用于距离测量的光电检测元件25、 算术单元27、存储单元观等，以及距离测量单元四基于如在用于距离测量的光电检测元件 25处接收的所反射的距离测量光来执行距离测量。自动瞄准单元35包括用于瞄准的光源14、图像传感器23、算术单元27、存储单元 28等。在图像传感器23处接收来自反射目标5的反射的瞄准光，以及执行自动瞄准，以便基于光接收的结果瞄准光轴与反射目标5 —致。垂直角度测量单元31测量望远镜单元2的瞄准光轴的垂直角度，并将测量的结果发送到算术单元27作为电信号。水平角度测量单元32具有基准点，并测量瞄准光轴相对于基准点的水平角度，以及测量的结果被发送到算术单元27。利用算术单元27来驱动和控制垂直电机36和水平电机37。利用在垂直电机36 上安装的垂直电机编码器38来检测垂直电机36的旋转量和旋转速度，以及利用在水平电机37上安装的水平电机编码器39来检测水平电机37的旋转量和旋转速度。算术单元27驱动距离测量单元四并根据在存储单元观中存储的程序(稍后描述) 来测量距离，以及驱动自动瞄准单元35并执行自动瞄准。进一步地，算术单元27基于来自
7距离测量单元四、垂直角度测量单元31和水平角度测量单元32的测量结果，分别地执行相对于反射目标5的三维测量。由此获得的测量的结果被传送到测量仪器PC 3。在存储单元观中，存储各种类型的程序。这些程序包括测量程序，用于使得测量仪器1执行测量操作并用于获取各个测量点(也就是反射目标5)的三维数据；以及顺序程序，用于顺序地搜索测量点并用于实施诸如利用图像传感器23获取图像的操作；图像处理程序，用于从利用图像传感器23获取的图像来检测反射目标5 ；以及自动瞄准程序，用于基于反射目标5的检测的结果来执行望远镜单元2对反射目标5的瞄准；以及教导程序，用于执行自动瞄准程序和测量程序，以及用于基于在各个反射目标5上测量的数据实施教导操作；监视程序，用于基于教导操作的结果以预定时间间隔实施自动瞄准程序和测量程序，用于检测各个测量点的位置，以及用于按照时间序列向存储单元观存储检测的结果；以及其他类型的程序。接着，下面将给出关于测量单元PC 3的描述。测量仪器1执行教导操作或监视操作，以及利用教导操作和监视操作获得的测量点的数据被传送到测量仪器PC 3，以及测量仪器PC 3按照时间序列将测量点的数据与各个反射目标5匹配，并按照时间序列保留并存储测量点的数据。进一步地，测量仪器PC 3具有诸如下述的程序控制程序，用于使得测量仪器1实施教导或监视，以及异常判断程序，用于基于测量数据来计算是否有位移以及各个反射目标(测量点)的位移程度，以及用于判断是否有任何异常。接着，参考图4，将给出关于本实施例的教导操作的描述。(步骤01)指定基准点以及其中存在测量点的范围(也就是搜索范围)。作为用于指定范围的实际方法，例如，望远镜单元2被导引到开始点和结束点的位置以执行教导操作， 以及每次的测量角度值从垂直角度测量单元31和水平角度测量单元32获取。为了将望远镜单元2导引到开始点和结束点的位置以实施教导操作，望远镜单元2可以由操作者直接移动，或可以利用来自测量仪器PC 3的远程控制来移动。或者，角度测量值可以由测量仪器1的操作单元40直接指定，或可以利用来自测量仪器PC 3的远程控制来指定。在显示单元34被设计成触控面板的情况下，在显示单元34上设立开始点和结束点。在基准点和测量点存在于整个圆周上或者存在于广阔范围中的情况下，不指定开始点的位置和结束点的位置，以及通过相对于垂直轴在360°的角度来旋转望远镜单元2， 可以在整个圆周上执行教导操作。重要的是，对于梢微宽于其中存在基准点和测量点的范围的范围来进行指定，以便能够可靠地发现所有反射目标5。(步骤02)当完成了搜索范围的指定时，实施搜索操作，以及在搜索范围内相对于待测量的对象执行图像处理，以及基于在望远镜单元2的瞄准方向上测量的角度实施粗糙测量。从测量仪器PC 3指示搜索操作的执行和粗糙测量的执行。图5示出搜索操作的状况。当指定搜索范围时，通过使用测量仪器1的搜索功能， 驱动垂直电机36和水平电机37，以及在水平方向上往复地扫描望远镜单元2，且在水平扫描结束时以预定角度在垂直方向上旋转所述望远镜单元2。通过在水平方向上往复扫描以及通过在水平扫描结束时在垂直方向上的旋转，能够在整个搜索范围上执行扫描。在此情况下，在垂直方向上的预定的旋转角度将被设置为小于在望远镜单元2的视野42的垂直方向上的视角的角度，以便在上扫描中的视野以及在下扫描中的视野将在预定范围内被叠置在彼此之上。(步骤03)以预定速度执行扫描，以及在扫描过程期间以预定的时间间隔利用图像传感器23获取图像数据。然后，从图像数据检测在图像传感器23的视野中是否有反射目标 5。对扫描的图案没有给出指定，但是，望远镜单元2的视野42呈圆形。因此，在水平方向上执行扫描的情况下以及在望远镜单元2的视野42的上端或下端附近存在反射目标5的情况下，反射目标5仅仅在单个时刻进入视野42。为此，可能不会发现反射目标5。因此， 在水平方向上执行扫描，且在视野42的上-到-底方向上有少许叠置(见图5)。类似地，在垂直方向上执行扫描的情况下，以图像能够被获取为在视野42的左-到-右方向上在彼此之上叠置少许的方式来设置获取图像的时间间隔和扫描速度。(步骤04)在扫描过程期间获得的图像中发现反射目标5的情况下，测量和确定在此刻的测量仪器1的测量角度值(Hl，VI)和在反射目标5与图像传感器23上的光轴12之间的偏离量(XI，Yl)作为像素位置。(步骤05)从光轴12的偏离量(XI，Yl)被转换为角度值(场角)(δH1，δν )。在当获得偏离量时，从垂直角度测量单元31和水平角度测量单元32获取望远镜单元2的光轴12的角度。然后，基于如利用垂直角度测量单元31和水平角度测量单元32检测的光轴 12的垂直角度和水平角度，并且还基于图像传感器23的角度值，根据如下等式在反射目标 5的方向角(TH，TV)上执行角度测量(计算)
THl=Hl+ δ HI; TVl=Vl+ δ Vl
(步骤06)由此计算的反射目标5的方向角(TH，TV)被与相应的反射目标5相关联，并被传送到测量仪器PC 3。在测量仪器PC 3处，将识别号码提供给反射目标5，以及角度测量的结果被与识别号码相关联并按照时间序列被记录。由此记录的角度测量的结果将是当实施自动瞄准时的目标值，如稍后描述的。(步骤07)判断是否对所有反射目标5实施了角度测量，以及扫描整个搜索范围。 然后，在所有反射目标5上执行角度测量。当对所有反射目标5完成了方向角的测量(粗糙测量)时，基于反射目标5的角度测量的结果(目标值)，在各个反射目标5上开始三维测量(精确测量)。(步骤08)基于角度测量的结果，以预定的顺序，例如以识别号码的顺序，在目标值的方向上转动望远镜单元2。在此情况下，目标进入望远镜单元2的视野内就足够了。通过基于垂直电机编码器38和水平电机编码器39的角度来改变望远镜单元2的方向，能够比其中操作基于垂直角度测量单元31和水平角度测量单元32的角度的情况更快地执行在近似方向上的瞄准。(步骤09)当在其上将要执行瞄准的反射目标5存在于目标值的方向上并且在其上将要执行瞄准的反射目标5进入望远镜单元2的视野42中时，检测在图像传感器23的图像中的反射目标5。然后，获得反射目标5相对于光轴12的偏离，以及驱动和控制垂直电机36和水平电机37，以便该偏离将是0，并且实施自动瞄准。(步骤10)当完成瞄准时，利用距离测量单元四执行距离测量，以及利用垂直角度测量单元31和水平角度测量单元32在垂直角度和水平角度上实施角度测量。距离测量的结果和角度测量的结果被与反射目标5相关联作为教导数据，还被与测量时间相关联，以及被记录和存储在存储单元观中。教导数据可以经由通信单元33传送到测量仪器PC 3，以及可以被记录和存储在测量仪器PC 3中。(步骤11)当在所有反射目标5上执行了距离测量和角度测量时，完成教导操作， 以及将教导数据存储在存储单元观中或存储在测量仪器PC 3中。当已经完成了教导操作且获取了教导数据时，能够实施自动监视测量。现在，下面将给出关于监视测量的简要描述。根据本实施例，能够实施监视测量的三个模式粗糙监视测量、精确监视测量、或粗糙监视测量与精确监视测量的组合。首先，参考图6，将给出关于第一模式也就是粗糙监视测量的描述。根据来自测量仪器PC 3的用于启动监视测量的指令，旋转望远镜单元2，以及以预定速度扫描搜索范围。在扫描过程期间，以预定时间间隔或以预定角度间隔(在图中，每隔预定的水平旋转角度)，在利用图像传感器23获得的图像上执行采样。利用图像传感器 23获得的最大图像将等于望远镜单元2的视野。从由此采样的图像，检测反射目标5。然后，获得图像中的反射目标5的角度值(场角)(δ H， δ V)。进一步地，从采样时的望远镜单元2的场角和瞄准方向，也就是从水平角度和垂直角度(H，V)，确定反射目标5的方向角 (TH，TV)。尤其当测量点被移位时，在从测量仪器1到测量点的水平距离上几乎没有改变， 以及获取这些方向角(TH，TV)作为监视数据。图6(A)示出一种情况，其中，在处于扫描中的望远镜单元2的视野中检测到单个反射目标。图6(A)还示出一种情况，其中，单个反射目标5-1被包括在三个图像中，这三个图像在扫描过程中从时间角度来说彼此相邻。因为光轴作为扫描的结果而被移动，所以图像中的反射目标5的位置被改变。因此，能够相对于反射目标5-1获得三个测量值(测量角度)，以及通过诸如最小二乘法的统计处理来对该三个测量值求平均。通过求平均，能够提高反射目标5-1的测量准确度。因此，采样的间隔优选是在时间段内在相同的反射目标5上获得至少两个图像的间隔，在所述时间段期间，望远镜单元2的视野通过反射目标5。通过帧频来确定采样间隔 (即其是在图像获取时被确定的)。因此，通过以使得能够获取均包括所讨论的反射目标的两个或更多采样图像的速度在相同反射目标上进行扫描，以及通过对由此获得的反射目标 5的两个或更多方向角求平均，能够提高监视数据的准确度。图6(b)示出一种情况，其中，在当前正被扫描的望远镜单元2的视野中检测到两个反射目标5-1和5-2。当多个反射目标5-1和5-2被包括在图像中时，为各个反射目标 5-1,5-2获得关于瞄准轴的图像中的角度值，以及从角度值和瞄准方向，分别确定反射目标 5-1和5-2的方向角(TH，TV)。然后，对于在搜索范围中的所有反射目标5，通过监视来测量方向角，以及将监视数据传送到测量仪器PC 3。在测量仪器PC 3处，将监视数据与教导数据彼此进行比较，以及判断在测量点处是否有任何改变，或者改变的量是否超出预设的阈值。如果在测量点中有任何改变，或者当改变的量超出阈值时，经由通信装置7将警报信号从测量仪器PC 3传送到基站PC 6。在第一模式的粗糙监视测量中，对于各个反射目标5不停止望远镜单元2的移动， 以及监视测量的一个周期与在搜索范围上扫描的时间段相同。因此，能够大大地使监视测量的周期(循环)变得更短，以及提高工作的质量。在具有较多位移的一部分上的监视测量中，缩短监视测量的周期(循环)，以及更快速且更可靠地检测测量点的位移。
接着，将给出关于第二模式的精确监视测量的描述。从如上所述的教导过程，知道所有反射目标5的初始状态下的位置，也就是所有反射目标5的方向角(TH，TV)。因此，基于方向角，以识别号码的次序，将望远镜单元2顺序地导引到所有反射目标5。当将望远镜单元2导引到反射目标5时，实施自动瞄准。当光轴12与反射目标5 一致时，执行距离测量和角度测量，以及获取数据作为精确监视数据。精确监视数据被传送到测量仪器PC 3。将监视数据与教导数据进行比较，以及判断测量点中是否有任何改变，或者改变的量是否超出预设的阈值。当测量点中有任何改变时，或当改变的量超出阈值时，经由通信装置7从测量仪器PC 3向基站PC 6发出警报信号。现在，将在下面给出关于第三模式的监视测量的描述，其中，将粗糙监视测量与精确监视测量相组合。首先，在粗糙监视测量的模式中执行监视测量，以及从获取的采样图像确定反射目标5的方向角(TH，TV)。然后，判断在测量点处是否有任何改变，或者改变的量是否超出预设的阈值。接着，在粗糙监视测量的结果中，在由此测量的反射目标5的方向角(TH，TV) 超出在教导操作时相对于反射目标5的方向角的预设的阈值的情况下，在超出阈值的反射目标5上执行精确监视测量。特别地，基于在超出阈值的反射目标5的教导操作时的方向角，将望远镜单元2导引到反射目标5。通过自动瞄准，使得光轴12与反射目标5—致。然后，实施距离测量和角度测量，以及获取精确监视数据。对于反射目标5，将精确监视数据与教导时的数据进行比较。在测量点处有改变的情况下，或者在改变的量超出阈值的情况下，经由通信装置7从测量仪器PC 3向基站PC 6 发出警报信号。在第三模式的监视测量中，仅仅在被移位或者看起来被移位超出阈值的反射目标 5上执行精确测量。结果是，在将监视测量准确度维持在高水平的同时，能够更快速地执行监视测量的操作。如上所述，根据本实施例，能够完成监视测量的三个模式粗糙监视测量、精确监视测量、以及粗糙监视测量与精确监视测量的组合。
权利要求
1.一种用于在待利用测量仪器测量的多个对象上执行监视测量的测量方法，所述测量仪器包括用于在待测量的对象上执行瞄准的望远镜；距离测量单元，用于通过将距离测量光投射通过所述望远镜来测量到各个待测量的对象的距离；图像拾取单元，用于在瞄准方向上拍摄图像以及用于获取数字图像；角度检测单元，用于检测在所述望远镜的瞄准方向上的垂直角度和水平角度；以及自动瞄准单元，用于使得所述望远镜执行对于待测量的对象的自动瞄准，所述测量方法包括在水平方向上和垂直方向上旋转所述望远镜以及在所设置的预定范围上进行扫描以便包括待测量的多个对象的步骤；在扫描的过程中利用预定的时间间隔获取数字图像的步骤；粗糙测量步骤，该粗糙测量步骤检测在所述数字图像中待测量的对象，以及根据在所述数字图像上待测量的对象从瞄准轴的偏离并且还根据来自所述角度检测单元的检测结果来计算待测量的各个对象的垂直角度和水平角度；以及将所计算的垂直和水平角度与待测量的各个对象相关联以及将垂直和水平角度存储作为目标值用于自动瞄准的步骤。
2.根据权利要求1所述的测量方法，还包括精确测量步骤，所述精确测量步骤使得所述望远镜根据所述存储的垂直角度和所述存储的水平角度一个接一个地在待测量的对象上执行自动瞄准，以及执行距离测量和角度测量；以及将在精确测量中获得的测量结果与待测量的各个对象相关联并且获取测量的结果作为初始值的步骤。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其中，以使得待测量的各个对象的图像被包括在从时间方面来说彼此相邻的至少两个数字图像中的方式来设置图像拾取的扫描速度和时间间隔。
4.一种测量仪器，包括用于在待测量的对象上执行瞄准的望远镜；距离测量单元，用于通过将距离测量光投射通过所述望远镜来测量到待测量的各个对象的距离；图像拾取单元，用于在瞄准方向上拍摄图像，以及用于获取数字图像；角度检测单元，用于检测在所述望远镜的瞄准方向上的垂直角度和水平角度；自动瞄准单元，用于使得所述望远镜对待测量的对象执行自动瞄准；算术单元，以及存储单元，其中，所述算术单元使得所述望远镜在水平方向上和垂直方向上旋转并在所设置的预定范围上执行扫描，以便包括待测量的多个对象，以及使得所述图像拾取单元在扫描的过程中以预定的时间间隔来获取数字图像，以及所述算术单元检测在由此获取的数字图像中待测量的对象，基于利用所述角度检测器检测的垂直角度和水平角度并基于在所述数字图像上的待测量的各个对象从瞄准轴的偏离来计算待测量的对象的垂直角度和水平角度，将所述计算的垂直和水平角度与待测量的各个对象相关联，以及使得所述存储单元存储待测量的对象的所述垂直角度和所述水平角度作为目标值用于自动瞄准。
5.根据权利要求4所述的测量仪器，其中，所述算术单元使得所述自动瞄准单元基于在所述存储单元中存储的所述目标值在待测量的对象上顺序地自动地执行所述望远镜的瞄准，执行对于距离测量和角度测量的精确测量，将在所述精确测量中获得的测量的结果与待测量的对象相关联，以及获取测量的结果作为初始值。
6.根据权利要求4所述的测量仪器，其中，所述算术单元拍摄图像以便待测量的对象的图像被包括在从时间方面来说彼此相邻的至少两个数字图像中，并将相对于在至少两个数字图像中待测量的对象的图像获得的所述垂直角度和所述水平角度求平均。
全文摘要
本发明涉及测量方法和测量仪器。本发明提供一种测量仪器，包括用于在待测量的对象上执行瞄准的望远镜；距离测量单元(29)，用于通过将距离测量光投射通过望远镜来测量到待测量的各个对象的距离；图像拾取单元(11、23)，用于在瞄准方向上拍摄图像，以及用于获取数字图像；角度检测单元(31、32)，用于检测在所述望远镜的瞄准方向上的垂直角度和水平角度；自动瞄准单元(35)，用于使得望远镜对待测量的对象执行自动瞄准；算术单元(27)，以及存储单元(28)。
文档编号G01C15/00GK102445194SQ20111021501
公开日2012年5月9日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年9月30日
发明者本田肇, 永井胜之 申请人:株式会社拓普康