测绘仪器发展的历史回顾与发展趋势

测绘仪器发展的历史回顾与发展趋势 科I技I论}坛科 测绘仪器发展的历史回顾与发展趋势 刘晓光宋凯军 (齐齐哈尔市勘察测绘研究院,黑龙江齐齐哈尔161000) 摘要:测绘仪器百测量之本,伴随着测绘科学的发展,测绘仪器从早期的测绳,罗 盘仪,游标经纬仪发展到目前的电子经纬仪,数字水准仪,全 站仪,GPS以及各种电子专用仪器.大大推动了测绘工作向自动化,数字化,智能 化方向发展.对测绘仪器的发展进行回在与展望. 关键词:罗盘仪;游标经纬仪;数字水准仪;全站仪;GPS;趋势 测量工作的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 主要包括测定和定测两 个方面.测定是通过测绘理论和测绘仪器,把地 球表面的形状,大小缩绘成各种比例尺的地形 图和得到各种相应的空间数字信息,供国防工 程和国民经济建设的规划, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,施工,管理以 及科学研究使用;定测是指利用测绘技术和测 绘仪器把图纸上规划设计的建筑物,构筑物的 位置在实地标定出来作为施工的依据. 1测绘仪器的发展历程 测绘仪器是伴随着测绘科学发展而发展 起来的.早在公元前1400年,埃及就有了地产 边界的测量,在公元前3世纪,中国人就知道天 然磁石的磁性,并有某种形式的磁罗盘,公元前 2世纪,司马迁在《史记.夏本记》中有叙述大禹 为治水而行进行的测量工作.所谓”左准绳,右 规矩”说明在古代就有了简单的测量工具.使用 这类仪器测量,劳动强度大,速度慢,精度低.公 元1730年,英国西森研制成第一台游标经纬 仪,随后陆续出现了小平板仪,大平板仪以及水 准仪等.2O世纪4O年代出现了光学玻璃度盘, 用光学转像系统的度盘对准位置的刻划重合在 同一平面上,根据这一理论就形成了光学经纬 仪.光学经纬仪比早期的游标经纬仪大大提高 了测角精度,而且体积小,重量轻,操作方便.可 以说,从17世纪到2O世纪中叶是光学测绘仪 器时代,此时测绘科学的传统理论和方法比较 成熟.到了2O世纪6O年代,随着光电技术,计 算机技术和精密机械技术的发展,1963年 FENNEL厂研制出第一台编码电子经纬仪,从 此常规的测量方法迈向了自动化的新时代,到 了2O世纪8O年代,电子测角技术有了进一步 发展,从当初的编码度盘,又发展到了光栅度盘 测角和动态法测角,随着电子测微技术的进一 步发展,电子测角精度大大提高. 早在1943年,瑞典物理学家贝尔格斯川 采用光电技术在大地测量基线上从事光速值的 测定试验获得成功.接着与该国的AGA仪器公 司合作,于1949年初步研制成功一种利用白炽 灯作为光源的测距仪,迈出了光电测距的第一 步,尽管这种仪器体积大,笨重,耗电大,精度 低,但从根本上解决了人类多年向往的光电测 距技术,在全世界产生了巨大影响.各国竞相购 买仪器,引进技术,从而促进了光电测距技术的 迅速发展. 1960年美国人梅曼研制成功了世界上第 一 台红宝石激光器,第二年就产生了世界上第 一 台激光测距仪.激光测距仪与第一代光电测 仪相比体积小,重量轻,测程远,精度高,而且可 全天候观测.1963年瑞士威特厂开始研究砷化 镓(GaAS)发光管测距仪,1963年定型生产第一 台红外测距仪,进一步促进了测距仪向小型化, 高精度方向发展.2O世纪7O年代,前德国 OPTON厂和瑞典的AGA厂,在光电测距和电 子测角的基础上,研制生产出世界上第一台全 站仪,进一步促进了测量向自动化,数字化方向 发展. 1990年瑞士徕卡公司根据GACHER和 MULLER等人的研究成果,生产出第一台数字 水准仪NA2000.NA2000水准仪首先采用图像 处理技术来处理标尺的影像,并以行阵传感器 取代测量员的肉眼进行读数.这种传感器可识 别水准标尺上的条码分划,并用相关技术处理 仪器的测量信号,自动显示与记录视线高和视 距,从而实现了水准测量自动化. 1973年12月,美国国防部批准建立新一 代导航系统,简称GPS,它是一种可以定时和测 距的空间交会定点的导航系统.可向全球用户 提供连续,实时,高精度的三维位置,三维速度 和时间信息,为陆,海,空三军提供精密导航,还 用于情报收集,应急通讯和卫星定位等一些军 事目的.GPS整个发展计划分三个阶段进行,即 原理可行性论证阶段,系统的研制和试验阶段, 最后为 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 发展和完成阶段.直至1994年7颗 GPS试验卫星和分布在6个轨道上的24颗工 作卫星已全部升空到位,并正常工作.实践证 明,GPS定痊技术完全可以取代常规的测角,测 距手段,相对定位精度可达cm级以下,长距离 的相对精度可达1O,甚至更高. 1852年法国物理学家付科提出地球自转 在陀螺仪上产生效应的设想.无需进行任何天 文观测和地磁观测,只要由陀螺观测就可以得 出任何地点的子午线位置.直到2O世纪5O年 代,才研制成液浮式矿用陀螺罗盘仪.2O世纪 6O年代工,在矿用陀螺罗盘仪的基础上发展成 陀螺经纬仪.2O世纪7O年代,由于自动控制技 术,计算机技术和通讯技术的发展,并引进陀螺 经纬仪,研制出自动化陀螺经纬仪,如瑞士的 GGI型. 激光自2O世纪6O年代问世以来,首先用 在测距仪上,由于激光有许多其他光源不可比 的优越性,在测绘界广泛应用.如激光指向仪, 激光投点仪,激光铅垂仪,激光扫平仪,激光经 纬仪,激光水准仪和激光打印机等.随着微电子 技术,传感器技术,光电技术,计算机技术,通讯 技术,空间技术以及光,机,电技术的一体化等 技术的发展,促进了测绘仪器的发展,先后出现 了许多专用的电子测绘仪器.如电子倾斜仪,回 声测深仪,管线探测仪,海底地貌探测仪,电子 伸缩仪,重力测量仪,电子气压测量仪等.回顾 测绘仪器的发展,可清楚地看到,测量仪器从早 期的测绳,罗盘仪,游标经纬仪已发展到目前的 电子经纬仪,数字水准仪,全站仪,GPS以及各 种专门测绘仪器,推动了测绘工作向自动化,数 字化,智能化方向迈进. 2测绘仪器发展的现状与展望 测绘仪器发展到如今,全站仪,数字水准 仪,激光类仪器,GPS以及专用电子测绘仪器等 已是测量的常规仪器,但随着科学技术的进步 和现代化进程的加快,这些常规仪器的精度和 自动化,智能化程度等还不能完全满足现代精 密测量和航空,航天,高能物理等高新科技研究 的需要.必须加强新型的高质量的测绘仪器研 制.展望未来,测绘仪器可能在以下几个方面有 发展. 2.1提高现有(常规)仪器的性能 目前常用的测角,测距,测高,定向,定位 和绘图类仪器,与早期的简单工具和后期的光 学仪器相比有许多优越性,但其精度,可靠性, 稳定性以及自动排除外界各种干扰的能力还远 远不够,往往是通过多余观测或重复测量来保 证精度和稳定性.劳动强度大,作业时间长,已 不太适应时代的需要.要充分利用已有微电子 技术,计算机技术,通讯技术等对仪器进行更新 和改造,不断提高仪器的性能和对外界环境的 适应性.可望将来测量结果能像照相机一样,一 次性就能达到精确度,稳定性,可靠性的要求, 减小劳动强度,提高工作效率. 2.2研制新型的测绘仪器 利用各种传感器各信息传递系统,研制出 新型的全站仪,水准仪,GPS,绘图仪和遥测控 制仪器以及自动测定微小信息变化的仪器.可 望不久将会出现全站型测量机器人,可完成特 殊环境和条件下的测量工作,不用人工具体操 作,凭着测量人员的大脑和思维自动进行工作. 比如可自动测量珠峰和海底的平面位置和高 程. 2.3研究人类未知的新的测绘类仪器 有关专家和学者预测,目前人类对宇宙和 地球的规律和奥秘的认识与了解还不到5%,其 中95%有待进一步研究和开发,测绘学科也不 例外,将要研究人类目前未知的测绘新理论,新 技术,新仪器,可能利用纳秋技术,网络技术,宇 宙环境,空间信息以及特殊的技术,研制新一代 的定向,定位,绘图等多维,智能陛的测量仪器. 可望不久测量仪器可代替人的大脑和思维,实 现测量定位,定向,信息采集和成图一体化,成 果多元化,施工放样和微小变量监测与灾害预 测自动化,实现测绘科学现代化. 参考文献 【1】宁津生,测绘学概论【M】.武汉:武汉大学出版 社.2004. 『21张正禄.工程测量学fM1.武汉:武汉大学出版 社.2005. 『31杨俊志.数字水准仪的测量原理及其检定『M1. 北京:测绘出版社,2005. 责任编辑:魏玉新 一 1一