基于数码图像测定对中点的全站仪及其工作方法与流程

本发明属于工程测绘技术领域，具体涉及基于数码图像测定对中点的全站仪及其工作方法。

背景技术：

全站仪是工程测量常用仪器，使用时须把全站仪精确对中在某一已知坐标点上且精确整平，输入该已知点坐标与另一个定向已知点坐标，瞄准另一已知点方向作为始测边，测量出未知点的水平角和距离来确定未知点平面坐标。目前对中方法有光学与激光对中二种方法，皆需要对中、整平多次交替反复逐步逼近，才能精确既对中已知点标志又整平仪器，即使熟练的测量人员也需花费5～6分钟时间，对于初学者可能会耗费大半个小时在测量的前期准备工作中，工作效率被大大拉低。且由于采用人眼对已知坐标点标志中心进行识别，精确对中时实际上仍存在一定误差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于数码图像测定对中点的全站仪及其工作方法，将全站仪架设于接近已知坐标点处，基于数码图像技术获得全站仪当前对中坐标点，仅需整平，无需人为移动进行精确对中已知坐标点，提高工作效率。

本发明通过以下技术方案实现：

基于数码图像测定对中点的全站仪，包括对中部件，所述对中部件为安装在照准部中轴线底部的微型CCD拍摄器。

本发明进一步改进方案是，所述微型CCD拍摄器像素不小于100万像素。用于保证图像中每一像素所占距离达到毫米以上精度，进而保证当前对中坐标点测算值的最终准确性高。

本发明更进一步改进方案是，所述微型CCD拍摄器距地面坐标点垂直高度为50厘米至200厘米。

本发明更进一步改进方案是，包括键盘操作面板，键盘操作面板上设有拍摄按键，拍摄按键信号连接微型CCD拍摄器。方便操作。

基于数码图像测定对中点的全站仪工作方法，将上述基于数码图像测定对中点的全站仪通过三脚架架设在接近已知坐标点A上方，使坐标点A落入CCD拍摄器拍摄范围内，整平全站仪，旋转全站仪照准部使镜筒瞄准已知定向点B方向上棱镜中心且测距，开启CCD拍摄器拍摄功能，获得具有已知坐标点A和当前全站仪对中坐标点A′数码图像；

测算A′点坐标：

已知A点坐标(X_A,Y_A），B点坐标（(X_B,Y_B），则AB坐标方位角α=arcTan((Y_B-Y_A)/(X_B-X_A))，A、B两点距离AB=，

A′、B两点距离A′B通过全站仪测距确定，

A、A′两点距离A A′通过图像技术确定，即在坐标点A上设置规则图形的标记物，标记物中心点与坐标点A重叠，已知标记物的某段距离为R，数字图形软件识别所拍图像中标记物某段距离像素r，以及根据标记物中心点A的像素坐标与仪器中心A′点像素坐标求得A A′像素距离d，并计算出A A′的实际距离：A A′=，

当A B + A A′＞ A′B且A′B + A A′＞ A B时，A、B、A′三点围成三角形，根据余弦定理，则，

若A点在A′B右侧，A A′坐标方位角β=α-∠A，若A点在A′B左侧，A A′坐标方位角β=α+∠A，即获得对中A′点坐标，X _A′= X_A +A A′Cosβ，Y _A′= Y_A +A A′Sinβ；

当A B + A A′≯ A′B且A′B + A A′≯ A B时，A、B、A′三点在一条直线上，若A′B + A A′= A B时，A′点在A B方向的正前方，即获得对中A′点坐标，X_A′= X_A + A A′Cosα，Y_A′= Y_A + A A′Sinα，若A′B - A A′= A B时，A′点在A B方向的正后方，即获得对中A′点坐标，X_A′= X_A - A A′Cosα，Y_A′= Y_A - A A′Sinα，若A′B = A B时，A′点在A点的正上方，即获得对中A′点坐标，X_A′= X_A ，Y_A′= Y_{A 。}

再根据A′、B两点坐标可测出任意点坐标。

本发明更进一步改进方案是，所述标记物为圆形，R是圆形半径，或标记为等边三角形，R是三角形边长，或标记为正多边形，R是多边形边长。

本发明更进一步改进方案是，全站仪对中坐标点A′像素坐标确定方法，先拍一张数码图像，再精确旋转180°00′00″拍一张数码图像，通过数字图形软件识别两张数码图像重叠区域中心点的像素坐标即是所拍图像中A′像素坐标。由于全站仪的对中坐标点A′理想状态下是数码图像图片中心点，但由于设备安装及使用过程中会产生偏移，本发明对此进行了A′像素坐标进行了修正确定。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

本发明所述全站仪架设于接近已知坐标点A，利用数码图像技术测得仪器当前对中坐标点A′，再根据A′、B两点坐标测出任意点坐标。改变了传统多次交替反复对中、整平，逐步逼近已知坐标点对中的前期调试手段，仅需整平，无需精确对中，降低操作难度，大大提高工作效率。

附图说明

图1为本发明全站仪结构示意图。

图2为包含A、A′点数码图像示意图。

图3为A点在A′点右侧时坐标方位角示意图。

图4为A点在A′点左侧时坐标方位角示意图。

图5为A′点在A B方向的正前方示意图。

图6为A′点在A B方向的正后方示意图。

图7为全站仪对中坐标点A′像素坐标确定示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的全站仪包括调平基座1、基座1上方安装照准部2，在照准部2中轴线底部安装取代原仪器对中部件的微型CCD拍摄器3，所述微型CCD拍摄器像素不小于100万像素。所述微型CCD拍摄器距地面坐标点垂直高度约为100厘米。

为了方便操作在键盘操作面板上设有拍摄按键，拍摄按键信号连接微型CCD拍摄器。

全站仪工作方法如下，首先在已知坐标点A上用已知半径R的圆形物4做标记物, 标记物中心点与坐标点A重叠，然后将本发明所述全站仪固定在工程测量专用三角架上，打开三角架三条腿使仪器中心粗略铅垂对在已知坐标点A的标记上方且架头大致水平，使坐标点A落入CCD拍摄器拍摄范围内，踩实脚架,然后通过全站仪上三个脚螺旋精确整平仪器，旋转全站仪照准部使镜筒瞄准已知定向点B方向上棱镜中心且测距，开启CCD拍摄器拍摄功能，获得具有已知坐标点A和当前全站仪对中坐标点A′数码图像；

测算A′点坐标：

已知A点坐标(X_A,Y_A），B点坐标（(X_B,Y_B），则AB坐标方位角α=arcTan((Y_B-Y_A)/(X_B-X_A))，A、B两点距离AB=，

A′、B两点距离A′B通过全站仪测距确定，

A、A′两点距离A A′通过图像技术确定，即数字图形软件识别所拍图像中标记物半径像素r，以及根据标记物中心点A的像素坐标与仪器中心A′点像素坐标求得A A′像素距离d（如图2所示），并计算出A A′的实际距离：A A′=，

当A B + A A′＞ A′B且A′B + A A′＞ A B时，A、B、A′三点围成三角形，根据余弦定理，则，

若A点在A′B右侧，A A′坐标方位角β=α-∠A（如图3所示），若A点在A′B左侧，A A′坐标方位角β=α+∠A（如图4所示），即获得对中A′点坐标，X _A′= X_A +A A′Cosβ，Y _A′= Y_A +A A′Sinβ；

当A B + A A′≯ A′B且A′B + A A′≯ A B时，A、B、A′三点在一条直线上，若A′B + A A′= A B时，A′点在A B方向的正前方（如图5所示），即获得对中A′点坐标，X_A′= X_A + A A′Cosα，Y_A′= Y_A + A A′Sinα，若A′B - A A′= A B时，A′点在A B方向的正后方（如图6所示），即获得对中A′点坐标，X_A′= X_A - A A′Cosα，Y_A′= Y_A - A A′Sinα，若A′B = A B时，A′点在A点的正上方，即获得对中A′点坐标，X_A′= X_A ，Y_A′= Y_{A 。}

再根据A′、B两点坐标可测出任意点坐标。

由于全站仪的对中坐标点A′理想状态下是数码图像图片中心点，但由于设备安装及使用过程中会产生偏移，本发明对此进行了A′像素坐标进行了修正确定。全站仪对中坐标点A′像素坐标确定方法，先拍一张数码图像，再精确旋转180°00′00″拍一张数码图像，通过数字图形软件识别两张数码图像重叠区域的中心点像素坐标O即是所拍图像中A′像素坐标（如图7所示）。