本實(shí)用新型屬于工程測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于數(shù)碼圖像測(cè)定對(duì)中點(diǎn)的全站儀。

背景技術(shù)：

全站儀是工程測(cè)量常用儀器，使用時(shí)須把全站儀精確對(duì)中在某一已知坐標(biāo)點(diǎn)上且精確整平，輸入該已知點(diǎn)坐標(biāo)與另一個(gè)定向已知點(diǎn)坐標(biāo)，瞄準(zhǔn)另一已知點(diǎn)方向作為始測(cè)邊，測(cè)量出未知點(diǎn)的水平角和距離來確定未知點(diǎn)平面坐標(biāo)。目前對(duì)中方法有光學(xué)與激光對(duì)中二種方法，皆需要對(duì)中、整平多次交替反復(fù)逐步逼近，才能精確既對(duì)中已知點(diǎn)標(biāo)志又整平儀器，即使熟練的測(cè)量人員也需花費(fèi)5～6分鐘時(shí)間，對(duì)于初學(xué)者可能會(huì)耗費(fèi)大半個(gè)小時(shí)在測(cè)量的前期準(zhǔn)備工作中，工作效率被大大拉低。且由于采用人眼對(duì)已知坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志中心進(jìn)行識(shí)別，精確對(duì)中時(shí)實(shí)際上仍存在一定誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于數(shù)碼圖像測(cè)定對(duì)中點(diǎn)的全站儀，將全站儀架設(shè)于接近已知坐標(biāo)點(diǎn)處，基于數(shù)碼圖像技術(shù)獲得全站儀當(dāng)前對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)，僅需整平，無需人為移動(dòng)進(jìn)行精確對(duì)中已知坐標(biāo)點(diǎn)，提高工作效率。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于數(shù)碼圖像測(cè)定對(duì)中點(diǎn)的全站儀，所述全站儀包括調(diào)平基座、基座上方安裝照準(zhǔn)部，在照準(zhǔn)部中軸線底部安裝取代原儀器對(duì)中部件的微型CCD拍攝器。

本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述微型CCD拍攝器像素不小于100萬像素。用于保證圖像中每一像素所占距離達(dá)到毫米以上精度，進(jìn)而保證當(dāng)前對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)算值的最終準(zhǔn)確性高。

本實(shí)用新型更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述微型CCD拍攝器距地面坐標(biāo)點(diǎn)垂直高度為50厘米至200厘米。

本實(shí)用新型更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，包括鍵盤操作面板，鍵盤操作面板上設(shè)有拍攝按鍵，拍攝按鍵信號(hào)連接微型CCD拍攝器。方便操作。

基于數(shù)碼圖像測(cè)定對(duì)中點(diǎn)的全站儀工作方法，將上述基于數(shù)碼圖像測(cè)定對(duì)中點(diǎn)的全站儀通過三腳架架設(shè)在接近已知坐標(biāo)點(diǎn)A上方，使坐標(biāo)點(diǎn)A落入CCD拍攝器拍攝范圍內(nèi)，整平全站儀，旋轉(zhuǎn)全站儀照準(zhǔn)部使鏡筒瞄準(zhǔn)已知定向點(diǎn)B方向上棱鏡中心且測(cè)距，開啟CCD拍攝器拍攝功能，獲得具有已知坐標(biāo)點(diǎn)A和當(dāng)前全站儀對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′數(shù)碼圖像；

測(cè)算A′點(diǎn)坐標(biāo)：

已知A點(diǎn)坐標(biāo)(X_A,Y_A），B點(diǎn)坐標(biāo)（(X_B,Y_B），則AB坐標(biāo)方位角α=arcTan((Y_B-Y_A)/(X_B-X_A))，A、B兩點(diǎn)距離AB= ，

A′、B兩點(diǎn)距離A′B通過全站儀測(cè)距確定，

A、A′兩點(diǎn)距離A A′通過圖像技術(shù)確定，即在坐標(biāo)點(diǎn)A上設(shè)置規(guī)則圖形的標(biāo)記物，標(biāo)記物中心點(diǎn)與坐標(biāo)點(diǎn)A重疊，已知標(biāo)記物的某段距離為R，數(shù)字圖形軟件識(shí)別所拍圖像中標(biāo)記物某段距離像素r，以及根據(jù)標(biāo)記物中心點(diǎn)A的像素坐標(biāo)與儀器中心A′點(diǎn)像素坐標(biāo)求得A A′像素距離d，并計(jì)算出A A′的實(shí)際距離：A A′=，

當(dāng)A B + A A′＞ A′B且A′B + A A′＞ A B時(shí)，A、B、A′三點(diǎn)圍成三角形，根據(jù)余弦定理，則，

若A點(diǎn)在A′B右側(cè)，A A′坐標(biāo)方位角β=α-∠A，若A點(diǎn)在A′B左側(cè)，A A′坐標(biāo)方位角β=α+∠A，即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X _A′= X_A +A A′Cosβ，Y _A′= Y_A +A A′Sinβ；

當(dāng)A B + A A′≯ A′B且A′B + A A′≯ A B時(shí)，A、B、A′三點(diǎn)在一條直線上，若A′B + A A′= A B時(shí)，A′點(diǎn)在A B方向的正前方，即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X_A′= X_A + A A′Cosα，Y_A′= Y_A + A A′Sinα，若A′B - A A′= A B時(shí)，A′點(diǎn)在A B方向的正后方，即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X_A′= X_A - A A′Cosα，Y_A′= Y_A - A A′Sinα，若A′B = A B時(shí)，A′點(diǎn)在A點(diǎn)的正上方，即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X_A′= X_A，Y_A′= Y_{A 。}

再根據(jù)A′、B兩點(diǎn)坐標(biāo)可測(cè)出任意點(diǎn)坐標(biāo)。

本實(shí)用新型所述標(biāo)記物為圓形，R是圓形半徑，或標(biāo)記為等邊三角形，R是三角形邊長(zhǎng)，或標(biāo)記為正多邊形，R是多邊形邊長(zhǎng)。

全站儀對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′像素坐標(biāo)確定方法，先拍一張數(shù)碼圖像，再精確旋轉(zhuǎn)180°00′00″拍一張數(shù)碼圖像，通過數(shù)字圖形軟件識(shí)別兩張數(shù)碼圖像重疊區(qū)域中心點(diǎn)的像素坐標(biāo)即是所拍圖像中A′像素坐標(biāo)。由于全站儀的對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′理想狀態(tài)下是數(shù)碼圖像圖片中心點(diǎn)，但由于設(shè)備安裝及使用過程中會(huì)產(chǎn)生偏移，本實(shí)用新型對(duì)此進(jìn)行了A′像素坐標(biāo)進(jìn)行了修正確定。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型所述全站儀架設(shè)于接近已知坐標(biāo)點(diǎn)A，利用數(shù)碼圖像技術(shù)測(cè)得儀器當(dāng)前對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′，再根據(jù)A′、B兩點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)出任意點(diǎn)坐標(biāo)。改變了傳統(tǒng)多次交替反復(fù)對(duì)中、整平，逐步逼近已知坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)中的前期調(diào)試手段，僅需整平，無需精確對(duì)中，降低操作難度，大大提高工作效率。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型全站儀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為包含A、A′點(diǎn)數(shù)碼圖像示意圖。

圖3為A點(diǎn)在A′點(diǎn)右側(cè)時(shí)坐標(biāo)方位角示意圖。

圖4為A點(diǎn)在A′點(diǎn)左側(cè)時(shí)坐標(biāo)方位角示意圖。

圖5為A′點(diǎn)在A B方向的正前方示意圖。

圖6為A′點(diǎn)在A B方向的正后方示意圖。

圖7為全站儀對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′像素坐標(biāo)確定示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型所述的全站儀包括調(diào)平基座1、基座1上方安裝照準(zhǔn)部2，在照準(zhǔn)部2中軸線底部安裝取代原儀器對(duì)中部件的微型CCD拍攝器3，所述微型CCD拍攝器像素不小于100萬像素。所述微型CCD拍攝器距地面坐標(biāo)點(diǎn)垂直高度約為100厘米。

為了方便操作在鍵盤操作面板上設(shè)有拍攝按鍵，拍攝按鍵信號(hào)連接微型CCD拍攝器。

全站儀工作方法如下，首先在已知坐標(biāo)點(diǎn)A上用已知半徑R的圓形物4做標(biāo)記物, 標(biāo)記物中心點(diǎn)與坐標(biāo)點(diǎn)A重疊，然后將本發(fā)明所述全站儀固定在工程測(cè)量專用三角架上，打開三角架三條腿使儀器中心粗略鉛垂對(duì)在已知坐標(biāo)點(diǎn)A的標(biāo)記上方且架頭大致水平，使坐標(biāo)點(diǎn)A落入CCD拍攝器拍攝范圍內(nèi)，踩實(shí)腳架,然后通過全站儀上三個(gè)腳螺旋精確整平儀器，旋轉(zhuǎn)全站儀照準(zhǔn)部使鏡筒瞄準(zhǔn)已知定向點(diǎn)B方向上棱鏡中心且測(cè)距，開啟CCD拍攝器拍攝功能，獲得具有已知坐標(biāo)點(diǎn)A和當(dāng)前全站儀對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′數(shù)碼圖像；

測(cè)算A′點(diǎn)坐標(biāo)：

已知A點(diǎn)坐標(biāo)(X_A,Y_A），B點(diǎn)坐標(biāo)（(X_B,Y_B），則AB坐標(biāo)方位角α=arcTan((Y_B-Y_A)/(X_B-X_A))，A、B兩點(diǎn)距離AB=，

A′、B兩點(diǎn)距離A′B通過全站儀測(cè)距確定，

A、A′兩點(diǎn)距離A A′通過圖像技術(shù)確定，即數(shù)字圖形軟件識(shí)別所拍圖像中標(biāo)記物半徑像素r，以及根據(jù)標(biāo)記物中心點(diǎn)A的像素坐標(biāo)與儀器中心A′點(diǎn)像素坐標(biāo)求得A A′像素距離d（如圖2所示），并計(jì)算出A A′的實(shí)際距離：A A′=，

當(dāng)A B + A A′＞ A′B且A′B + A A′＞ A B時(shí)，A、B、A′三點(diǎn)圍成三角形，根據(jù)余弦定理，則，

若A點(diǎn)在A′B右側(cè)，A A′坐標(biāo)方位角β=α-∠A（如圖3所示），若A點(diǎn)在A′B左側(cè)，A A′坐標(biāo)方位角β=α+∠A（如圖4所示），即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X _A′= X_A +A A′Cosβ，Y _A′= Y_A +A A′Sinβ；

當(dāng)A B + A A′≯ A′B且A′B + A A′≯ A B時(shí)，A、B、A′三點(diǎn)在一條直線上，若A′B + A A′= A B時(shí)，A′點(diǎn)在A B方向的正前方（如圖5所示），即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X_A′= X_A + A A′Cosα，Y_A′= Y_A + A A′Sinα，若A′B - A A′= A B時(shí)，A′點(diǎn)在A B方向的正后方（如圖6所示），即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X_A′= X_A - A A′Cosα，Y_A′= Y_A - A A′Sinα，若A′B = A B時(shí)，A′點(diǎn)在A點(diǎn)的正上方，即獲得對(duì)中A′點(diǎn)坐標(biāo)，X_A′= X_A，Y_A′= Y_{A 。}

再根據(jù)A′、B兩點(diǎn)坐標(biāo)可測(cè)出任意點(diǎn)坐標(biāo)。

由于全站儀的對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′理想狀態(tài)下是數(shù)碼圖像圖片中心點(diǎn)，但由于設(shè)備安裝及使用過程中會(huì)產(chǎn)生偏移，本發(fā)明對(duì)此進(jìn)行了A′像素坐標(biāo)進(jìn)行了修正確定。全站儀對(duì)中坐標(biāo)點(diǎn)A′像素坐標(biāo)確定方法，先拍一張數(shù)碼圖像，再精確旋轉(zhuǎn)180°00′00″拍一張數(shù)碼圖像，通過數(shù)字圖形軟件識(shí)別兩張數(shù)碼圖像重疊區(qū)域的中心點(diǎn)像素坐標(biāo)O即是所拍圖像中A′像素坐標(biāo)（如圖7所示）。