數(shù)字測(cè)圖第三章數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)軟、硬件

數(shù)字測(cè)圖第三章數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)軟、硬件第一節(jié)概述數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心，在硬件和軟件的支持下，對(duì)地形空間數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、輸入、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)輸出、管理的測(cè)繪系統(tǒng)。

一、數(shù)字測(cè)圖硬件二、數(shù)字測(cè)圖的軟件

是數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)的關(guān)鍵，一個(gè)功能比較完善的數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)軟件，應(yīng)集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理（包括圖形數(shù)據(jù)的處理和屬性數(shù)據(jù)以及其它數(shù)據(jù)格式的處理）、圖形編輯與修改、成果輸出與管理于一身，且通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，并提供與其它軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的接口。第二節(jié)數(shù)字測(cè)圖的硬件系統(tǒng)中央處理器（CPU）存儲(chǔ)器：內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器（軟盤、硬盤，光盤、U盤）計(jì)算機(jī)硬件輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、圖形數(shù)字化儀、掃描儀輸出設(shè)備：顯示器、數(shù)據(jù)投影儀、打印機(jī)數(shù)據(jù)總線：各部件之間的數(shù)據(jù)傳遞總線地址總線：欲傳數(shù)據(jù)的來源地或目的地址控制總線：各部件之間傳遞控制信息一、計(jì)算機(jī)硬件（略）二、部分輸入、輸出設(shè)備

1.圖形數(shù)字化儀

數(shù)字化儀由數(shù)字化板、定標(biāo)器及控制電路組成。數(shù)字化板：一個(gè)精細(xì)的坐標(biāo)系。主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率、精確度和幅面大小。

分辨率：是能分開相鄰兩點(diǎn)的最小間距，通常為±0.01mm~±0.05mm，即500線/mm~500線/mm。

精確度：指量測(cè)坐標(biāo)值與原圖坐標(biāo)值的符合精度，一般為±0.025mm~±0.20mm；

有效工作幅面：最小為280mm×280mm，最大可達(dá)1000mm×1200mm。圖紙的幅面由A4~A0。數(shù)字化板一般厚約2cm，其塑料表面平整光滑，表面下的平板之中嵌入了一組互相垂直規(guī)則的柵格狀導(dǎo)線(即x，y導(dǎo)線柵格陣列)。圖形操作定標(biāo)器(簡(jiǎn)稱定標(biāo)器，俗稱“民標(biāo)器”)是一種團(tuán)形輸入裝置?？刂茩C(jī)構(gòu)起到由點(diǎn)信號(hào)到數(shù)字變換的樞紐作用。手扶跟蹤數(shù)字化儀圖形數(shù)字化儀的缺點(diǎn)幾何精度低數(shù)字化速度慢作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，易疲勞

2.掃描儀掃描儀的功能是把實(shí)在的圖像劃分成成千上萬個(gè)點(diǎn)，變成一個(gè)點(diǎn)陣圖，然后給每個(gè)點(diǎn)編碼，得到它們的灰度值或者色彩編碼值。

CCD陣列式掃描儀主要有驅(qū)動(dòng)滾筒、激光源和傳感器陣列組成。

基本工作原理：用激光源經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)照射原稿，使掃描線區(qū)被照亮，同時(shí)反射光反射到CCD陣列，CCD陣列將每一個(gè)像素的反射光進(jìn)行數(shù)字化，使其成為8bit的灰度值。目前掃描儀的型號(hào)很多，對(duì)于大幅面工程掃描儀，掃描幅面可達(dá)137.2cm×無限長(zhǎng)，掃描介質(zhì)可以是透明或非透明類，圖紙類型可為紙張、相紙、硫酸紙、薄膜膠片等，掃描厚度可達(dá)15mm，分辨率可達(dá)2400dpi/inch.。對(duì)于普通掃描儀，掃描幅面一般為A4幅面，分辨率，一般為300~2400dpi/inch。

3.繪圖儀

繪圖儀是一種常見的圖形輸出設(shè)備，用于在紙張上繪出由點(diǎn)和線段構(gòu)成的圖形。繪圖儀筆式繪圖儀彩色噴墨繪圖儀平板式滾筒式圖紙規(guī)格圖幅尺寸（mm）A0840×1889A1594×840A2420×594A3297×420A4210×297

繪圖儀的主要性能指標(biāo)：分辨率、最高繪圖速度、精度和圖紙幅面尺寸。平臺(tái)式繪圖儀的絕對(duì)定位精度為0.01mm～0.1mm；滾筒式精度一般低于平板（臺(tái)）式。圖幅最大可繪制A0圖紙，滾筒式圖幅可達(dá)到任意的長(zhǎng)度。標(biāo)準(zhǔn)圖幅的規(guī)格表。繪圖儀一般都帶有支持傳輸速率高達(dá)480Mbps的USB2.0（向下兼容USB1.1）接口，大大的提高了繪圖的速度。圖紙規(guī)格

圖幅尺寸（mm）

A0 840×1889 A1 594×840 A2 420×594 A3 297×420 A4 210×297

三、全站型電子速測(cè)儀1全站儀的發(fā)展

1、游標(biāo)經(jīng)緯儀

20年代，游標(biāo)盤

2、光學(xué)經(jīng)緯儀

40年代。光電測(cè)距、激光測(cè)距儀

3、紅外測(cè)距儀

70年代

4、電子經(jīng)緯儀+測(cè)距儀=電子速測(cè)儀器

目標(biāo)：自動(dòng)化

5、全站型電子速測(cè)儀=全站儀

電子經(jīng)緯儀+測(cè)距儀+電子記錄

測(cè)量、顯示、記錄水平角、豎直角、水平距離、斜距、高差、高程、坐標(biāo)

全站型電子速測(cè)儀（ElectronicTheometerTotalStation），它由電子經(jīng)緯儀、光電（主要為紅外線）測(cè)距、電子微處理器及數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄裝置等部分構(gòu)成。

(一)全站型電子速測(cè)儀的特性

1.自檢與改正功能

2.大容量?jī)?nèi)存

3.雙向傳輸功能

4.程序化

5.智能化：?jiǎn)稳藴y(cè)量系統(tǒng)速測(cè)儀：它是指一種從儀器站同時(shí)測(cè)定某一點(diǎn)的平面位置和高程的方法。有時(shí)，這種方法也稱作“速測(cè)術(shù)”。全站儀與經(jīng)緯儀相比具有以下優(yōu)點(diǎn):11、測(cè)量結(jié)果自動(dòng)記錄在"電子手簿"中,減少了讀數(shù)的錯(cuò)誤和記錄的粗差,提高了功效。

2、利用全站儀中的微處理器,通過傳感器可以自動(dòng)的改正儀器軸系誤差,提高測(cè)量精度;33、距離改正,高差計(jì)算和坐標(biāo)計(jì)算在儀器上自動(dòng)完成,減少了內(nèi)業(yè)計(jì)算工作量;44、角度測(cè)量中自動(dòng)掃描整個(gè)度盤,并求出平均值作為結(jié)果,消除了度盤的刻劃誤差和偏心差。三、徠卡全站儀—新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)先驅(qū)

（一）度盤的電子化讀數(shù)

電子度盤讀數(shù)系統(tǒng)

把操作者從繁重的度盤人工讀數(shù)中解脫出來。

不但提高了效率，還大大降低了誤讀的機(jī)率。三、徠卡全站儀—新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)先驅(qū)（二）三軸誤差的自動(dòng)補(bǔ)償與改正

液體補(bǔ)償器有效的軸系自動(dòng)補(bǔ)償與改正，是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)角的有力保證。三、徠卡全站儀—新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)先驅(qū)

（三）目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別與照準(zhǔn)

自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別并驅(qū)動(dòng)軸系照準(zhǔn)目標(biāo)，把測(cè)量員從全站儀測(cè)量工作中最為繁重一項(xiàng)操作——人工照準(zhǔn)目標(biāo)中解脫出來，使測(cè)量員可以遠(yuǎn)離測(cè)站。從此，全站儀的“自動(dòng)化”又上了一個(gè)新的臺(tái)階。三、徠卡全站儀—新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)先驅(qū)（四）全站儀的無合作目標(biāo)測(cè)距

有的時(shí)候，在目標(biāo)點(diǎn)上要擺反射棱鏡是比較麻煩的，甚至是不可能的，此時(shí)要測(cè)距怎么辦呢？

現(xiàn)在有同軸型的全站儀，可以無合作目標(biāo)測(cè)距，即所謂的“測(cè)站”單人測(cè)量系統(tǒng)。三、徠卡全站儀—新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)先驅(qū)

（五）全站儀的自動(dòng)控制

遠(yuǎn)離測(cè)站的幾種測(cè)量操作方式：

（1）計(jì)算機(jī)在線控制

GeoCOM

方式

（2）機(jī)載軟件控制

GeoBASIC

方式

（3）

Modem控制鏡站方式三、徠卡全站儀—新技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)先驅(qū)

（六）超站儀徠卡GLPS：精確自動(dòng)定位和定向的儀器。全站儀（激光測(cè)距）陀螺儀GPS四、全站儀的發(fā)展趨勢(shì)

——測(cè)量機(jī)器人的來臨！1、度盤讀數(shù)自動(dòng)化！2、目標(biāo)照準(zhǔn)自動(dòng)化！3、基座安平自動(dòng)化！4、儀器對(duì)中自動(dòng)化？5、儀高量取自動(dòng)化？四、全站儀的發(fā)展趨勢(shì)

——全站儀的本地化！

產(chǎn)自瑞士的全球第一臺(tái)具有完全中文概念的徠卡全站儀：TPS400

哇噻?。?！常見全站儀列表(二)全站型電子速測(cè)儀的分類

組合式：將電子經(jīng)緯儀、紅外測(cè)距儀、微處理器和電子記錄裝置（電子手簿）通過一定的連接器構(gòu)成一個(gè)組合體優(yōu)點(diǎn)：能由系統(tǒng)的現(xiàn)有構(gòu)件組成，還可通過不同構(gòu)件進(jìn)行靈活多樣組合，價(jià)格相對(duì)便宜。

整體式：將電子經(jīng)緯儀、紅外測(cè)距和電子微處理器以及儲(chǔ)存設(shè)備集于一體。

優(yōu)點(diǎn)：電子經(jīng)緯儀和紅外測(cè)距儀使用共同的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，方向和距離測(cè)量只需瞄準(zhǔn)一次。目前整體式全站儀一般都具有雙軸自動(dòng)補(bǔ)償功能（補(bǔ)償范圍一般為3′），并且都帶有內(nèi)存。SET500全站儀的組成全站型電子速測(cè)儀具有電子測(cè)角、電子測(cè)距、電子計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等功能，它本身就是一個(gè)帶有特殊功能的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從總體上看，全站儀主要由電子測(cè)角系統(tǒng)、電子測(cè)距系統(tǒng)和控制系統(tǒng)３大部分組成?！耠娮訙y(cè)角系統(tǒng)完成水平方向和垂直方向角度的測(cè)量?！耠娮訙y(cè)距系統(tǒng)完成儀器到目標(biāo)之間斜距的測(cè)量?！窨刂葡到y(tǒng)負(fù)責(zé)測(cè)量過程控制、數(shù)據(jù)采集、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信傳輸?shù)??！?.1全站儀的基本結(jié)構(gòu)—硬件部分顯示器鍵盤只讀存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器輸入/輸出I/O單元微處理器水平角測(cè)量單元垂直角測(cè)量單元距離測(cè)量單元自動(dòng)補(bǔ)償單元光電測(cè)量系統(tǒng)微處理器及軟件全站儀的組成

(三）全站儀的測(cè)角測(cè)角是由儀器內(nèi)集成的電子經(jīng)緯儀完成的。電子經(jīng)緯儀的測(cè)角與光學(xué)經(jīng)緯儀主要不同點(diǎn)：在于電子經(jīng)緯儀采用光電掃描度盤自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)顯示及儲(chǔ)存、輸出數(shù)據(jù)。微處理器：由它來控制電子測(cè)角、測(cè)距，以及各項(xiàng)固定參數(shù)如溫度、氣壓等信息的輸入、輸出，還由它進(jìn)行觀測(cè)誤差的改正、有關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理等。電子經(jīng)緯儀的測(cè)角系統(tǒng)主要有三類：即絕對(duì)式編碼度盤測(cè)角、增量式光柵度盤測(cè)角以及動(dòng)態(tài)式（編碼、光柵度盤）測(cè)角。1、編碼度盤測(cè)角原理

用四位二進(jìn)制表示角值，全圓刻成24=16個(gè)扇形

編碼度盤測(cè)角原理

2、增量式光柵度盤測(cè)角原理

光柵是用玻璃、樹脂或含屬制成的表面具有密集等寬、等距線條的光學(xué)元件。光柵的線條是用金剛石刀或光刻法刻制在玻璃或金屬面上的、也常將已刻制好的光柵復(fù)制在樹脂或玻璃上，或采用全息照相法制造光柵。增量式光柵度盤測(cè)角原理

3．動(dòng)態(tài)光柵度盤測(cè)角原理(1).粗測(cè)粗測(cè)只能夠測(cè)定角度值中的大數(shù)。式中：—?jiǎng)討B(tài)度盤旋轉(zhuǎn)過角度所用的時(shí)間；△T—轉(zhuǎn)過所用的時(shí)間。(2).精測(cè)4.讀數(shù)系統(tǒng)

（1）編碼度盤的讀數(shù)系統(tǒng)在用編碼度盤的電子經(jīng)緯儀中，通過光電探測(cè)器獲取特定度盤的編碼信息，并由微處理器譯碼，最后將編碼信息轉(zhuǎn)換成實(shí)際的角度值。發(fā)光二極管(2)光柵度盤的讀數(shù)系統(tǒng)光柵度盤的讀數(shù)系統(tǒng)也是采用發(fā)光二極管和光電接收二極管進(jìn)行光電探測(cè)另外，還需要顧及的幾個(gè)問題是：（1）為了消除光柵刻制誤差的影響，通常是采用對(duì)徑位置安放光電探測(cè)器掃描；（2）為了提高測(cè)角精度，必須采用角度測(cè)微技術(shù)；（3）為了實(shí)現(xiàn)正確計(jì)數(shù)，必須進(jìn)行計(jì)數(shù)方向判別。(四)全站儀的測(cè)距全站儀內(nèi)置的測(cè)距儀大都采用相位式紅外測(cè)距儀。(五)全站儀的數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信并行通信串行通信單工方式全雙工方式半雙工方式同步傳輸異步傳輸全站儀的數(shù)據(jù)通信1.數(shù)據(jù)的傳送的方式

數(shù)據(jù)的傳送方式有兩種：串行通信和并行通信。1）并行傳輸在并行傳輸中，至少有8個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)從一個(gè)設(shè)備傳到另一個(gè)設(shè)備（如圖所示），接收設(shè)備在收到這些數(shù)據(jù)后，不需要經(jīng)過任何改變就可以直接使用。

2）串行傳輸在串行數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)信息是按二進(jìn)制位的順序由低到高一位一位地在一條信號(hào)線上傳送。與串行傳輸相對(duì)應(yīng)，在各種輸入、輸出設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上常裝有串行通信接口。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最常用的串行接口是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA)規(guī)定的RS—232C標(biāo)準(zhǔn)接口，如計(jì)算機(jī)主機(jī)上的COMl和COM2兩個(gè)標(biāo)淮接口。串行接口用于對(duì)通信速度要求不是很高的設(shè)備，如數(shù)字化儀、全站儀、GPS以及鼠標(biāo)等。在這些常用的輸入輸出設(shè)備上都有串行接口，可以很方便地用電纜直接與主機(jī)連接。2.全站儀通信參數(shù)的設(shè)置為了實(shí)現(xiàn)正常通信，全站儀與計(jì)算機(jī)兩端的通信參數(shù)設(shè)置必須一致。

1）波特率波特率表示數(shù)據(jù)傳輸速度的快慢，用位／秒（b／s)表示，即每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)（bit）。

2）數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位是指單向傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，數(shù)據(jù)代碼通常使用ASCII碼，一般用7位或8位。

3）校驗(yàn)位校驗(yàn)位，又