回顾测绘仪器发展历程 领略测绘仪器工业魅力

2014-09-01 09:13:05    来源:中国勘测联合网

摘要:测绘仪器,简单讲就是为测绘作业设计制造的数据采集、处理、输出等的仪器和装置。可以说,没有测绘仪器是万万无法开展测量工作的。既然测绘
    测绘仪器,简单讲就是为测绘作业设计制造的数据采集、处理、输出等的仪器和装置。可以说,没有测绘仪器是万万无法开展测量工作的。既然测绘仪器这么重要,那让我们随着历史的进程来回顾测绘仪器的发展历程,领略测绘仪器发展的工业魅力。由于编者收集资料有限,有缺漏和错误望各位看官海涵。

没有精确仪器,智慧的人民利用大自然进行测量
 
    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,中国人发明的世界上最早的测绘仪器:司南。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。
最早的测量仪器:司南
 
    司南——中国古代辨别方向用的一种仪器,据《古矿录》记载最早出现于战国时期的河北磁山一带。用天然磁铁矿石琢成一个杓形的东西,放在一个光滑的盘上,盘上刻着方位,利用磁铁指南的作用,可以辨别方向。)
    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。1924年,WILD公司研发出全球第一台光学经纬仪T2,接着1925年推出经典的1″高精度T3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。
 
游标经纬仪

世界上第一台光学经纬仪T2

    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距仪相比体积小、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。
 
 1969年世界第一台红外测距仪DI10
  
TC1,全球首款带有机载数据处理功能的全站仪。

    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。

世界第一台数字水准仪NA2000

1993年,全球第一台手持激光测距仪Disto

    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,最终到现在广泛应用与隧道和矿井的陀螺全站仪。
日本索佳GPX陀螺全站仪
 
    索佳于1990年首次向市场推出独特的陀螺仪,用于未知测站坐标条件下的真北方位定向。全站式陀螺仪是地下或狭窄环境中进行测量与放样的理想设备,也适用于缺少已知点的待开发区域。
 
    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。
    TCA2003,上世纪90年代全球首款0.5″级测量机器人,开创了超高精度全站仪新纪元,享誉业界,国内广泛应用于监测、高铁等行业,为我国测量建设作出卓越的贡献。
 
2010年瑞士徕卡推出高精度0.5″全站仪TS30/TM30  2011年全球首款图像全站仪,徕卡 Viva TS15i 

    除了光学测量仪器以外,全球卫星定位系统运用于最成熟的就是测绘。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。
    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;1981年,第一次利用GPS载波相位进行静态基线测量,获得亚厘米级精度,它是在空军地球物理实验室资助的CS Draper实验室完成测量的。
    1992 年,Trimble 开发成功实时动态测量 (RTK) 技术,实现了移动期间 GPS 数据的瞬时更新。对于测绘师而言,RTK 技术是一种革命性的创新技术。俄罗斯 1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统GLONASS。1997年,阿斯泰克(Ashtec)公司生产的第一台GPS+GLONASS RTK测量系统问世。
    在20世纪90年代中期开始,欧盟计划建立一个完全独立于美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统,即正在建设中的Galileo卫星导航定位系统,直到目前还在建设。北斗卫星导航系统﹝BeiDou Navigation Satellite System,缩写为BDS﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。
    北斗卫星导航系统2011年12月27日起提供连续导航定位与授时服务。2014年,南方测绘,徕卡等公司GNSS产品开始使用北斗参与解算。随着GNSS技术越来越成熟,在测绘中精度和稳定性越来越好,方便了更多的测绘人。

1984年,世界上第一台测量型GPS接收机WM101,庞大笨重,只可以进行静态测量。
    徕卡200/300系统成为世界上第一套单人作业、同时拥有快速静态、准动态、动态、往返重复测量等多种快速定位功能的GPS测量系统。

最新Trimble R10               徕卡GNSS用于香港青马大桥监测

    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、智能性的测量仪器。 展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。(中国勘测联合网  范玮)

附:测绘仪器史大事件简记:
时间 大事件
公元1730年 第一台游标经纬仪
1924年 WILD公司第一台光学经纬仪T2
1949年 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
1963年 FENNEL厂研制出第一台编码电子经纬仪
1969年 世界第一台红外测距仪DI10    
1971年 前德国 OPTON厂和瑞典的AGA厂研制生产第一台全站仪
1984年 世界上第一台测量型GPS接收机WM101
1990年 世界第一台数字水准仪NA2000  
1992年 Trimble 开发成功实时动态测量 (RTK) 技术
90年代 徕卡TCA2003  0.5“测量机器人
1997年 阿斯泰克(Ashtec)公司生产的第一台GPS+GLONASS RTK测量系统问世
2011年 全球首款图像全站仪,徕卡 Viva TS15i
2014年 北斗卫星系统正式民用

 

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