从徕卡全站仪发展历程谈未来全站仪发展趋势

刘良富

关键词：徕卡；全站仪；发展趋势

导言

在我国建设大潮的今天，全站仪在我国的地铁建设、船舶制造、水坝检测等重点的工程领域都有广泛的应用。徕卡测量系统作为全球全站仪测量仪器行业的佼佼者先后推出了4代产品，分析这几代全站仪测量系统可以梳理出全站仪的发展历程，同时可以预测未来全站仪测量系统的发展趋势。

1全站仪综述

在经典测量中，人们把快速测量距离和方位计算待定点座标的方法称为速测法，或称速测术（Tachymetry）。而把用于这类快速测量的仪器称之为速测仪(Tachymeter)。全站仪，即全站型电子测距仪（ElectronicTotalStation），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。

与光学经纬仪比较，全站仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。

图1徕卡TPS1200系列全站仪结构图[1]

2徕卡历史

2.1徕卡公司发展历史

徕卡测量系统，总部位于瑞士Heerbrugg，拥有近200年的历史。徕卡测量系统隶属瑞典海克斯康集团。

1819年，在瑞士Aarau成立Kern公司；1921年，在瑞士Heerbrugg创立Wild公司；1986年，与德国Leitz合并，成为WildLeitz集团；1988年，WildLeitz收购瑞士Kern公司；1990年，与英国Cambridge仪器公司合组Leica集团。

2.2徕卡全站仪发展史

徕卡公司于1994年推出了TPS全站仪定位系统的概念。“TPS”中的“T”是速测仪（Tachymat）、全站仪（Totalstation）中的字头，定位系统（PositioningSystem）的缩写。

表1徕卡全站仪发展史

Table.1ThehistoryofLeicatotalstation

3徕卡全站仪系列概述

3.1徕卡各精度系列全站仪

徕卡全站仪产品一般分为四个类型，精度及性能由高到低依次为：精密监测全站仪、专业测量全站仪、测量工程全站仪和建筑工程全站仪四个大的类型。

图2徕卡各性能全站仪分类

Fig.2TheperformanceofLeicatotalstationinstrumen

徕卡全站仪各精度系列每隔几年就要更新换代，在数十年的历程中，精密系列中徕卡已相继推出了4代产品。各精度系列详见表2：

表2徕卡全站仪各精度系列年代

Table.2TheperformanceofLeicatotalstationinstrumen

全站仪系列上市时间早→晚精密工程系列T2000T3000TPS2000TS30专业测量系列TPS1000TPS1100TPS1200TS11/15测量工程系列TPS600TPS700TPS800TS02/06/09建筑工程系列TPS100TPS300TPS400TPS500

3.2徕卡TPS标志

徕卡将字母“TPS”紧跟序列编号作为其全站仪产品系列的标志。每一种系列都有不同类型的仪器，每一种类型又具有多种等级精度的产品。每一系列中仪器的精度从其编号上就可以看出来。[2]

3.3徕卡TPS全站仪系列字符含义

徕卡TPS全站仪系列编号分为前缀+数字+后缀组合，前缀及后缀含义具体参见表3及表4：

表3徕卡全站仪各机型前缀[3]

Table.3PrefixofLeicatotalstationinstrument

英文缩写中文TC标准全站仪TCM马达驱动全站仪TCR无反射棱镜全站仪TCRM无反射棱镜、马达驱动全站仪TCRA无反射棱镜、自动跟踪全站仪TCA马达驱动、自动跟踪全站仪TDM马达驱动、工业测量全站仪TDA马达驱动、自动跟踪、工业测量全站仪

表4徕卡TPS全站仪系列字符含义

Table.3CharactermeaningofLeicaTPStotalstationinstrument

英文缩写对应英文对应中文DDistancer/Distomat测距仪IInfra-red红外光TTheodolite经纬仪、全站仪CClassical典型的、标准的MMotorized马达驱动RReflectorless无反射棱镜AAutomatic自动目标识别PPowerSearch超级搜索

3.41994年推出的TPS1000及1998年推出的TPS1100系列

徕卡全站仪如TPS1000系列，1100/1500/1700…，数字越大，精度越高，TPS300/700/1100系列则是以编号末位来表征其测角精度等级的，末位数越大，精度越低，如307就比302精度低。[4]

3.52004年推出的TPS1200系列

以现在阶段最常用的、机型最多的TPS1200系列为例，同代型号后两位显示测角精度，即12XX，如1203，即为1200系列3″精度的全站仪。

3.6徕卡全站仪在2009年至今，即TS系列

在2009年以后推出的TS02/06/09、TS11/15、TS30/50系列中，同一型号一般有多种测角精度，一般人为习惯写为TS06-02，即TS06系列2″精度的全站仪。

4徕卡全站仪系列精度

全站仪的精度也是指角度，是通过一测回测量,来决定仪器的精度,跟经纬仪一样的。

图2扇区式编码度盘图3条码式编码度盘

徕卡全站仪测角精度范围从0.5″到10″，一般同一系列有不同的精度，同一精度内又有不同的类型的产品。

5徕卡同系列不同类型产品及最新性能

5.1TPS1200系列的种类

每一种TPS系列里的产品，尽管类型、精度方面，也许会有些不同，但其用户界面、整体外观、键盘布局等方面几乎一样。内部结构除了度盘阵列数有区别外，基本上也相同。这样就极大地方便了生产、使用、升级、培训和维修。以徕卡全站仪前几年市场上产品类型最广的1200系列为例，1200单系列可提供56个型号的全站仪。

5.2徕卡TS系列的最高参数

当前高端的全站仪工作站已达到集成了高精度全站仪技术、高速3D扫描技术、高分辨率数字图像测量技术、自动识别监测技术，类如新一代超高精度全站仪徕卡TS50、精密监测机器人徕卡TM50、综合测量工作站徕卡MS50，各项性能指标分别达到：

(1)圆棱镜模式测量距离可达10000米，测距精度可达0.6mm+1ppm；

(2)免棱镜模式测量距离可达2000米，免棱镜单次测量用时1.5秒，

(3)自动目标识别功能（ATR模式）：通过全站仪内部的高分辨率CMOS摄像头，拍摄捕捉棱镜回光的光强点（棱镜中心），然后自动定位仪器照准棱镜中心，ATR自动照准范围圆棱镜下可达3500米。

(4)LOCK功能，即可对单一目标实时跟踪并锁定目标连续测量，跟踪模式可达800米；

(5)超级搜索能达到在300米的距离典型时间达到5s；

(6)500万像素CMOS传感器，全景图像摄影可达每秒20帧；

(7)望远镜视场范围可达1º30′；望远镜小视场角，指全站仪识别两相邻棱镜的最短距离，即距离分辨率，最短距离在200米处为0.3米，转化成识别棱镜的最小角度是5.16′。

6.徕卡全站仪操作系统及二次开发软件

徕卡全站仪的软件系统主要包括：全站仪系统软件、全站仪应用程序库、全站仪其它工具类软件（如SurveyOffice）等。全站仪操作系统软件类似于计算机的Windows或者mac操作系统，是全站仪的底层核心软件，管理和调用全站仪的测量、显示、记录、键盘操作等所有功能。[5]

6.1操作系统软件

全站仪作为高集成化、高智能化的工程仪器，受其设计工艺和生成水平的影响外，其搭载的操作系统也同样影响着全站仪的整体性能。徕卡全站仪所使用的几种操作系统软件如表7所示：

表5徕卡全站仪系统软件

Table.5SystemssoftwareofLecia

操作系统启用时间系列备注MS-DOS1982年TC2000英文界面VxWorks2004年1200实时，中文可选WindowsCE5.02008年TS02-09实时，微软产品WindowsCE6.02009年TS30实时，微软产品

6.2二次开发软件

徕卡测量系统为满足高级用户复杂测量工作的需要，提供了一些选配应用程序，用户可利用这些软件开发工具，自主开发一些应用程序。徕卡公司提供的开发工具有：

(1)适合于电子手簿开发的徕卡全站仪键盘在线控制程序TPS-Online；

(2)适合徕卡TPS1000/1100及更高系列的机载软件开发的GeoBASIC；

(3)适合徕卡TPS1000/1100及更高系列计算机远程控制程序开发的GeoCOM；

(4)适用于徕卡全站仪和计算机之间进行软件和数据交换的工具软SurveyOffice；

(5)以及Infinity办公软件、Cyclone扫描软件、针对AutoCAD软件的MutiWorx插件及GeoMoS变形监测软件等。

徕卡测量系统提供了两种编程工具：一类是用GeoBASIC编程工具编写，可以上传到全站仪中使用，属于机载软件，用户可根据自己的工作需要，自行开发编写自己的程序，这类软件功能相应简单一些。另一类是使用GeoCOM指令，在计算机上应用VB、VC++语言编程，控制TCA全站仪自动化工作。

7全站仪未来发展趋势

通过以上对徕卡全站仪系统的梳理，分析出未来全站仪测量系统应有一下几个发展趋势：

7.1集成化、模块化

现在高技术产品普遍实行高度的集成化，未来的全站仪工作站将通过集成各个功能模块，组合成超站仪，同时拥有多种功能，以提高使用率。例如整合图像技术，通过内置数码相机实时记录观察情况；通过通信模块，实时与其他移动终端互享数据；通过集成GPS模块，多种功能组合。通过选装不同的功能模块

7.2数据实时化

现代测绘工作要求全站仪应具有实时处理数据的功能，可以实时与手簿实时传输数据并能通过手簿遥控操作。这样即提高数据效率直接根据测量结果进行后续工作，又能减小人员操作对全站仪的精度影响。

同时基于无线局域网技术，可以将全站仪的实时数据在局域网中共享，全站仪主机、工作手簿、其他局域网终端三者之间数据实时互传，这样大大提高实时工作效率。

7.3平台开放性

现代工程建设中，测量设备、工程软件日益流行，各种测量设备互相配合，各种工程软件互相渗透、这就需要全站仪系统提供一个高度开放性的软件平台，通过这个平台将各种仪器设备采集的数据和各种工程软件计算得出数据进行交换和共享，同时便于二次开发，以提高测绘工作的效率和进度。

7.4高度的人机交互性及无人值守化

在当今科技高速发展的今天，人机交互性越来越被重视，未来的全站仪系统将可能朝着更智能的人机操作发展，例如语言智能化，通过语言识别技术操作；通过手簿及可穿戴智能设备，操作人员可远程遥控操作全站仪系统。全站仪测量机器人在无人值守的情况下，通过无线网络及远程操作，执行内置常规和非常规的监测、测量工作。

总结

本文首先分析了作为测量仪器行业内的佼佼者的徕卡全站仪系统的发展历程，论述了各代的主要性能指标，并从产品分类、精度性能、软件平台几个方面进行了总结，同时预测未来全站仪测量系统高度集成模块化、数据实时化、平台开放性、高度的人机交互性及无人值守化几个发展趋势。通过本文为工程测量、测绘从业人员梳理出一个全站仪测量系统的框架，为日后的工作、学习提供一些借鉴。

参考文献

[1]徕​卡​T​P​S​1​2​0​0​全​站​仪​使​用​说​明​书

[2]徕卡公司.徕卡测量系统2009综合样本.2009

Licia.Leicameasurementsystemwith2009syntheticsamples.2009

[3]蔡晓江.Win全站仪的历史与影响[J]，测绘与空间地理信息，30卷2期，2007，P155-156

CaiXiaojiang.ThehistoryandtheeffectofWintotalstation[J],Surveyingandspatialinformation,30Volume2issue,2007，P155-156

[4]上海同徕测量技术有限公司.徕卡全站仪培训教材.2012.09

[5]蔡晓江.Win全站仪的历史与影响[J]，测绘与空间地理信息，30卷2期，2007，P155-156

CaiXiaojiang.ThehistoryandtheeffectofWintotalstation[J],Surveyingandspatialinformation,30Volume2issue,2007，P155-156